大气季节内振荡的数值模拟比较研究

用国内外两个较好的大气环流模式、在观测海表温度的强迫下进行了长时间(1978—1989年)的数值积分,然后对数值模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料进行比较分析,其结果清楚表明,模式模拟结果的均方根误差中有30%—40%是来自于模拟的大气季节内振荡的均方根误差。尤其是,大气季节内振荡模拟的均方根误差的分布形势与总的均方根误差的分布形势几乎完全一致。对热带地区大气季节内振荡动能的模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料的比较分析表明,其差异也十分明显,说明模式对热带大气季节内振荡的模拟能力也还比较差。因此可以认为,大气季节内振荡在天气气候模拟中极为重要,而如何在数值模式中模拟好大气季节内振荡还需要进行很好地研究。     

热带大气季节内振荡的季节性特征及其在SAMIL-R42L9中的表现

分析了NCEP资料和SAMIL-R42L9中热带大气季节内（30～60天）振荡（ISO）的季节变化特征及其与平均气候场季节变化的关系。NCEP资料的分析表明：热带地区大气ISO在空间分布上存在明显的季节变化,大气ISO的季节变化与平均背景场的季节变化有明显的一致性。在空间分布上,热带大气ISO的活动对暖的SST、强的对流活动、西风、强的降水和低层水汽辐合有很强的依赖性。大气环流模式SAMIL-R42L9基本能够再现热带大气ISO空间分布上的季节转换特征,尤其在动力场（纬向风）上表现得最为明显。但对基本气候态季节变化的模拟,对不同的物理量有明显的差异。模式结果表明：热带大气ISO动力因子的季节性比热力因子的季节性对平均背景场的依赖性更大,模式不能很好地反映NCEP资料表现出来的ISO对平均背景场的强依赖性,同时也说明热带大气ISO的季节性可能并不完全依赖于平均背景场的季节变化。     

SEASONAL VARIATIONS OF THE TROPICAL INTRASEASONAL OSCILLATION AND ITS REPRODUCTION IN SAMIL-R_(42)L_9

Seasonal variations of the tropical intraseasonal oscillation (ISO) and relationship to seasonal variation of the climate background are studied by using NCEP/NCAR reanalysis data and output of SAMIL-R42L9. Analysis of NCEP data shows that spatial distribution of the tropical ISO has obvious seasonal variations, which are well consistent with the seasonal variation of climate background. The activity of the tropical ISO is, to a great extent, dependent on warm SST, strong convection, zonal western wind, strong precipitation and low-level moisture convergence. Main characteristics of the seasonal variations of the tropical ISO are captured by SAMIL-R42L9. Simulations of seasonal variation of climate background vary greatly with different variables. Results of SAMIL-R42L9 indicate that the seasonal variations of the tropical ISO in dynamical fields are more dependent on climate background than in heating fields and SAMIL-R42L9 cannot represent well the strong dependence of the ISO on the climate background present in NCEP/NCAR reanalysis data. It also suggests that seasonal variations of the ISO do not completely depend on that of climate background.     

A GCM Study on the Tropical Intraseasonal Oscillation

The ability of AGCM to simulate the tropical intraseasonal oscillation (ISO) has been studied using the output of global spectral model (ALGCM (R42L9)) of the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, and the outoput is compared with the results from NCEP/NCAR reanalysis for the year 1978-1989. The model displays an evident periodic signal of the tropical ISO. Basic propagating characters of the tropical ISO are captured, and changes in phase speed between Eastern and Western Hemispheres are also well presented, and the simulation of eastward propagation is better than that of westward propagation. This model has increased the ability to simulate the strength of the tropical ISO, especially at 200 hPa, and basically simulates the horizontal structure of wind characterized by the convergence in low-level and divergence in upper-level. The vertical structure of the zonal wind is also well reproduced. Moreover, observed results show that the representing of seasonal preference to form strong ISO in winter and spring is related to ISO's interannual variability, but it is shown in this model with strong ISO in winter and summer and weak ISO in spring and autumn. Structures of some physical elements such as vertical velocity, divergence, specific humidity, etc., and the special distribution of ISO have also differences with these from NCEP reanalysis data, which make it clear to develop this model to simulate the structure and spatial distribution of the ISO.     

热带大气季节内振荡的一个数值模拟研究

文中分析了中国科学院大气物理研究所全球气候谱模式ALGCM (R4 2L9) 12a(1978～ 1989年 )积分的逐日输出结果 ,并与 1978～ 1989年的逐日NCEP资料对照 ,以此对热带季节内振荡 (30～ 6 0d振荡 )进行数值模拟研究。分析表明 ,该模式在热带地区可以模拟出明显的季节内振荡 (ISO)的准周期信号 ,并抓住了热带ISO的基本传播特征 ,能较好地再现东、西半球传播速度的差异 ,同时模式模拟存在东传要好于西传 ,冬、春季的模拟要好于夏、秋季的现象。该模式模拟的热带ISO的强度较许多大气模式明显提高 ,尤其是对 2 0 0hPa上ISO动能强度的模拟。模式基本模拟出了ISO低层辐合、高层辐散的水平风场特征。模式较好地再现了热带ISO纬向风的垂直结构。此外 ,观测资料表明热带ISO在冬、春强 ,而夏、秋弱的季节性倾向与ISO的年际变化相联系 ,模拟的ISO在季节性倾向偏差上表现为冬、夏相对强 ,而春、秋相对弱。垂直速度、散度、水汽等物理量的配置同NCEP资料的结构特征仍有明显差异 ,模拟的ISO空间分布也不太理想 ,表明要很好模拟ISO结构和空间分布特征 ,还须做不少工作。     

热带大气ISO在几种再分析资料中的对比分析

利用NCEP/NCAR, NCEP/DOE和ERA40 3套再分析资料的逐日200 hPa纬向风数据,选取1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3种不同气候态,对比分析了3种气候态下热带大气季节内振荡 (ISO) 的基本气候特征及其在不同再分析资料中的异同。研究表明:1981—2010年气候态下,热带大气ISO冬春强、夏秋弱的年循环特征更加明显,东传短波能量增强,起始北传时间偏晚。NCEP/NCAR与NCEP/DOE资料所表征的热带大气ISO在空间分布、强度和能量传播方面的一致性较好。NCEP/NCAR资料反映的热带大气ISO强度在热带印度洋和热带西太平洋地区较ERA40资料偏弱,在赤道东太平洋地区较ERA40资料偏强;ERA40资料反映的热带大气ISO强度在12月—次年3月中旬较NCEP/NCAR资料偏强,而在3月中旬—11月偏弱;ERA40资料反映的热带大气ISO振荡位相较NCEP/NCAR资料超前10 d左右;NCEP/NCAR资料反映的东传谱能量弱于ERA40资料,西传能量强于ERA40资料;7月中旬,NCEP/NCAR资料反映的东亚地区大气ISO经向北传较ERA40资料偏晚。     

1991、1998和2016年三个大水年长江中下游夏季降水季节内特征的对比

针对长江中下游三个大水年1991、1998和2016年,利用NCEP/NCAR大气环流再分析资料和CMAP降水资料,对比了夏季降水的季节内特征,分析了引起降水季节内变化的大气环流季节内振荡ISO演变及源地。小波分析表明,三年季节内降水周期差异明显,分别为20~30 d、20~40 d和10~20 d。随之,以东亚季风区季节内振荡指数及热带外Rossby波活动通量,诊断了引起三年季节内活动异常的热带和中纬度ISO变率特点。结果显示影响三年季节内降水的ISO差异较大。1991年受到来自印度洋10~30 d和中纬度高层Rossby波10~30 d的ISO共同影响,造成周期为20~30 d的低频降水;1998年ISO来源路径单一,受中北太平洋30~60 d和10~30 d的ISO西传叠加作用,降水表现为20~40 d的振荡;引起2016年季节内降水异常的ISO源地较多,既有来自印度洋向东北传播30~60 d的ISO,又有来自太平洋向西北传播10~30 d的ISO,还有来自热带外10~30 d的ISO,三者在长江中下游汇合,引起降水10~20 d的振荡。研究结果对认识长江中下游夏季集中降水的形成有重要意义。      

大气季节内振荡：其全球同步性及其与ENSO的关系

利用美国国家环境预报中心和大气研究中心的大气再分析资料，分析研究了大气季节内振荡的年际变化及其与ＥＮＳＯ的关系。揭示了全球不同纬度带之间存在着的大气季节内振荡年际变化的同步性，以及大气季节内振荡与海温和大气向外长波辐射之关系的复杂性。我们还发现大气季节内振荡与Ｎｉｎｏ３指数的关系存在年代际尺度的变化，即，这种关系有时强时弱的现象。     

热带风场季内振荡强度与海表温度异常关系研究

利用NCEP/NCAR逐日风场及英国气象局逐月海表温度资料,研究了对流层高低层风场季内振荡强度季节变化特征,探讨了其年际及年代际异常特征与海表温度异常的关系。热带印度洋、热带西太平洋是高低层风场季内振荡终年均活跃的区域。对流层高低层风场季内振荡强度异常与海表温度异常均不存在确定的局地关系。风场季内振荡能量异常与海表温度异常在年代际尺度上具有良好对应关系,20世纪70年代中后期以来,赤道东太平洋海温异常升高,Walker环流减弱,导致亚洲区域季风季内振荡强度减弱,赤道太平洋区域200hPa（850hPa）风场季内振荡在赤道东太平洋增强（减弱）,在印度洋东南部—印尼—中西太平洋的暖池区域减弱（增强）,促进了ElNino事件的增强。对流层高低层风场季内振荡强度年际异常与ElNino事件关系密切,这一特征在低层（850hPa）风场表现更显著。在事件发展初期,热带中西太平洋区域850hPa风场季内振荡异常增强并东移,事件发生之后这些区域能量减弱。大气季内振荡可能是ElNino事件的激发因素。     

大气季节内振荡对夏季西北太平洋热带气旋群发性的影响

利用中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋最佳路径资料、 向外射出长波辐射 (OLR) 和NCEP/NCAR再分析风场资料, 研究了1991年夏季西北太平洋热带气旋的群发性特征及其与大气季节内振荡的关系。结果表明, 1991年6～9月西北太平洋地区的对流活动存在20～60天的准周期振荡, 该区域的热带气旋活动也具有这种频率的季节内变化, 即热带气旋的活动具有明显的群发性和周期性。进一步分析表明, 热带气旋易集中出现在大气季节内振荡的湿位相, 这是因为湿位相期间大气低层维持的较大尺度的低频气旋性环流为天气尺度的热带气旋的生成提供了有利的背景环流场。低频气旋中心东南侧的不稳定低空西风急流容易激发出一些小扰动, 低空的低频正涡度异常又有利于这些初始小扰动的增长, 同时, 热带气旋发生势 (genesis potential) 表现为正距平, 说明热带气旋发生发展的垂直风切变条件容易满足, 因而导致热带气旋的相继群发。     

外强迫对热带季节内振荡影响的模拟研究

应用经过修改的NCAR CCM3模式和CAM2模式进行的数值实验结果以及NCEP的GFS模式的输出结果讨论了海温等外强迫作用对热带季节内振荡的影响.结果表明,热带季节内振荡是热带大气固有的内部变率.它是由大气内部过程的相互作用决定的.但外强迫对热带季节内振荡的强度、传播方向等有明显的影响.当外强迫没有变化时,模式可以模拟出与观测近似的低频振荡.当作为外强迫的海温和太阳辐射有年内季节变化时,模式模拟的季节内振荡则明显减弱.当海温与辐射不仅有季节变化而且有年际变化时,模式模拟的季节内振荡会进一步减弱.具有长周期的外强迫还会削弱季节内振荡中东移波动的能量而增加静止波的强度.在与海洋模式耦合的状态下,模式不受来自海洋的外强迫影响,而是与海洋构成一个耦合系统,可以产生最强的季节内振荡.     

长江中游和下游夏季降水季节内振荡的差异

利用1979~2013年中国站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对长江中下游夏季降水的季节内振荡最显著周期进行了分析研究。结果表明长江中游最显著周期为10~30天,长江下游最显著周期为30~60天。为了揭示这种差异产生的物理原因,进一步利用位相合成的方法对这两个区域不同周期的季节内振荡降水、高低空风场和高度场以及垂直结构和水汽等循环过程的演变特征进行分析。在200 hPa环流场上,长江中游的降水主要受到高纬度自西向东传播的波列影响,而长江下游的降水与鄂霍次克海的高度场的变化相关。在风场的垂直涡度和散度的位相结构演变过程中,10~30天的垂直涡度和散度有自北向南的移动,30~60天的垂直涡度和散度在长江以南地区有自南向北的传播。水汽输送的位相发展过程表明,长江中游的水汽分别来自于南海的向北输送和长江以北地区向南的水汽输送;长江下游地区的水汽则主要来自于热带东印度洋经孟加拉湾的向东输送并在南海的北向输送,以及西太平洋水汽向西输送到南海再向长江下游的输送。从高层大尺度环流场和整层积分的水汽通量输送上解释了长江中游10~30天降水的自北向南移动,和长江下游30~60天降水自南向北传播的原因。     

北半球冬季中纬度位势高度场的季节内振荡

利用1979—2012年逐日NCEP/DOE再分析资料,分析北半球中纬度冬季(11月1日—4月30日)对流层位势高度的季节内振荡特征。结果表明:对流层上层位势高度的季节内变化强度较中下层更强,中心主要位于太平洋和大西洋上空;对流层上层位势高度场主要为1~3波的超长波形势,功率谱分析结果表明其时间序列呈现显著的季节内振荡(10~60 d)特征;10~60 d滤波的位势高度异常空间分布与原异常场一致,位势高度季节内振荡随时间主要表现为向西传播的特征,尤其表现在北太平洋上空,而亚欧大陆更为复杂一些;亚洲冬季风对北半球中纬度位势高度的季节内振荡有响应,主要表现为蒙古高压位置和强度的异常,继而对我国冬季气温产生影响。     

Impacts of 30-60-Day Oscillations over the Subtropical Pacific on the East Asian Summer Rainfall

The relationships between the precipitation over East Asia (20°-45°N,110°-135°E) and the 30-60-day intraseasonal oscillation (ISO) over the Pacific during the boreal summer are studied in the paper.The daily wind and height fields of NCEP/NCAR reanalysis data,the 24-h precipitation data of 687 stations in China during 1958-2000,and the pentad precipitation of CMAP/NOAA from 1979 to 2002 are all analyzed by the space-time filter method.The analysis results,from every drought and flood summer in four different regions of East Asia respectively during 1958-2000,have shown that the flood (drought) in the East Asian summer monsoon region is absolutely companied with the strongly (weakly) westward propagations of ISO from the central-east Pacific,and depends little on the intensity changes of the East Asian summer monsoon. And the westward ISO is usually the low-frequency cyclones and anticyclones from the Bay of Alaska in northeastern Pacific and the Okhotsk in the northwestern Pacific of mid-high latitudes,and the ISO evolving in subtropical easterlies.In mid-high latitudes the phenomena are related to the westward propagating mid- ocean trough and the retreat of blocking high.Therefore the westward propagating ISO from the central-east Pacific to East Asia is indispensable for more rainfall occurring in East Asia in summer,which results from the long-wave adjustment process in the mid-high latitudes and ISO evolving in tropical easterlies.     

江淮夏季降水季节内振荡和海气背景场的关系

本文利用1954～2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析江淮夏季降水季节内振荡(ISO)的年际变化,并讨论了异常年的海气背景特征.诊断分析的结果表明:(1)当江淮夏季降水ISO活跃时,江淮流域、孟加拉湾、南海及其以东海域和日本南部海区上空大气都表现出显著的季节内振荡特征.在江淮夏季降水不...     

Intraseasonal Oscillation of the South China Sea Summer Monsoon and Its Influence on Regionally Persistent Heavy Rain over Southern China

The intraseasonal oscillation（ISO） in the South China Sea summer monsoon（SCSSM） and its influence on regionally persistent heavy rain（RPHR） over southern China are examined by using satelhte outgoing long wave radiation,NCEP/NCAR reanalysis,and gridded rainfall station data in China from 1981 to 2010.The most important feature of the ISO in SCSSM,contributing to the modulation of RPHR,is found to be the fluctuation in the western Pacific subtropical high（WPSH）,along with a close link to the Madden-Julian oscillation（MJO）.Southern China is divided into three regions by using rotated empirical orthogonal functions（REOFs）for intraseasonal rainfall,where the incidence rate of RPHR is closely linked to the intraseasonal variation in rainfall.It is found that SCSSM ISOs are the key systems controlling the intraseasonal variability in rainfall and can be described by the leading pair of empirical orthogonal functions（EOFs） for the 850-hPa zonal wind over the SCS and southern China.Composite analyses based on the principal components（PCs） of the EOFs indicate that the ISO process in SCSSM exhibits as the east-west oscillation of the WPSH,which is coupled with the northward-propagating MJO,creating alternating dry and wet phases over southern China with a period of 40 days.The wet phases provide stable and lasting circulation conditions that promote RPHR.However,differences in the ISO structures can be found when RPHR occurs in regions where the WPSH assumes different meridional positions.Further examination of the meridional-phase structure suggests an important role of northward-propagating ISO and regional air-sea interaction in the ISO process in SCSSM.     

青藏高原春季500 hPa纬向风季节内振荡特征及其与我国南方降水的关系

利用NCEP/NCAR日平均再分析资料及中国753个测站日降水资料,采用带通滤波、小波功率谱、合成分析等方法研究了青藏高原春季500 hPa纬向风季节内振荡特征及其与我国南方降水的关系.结果表明,青藏高原春季500 hPa纬向风存在明显的10~30 d季节内振荡特征,该低频振荡主要表现为自西向东和自北向南的传播特征.通过位相合成分析发现,这种季节内振荡对我国南方春季降水有重要影响.当高原500 hPa纬向风季节内振荡处于2~3位相时(即高原上盛行西风异常),对应于我国南方地区春季降水明显偏多;反之,当季节内振荡处于相反位相时(6~7位相,即高原上盛行东风异常),对应于我国南方春季降水明显偏少.南方春季最大正(负)异常降水的出现滞后于高原季节内振荡的峰值(谷值)位相,其滞后时间为2 d.分析结果还表明,高原上空纬向风的季节内振荡活动主要通过中纬度大尺度环流异常对我国南方春季降水产生影响.     

热带大气季节内振荡的异常与1997年El Nio 事件的发生

利用美国NCEP资料分析热带大气季节内振荡（ISO）与ENSO的关系，揭示了1997年El Ni o事件的发生，与赤道中西太平洋地区大气 ISO在 1996年冬到 1997年春期间的异常增强有重要关系。而且该地区 ISO的异常增强并不主要由赤道印度洋地区移来，主要表现为ISO在印度尼西亚上空被激发增强和东传。印度尼西亚地区ISO的被激发，则是由于东亚冬季风强异常在该地区引起的强对流活动的结果。     

NCEP/NCAR再分析风速、表面气温距平在中国区域气候变化研究中的可信度分析

采用计算标准化均方根误差、相关分析和EOF分解等多种客观分析统计方法,对NCEP/NCAR再分析风速、表面气温距平在中国区域的可信度进行了研究,结果表明中国东部不同要素距平的标准化均方根误差均比西部地区的小,说明NCEP/NCAR再分析资料的可信度东部比西部要高,可能是受到模式地形和中国地面气象站点“东密西疏”分布格局的较大影响。随着高度升高,NCEP再分析风速距平的误差减小,进一步表明地形对NCEP再分析资料的可信度具有较大影响。另外,冬季再分析风速误差较大的特点在850,500和200 hPa等压面上均存在,表明冬季再分析风速距平的可信度受到再分析模式系统误差的较大影响。相关分析结果和标准化均方根误差计算结果之间具有很好的反向对应关系,即均方根误差大,NCEP再分析资料与实测资料的相关性就差,均方根误差小,则对应两者之间的相关性就较好。标准化均方根误差较小的要素,其NCEP再分析和站点实测资料距平EOF分解得到的特征向量空间分布较为相似,各特征向量对应时间系数的相关性也比较好;反之,标准化均方根误差大的要素,其NCEP再分析和站点实测资料距平EOF分解得到的特征向量空间分布则相差较大,对应时间系数的相关性也比较差,因此采用EOF分解方法,分析对应特征向量空间分布相似性及其时间系数变化的一致性,可以对NCEP再分析资料的可信度有一个更加客观的认识。综合上述各季节、各要素多种方法的分析结果,可以发现NCEP再分析风速距平在春、夏、秋季具有一定的可信度,但冬季的可信度较差;表面气温距平则是冬季的可信度最好,夏季的可信度较差。     

1998年夏季长江流域大气季节内振荡的结构演变及其对降水的影响

利用中国逐日降水格点资料和NCAR/NCEP再分析资料,对1998年发生在我国东部长江中下游流域的夏季持续性强降水过程中显著的大气季节内振荡(ISO)的三维结构演变等活动特征进行了分析。1998年夏季长江及江南地区的异常强降水对应着该地区强的ISO活动。利用位相合成方法,对长江流域两个典型的季节内循环周期的ISO降水、850 hPa水平风场以及水汽和垂直速度等循环过程的时空分布特征进行了诊断分析。在低频环流场上,对流层低层的低频气旋和反气旋环流表现出交替在热带西北太平洋增强并向西偏北方向移动发展的特征,当异常气旋环流移动到长江流域上空时,长江流域正好位于气旋环流西南侧的东北风异常和西北太平洋上向西移动的反气旋环流西北侧的西南风异常环流汇合处的下方,引起该地区强降水的发生。在强降水阶段的ISO的垂直结构上,上升运动和水汽表现出从华南到长江流域自南向北移动的特征,强烈的垂直上升运动以及来自南方充足的水汽为增强长江流域地区的降水起到了重要作用。