赤道太平洋降水与厄·尼诺

根据1899年—1982年赤道太平洋降水资料,研究了10月—12月降水量的时空变化。发现中太平洋最主要的特点是赤道地区与20°N以北及10°S以南变化相反。与赤道东太平洋海温变化比较证实,海温高时中太平洋多雨。分析赤道中太平洋多雨及少雨时海平面气压场表明,多雨时赤道低压偏东,南太平洋高压弱,而澳大利亚气压上升。最后指出,1982—1983年的厄·尼诺事件,就其伴随的环流与气候异常来讲,与以前的事件并无本质上的不同,但其强烈程度则是几十年来少见的。     

厄·尼诺影响西太平洋台风活动的研究

在厄·尼诺年西太平洋(包括中国南海)台风活动偏少而反厄·尼诺年台风活动偏多的统计分析结果基础上,根据台风形成的条件,本文分析了厄·尼诺年和反厄·尼诺年西太平洋热带地区的大气环流和状态以及海水温度的变化。由它们的异常变化以及极为明显的差别,从而对厄·尼诺影响西太平洋台风活动作了较全面的定性解释。     

地球自转减慢与厄·尼诺现象的形成

著名的厄·尼诺现象的成因,目前尚无一致的结论。本文得到,地球自转大幅度持续减慢与厄·尼诺现象的发生,两者有相当一致的同步演变关系。并且,后者比前者平均滞后14天,南方涛动也比地球自转减慢滞后。表明地球自转急剧减慢很可能是形成厄·尼诺现象的一个重要原因。文中还从固体地球、大气、海洋三者总角动量守恒的假定出发,讨论了地球自转减慢影响赤道洋流、信风减弱的量级及其形成厄·尼诺的物理途径。     

热带大气运动的长波和超长波(二)

本文对热带湿大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L1～104公里,经向扰动尺度L2～106公里)和经向超长波(L1～103公里,L2～104公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与干大气一样为正压无辐散运动;但对于长波和经向超长波,它们的运动特征与干大气有着巨大的差别,在这类运动中,位势部分、辐散辐合和垂直气流相当重要,而且重力内波波速大大变慢,因而可以认定混合的Rossby-重力波是热带长波和经向超长波的一个重要特性。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。从而证实了谢义炳教授最近提出的空气温度对大气运动有重要影响的观点。同时,在假定基本气流U=0的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,证实了上述尺度分析的结果是正确的。     

热带大气运动的长波和超长波(一)

对热带干大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L_1～10~4公里,经向扰动尺度L_2～10~3公里)和经向超长波(L_1～10~3公里,L_2～10~4公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与长波的情况一样为正压无辐散运动;但在经向超长波时,则涡度方程中存在辐散项,这一结果与Matsuno得到的在热带存在Rossby波和惯性-重力波混合的情况是一致的。同时,在存在基本气流切变的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,结果指出,当n≥1时,Rossby波和惯性-重力波是可分的;当n=0,而纬向尺度L_1～1000公里时,存在混合Rossby-重力波,这就证实了上述尺度分析的结果是正确的。于是,把尺度分析的结果与热带波动运动中Rossby波和惯性-重力波是可分的或混合的特性统一了起来。     

1982—1983年的厄·尼诺与南方涛动(ENSO)

1982—1983年赤道东太平洋海温异常偏高,这个现象在国际上引起了广泛的注意。热带海洋大气通讯(Tropical Ocean-Atmosphere Newsletter,缩写TO-AN)1983年2月及10月分别出版了两期专刊(No.16,No.21)。这份杂志是美国华盛顿大学、大气与海洋联合研究所(JISAO)在国家海洋大气局(NOAA)的赤道太平洋气候研究(EPOCS)规划支持下于1980年创刊的。目的是及时交流热带大气与海洋的研究成果。这是一份双月刊,每逢单月出版。在这两期专刊上共发表了40篇文章,介绍1982—1983年的ENSO,所谓ENSO即厄·尼诺(El Nino)与南方涛动(Southern Oscillation)的联合缩写。下面对其主要内容做一介绍。     

夏季大气超长波活动的正压能量学分析及其与降水的关系

一、引言 对流层上部大气超长波的演变,超长波系统南亚高压的活动等大尺度环境场的稳定持续或突变转折,对中期降水天气过程的预报具有十分重要的意义。虽然大尺度环境场不是中期降水天气过程的直接影响系统,但也不能忽视稳定持续或突变转折的大尺度环流形势对降水天气系统的影响作用。 根据中央气象台1982—1984年6—8月每日20时100hPa等压面高度资料,我们用傅氏谐波分析     

北半球夏季热带和副热带昼间云粒子有效半径廓线特征的分析

云粒子有效半径是云微物理中的重要参数,准确获取云粒子有效半径的分布特征对分析云形成、降水及灾害性天气预报、地气辐射收支等都具有重要意义。利用1998～2012年6～8月（夏季）热带测雨卫星（Tropical Rain Measuring Mission,简称TRMM）搭载的可见光/红外扫描仪（Visible and Infrared Scanner,简称VIRS）的探测资料,分析了夏季热带和副热带地区云粒子有效半径的空间分布和廓线特征。结果表明云粒子有效半径在空间上分布不均匀,粒子尺度分布在5～30 µm之间,局部尺度可达30 µm以上,并且洋面的云粒子有效半径相比陆面的云粒子有效半径更大;标准差多分布在2～10 µm之间,但局部可达10 µm以上。不同区域的云粒子有效半径垂直廓线分布表明,随着亮温的降低,云粒子有效半径先增后减;对于小的云粒子有效半径,洋面比陆面的云粒子有效半径廓线大,且北半球副热带比南半球副热带的云粒子有效半径廓线大;对于大的云粒子有效半径,各区域间的云粒子有效半径廓线差异较小;云粒子有效半径标准差廓线分析表明,小粒子、适中粒子和大粒子的标准差大值分别位于冰云、混合云和水云区。本研究结果为模式模拟热带和副热带区域云中粒子有效半径分布特征提供了观测依据。     

1982-1983年冬季厄尔尼诺期间大气环流异常的诊断分析

本文利用ECMWF的逐日资料,对比分析了1982年12月和1980年12月的平均大气环流情况,结论是:1982—1983年El Nino事件对全球大气环流有重大影响。(1)El Nino事件不仅使Hadley环流得到加强,而且使所有经圈环流都有所加强;(2)El Nino事件使两个半球(特别是北半球)的中纬度西风加强,使对流层低层及中纬度200hPa附近的温度升高,中纬度的对流层低层有弱的降温;(3)El Nino事件使大气湿度明显增加,但在北半球副热带地区除近地面层外湿度都明显减小。 同大气环流基本状态的异常相应,El Nino事件也导致了大气中动量、热量和水汽输送的明显异常。这些物理量输送的异常不仅同平均环流的异常有关,而且扰动(特别是行星尺度的扰动)对此也有着重要贡献。      

北半球夏季全球热带和副热带200hPa平均辐散环流的研究

大气的运动场或风场包括两部分:一是旋转部分,另一是辐散部分。虽然旋转部分的方差占总运动场方差的大部分(约占80％),但与辐散风相联系的垂直环流对于天气系统的发展是重要的。Krishna-murti等人最早研究了全球热带的辐散环流。最近他的研究表明,辐散风场的大部分是属于纬向的行星尺度垂直环流的水平分支,这意味着行星尺度系统总是热力直接环流,并且以纬向环流为主。Van der Boogard计算了7月多年平均的速度势场,发现对流层上层最强的辐散中心在中南半岛上空。     

1983与1985年夏季北半球500hPa高度场大气低频波振特征

本文利用观测资料分析了１９８３年１９８５年夏半半球５００ｈＰａ高度场大气低频波的振荡特征。结果表明,１９８３年（厄尔尼诺年）夏季热带中、东太平洋和印度洋以及东亚季风区上空的低频振荡比１９８５年（反厄尔尼诺年）夏季的低频振荡强,而热带西太平洋的情况恰好相反。这是由于反厄尔尼诺年夏季热带西太平洋对流活动强盛所致。分析结果还表明：１９８３年夏季低频波基本上是东传的;１９８５年夏季,在中高纬度地区低频波主     

1982年夏季热带大气环流异常与ElNino事件发展机制的探讨

本文利用1980—1983年四个夏季(以7月平均为代表)的ECMRWF资料,分析了1982—1983年El Nino事件强烈发展前的1982年夏季热带大气环流的异常.从一系列显著异常的观测事实分析中得出:1982年夏季异常强的东亚高空东风急流是1982～1983年El Nino事件发展的一个可能促发机制;1982年澳大利亚冬季冷空气的异常堆积导致澳大利亚至东太平洋纬向热力对比的增强,是赤道太平洋偏东信风迅速减弱的一个重要原因.     

1983与1985年夏季北半球500hPa高度场大气低频波的振荡特征

本文利用观测资料分析了1983与1985年夏季半球500hPa高度场大气低频波的振荡特征。结果表明,1983年（厄尔尼诺年）夏季热带中、东太平洋和印度洋以及东亚季风区上空的低频振荡比1985年（反厄尔尼诺年）夏季的低频振荡强,而热带西太平洋的情况恰好相反。这是由于反厄尔尼诺年夏季热带西太平洋对流活动强盛所致。分析结果还表明：1983年夏季低频波基本上是东传的;1985年夏季,在中高纬度地区低频波主要还是东传,热带是西传。西藏高原是大气低频振荡的汇区。     

1983年夏季青藏高原地区的地面和大气加热场

本文利用1982年8月—1983年7月在青藏高原所取得的太阳辐射观测资料,计算和分析了高原主体78个站夏季地面和大气的加热场。结果表明:1983年夏季,高原地区地面加热场为较强的热源,高原主体的最大加热中心在东南部,林芝和甘孜各有一个地面热源中心;地面加热场强度最大值在6月和7月出现。4—9月高原主体为大气热源,最大热源中心位于高原东部和中部,最大热源强度在7月出现。在大气总加热中,高原东部以降水潜热为主,高原中部、西部和南部则以地面有效辐射为主。     

1982年夏季热带大气环流异常与ElNio事件发展机制的探讨

本文利用1980—1983年四个夏季(以7月平均为代表)的ECMRWF资料,分析了1982—1983年El Nino事件强烈发展前的1982年夏季热带大气环流的异常.从一系列显著异常的观测事实分析中得出:1982年夏季异常强的东亚高空东风急流是1982～1983年El Nino事件发展的一个可能促发机制;1982年澳大利亚冬季冷空气的异常堆积导致澳大利亚至东太平洋纬向热力对比的增强,是赤道太平洋偏东信风迅速减弱的一个重要原因.     

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

本文首先基于1979～2019年ERA5逐日再分析数据集,采用自组织映射（SOM）神经网络方法对冬季北半球对流层极涡进行客观分型,分析了极涡天气型的时间变化特征,揭示了冬季北半球极涡天气型长期变化的成因。结果表明：（1）根据极涡中心位置,极涡可分为绕极型、偶极型、偏欧亚型和偏北美型,其中绕极型和偶极型为主导环流型。绕极型和偶极型的出现频次分别呈现显著减少和增多的趋势,并具有明显的年际和年代际变化。（2）绕极型的长期减少和偶极型的长期增加主要是由于北极地区快速升温导致北半球中高纬度区域间的经向温度梯度不断减小,大气斜压性减弱,进而引起绕极西风环流减弱,使得北半球极涡的强度减弱,极涡极易分裂。随后基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中一个海气耦合模式（CESM2）的工业革命前参照试验（piControl）和CO₂浓度每年增加1%的强迫试验（1pctCO₂）数据集,采用上述同样的方法进一步探讨了极涡绕极型和偶极型的长期变化与全球增暖的关系,发现无论在piControl还是在1pctCO₂试验中绕极型和偶极型极涡仍为主导环流型,但在piControl试验中绕极型和偶极型的出现频次无显著变化趋势,而在1pctCO₂试验中绕极型和偶极型则分别表现为显著减少和增多的趋势,进一步验证了观测中这两类极涡天气型的长期变化与全球增暖密切有关。同时本文也使用了CMIP6中其他11种模式做了对比分析,发现结果可靠。

     

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先讨论了热带纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风位相的划分标准.结果发现,赤道50 hPa的风与西风深厚度关系最密切,即赤道50 hPa的纬向平均风为西(东)风时往往代表平流层下层为一层深厚的西(东)风.在此基础上诊断分析了1958/1959～1997/1998年共40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响.诊断分析表明,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层.热带QBO的东风位相年与西风位相年相比,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱,中低纬地区则出现相反变化,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式.纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释,QBO的东风位相年和西风位相年相比,中高纬准定常行星波向极地的传播更强,从而在高纬度平流层产生异常的E-P通量辐合,波-流相互作用的结果使得西风减弱.但是热带纬向风QBO的影响在1958/1959～1997/1998年的前后20年有所差异.后20年相对于前20年而言,东西风位相的差异有所减小,Hol-ton-Tan振荡明显减弱;就行星波传播而言,东风位相年下,前20年行星波向上传播较弱,而后20年则以大约70°N为分界点,以南向上传播较强,以北向上传播较弱.这种差异可能跟中高纬度纬向西风的自身变化有关.     

1997年中国夏季旱涝和北半球平流层平均环流分析

通过分析对应我国夏季三类降水型的北半球50 hPa平均环流场特征,表明1997年我国夏季降水异常的50 hPa环流特征,主要是从冬到夏大范围高度场偏高,极地涡旋冬季弱春季强,太平洋高压冬春异常加强。