南极地区冰雪消失对全球大气环流和气候影响的数值模拟

本文利用全球大气环流模式通过数值模拟研究了北半球夏季南极地区冰雪覆盖的消失对大气环流和全球气候影响的过程。结果表明南极冰雪消失不仅影响南半球大气环流异常,而且通过引起热带环流异常如增强东亚季风环流和减弱Walker环流等引起北半球大气环流和我国夏季气候的异常。南极冰雪覆盖的消失将给全球气候带来严重后果。文中也对南极冰雪气候效应的动力学机制进行了讨论。     

马斯克林高压的强度变化对大气环流影响的数值试验

本文用一菱形截断15个波的九层的CCM进行了一组数值试验,研究了南印度洋上马斯克林高压(以下简称马高)对大气环流的影响。结果表明:马高增强以后首先增强了45°E附近索马里越赤道气流以及北印度洋西部的亦道西风,使得最大西风轴线北侧气旋性环流发展,降雨量增大。同时由于马高能量频散的结果,澳高也随之增强,从而增强了105°E—120E°处越赤道气流,使得南海菲律宾地区气旋性环流发展,降雨量增大。以上两方面使东亚西南季风和局地Hadlev环流增强,随而西太平洋付高增强。马高的增强不仅对邻近区域环流有短中期影响。而且使全球大气可以发生低频响应,在全球产生三个主要波列。一个是南半球的纬向波数3型,北半球有两个,主要的一个是从日本到美国东南部。文中对这一波列形成原因进行了讨论。 上述试验结果与观测研究结果甚为一致,因此马斯克林高压是影响南北半球相互作用,影响东亚大气环流的一个十分重要的环流系统。     

热带海气耦合距平模式中的ENSO循环及其形成机制

本文研制设计了一包含海洋表面边界层和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合异常模式。进而利用该模式对ＥＮＳＯ循环进行了成功的模拟。通过对模式ＥＮＳＯ循环的演变特征及其形成机制的细致分析，揭示了ＥＮＳＯ暖位相的一种机制。     

ENSO循环的数值模拟──Ⅰ:水平结构演变

利用发展的包含海洋表面边界展和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合距平模式，对ＥＮＳＯ循环进行了模拟。通过３０ａ积分，用合模式所展示的热带太平洋海气耦合系统的ＥＮＳＯ循环的水平结构演变特征和观测事实甚为一致，成功地模拟出了ＥＮＳＯ循环的冷暖态的发生发展、衰亡及相互转换等各个位相的动力和热力场的水平结构及其对季节循环的依赖性特征。本文数值模拟结果表明，ＥＮＳＯ循环的主要动力学过程可由热带海气相互作用系统自身所确定。ＥＮＳＯ循环的正确模拟是揭示其形成机制的前提。     

ENSO循环的数值模拟(Ⅱ)──变化性及时间尺度选择机制

利用热带太平洋海气耦合异常模式的３０ａ模拟结果，对模式ＥＮＳＯ的变化性及多重时间尺度过程进行了细致分析，建立了一ＥＮＳＯ循环多重时间尺度过程相互作用的非线性相似（Ａｎａｌｏｇ）模型，并提出了ＥＮＳＯ循环主周期形成的一种可能机制。指出：和观测事实类似，模式ＥＮＳＯ过程确实涉及到三种时间尺度，即３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）、准两年振荡（ＱＢ）和年循环（ＡＣ）；其中，ＱＢ过程是线性海气耦合系统的本征模态，年循环（ＡＣ）对其形成没有本质的影响；３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）是一非线性系统的自激振荡现象，其形成是线性系统的本征模即ＱＢ过程通过非线性机制尤其是通过大气辐合反馈加热的“单向性”过程在ＱＢ的暖态产生的减频增幅所致；平均年循环（ＡＣ）虽然不能对ＥＮＳＯ循环形成有本质影响，但它可明显影响ＥＮＳＯ循环的具体振幅和位相，使得ＥＮＳＯ循环具有明显的不规则性并对季节循环具有明显的“锁相”特征；ＥＮＳＯ变化性确是ＬＦ、ＱＢ以及ＡＣ多重时间尺度相互作用形成的。本文提出的ＥＮＳＯ循环时间尺度选择机制不仅解释了主周期振荡的形成过程，而且也较好地解释了ＥＮＳＯ变化的谱，因此，这一机制更接近于观测事实。     

热带太平洋线性海气耦合系统的主模与ENSO

本文利用包含海洋表面边界层、线性海洋大气动力学以及完整的关于不均匀气候态线性化SST预报方程的热带太平洋海气耦合模式， 在真实的气候背景态和参数域内，研究了海气耦合系统的特征值问题，确定了线性耦合系统主模的特征周期及其稳定性特征，进而揭示了主模和ENSO的关系。结果表明:准两年振荡是线性海气耦合系统中的最不稳定模态，且只有该模态类似于ENSO水平结构。因此，准两年振荡很可能是海气耦合系统固有的最根本性的振荡过程。本文也对准两年振荡的形成与年循环的关系以及它在ENSO时间尺度形成中的作用进行了讨论。     

大西洋海温异常对东亚夏季大气环流影响的数值试验

近年来人们对东亚夏季大气环流年际异常及其机制已经进行了不少研究,一般认为外强迫作用尤其是热带太平洋海温异常是大气异常产生的重要原因之一,相对而言,大西洋海温异常作用及其对东亚夏季大气环流和季风环流的影响没有得到足够的重视,Rowntree(1976)和Gamb等(1987)先后研究了大西洋海温异常对冬季北半球大气的影响,表明通过激发欧亚型(EU)波列完全可以引起冬季亚洲大气环流异常。本文目的主要是研究大西洋海温增暖对夏季东亚大气环流特别是季风环流的影响及其可能的机制。     

东北地区平均、最高、最低气温时空变化特征及对比分析

东北地区是我国受全球气候变暖影响增温最显著的地区之一,有其独特的气候变化特点。利用东北地区建国以来较密集的气象观测资料,运用Yamamoto检测、趋势系数、气候倾向率等方法分析了该区域近44 a来平均、最高、最低气温的时空变化特征和规律,并初步探讨了这些变化的差异和可能影响因素。结果表明:近44 a来,东北地区平均气温存在明显的变暖倾向,气候变暖趋势存在着季节性和地域性差异。冬季增温最强,秋季增温最弱;区域变化表现为在区域中心区域,即吉林、黑龙江、内蒙古三省交界区增温趋势最明显,辽宁中部和内蒙古东部的中心靠近边境区域为增温较弱的地区;最低气温的增温率是最高气温的2倍左右。     

北太平洋风暴轴异常变化特征及其与纬向风场的关系研究

摘要本文通过对300 hPa5、00 hPa和850 hPa的北太平洋风暴轴(PST)的异常研究,分别提取出两个主异常模态进行比较。分析表明在三层的第一主模态都主要对应有PST异常的准10 a的周期变化;而对300 hPa和500 hPa的第二主模态,以及850 hPa的第三模态,对应有更长时间的趋势变化。进一步通过相关的分析,说明PST的异常从低层到高层的变化存在一定的一致性。通过PST与纬向风场在300 hPa的相关分析发现,两个模态与纬向风场的异常在空间上都呈同位相的分布,说明高层纬向风场异常与PST发展可能存在一种互相反馈的作用。进一步通过斜压增长率和水平两维的E-P通量矢的合成分析发现,这种反馈作用,无论从纬向风场异常所产生的环境斜压增长条件的改变,还是从平均动能与扰动动能的转化关系,都是存在的。     

大气热源年代际异常与20世纪70年代末期东亚夏季风年代际减弱

利用1958-2001年ERA-40再分析资料计算大气热源,统计分析了亚洲季风区及其邻近海域大气热源年代际变异的典型模态;利用线性斜压干模式,模拟了夏季大气对大气热源年代际异常的响应,揭示了大气热源年代际异常与1970s末期东亚夏季风年代际减弱的关系。结果表明:近50 a来亚洲及其邻近海域夏季整层大气热源变异主要表现为年代际变化特征,其年代际位相转换发生在1970s中后期,这与东亚夏季风年代际减弱的时间一致;菲律宾附近海域和中国西南地区是与东亚夏季风年代际减弱有直接联系的两个热源异常关键区;东亚夏季风年代际减弱最直接地表现为这两个关键区热源异常的共同作用,而赤道中东太平洋、赤道印度洋大气热源增强则通过大气遥响应机制影响菲律宾附近海域低层大气环流异常对东亚夏季风变异起相反的贡献。