北半球大气环流的纬向对称模态

运用自然正交分解方法（EOF）提取了北半球冬季热带外地区标准化纬向平均纬向风场的前两个模态。第1模态（方差贡献为34%）表现为中高纬带的西风（东风）异常和中纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为极区与中高纬度地区海平面气压场的反位相变化,即北极涛动（AO）;第2模态（方差贡献为21%）表现为中纬带的西风（东风）异常和中低纬带的东风（西风）异常,与之相联系的海平面气压场的异常表现为副极地地区与副热带地区海平面气压场的反位相变化,即副热带涛动STO（sub-tropical oscillation）。副热带涛动的水平结构表现出较强的纬向对称性,垂直方向上表现出相当正压性;与副热带涛动正位相相联系的纬向平均温度场表现为中高纬度地区负异常和副热带地区正异常,而且费雷尔环流加强南移。副热带涛动不仅在冬季有所表现,而且在整个冬半年（11月—翌年4月）都有所表现,但在夏半年则不存在。     

高原上空纬向环流的季节突变现象

利用1951—2012年NCEP/NCAR全球2.5 °×2.5 °日平均再分析风场及温度场资料,分析高原季风区纬向环流的季节突变现象,并探讨季节突变的主要成因。结果表明：(1) 由冬季环流型向夏季环流型转变时,纬向环流表现为零速度线突然北跳,东风带持续加强北进,西风急流突然消失;反之亦然。(2) 600 hPa零速度线指数可作为纬向环流冬夏转换的判据。20 °N为临界值,零线于20 °N以北,高原上空为夏季环流型,20 °N以南则为冬季环流型。冬夏转换的突变时间分别为31候和59候。(3) 纬向环流季节突变的主要原因是高原的热力作用,随着6月高原加热增强,高原及其南部上升气流增强,形成了高原至低纬地区的季风环流圈,使得高原南部东风气流加强,迫使西风急流北退,完成了冬季环流型向夏季环流型的转变。10月高原加热作用减弱,高原至低纬地区的Hadley环流重新出现,西风急流逐渐增强,纬向环流转变为冬季环流型。     

北半球中纬地区平均纬向垂直环流的特征

Reginald.E.Newell等曾计算了冬夏两季5℃和5°N的沃克环流(Walker Cell),给出了赤道地区纬向气流的特征。Krishnamurti曾根据200mb位势流的计算结果,推论出北半球夏季0°-30°N和北半球冬季15°S—15°N的理想纬向垂直环流圈,给出了热带和副热带地区纬向垂直环流的特征。叶笃正等指出青藏高原地形及其夏季的热源作用,使其与西半球、南半球和中、东太平洋的天气系统产生遥相关,给出了青藏高原地区和遥     

纬向平均环流预报的系统性误差及其改进

大量的月预报实例分析表明,纬向平均环流(本指高度场纬向平均分量)存在明显的系统性预报误差,且在总误差中占有可观的份额。国内外其它模式也存在类似的现象。为克服这一困难,本尝试了“结合”(hybrid)的途径。应用重构相空间理论和非线性时空序列预测方法,在大量历史资料的基础上,构造了月尺度逐侯纬向平均高度场(零波分量)距平场的非线性预报模型。然后,将非线性预报和谱模式动力预报结合起来,即将非线性预报结果转化为模式需要的颅报量,再在模式积分过程中的每一步取代其相应部分,实施过程订正。初步试验结果表明,这种途样合效地减少了模式纬向环流的预报误差;特别是通过非线性波流相互作用,还改善了部分波动分量的预报。     

内蒙古夏季降水与亚洲纬向环流的联系

利用1980—2015年内蒙古地区116站逐月降水数据、NCEP/NCAR再分析资料及亚洲经、纬向环流指数资料等,分析内蒙古夏季降水与中高纬环流因子的关系。结果表明:近36 a内蒙古夏季降水呈显著减少趋势,且具有显著的年代际变化特征,在1999年发生显著突变。内蒙古夏季降水与亚洲纬向环流存在负相关关系,尤其是内蒙古东部显著相关。通过环流场合成分析发现,在亚洲纬向环流指数高(低)值年,500 hPa位势高度距平场上,欧亚上空呈现出"+、-、+"("-、+、-")的环流形势,使得乌拉尔山高压脊减弱(增强),贝加尔湖高空槽变浅(加深),南北冷暖空气交换减弱(增强);850 hPa风场上,亚洲纬向环流指数高(低)值年,中国北方地区上空受反气旋(气旋)性环流控制,对流活动较弱(强),而西太平洋上空为异常气旋(反气旋)性环流,同时副热带高压强度偏弱(强),位置偏南(北)、偏东(西),使得输送到内蒙古地区的水汽较少(多),造成内蒙古东部夏季降水偏少(多)。进一步分析发现,亚洲纬向环流指数高、低值年,200 h Pa纬向风距平场呈现相反的分布形势,在高(低)值年,西风急流轴位置偏西(东),强度偏弱(强),不利于(利于)内蒙古东部夏季降水偏多。     

非绝热加热对赤道地区平均纬向环流的作用—非线性响应

本文设计了一个两层非线性原始方程模式，做低谱展开，求出非线性方程组的解；讨论了在外参数变化情况下及其相应环流的演变；并与线性响应作了对比。此外，还讨论了定常解的稳定性。主要结论是：（1）非绝热加热各分量在非线性响应中能强迫出更为接近实际的赤道地区平均纬圈环流圈。（2）在非线性响应中，潜热加热对纬圈环流的作用是最主要的。随着外参数－湿度的变化，解出现突变现象，其对应的赤道地区平均纬圈环流从一个定常态变到另一个定常态；其中对流潜热的作用最为明显，感热加热的作用是次要的。（3）在非线性响应和线性响应中，辐射加热对环流的作用不同；潜热加热对环流的作用相似，但在前者中它要强得多。     

青藏高原对东亚纬向型环流形成的动力作用

本文用大气环流的气候资料,指出东亚地区纬向型环流较多。利用原始方程数值模拟和简单的理论分析讨论了形成区类环流特征的动力机制;并指出东亚纬向型环流比北美多,可能是与青藏高原和洛矶山高原的地形强迫性动力作用的特点不同有关。     

青藏高原对不同纬向环流动力扰动的数值试验

本文采用σ坐标的三层初始方程模式,用数值试验方法,模拟了青藏高原对四种纬向基本气流的动力扰动:正压均—西风,正压急流型气流,斜压气流和夏季纬向平均气流。实验结果有助于认识青藏高原对东亚大气环流的动力作用。     

北半球冬季环流的特征纬向波数及其时空演变

应用三维数据的纬向空间小波变换方法，分析了北半球冬季环流的特征纬向波数及其与特征纬向波数相对应的北半球冬季环流的时空演变特征和规律。结果表明，北半球冬季环流的特征纬向波数分别是3，2和1。北半球冬季环流的3波活动主要在中纬度，2波活动主要在高纬度，1波活动则主要在低纬度。中纬度3波环流的槽脊线走向是东北-西南向，高纬度2波环流的槽脊线走向是西北-东南向，低纬度1波环流的槽脊线走向则又是东北-西南向。对应于各特征纬向波数，北半球的冬季环流从1949—1999年均表现出一种显著的系统东移特征，初步估计，北半球的冬季环流在过去50年中已大约向东移动了近5个经距。     

纬向非对称加热对大气环流影响的模型实验

利用实验室内实验方法,在一旋转圆盘内模拟各种形式加热场对大气环流的作用。本文总结了各种形式扰动热源作用下环流特点。在实验室内进一步证实热源在平均槽脊形成中的作用。并发现在非常定情况下热源对槽脊移动的影响,甚至引起整个环流发生骤变,促使流场的各种波型相互调整。     

赤道太平洋高低频纬向环流差异及其物理机制

利用1982—2017年欧洲中期天气预报中心再分析资料和美国国家大气海洋管理局的观测资料,分析了赤道太平洋高、低频海平面气压距平场的特征及差异,并通过诊断赤道太平洋海-气耦合的时间尺度,探讨了导致赤道太平洋高、低频纬向环流差异的原因。结果表明,南方涛动海平面气压东西跷跷板耦合现象只是在低频场中才存在,在高频场中并不存在。低频场上,主要受到热带最明显的年际信号(ENSO)的调控,海平面气压场和海表温度场呈现出东西振荡型。相比而言,在高频场上由于时间短,海、气异常还没有发生较好的耦合,气压场和风场呈现出全海域一致型。高频纬向环流与热带季节内振荡(MJO)紧密联系,具有明显的东传特征,传播速度大约为5 m/s,其变率方差的34%可以由MJO线性解释。相干谱分析表明海-气耦合具有时间依赖性,南方涛动通常只在20候以上的时间尺度才能存在,这与赤道海洋开尔文波横穿太平洋时间相当。     

纬向平均副热带高压和Hadley环流下沉支的关系

气象学者传统地认为副热带高压带是Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支形成的。鉴于冬 (夏 )季Ｈａｄｌｅｙ环流最强 (弱 )时副热带高压反而最 (弱 )强的事实 ,Ｈｏｓｋｉｎｓ[1] 对经典理论提出质疑。吴国雄等[2 ,3] 指出副热带高压 (下文中称副高 )的形成主要是加热的垂直非均匀造成的。刘屹岷等[4 ,5] 发现夏季 5 0 0ｈＰａ月平均图上 165°Ｅ以西的西太平洋副高以上升运动为特征。一般来说 ,受副高控制天气晴好 ,这与西太平洋副高以上升运动为特征是否有矛盾。为此 ,我们首先研究气候纬向平均副高的动力问题 ,结果表明Ｈａｄｌｅｙ环流和副高形成…     

春季赤道印度洋纬向-垂直环流的变化特征及其与Walker环流的关系

利用1951~2010年20CR（20th Century Reanalysis Version 2）再分析资料和NOAA海表温度资料研究了赤道印度洋纬向-垂直环流的季节性差异、变化特征及其与Walker环流的关系。本文首先分析了四个季节赤道印度洋上空纬向-垂直环流的结构特征,发现春季和秋季存在严格东西方向上的赤道印度洋纬向-垂直环流。随后,针对春季赤道印度洋纬向-垂直环流变化特征作进一步的分析,研究结果表明,春季纬向-垂直环流的强度及其变率在1951~2010年间持续增强,而该垂直环流的中心位置则表现出明显的年代际变化特征:1981年之前垂直环流的中心位置表现为向西移动,而在1981年后则转为向东移。春季赤道印度洋纬向-垂直环流与Walker环流之间的相关关系同样存在年代际转折,1981年之前两者之间并不存在显著的相关,而在1981年之后,两者之间的关系显著增强。不同年代际时段内赤道印度洋纬向-垂直环流与海温的关系也发生了明显的改变,1981~2010年赤道印度洋纬向-垂直环流主要受到前期和同期太平洋上的ENSO型海温信号的影响,而在此之前该垂直环流主要受到前期和同期赤道东印度洋海温的影响。     

温盐环流与全球增暖的数值模拟 (一)纬向平均温盐环流的模拟

本文是用简单海一气耦合模型模拟温盐环流在全球增暖事件中作用的研究工作的第一部分。为了建立一个简单海一气耦合模型，我们首先根据Ｗｒｉｇｈｔ和Ｓｔｏｋｅｒ等人的设计复制出一个包括大西洋、太平洋和南大洋在内的二维温盐环流模式，从等温、等盐和无运动的初始状态出发，在给定的年平均海表强迫下将模式积分了４０００年，模拟出了和原作相似的温盐环流。对模拟结果的分析表明，相对于北太平洋而言，北大西洋北部的高盐、低温特点（后者是由两大洋在地理上的差别决定的）是形成当代温盐环流的主要原因；从与温盐环流相联系的海表热通量来看，北大西洋北部是向大气提供热量的主要源地；模式温盐环流对于海表盐度通量的敏感性试验的结果表明，对于纬圈平均的二维模式而言，要想模拟出合理的温盐环流就必须人为地提高北大西洋北部的海表盐度，文章分析了这种作法的物理根据；模式中的对流过程对于温盐环流的维持是至关重要的，对比有无季节循环的试验结果可以看出，虽然温度场的明显的季节变化只出现在模式的最上面两层，但由于引进季节循环后冬季高纬海洋的对流活动加强，后者直接影响到温盐环流，使更多的深海热量上传并向大气释放。这是使海洋温跃层得以保持合理．厚度的一个重要原因。     

全球纬向年平均温度变化的随机模式

本文利用Sellers,W.D.模式的计算结果对随机响应系统的动力过程进行线性化,得到地气系统各纬度带温度随时间变化的随机动力模式,借此模式得到的各个纬度带温度变化主要特征与实际情况基本一致,最后给出了低纬海洋热输送全球效应的模拟试验结果。     

华南春季降水纬向非均匀分布及异常年大气环流特征分析

对1951—2007年华南地区18站春季（3—5月）降水进行EOF分析,发现华南春季降水的空间分布具有全区一致性、东西反位相、南北反位相及东北—西南反位相等特点。第二特征向量主要反映了华南春季降水的纬向非均匀分布特征,据此将华南春季降水型分为西涝东旱型和西旱东涝型,并利用NCEP再分析资料对春季降水的纬向分布异常年的大气环流背景特征进行了研究。结果发现：在西涝东旱年,华南西北部存在海平面气压场和高度场的正异常中心,有利于冷空气的南下,而该正异常中心的南部出现负异常,华南东部及其东部海面上呈现范围较大的气压场和高度场正异常,华南西部盛行东南风异常,华南东部存在东北风距平,风场和水汽输送场在华南西部表现为异常辐合,在华南东部表现为异常辐散,因此造成了华南西部降水的偏多和东部降水的偏少。同时,850 hPa涡度场、200 hPa散度场、850 hPa垂直速度场和1000 hPa温度场也均呈现出有利于华南西部降水增多和东部降水减少的环流形势。在西旱东涝年,情况基本相反。     

赤道印度洋海表温度纬向异常及其对季风环流的影响

引言印度季风是热带环流最突出的特征,它的建立与维持决定于大尺度季节性的海陆温差。夏季,季风向暖的大陆辐合,并在大陆上升经高层对流层返回海洋。冬季,温度场反过来,环流亦反过来,在暖的洋面上空气上升,在冷的大陆上空气下沉。然而由经向温度差控制的这种平均环流,可以大大地被由大陆或海洋的纬向温度异常所修改。皮叶克尼斯(Bjerknes 1966,     

夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向环流型的特征

根据1958年7月8—18日和1957年7月21—30日东亚低纬度的两个悬殊的环流型,分析了在这两个时期内东亚低纬度环流的各种特征。结果得出,在经向和纬向环流期间,无论北半球纬向风带的位置,长波系统的配置,副热带高压活动的情况以及赤道辐合区的分布都有着很大的不同。此外,台风活动的次数也表现有很大悬殊。其所以有如此悬殊,可以从该两时期低纬度流场的特点来说明原因。在中国大陆上,在这两个时期的天气过程也很不同,在经向环流期间,大陆上的主要雨带成东北—西南向的,而在纬向环流期间,雨带便成东西向分布,并集中在江淮流域之间。 另外,我们又研究了在这两个时期内南北半球间环流关系,从手头所掌握的资料分析结果看,两者关系相当密切。在东亚低纬度经向环流期间,南半球(特别在澳洲)也盛行经向环流,并且在澳洲附近从南半球向北半球的质量输送也最强烈;而在东亚低纬度纬向环流期间,南半球也盛行纬向环流,澳洲附近的冷空气活动不显著,越过赤道向北的质量输送也比较弱。     

在厄尔尼诺—南方涛动期间热带对流层环流的经验模式：Ⅰ建立经验模式的方法

文章根据美国国家气象中心的风场客观分析资料提出了建立厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)期间低纬度大气环流经验模式的一些基本原则.提供了划分ENSO演变位相的操作方法,方法基于对该现象发生过程的新观点并可对任何现象实施这种操作,而不必管其起始时间(季节).研究了计算流函数和散度风速度势的方法.根据以后的1994～1995年的ENSO独立资料估计了所提供的方法的可靠性.     

一个海洋环流模式模拟的北印度洋经向环流及其热输送

对比两个同化资料GODAS（Global Ocean Data Assimilation System）和SODA（Simple Ocean Data Assimilation）,考察中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的气候系统海洋模式LICOM（LASG/IAP Climate system Ocean Model）模拟的北印度洋经向环流及热输送的气候态。LICOM能抓住北印度洋大尺度环流的季节变化特征,模拟的年平均越赤道热输送为-0.24 PW （1 PW=1015W）,较之以往的数值模式结果更接近观测和同化资料。与同化资料的差异主要体现在季节变化强度,北半球夏季在赤道以南偏弱0.5 PW,这与模式夏季的纬向风应力偏弱,热输送中的大项Ekman热输送模拟偏弱,从而模拟的经圈翻转环流较浅有关。