淮河流域能量与水分循环试验和研究

淮河流域能量与水分循环试验和研究是国家自然科学基金“九五”重大项目之一,也是中日国际合作研究项目。该项目的实施主要是利用在以淮河流域为中心的广大区域内开展外场观测试验所获得的气象、水文、雷达、卫星遥感等加密观测和特殊观测资料,进一步了解东亚季风区（主要是江淮梅雨区）中尺度降水系统的能量与水循环过程,建立区域气候一水文数值模式及四维资料同化系统,提高梅雨的气候模拟能力。淮河流域能量与水分循环外场观测试验按照项目计划于1998年5月1日正式开始,8月对日结束（部分水文观测项目到9月15日）,历时4个月,圆满地完成了观测任务。其中地面、探空、雷达、卫星、水文及多种特殊观测项目进行了加密观测,成功地观测到江淮及淮河流域地区梅雨爆发前后、梅雨期间以及第二次人梅不同天气条件下的重要降水天气系统和过程,捕捉到季风雨带北移和南撤的气候背景条件下,影响江淮和淮河流域的几次强降水天气过程与水文过程,尤其是多尺度梅雨云系条件下的中-β和中-γ尺度能量与水循环过程,为今后的研究工作奠定了基础,达到了项目的预期目标。     

全球能量与水循环试验(GEWEX)

全球能量与水循环试验(GEWEX)是国际科学理事会(ICSU)与世界气象组织(WMO)为了研究气候异常,解决长期预报和以减灾防灾,保证粮食生产为目的而设立的世界性研究计划。全球能量与水循环试验是世界气候研究计划(WCRP)在今后廿年内的     

亚洲东西季风区之间的能量交换及其周期振荡

本文应用1982年8—9月的气象资料,分析计算了亚洲东部的南海季风区和华北季风区与其西部的印度季风区和高原季风区之间的能量交换及其周期振荡。高原季风区向华北季风区输送各种能量,南海季风区向印度季风区输送感热能、位能和动能,主要是从高层输送的。值得注意的是印度季风区向南海季风区净输送潜热能,主要是由低层西南季风输送的,虽然其数量相对地较小,但对于季风降水却是重要因素。南部季风区能量通量的主要振荡周期较北部季风区长,前者为准双周和准四周,后者为准双周和准三周。高层的振荡周期长于低层,准单周振荡主要出现在低层。同一主要振荡周期,高、低层的初始位相有差异,这种位相差可能是造成强对流天气周期性出现的重要原因。     

一九七九年夏季亚洲季风区上空的区域能量分析

本文用美国气象中心(NWC)1979年6—8月资料计算了亚洲季风区上空的瞬变涡动动能、区域的热源和能量变化。计算结果表明,1979年夏季印度季风区的印度半岛和孟加拉湾地区,东亚季风区的南海和西太平洋地区,我国东部大陆地区都是扰动活动频繁的地方,其对流层上部表现为强热源;南半球西印度洋热带地区和澳大利亚地区热带扰动不活跃,其上空为冷源区。 再有印度季风区扰动发展是正压不稳定和斜压不稳定,以后者为主;东亚季风区扰动发展靠斜压转换而来;大陆东部地区扰动发展也主要靠斜压转换过程。而南半球西印度洋热带地区和澳大利亚地区是通过和中纬度西风带大气的侧向耦合获得能量,并通过跨赤道气流的扰动把能量转送到北半球季风区。     

亚洲夏季风是低层污染物进入平流层的重要途径

夏季亚洲季风区是对流层低层水汽和污染物进入全球平流层的一个重要通道, 自然或人为污染物通过该通道进入平流层后对臭氧层的破坏以及全球气候环境的影响, 成为目前国际科学界关注的热点问题。早先观点认为: 夏季青藏高原是对流层低空物质向平流层输送的一个重要渠道。然而, 越来越多的观测表明: 包括青藏高原在内的整个亚洲夏季风通过强对流的快速输送以及大尺度输送过程可以把低层大气物质输送到全球平流层。在地面物质进入平流层的过程中有两个关键过程, 一是垂直快速输送的对流活动, 这对于短寿命化学成分非常重要, 二是缓慢的大尺度反气旋输送和限制作用。但是, 目前对于亚洲季风区不同源区的贡献还有很大的争议。     

上对流层/下平流层水物质分布与输送特征

基于Aura卫星微波临边探测仪（MLS）探测的水汽、冰水含量和温度等资料,对比分析了夏季亚洲季风区与北美季风区、暖池区以及伊朗高原上对流层/下平流层水汽、冰水含量以及水物质总含量（水汽和冰水含量之和）的分布特征,并探讨了不同区域水汽的输送过程。结果表明：在215-83 hPa高度上水物质总含量在亚洲季风区均出现了高值中心,且亚洲季风区水物质总含量明显大于北美季风区;在215 hPa高度水汽对水物质总含量起主要的贡献,而到了147-83 hPa高度,冰水含量与水汽对水物质总含量的贡献大致相当,亚洲季风区上对流层/下平流层水汽的高值中心揭示了反气旋对水汽的隔离作用。水汽混合比在147 hPa和100 hPa高度不同的概率密度分布反映出不同高度影响水汽输送的不同因素。北半球冬季暖池区100 hPa上空温度极低,水汽混合比峰值概率仅为2 ppmv;而在147 hPa高度上,亚洲季风区频繁的深对流使得大量水汽被输送到对流层上层,这是亚洲季风区水汽概率“长尾”分布的主要原因。在100 hPa和147 hPa高度,冰水含量主要集中在小值,可能是由冰晶粒子消耗水汽而增长到一定尺度后沉降造成的。     

季风试验计划——全球大气研究计划的分计划之一

一、全球大气研究计划中的季风分计划 亚-欧-非大陆的加热和冷却作用是造成大气环流季节性变化的一个重要因子,这是大气环流的最基本问题之一,但目前对此所知甚少。季风降雨开始日期的早晚和雨量多寡有很大的年际变化,直接影响到亚洲南部和西非许多国家的农业丰歉。另一方面,大范围的季风环流本身也是全球大气运动场的一个主要组成部分。在大气环流模式中,如果不把造成大范围季风的各种物理过程考虑进去,就不能成功地模拟全球大气的特征。因此,在全球大气研究计划中,为了对全球几个主要季风区的大气状况进行集中的观测研     

LASG/IAP 大气环流谱模式对陆面过程的敏感性试验

将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最近发展的高分辨率全球大气环流谱模式SAMIL-R42L26, 分别与两个陆面模式--NCAR通用陆面模式CLM和简化的简单生物圈模式SSiB进行耦合.在比较了两个陆面过程模式, 指出CLM改进方面的基础上, 通过分析两个陆气耦合模式所模拟的陆气通量交换结果, 指出新版本的陆气耦合模式(SAMIL-R42L26与CLM耦合)对表面感热、温度、降水率、潜热通量和海平面气压场的模拟能力大大提高, 尤其对于夏季表面感热通量场, 使亚洲北部和东南部、格陵兰岛以及北美洲大部分地区的数值从100 W/m2 降低到接近60 W/m2, 与NCEP再分析资料一致.新版本的陆气耦合模式模拟陆地表面能量收支趋于平衡, 为下一步发展海-陆-气-冰耦合气候系统模式提供保障.采用CLM陆面模式, SAMIL-R42L26能较好地模拟亚洲季风区地表感热和潜热的季节演变趋势, 而采用SSiB陆面模式的结果, 则存在较大误差.文中的结果表明, 不同的陆面模式所模拟的大气下垫面(包括洋面)通量发生的变化, 通过陆气耦合过程产生的影响不仅仅是局地性的, 而且是全球范围的.     

亚洲—太平洋夏季风系统的基本模态特征分析

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有着显著的影响.整个亚洲—太平洋夏季风系统都处于高层辐散、低层辐合的庞大辐散环流中,从高层辐散中心流出的三支气流分别对推动印度夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风起着重要的作用,很好地表现了亚洲—太平洋夏季风系统的整体性特征.季风区多种气象要素的基本模态在年代际和年际尺度上都表现出较为一致的变化特征:年代际尺度上亚洲—太平洋夏季风系统整体呈现减弱趋势;年际尺度上存在准2年和准4年的两个周期,其中准2年振荡特征表现为若印度西南季风偏强,则印度季风雨带偏强偏北,导致印度大陆中北部地区降水偏多;同时,由于西太平洋副热带高压的北移和偏强的印度西南季风显著向东延伸,10°N~30°N范围内的西北太平洋地区则表现为异常的气旋性环流,而30°N~50°N之间为反气旋性环流异常,对应东亚夏季风偏强,季风雨带能够北推至我国华北地区.也就是说,当亚洲夏季风中某一季风子系统表现为异常偏强时,另一季风子系统在这一年中也将表现为异常偏强,反之亦然.准2年的振荡周期可能是亚洲—太平洋夏季风系统的一种固有振荡,它从年际尺度上反映了亚洲—太平洋夏季风受热带太平洋—印度洋海温的强迫表现出明显的整体一致特征.     

青藏高原深对流及其在对流层—平流层物质输送中作用的研究进展

深对流能够向上对流层—下平流层（UTLS）输送大量水汽和污染物,对对流层顶的辐射平衡、平流层的臭氧恢复以及全球气候变化都有着重要的影响。近年来,一系列重要的观测事实发现,青藏高原和亚洲季风区是对流层向平流层物质输送（TST）的重要窗口。本文介绍了近年来取得的一些主要进展和成果,包括:（1）通过卫星观测在青藏高原—亚洲季风区上空发现水汽、气溶胶的极大值区和臭氧的极小值区;（2）深对流活动的主要观测途径和通过卫星观测识别深对流的方法;（3）青藏高原深对流向平流层物质输送的物理过程;（4）青藏高原深对流与亚洲季风区、热带海洋地区深对流的结构差异以及不同环境场对深对流物质输送过程的影响。     

南亚高压对亚洲季风区夏季对流层上层水汽异常分布的动力效应

正确认识对流层上层水汽以及其他大气痕量成分的分布和形成机理对于正确认识全球气候变化具有重要的意义.已有的研究说明亚洲季风区为全球的一个特殊的区域.基于最新的卫星微波临边探测仪(EOS-MLS)资料,首先定性地分析了亚洲季风区对流层上层水汽分布异常特征,然后,利用2005年夏季NCEP/NCAR的GFS资料和大气拉格朗日...     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响II.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验 ,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响。控制试验结果表明 ,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化 ,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统 ,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力。在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下 ,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布。南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常 ,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响 ,另一方面它又通过持续异常期的波列传播 ,即能量的传播 ,不仅影响我国长江流域降水 ,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构。这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整 ,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响Ⅱ.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响.控制试验结果表明,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力.在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布.南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响,另一方面它又通过持续异常期的波列传播,即能量的传播,不仅影响我国长江流域降水,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构.这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化.     

亚澳季风区水汽收支时空分布特征

用1980～1989年NCEP/NCAR再分析资料计算了亚澳季风区视水汽汇并分析了其水汽收支时空分布特征。结果表明,该研究范围水汽收支的典型空间分布型为南北型,即南半球澳大利亚季风区与北半球亚洲季风区相反的分布形势,而且这种分布形势有明显的季节变化。冬季北半球亚洲季风区为水汽源,110～135 E之间大陆桥附近、80 E附近及40～50 E之间的三支越赤道水汽输送通道将北半球水汽输送到南半球澳大利亚季风区及南印度洋,成为水汽汇,夏季南半球澳大利亚季风区和南印度洋为水汽源,上述三支越赤道水汽输送通道实现与夏季反向的水汽输送,将水汽由南半球输送到北半球亚洲季风区,此时亚洲季风区为水汽汇。春季和秋季赤道辐合带为主要的水汽汇,亚澳季风区无明显越赤道水汽输送。     

青藏高原能量和水循环试验研究--GAME/Tibet与CAMP/Tibet研究进展

“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究”(GAME/Tibet)和“全球协调加强观测计划(CEOP)亚澳季风之青藏高原试验研究”(CAMP/Tibet)的加强期观测和长期观测已经进行了8年多,并取得了大量的珍贵资料和一系列研究成果。本文首先介绍了GAME/Tibet和CAMP/Tibet试验的科学目标、研究内容、试验区概况、仪器设置、观测时间及资料采集的情况,然后介绍了这两个试验在地气相互作用的观测研究、观测与卫星遥感资料相结合估算区域陆面过程参数和对青藏高原陆面过程的数值模拟及藏北高原降水的时空变化等方面的研究进展,同时指出了目前试验研究中所存在的问题并提出了解决问题的途经。     

亚洲季风区大气热源汇的气候特征

用1950-2005 a共56年NCEP/NCAR再分析资料和倒算法计算了全球的大气热源、热汇,分析了亚洲季风区的大气热源、热汇的基本气候特征和年变化气候特征,主要结论包括:(1)从气候平均看,亚洲季风区的南亚-热带印度洋-热带西太平洋地区是全球范围最大的大气热源区,西太平洋暖池区是最强的热源中心.(2)在亚洲季风区,大气热源、热汇的季节差异明显.从青藏高原南侧和孟加拉湾北部到中国东部和南海地区,冬季是较强的热汇区,夏季则是强的热源区;而在北太平洋中纬度和澳大利亚北部洋面上,冬季是强热源区,夏季是弱的热源或热汇.(3)亚洲季风区中,青藏高原、东亚大陆、西太平洋地区三个经度带内热源、热汇的年变化明显不同.     

亚洲-澳大利亚海陆地形与热力季节演变下的季风槽和季风降水

通过对1999-2007年美国NCEP FNL逐日全球大气分层分析资料和同期美国NASA热带测雨卫星(TRMM)降水产品资料进行气象要素分解,取其海陆差异影响的要素场,对亚洲-澳大利亚季风区的季风槽进行了逐候辨识,分析了亚澳季风区850 hPa各槽线的季节演变与降水的关系.结果发现在亚洲夏季风最强盛的时候青藏高原周边地区一共有五个季风槽,澳大利亚夏季风最强盛的时候在其周边地区存在三个季风槽,这些季风槽都有对应的降水出现并受当地半岛尺度地形的影响.南亚和东南亚的季风槽以及对应的降水持续时间约为半年(24-60候),东亚和澳大利亚季风期要短一些(28-48候和1-17候).东亚和澳大利亚北部地区都存在季风爆发之前的前汛期降水或过渡时期降水.     

气候变化背景下陆地季风与非季风区极端降水特征对比

利用月平均地表气候要素数据集(CRUTS 4.02)的逐月降水和逐月日平均气温资料,采用线性趋势分析、滑动平均和相关分析等方法,研究了 1901-2017年气候变化背景下全球陆地季风区与非季风区的极端降水特征.结果表明:我国所处的亚洲季风区的极端降水频率分布较为稳定,仅在变暖减缓时段出现大范围小值区;非季风区在急剧加速...     

亚洲中部干旱气候研究综述与机理分析

综述了亚洲中部干旱气候若干研究进展,并对亚洲中纬度干旱区形成机理进行了深入分析。依据大尺度气候分类法将全球陆地划分为季风、地中海及西风带气候区,分别对应于年内季节循环中多雨—高温的同位相、反位相及不相关等类型水—热配置特征。亚洲中部干旱区南北部分属地中海和西风带气候区,其不同水—热位相配置又对应于不同的水汽通量及其散度等特征。研究揭示了欧亚大陆中部干旱区形成于降水不足且季节性水—热配置不当,起因于大气环流平均槽脊季节变化引起的大气动力—热力配置,其根源是海陆热力差异及大地形对大气环流强迫的结果。本文还讨论了季风区与非季风区之间平均气流水汽散度的季节性互动,以及行星尺度上不同气候区之间平均气流与瞬变涡动水汽散度之间的配置等问题。     

亚洲-澳大利亚海陆地形与热力季节演变下的季风槽和季风降水

通过对1999—2007年美国NCEP FNL逐日全球大气分层分析资料和同期美国NASA热带测雨卫星（TRMM）降水产品资料进行气象要素分解,取其海陆差异影响的要素场,对亚洲-澳大利亚季风区的季风槽进行了逐候辨识,分析了亚澳季风区850 hPa各槽线的季节演变与降水的关系。结果发现在亚洲夏季风最强盛的时候青藏高原周边地区一共有五个季风槽,澳大利亚夏季风最强盛的时候在其周边地区存在三个季风槽,这些季风槽都有对应的降水出现并受当地半岛尺度地形的影响。南亚和东南亚的季风槽以及对应的降水持续时间约为半年（24—60候）,东亚和澳大利亚季风期要短一些（28—48候和1—17候）。东亚和澳大利亚北部地区都存在季风爆发之前的前汛期降水或过渡时期降水。