四维资料同化的试验研究

四维资料同化是近年来气象科学上的一个新课题,为了探讨一些基本问题,本文用正压原始方程模式进行了高度观测资料的更新和同化的初步试验研究。 试验结果表明,将测站的实测资料内插到网格点上,再用这种资料作更新或四维资料同化可以减小观测误差的影响,避免所谓排斥现象;四维资料同化方案中需要有气压场和风场间的调整。本文提出了一种简便的四维资料同化方案,用这种方案对观测资料进行同化,得到某一时刻的分析场,再用这种分析场作初值与直接用该时刻的观测场作初值分别作数值预报,其预报结果是前者比后者明显地好,进一步说明了四维同化工作有其重要意义,不但使用非定时的气象观测资料需要四维资料同化,而且在四维同化基础上可以改进数值预报。     

冬季黑潮延伸体区域海表温度锋对北太平洋风暴轴的影响

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和NCEP/NCAR的逐日大气再分析资料,分析了冬季黑潮延伸体区域海表温度锋的变化及其对北太平洋风暴轴的影响。结果表明,冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和纬度位置既存在年际变化,也存在年代际变化,且强度和位置的变化是相互独立的。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度的年际变化对北太平洋风暴轴没有显著的影响,而其年代际变化则对北太平洋风暴轴具有非常显著的影响,当冬季海表温度锋偏强时,大气斜压性在鄂霍次克海及阿拉斯加附近区域上空增强,而在海表温度锋下游至东太平洋区域上空显著减弱,平均有效位能向涡动有效位能的斜压能量转换在45°N以北的太平洋区域上空有所增多,而在30°-45°N的太平洋区域上空有所减少,涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换在35°N以北的西太平洋区域以及45°N以北的东太平洋区域都显著增加,而仅在其南部边缘存在东西带状的减弱区域,导致40°N以北海区北太平洋风暴轴增强,40°N以南海区北太平洋风暴轴减弱,冬季海表温度锋偏弱时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋纬度位置的变化对北太平洋风暴轴也存在较显著的影响,当海表温度锋位置偏北时,在其下游45°N以南的太平洋区域上空大气斜压性减弱,45°N以南的中东太平洋区域上空区域平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都减少;而在45°N以北的太平洋区域上空大气斜压性增强,在阿拉斯加湾附近上空尤其显著,在黑潮延伸体区域附近以及45°N以北的中东太平洋上空平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都显著增加,导致北太平洋风暴轴在其气候平均态轴线两侧呈现北正南负的偶极子形态;海表温度锋位置偏南时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和位置的变化均对北太平洋风暴轴具有显著的影响,其具体的物理机制还需要进一步的研究。      

THE WARMING MECHANISM IN THE SOUTHERN ARABIAN SEA DURING THE DEVELOPMENT OF INDIAN OCEAN DIPOLE EVENTS

This study aims to explore the relative role of oceanic dynamics and surface heat fluxes in the warming of southern Arabian Sea and southwest Indian Ocean during the development of Indian Ocean Dipole (IOD) events by using National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) daily reanalysis data and Global Ocean Data Assimilation System (GODAS) monthly mean ocean reanalysis data from 1982 to 2013, based on regression analysis, Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis and combined with a 2? layer dynamic upper-ocean model. The results show that during the initial stage of IOD events, warm downwelling Rossby waves excited by an anomalous anticyclone over the west Indian Peninsula, southwest Indian Ocean and southeast Indian Ocean lead to the warming of the mixed layer by reducing entrainment cooling. An anomalous anticyclone over the west Indian Peninsula weakens the wind over the Arabian Sea and Somali coast, which helps decrease the sea surface heat loss and shallow the surface mixed layer, and also contributes to the sea surface temperature (SST) warming in the southern Arabian Sea by inhibiting entrainment. The weakened winds increase the SST along the Somali coast by inhibiting upwelling and zonal advection. The wind and net sea surface heat flux anomalies are not significant over the southwest Indian Ocean. During the antecedent stage of IOD events, the warming of the southern Arabian Sea is closely connected with the reduction of entrainment cooling caused by the Rossby waves and the weakened wind. With the appearance of an equatorial easterly wind anomaly, the warming of the southwest Indian Ocean is not only driven by weaker entrainment cooling caused by the Rossby waves, but also by the meridional heat transport carried by Ekman flow. The anomalous sea surface heat flux plays a key role to damp the warming of the west pole of the IOD.     

基于中心轴线的北太平洋冬季风暴轴分类及其机理研究

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料研究了63年（1948～2010年）冬季北太平洋风暴轴的时空演变,提取风暴轴的中心轴线作为研究主体,以风暴轴的经向分布差异为重点,用模糊C均值聚类分析的方法将风暴轴分为平均型、偏北型和偏南型三类,并探讨了各类风暴轴对应的海气异常型及其物理机制。结果表明:（1）三类风暴轴分别显示了风暴轴经向差异的具体物理图像,对应着不同的涡旋移动发展路径,具有明确的天气学意义。通过EOF分解证明本文的分类反映了风暴轴的主要变化特征,物理意义清晰,具有一定的合理性和实用性。（2）三类风暴轴不仅经向差异明显,其北抬南压的纬向位置也存在显著差异,进一步表明该分类方法充分考虑了风暴轴空间分布的经向纬向差异,还揭示了风暴轴多中心的特点。（3）三类风暴轴对应的不同SST异常通过热力过程影响大气的温度场、风场和位势高度场,导致阿留申低压强度位置异常和水平风场异常,进而影响大气斜压性,决定风暴轴的空间分布,是形成不同类型风暴轴的重要原因。     

南海季风试验与东亚夏季风

南海季风试验是一次国际性大气与海洋的联合试验 ,旨在更好地了解南海季风的爆发、维持与变化 ,以改进东亚和东南亚地区的季风预报。 1998年 5～ 8月进行的外场试验取得了圆满成功 ,获得了大量气象与海洋资料。不少国家对这些资料进行四维资料同化 ,并改进数值模拟和预报 ;同时也为东亚与南海地区季风的研究提供了必要的资料集。文中总结了中国科学家在这方面的主要研究成果 ,共包括 6个方面 :(1)南海夏季风的爆发过程与机理 ;(2 )南海季风爆发过程中对流与中尺度系统的发展及其与大尺度环流的相互作用 ;(3)低频振荡与遥相关作用 ;(4 )南海海 气通量的测量及其与季风活动的关系 ;(5 )夏季风时期南海海洋的热力结构、环流和中尺度涡旋及其与ENSO事件的关系 ;(6 )南海与东亚季风的数值模拟。     

东亚冬季风年际变化的ENSO信息 I. 观测资料分析

利用1950～1989年40年的全球月平均资料,详细讨论了东亚冬季风的年际变化特征,分析结果表明东亚冬季风年际变化中包含有明显的ENSO信号,也就是说东亚冬季风活动与ENSO的发生有明显的关系,大多数El Ni?o事件爆发后东亚冬季风偏弱,而大多数La Ni?a爆发后东亚冬季风偏强。通过对这40年间的10次El Ni?o和7次La Ni?a事件的合成分析,结果表明El Ni?o冬半年东亚500 hPa位势高度为正距平、海平面气压为负距平,即东亚冬季风偏弱,阿留申及北美地区呈现出明显的类似PNA型的异常环流形势;La Ni?a冬半年东亚以至于北半球大气环流异常形势与El Ni?o的相反。同时资料分析也表明,在大多数El Ni?o（La Ni?a）爆发前东亚冬季风偏强（弱）。另外,功率谱分析结果表明,东亚冬季风有显著的3～5年和准2年的变化周期,这从另一方面说明了东亚冬季风的年际异常中包含有显著的ENSO信息。     

江淮流域夏季旱涝与不同时间尺度大气扰动的关系

从不同时间尺度大气环流异常角度研究了江淮流域的汛期多雨和少雨情况,结果表明准定常行星波的异常对江淮流域旱涝有较为明显的影响;大气低频系统（准双周和季节内振荡）也有相当重要的作用,且以对流层高层（200 hPa）的准双周振荡和对流层低层（850 hPa）的季节内振荡的影响更为清楚;天气尺度扰动对汛期降水量异常的影响相对较小。低层准定常西南气流的强度与位置对旱涝的影响很大,若准定常西南气流强且偏向大陆,易造成江淮流域偏涝;若准定常西南气流弱或偏向大陆以东的洋面上,则江淮流域易旱。     

夏季南海季风槽与印度季风槽的气候特征之比较

亚洲夏季风槽包括两大重要组成部分,即南海夏季风槽和印度夏季风槽.两个季风槽同属于热带夏季风系统,具有热带辐合带的性质.但由于所处地理位置、海陆分布、受到的影响系统不同等原因,两个季风槽有明显的异同点.利用气候平均资料分析,揭示南海夏季风槽和印度季风槽的结构特征和演变特征的异同点,有利于提高对亚洲夏季风系统的认识.作者首先讨论了结构特征方面的差异,从季风槽的对流特征、环流场配置特征、热力结构特征等方面探讨了两个季风槽的区别,分析结果表明南海夏季风槽和印度夏季风槽在结构特征方面区别不算很大,都具有热带季风辐合带的典型结构,低层辐合,高层辐散,有明显的季风经圈环流,热力结构特征均是低层偏冷,中高层偏暖.相对来说,印度夏季风槽比南海夏季风槽强且深厚.其次对南海夏季风槽和印度夏季风槽的演变的气候特征所进行的分析表明,季风槽建立时间与季风爆发时间是一致的.南海夏季风槽爆发早且突然,撤退缓慢,维持时间长;印度夏季风槽则是渐进式的爆发,撤退迅速,维持时间较短.两个季风槽的温湿演变特征也有所不同.     

大气季节内振荡的活动与江淮流域夏季旱涝

观测资料的分析极为清楚地表明,江淮流域的夏季降水有着极为明显的低频变化,周期为30-60d和近20d的振荡是其最基本的特征,尤其是在多雨的年份.对应江淮夏季多雨(涝)年和少雨(旱)年,大气环流的分析表明其大气季节内振荡(IS0)的形势有着显著的差异.例如在多雨(少雨)年,在长江以南的850hPa上为一个低频(IS0)反气旋(气旋)性环流控制,而中国北部和日本一带为气旋(反气旋)性环流,从而在江淮流域形成较强的低频辐合(辐散)气流;在200hPa的青藏高原上却为一个低频气旋(反气旋)性环流所控制.分析还表明,对应多雨年,在江淮流域有明显的由中高讳度向南传播和由低玮度向北传播的大气低频振荡的汇合情况;而对应于少雨年,由中高纬度向南传播的低频系统较不明显,在江淮流域低频系统的汇合也较为不清楚.