欧亚积雪异常分布对冬季大气环流的影响Ⅱ.数值模拟

基于观测分析的结果,采用NCAR CCM2模式,设计了三组数值试验方案,研究了积雪的异常分布对冬季大气环流的影响及其可能的物理过程.结果表明,数值模拟与观测分析所得结果一致,冬季积雪的异常分布,通过积雪的辐射冷却效应,可以改变地表的热状况以及地表对大气加热的异常,引起大气温度、位势高度场的调整,激发冬季大气EUP遥相关型,导致东亚冬季风环流的异常.     

江苏省梅汛期暴雨特征及其对长江下游水位的影响

利用1961～2009年江苏省逐日降水资料和南京站逐日水文资料,采用模糊聚类、小波分析、相关分析等方法分析了江苏梅汛期暴雨的气候特征及其与长江下游水位的关系。发现,在梅雨期间江苏省大部分区域都会出现暴雨,但也存在明显的地域差异,暴雨量的多寡一定程度上决定了该年梅雨量的丰枯;江苏南、北两个区域梅汛期暴雨均存在多时间尺度特征,但其年际和年代际振荡的周期和强度随时间的变化有不同表现。长江下游南京站6~7月的水位变化与梅雨期暴雨的年际、年代际周期变化和异常年份的发生有一定相似性,江苏南区梅雨期暴雨量与南京水位的相关性通过了0.10的显著性检验,可以认为南京站6~7月水位的高低与梅雨期暴雨具有一定的相关性。     

南海夏季风对台风“启德”极端降水影响的数值模拟

本文为研究台风"启德"极端降水的成因,模拟了南海夏季风减弱后台风"启德"的路径、强度、雨带位置、降水强度等。结果表明,夏季风削弱后,南海地区的西南季风受到抑制,台风强度减弱,台风范围内降水强度总体减弱,台风雨带偏南,因此南海夏季风强度减弱不利于极端降水的产生。降水模拟过程中发现,降水强度的减弱在整个模拟试验时间周期内,表现为非峰值强度减弱明显,而峰值强度不明显减弱。进一步分析了台风降水的逐小时演变特征和台风路径特征。结果表明,控制试验与敏感性试验模拟台风登陆在时间上存在时间差,与台风降水的逐小时变化峰值出现的时间差基本对应。这说明可能台风登陆过程的其他复杂因素导致夏季风减弱后台风登陆降水不表现出明显减弱。而非登陆过程,减弱夏季风对台风降水有减幅作用。     

2006年6月6—7日福建特大暴雨数值模拟和诊断分析

采用PSU／NCAR等共同研制的新一代细网格WRF（WeatherResearchandForecasting）中尺度数值模式,对2006年6月6-7日福建地区出现的一次特大暴雨过程进行了数值模拟,并利用模式输出的高分辨率动力协调资料进行了初步诊断分析。结果表明,中尺度低涡是本次暴雨过程的主要影响系统之一,低涡的时空演变特征与暴雨中心的移动和雨强的变化相一致。暴雨中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展,高低空急流耦合是此次强降雨爆发的重要机制。暴雨区域850hPaθse场呈现典型的“Ω”型,高湿能条件的维持,保证了强降雨过程的能量供给,是强降雨持续的重要条件。暴雨中心位于最大垂直速度中心附近,暴雨区两侧存在垂直的次级环流,对流层中低层负湿位涡区、高层正湿位涡区的配置有利于造成较强烈的中尺度上升运动。     

两次触发MJO对流事件的物理过程对比研究

用OLR的逐日数据和2002—2003年ERA-Interim的逐日再分析数据集的多个变量q,T,u,v,ω,结合水汽收支分析和多尺度波流相互作用的方法研究了2002年冬季两支东传的MJO对流事件MJO1和MJO2被触发的物理过程发现,MJO1和MJO2的对流分别发生在2002年10月31日和12月8日,对流发生区域均在赤道印度洋,分别为10°S~10°N,50°~80°E和0°~10°N,50°~80°E。水汽距平的正异常和垂直上升运动超前于对流的发生时间,使得二者发生区域边界层的水汽增加,形成了有利于对流发生的上干下湿的对流不稳定条件。在对流发生的前3天,水平湿度平流的正贡献是二者发生区域内水汽增加的主要原因,是由MJO尺度的东风分量把发生区域东侧更大的背景场水汽分量输送到发生区域中的平流过程导致的;二者水汽增长过程的最大区别是MJO1中垂直湿度对流的正贡献几乎为零,MJO2中有较强的垂直湿度对流的正贡献,造成这一巨大差别的主要原因,是MJO2中边界层的MJO尺度的垂直上升运动比MJO1中更强。     

热带太平洋、印度洋海温异常对处于厄尔尼诺事件成熟期的东亚Hadley环流的影响

分析了热带太平洋El Nino事件和热带印度洋海盆一致的暖海温异常事件（记为暖海盆模态）与东亚Hadley环流的关系及海温异常对东亚Hadley环流的影响。结果表明：（1）东亚Hadley环流与El Nino循环的关系密切,El Nino事件从开始到消亡的不同位相期,东亚地区表现为随位相变化的异常经向垂直环流,在El Nino成熟期由异常顺时针经向环流圈转换为异常逆时针经向环流圈,意味着东亚Hadley环流圈的显著减弱。（2）冬季Nino3指数、赤道印度洋海盆一致型模态指数（IOBMI）与东亚Hadley环流指数间呈负相关关系,相关系数分别为-0.42、-0.39,远超过0.01信度的显著性检验,表明当El Nino事件和印度洋暖海盆模事件发生时,东亚Hadley环流减弱。模拟结果与诊断分析结果一致。（3）鉴于印度洋海盆模态和太平洋El Nino事件的密切联系,在考虑冬季东亚Hadley环流变化时,应考虑El Nino事件和印度洋海盆一致型海温异常事件的共同作用。数值试验结果表明两大洋的共同作用会产生更强的东亚异常逆时针经向垂直环流,使得东亚Hadley环流显著减弱。     

冬季北半球风暴轴的协同变化及其与大气环流的相互作用

基于1971—2016年NCEP/NCAR的逐日、逐月再分析资料,研究冬季北半球西伯利亚风暴轴(Siberian Storm Track,SIST)、北太平洋风暴轴(Pacific Storm Track,PST)和北大西洋风暴轴(Atlantic Storm Track,AST)的协同变化特征及其与大气环流的关系。结果表明:(1)三大风暴轴不仅各自的位置与强度变化存在显著相关性,风暴轴之间也存在一定的协同变化且年代际尺度上比年际尺度上更紧密。年际尺度上,SIST与AST的经度变化呈显著负相关,而PST和AST的协同性较差;年代际尺度上,SIST与PST的经、纬度变化均呈弱的负相关,SIST与AST的经度和强度变化均呈显著正相关,PST与AST的经、纬度变化均呈显著负相关。(2)由联合EOF分析得到北半球风暴轴的协同变化时空特征:在年际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏弱(强),PST主体偏弱(强)、东南偏强(弱),AST略偏北(南)偏强(弱)但不显著的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为太平洋北美(Pacific North America,PNA)型和欧亚(Eurasian,EU)型的正位相,东亚急流偏强且偏南;第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏东(西),PST中东部偏南(北)、西部强度偏强(弱),AST偏强(弱)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为PNA型和大西洋东部(East Atlantic,EA)型的正位相,北美急流减弱;在年代际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏西(东)且偏弱(强),PST偏东(西)且偏弱(强),AST偏西(东)且偏弱(强)的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为西大西洋(West Atlantic,WA)型和EU型的正位相。第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏北(南),PST偏南(北)且偏弱(强),AST北抬(南压)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为EU型和WA型的正位相,东亚急流强度加强且偏南,北美急流强度减弱。     

北半球陆面过程对全球变暖响应特征的初步分析

利用NCAR气候系统模式CCSM3.0 IPCC AR420世纪气候（20C3M）和21世纪SRES A1B排放情景下的模拟结果,着重分析了未来北半球陆面情况对全球变暖的总体响应特征。对比分析模式对20世纪和21世纪SRES A1B情景下的模拟结果表明：北半球陆面的水、热过程在全球变暖背景下将发生显著的变化。伴随全球地面温度的持续升高,北半球陆面的净辐射通量、感热通量和潜热通量均表现出不同程度的上升趋势,其中潜热通量的增幅明显高于感热通量;伴随着全球变暖,地表的水循环也发生了明显的变化,具体表现为北半球降水持续增多,陆面蒸发明显增加,地表径流也呈现出总体增加的趋势,但土壤含水量则表现出减少的趋势。     

中尺度模式遗传算法同化系统及同化试验研究

设计了一个以MM5模式为基础的遗传算法同化系统,并对一次暴雨过程进行了实际降水的模拟,通过对比遗传同化和伴随同化的降水预报效果,对遗传算法同化系统的同化性能进行验证。试验结果表明,遗传算法与四维变分相结合的同化系统能有效地改善模式的初始场,使MM5模式要素预报和降水预报的准确率得到提高。     

大气环流模式CAM中土壤冻融过程改进对东亚气候模拟的影响

本文在改进了大气环流模式NCAR CAM3.1中的土壤冻融过程参数化的基础上,模拟研究了改进的冻土过程对东亚气候模拟的影响.模拟结果分析表明,改进冻融过程参数化后,冬季欧亚大陆上大部分地区大气对地表的加热偏强,而夏季地表对大气的加热偏强,尤其是青藏高原对大气的加热作用显著增强.东亚气候对冻土过程参数化方案非常敏感,冬、...