2004年与2006年7~9月西北太平洋上空大尺度环流场与天气尺度波动的差别及其对热带气旋生成的影响

2004年和2006年是西北太平洋热带气旋(TC)活动具有明显差别的两年,2004年TC的生成位置主要位于西北太平洋的中东部上空,而2006年的TC主要生成在西北太平洋西部与中国南海.本文利用JTWC(Joint Typhoon Warning Center)热带气旋最佳路径数据、NCEP-DOE AMIP-II再分析资料和NOAA的OLR资料分析并比较了2004年与2006年7~9月西北太平洋上空大尺度环境要素场及天气尺度波动对TC生成的作用.分析结果表明:2004年7~9月与2006年7~9月西北太平洋上空季风槽的平均位置没有明显的区别,但是形态有着显著的差异.2004年季风槽的槽线不明显,在西北太平洋中部呈现一显著的气旋式环流;而2006年季风槽的槽线非常明显,槽线南北两侧呈现平直的水平气流,具有明显的水平切变特征.2004年和2006年对流层低层的相对涡度、高层辐散和垂直风切变具有明显的纬向分布差异,这是这两年TC生成的位置具有明显差异的重要原因之 一.并且,本文还分析对比了2004年以及2006年7~9月西北太平洋上空3~8 d周期的天气尺度波动的活 动,其结果表明:2004年和2006年TC的生成大多数与天气尺度波列的活动有关.2004年的天气尺度波列强度比较强,其活动的位置位于西北太平洋中、东侧上空;而2006年西北太平洋上空的天气尺度波列相对较弱,主要活动于中国南海和西北太平洋西部.纬向基本气流的切变与辐合所引起的瞬变扰动动能倾向的水平分布差异是天气尺度波动活动具有以上差异的重要原因.因此,西北太平洋大尺度环境场与天气尺度波动活动的区别共同造成了2004年7~9月的TC生成位置偏东、而2006年7~9月TC的生成位置偏西.     

中国东部不同区域城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

本文利用法国动力气象实验室发展的大气环流模式(LMDZ)对珠江三角洲(简称珠三角)、长江三角洲(简称长三角)和北京市、天津市、河北省区域(简称京津冀)城市群下垫面变化的东亚气候进行模拟试验, 以探讨不同区域城市群下垫面变化带来的夏季气候效应及其可能机制, 结果表明:珠三角、长三角和京津冀城市群下垫面类型改变后, 地表潜热蒸发显著减少, 为了平衡地面能量收支, 地面温度升高, 进而感热通量、地表有效长波辐射增强, 地表通过升温对能量进行再分配和再平衡, 且下垫面改变引起的温度、地表能量变化基本集中于城市群下垫面变化区域, 温度响应具有显著的局地性;对比不同区域城市化温度响应的强弱, 发现各区域地表气温变化和能量变化存在较好的对应关系, 长三角、珠三角城市群的总能量变化远高于京津冀城市群, 其局地增温也是京津冀城市群的一倍以上;局地温度增加, 虽有利于低层形成热低压, 出现明显上升运动, 但蒸发减弱使局地水汽明显减少, 最终导致降水减少, 表明水汽条件改变是降水减少的主要因素。同时由于中国东部高层呈现南正北负的异常变化, 西太平洋副高加强西伸, 使降水减少区域并没有集中在局地, 特别是东部城市带试验中, 出现了东部地区大范围的降水偏少。     

赤道中东太平洋海温和北极海冰与夏季长江流域旱涝的相关

夏季长江流域旱涝形成不仅归因于大尺度夏季风环流(包括西太平洋副高)系统和热带海温的异常,而且极地热汇作用造成的冷空气活动异常也必须同时引起注意。事实上,许多研究已经表明,El Nino(或La Nina)事件和夏季长江流域旱涝关系并不简单,例如,El Nino年常对应于干旱,但是La Nina年长江流域夏季也可能干旱。显然,试图用海温这一单因子来解释旱涝成因存在着明显的因难。      

INTERANNUAL VARIATION CHARACTERISTICS OF EAST HEMISPHERIC CROSS-EQUATORIAL FLOW AND ITS CONCURRENT RELATIONSHIPS WITH TEMPERATURE AND RAINFALL IN CHINA

The NCEP/NCAR global reanalysis data were used to analyze the interannual variation characteristics of the cross-equatorial flow (CEF) and its concurrent relationships with temperature and rainfall in China. The results indicated that CEF changes more in summer than in winter. As the main flow channel in summer, the Somali CEF changes in a way that does not markedly influence the changes in the CEF total except for winter. The summer CEF total has two sudden increases and one sudden decrease during the last century while the winter total has just one decrease. Long-period data show that the correlation between CEF and summer rainfall in China is not very significant, but is different before and after the 1970s, which is due to CEF’s close links with the East Asia summer monsoon. Winter CEF’s correlation with concurrent winter temperature in northern and southern China varies with the relationship between CEF and sea-level pressure in different areas.     

北太平洋风暴轴的变异特征及其与中纬度海气耦合关系分析

本文使用欧洲ECMWF（ERA40）再分析资料,通过经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）分解探讨了冬季北太平洋风暴轴的变异特征,使用回归分析得到了与风暴轴空间异常型相关的冬季大气平均流异常、表层海温（Sea Surface Temperature,SST）异常的空间耦合型.研究结果表明,冬季北太平洋风暴轴主要有两种空间异常型,第一种是风暴轴中东部明显北抬（南压）,使得整个风暴轴向东北（东南）倾斜,与此同时,在中纬度北太平洋海区,冬季暖（冷）异常的洋面上是异常高压（低压）,海气系统在垂直向表现为一种暖脊（冷槽）配置,在对流层中高层是太平洋-北美（Pacific North American,PNA）型负（正）位相.第二种是风暴轴整体性加强（减弱）并偏北（南）,此时,黑潮区海温异常偏暖（冷）,低层阿留申低压和高空的西风急流略偏北（南）,对流层中高层表现为西太平洋（Western Pacific,WP）型负（正）位相.风暴轴EOF分解的时间系数与阿留申低压指数、PNA指数、WP指数,以及与尼诺3区（NINO3）指数、黑潮海温指数间显著的相关性再次证实了在北太平洋中纬度地区存在着SST异常、风暴轴异常和大气平均流异常三者间的空间耦合型.     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带大西洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度热带大气和海洋模式研究了热带太平洋和大西洋SST通过风应力桥梁的相互作用.利用1958～1998年NCEP分析的海表面温度场（SST）强迫大气模式得到的表面风应力与NCEP分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验;比较控制试验与敏感性试验模拟,则可反映风应力桥梁作用下热带某海盆SST异常对其他海盆的影响.结果表明,热带某一海盆SST暖（冷）异常总是引起局地海盆表面西部西（东）风异常和东部东（西）风异常;热带太平洋SST暖（冷）异常导致的该海盆东部表面东（西）风异常可以扩展到热带大西洋,从而导致热带大西洋SST冷（暖）异常;热带大西洋SST暖（冷）异常导致的该海盆西部表面西（东）风异常可以扩展到热带太平洋,从而导致热带太平洋SST暖（冷）异常.     

北极海冰对大气环流与气候影响的观测分析和数值试验研究

本文主要根据1953～1977年资料,从观测分析和数值试验两方面研究了北极海冰覆盖面积异常对全球的大气环流和气候、特别是对中国气候的影响,发现北极海冰的影响可与中东赤道太平洋海温异常的影响相比拟,甚或可以超过,指出在气候和长期天气预报研究工作中,极冰变异及其影响需要很好重视。     

NCEP/CFSR再分析耦合资料中MJO对ENSO的影响研究

基于1979—2008年NCEP/CFSR再分析耦合数据集,研究了冬季MJO对ENSO事件的影响。结果表明,在年际时间尺度以及长期的年代际时间尺度上,热带印度洋MJO活动的强弱性都可以影响热带中东太平洋ENSO事件的发生和发展。在年际时间尺度上,ENSO发生前期征兆的赤道中东太平洋的西风爆发事件(Westerly Wind Burst,WWB),作为MJO影响ENSO的主要途径,存在着显著的次季节时间尺度的变化。相对于气候平均的赤道太平洋西部暖池区上升而东部下沉的Walker环流,MJO正位相东传后的西风异常,减弱了低层东风和赤道东太平洋海水上翻。这一上升海流的减弱导致了中东赤道太平洋的海温升高,从而有利于ENSO暖海温事件的发生。而在年代际时间尺度上,MJO范围和强度在1998年前后出现了明显的转变,1998年之前MJO的东移范围更东,强度更强,从而导致了西太平洋西风爆发区的次季节西风异常事件更加显著,在Bjeknes正反馈机制下对应了年代际时间尺度下的强尼诺事件出现,1998年之后则与之相反。冬季MJO对ENSO影响的这一年代际特征主要体现在晚冬季节,而在早冬伴随着印度洋的增暖,MJO强度一直在逐年增加。     

全球海洋大气耦合环流模式中的ENSO特征对气候背景态改变的敏感性

文中利用一个高分辨率全球海-气耦合环流模式设计两组长期积分试验,揭示了在不同气候背景态下热带太平洋年际变化特征及模式ENSO循环控制机理的差异。通过分析海表温度、上层海洋热容量和低层风场异常的年际变化特征及其和赤道中东太平洋海表温度异常的关系,揭示了基于不同气候背景场的ENSO循环的不同演变过程。结果表明:ENSO年际变率特征(包括振幅、频率等)对气候背景态相当敏感,在不同的背景场下ENSO循环的控制模态可以明显不同。试验表明,当热带太平洋东冷西暖的背景热力梯度接近多年气候平均时,模式ENSO循环表现为所谓的“时滞振子”模态控制,而随着东西向背景热力梯度显著减小,ENSO循环则可以表现为驻波模态控制。研究结果为认识年代际背景变化影响年际ENSO循环的机理提供了一种启示。