冬季东亚副热带急流和温带急流协同变化与我国冷空气活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面台站气温观测资料,分析了冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)强度变化特征及其与我国境内冷空气活动的关系。以(45°N~60°N,70°E~110°E)和(27.5°N~37.5°N,130°E~160°E)区域平均的300 hPa全风速分别表征冬季EAPJ和EASJ的强度,将两支急流的强度变化分为四种情况:EAPJ和EASJ同强(SS)、同弱(WW)、以及强弱(SW)、弱强(WS)。分析四种急流强度变化情形下中国境内冷空气活动强度、路径、持续时间以及源地的不同特征,发现当EAPJ和EASJ均强时,冷空气从内蒙古中东部入侵,主要影响华北、东北和东部沿海地区,强度较弱,持续时间短,冷空气源地位于新地岛以东的洋面及陆地上;当EAPJ和EASJ均弱时,冷空气从新疆北部入侵,影响我国大部分地区,强度强,持续时间长,冷空气源地位于巴尔喀什湖西部;当EAPJ强,EASJ弱时,冷空气从我国东北入侵,主要影响我国东北部,中国南部降温不明显,冷空气强度较强,持续时间短,冷空气源地位于中、西西伯利亚地带;当EAPJ弱,EASJ强时,冷空气从内蒙古中部入侵,进而影响华北和我国东部地区,但冷空气强度较弱,冷空气源地位于贝加尔湖的西侧。进一步分析急流强度四种变化情形下的环流特征发现,EAPJ、EASJ均弱时,西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱,东亚大槽偏深,中国东部的偏北风强,而EAPJ弱、EASJ强时,尽管西伯利亚高压和阿留申低压偏强,东亚大槽偏深,但中国东部的偏北风并不是很强,而另两种情况时,西伯利亚高压较弱,东亚大槽也较弱,中国东部的偏北风偏弱。     

物理过程参数化方案对中国夏季降水日变化模拟的影响

系统地分析了不同陆面过程、辐射传输以及积云对流参数化方案对区域气候模式模拟中国夏季降水日变化能力的影响,发现日内最大标准化降水及其出现时刻的模拟对不同模式物理过程的组合方案敏感。陆面过程、辐射传输参数化方案只影响降水强度的模拟,而对降水日变化形式和峰值出现时间模拟的影响较小, 降水日变化形式的模拟对积云对流参数化方案敏感且与模拟区域的选择关系密切。Grell方案对青藏高原东部、长江中游地区夏季降水的日变化特征具有较好模拟能力,Kuo和Anthes Kuo方案较好地模拟出了东北、华南地区夏季降水的日变化特征,BM方案仅能模拟华南地区夏季降水的日变化特征。4种积云对流参数化方案均不能模拟出江淮—华北地区夏季降水日变化的双峰值结构。     

南海夏季风爆发前后SST异常特征及其与近地面西南气流的关系

利用1982~1999年周平均海表温度资料和逐日近地面风场资料,采用合成分析与相关分析技术,研究了南海和孟加拉湾地区夏季风爆发前后短时间尺度SST变率的异常及其与近地面西南气流的关系。结果表明:季风爆发前2周,南海和孟加拉湾海温的上升除与海洋现象有关外,还与大气的影响因子有一定的关系;季风爆发后1~2周,南海和孟加拉湾海温变率出现较大差异,二者西南部海温降低,而其东海岸及西北部海温却升高;海温变率这种异常分布与西南气流的变化具有较好的相关性,即西南气流的增强导致南海西南部和孟加拉湾西南部海温降低及二者东海岸与西北部海温升高,这是由于离岸的上翻作用及海洋蒸发作用共同所致。     

冬季200 hPa西太平洋急流异常与海表加热和大气瞬变扰动的关系探讨

使用ERA40和NCEP/NCAR再分析资料探讨了冬季200 hPa东亚沿海到太平洋上空西风急流(WPJS)异常与北太平洋冬季海表加热和天气尺度瞬变扰动异常的关系。研究表明,东亚—北太平洋中纬度地区冬季海气系统与天气尺度瞬变扰动活动有十分密切的局地空间匹配型。通过进一步的诊断分析发现,与冬季200 hPa WPJS 3种不同的空间异常型相伴随的北太平洋海表加热异常型和天气尺度扰动异常型也截然不同:第1种空间异常型的西风异常主要发生于日界线以东的中东太平洋上空,而WPJS主体处却没有显著的异常发生,此时,在赤道中东太平洋和北太平洋海盆中部地区有异常的海表加热,西风异常区的瞬变扰动也发生异常变化;第2种空间异常型表现为WPJS主体区西风急流强度的变化,并与黑潮表面加热异常以及WPJS出口处的瞬变扰动活动异常有密切关系;第3种空间异常型显示出WPJS的南北移动,它与以35°N为界的西北太平洋南部和北部海区海表加热异常的正负对比有关系,与此同时,瞬变扰动活动也存在相应的南北移动。一个可能的联系是海表加热异常与大尺度平均气流异常密切关联,从而改变了中纬度大气斜压性,由此导致了瞬变扰动异常,后者通过大气内部动力过程对冬季WPJS异常起维持作用。     

Simulations of the East Asian subtropical westerly jet by LASG/IAP AGCMs

Performances of two LASG/IAP(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sci- ences and Geophysical Fluid Dynamics/Institute of Atmospheric Physics)Atmospheric General Circulation Models(AGCMs),namely GAMIL and SAMIL,in simulating the major characteristics of the East Asian subtropical westerly jet(EASWJ)in the upper troposphere are examined in this paper.The mean vertical and horizontal structures and the correspondence of the EASWJ location to the meridional temperature gradient in the upper troposphere are well simulated by two models.However,both models underestimate the EASWJ intensity in winter and summer,and are unable to simulate the bimodal distribution of the ma- jor EASWJ centers in mid-summer,relative to the observation,especially for the SAMIL model.The biases in the simulated EASWJ intensity are found to be associated with the biases of the meridional temperature gradients in the troposphere,and furthermore with the surface sensible heat flux and condensation latent heating.The models capture the major characteristics of the seasonal evolution of the diabatic heating rate averaged between 30°-45°N,and its association with the westerly jet.However,the simulated maximum diabatic heating rate in summer is located westward in comparison with the observed position,with a rela- tively strong diabatic heating intensity,especially in GAMIL.The biases in simulating the diabatic heating fields lead to the biases in simulating the temperature distribution in the upper troposphere,which may further affect the EASWJ simulations.Therefore,it is necessary to improve the simulation of the meridional temperature gradient as well as the diabatic heating field in the troposphere for the improvement of the EASWJ simulation by GAMIL and SAMIL models.     

对流层上层副热带西风急流与东亚冬季风的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究冬季对流层上层西风急流的时空变化特征,提出表征急流强度和位置变化的指数,进而探讨西风急流与东亚冬季风的关系。结果表明:冬季西风急流强度指数体现了西太平洋与高纬大陆的热力对比,较好地反映了西伯利亚高压与阿留申低压的强度变化,可作为表征冬季风强弱变化的一个定量指标,急流增强(减弱)对应西伯利亚冷高压和阿留申低压加强(减弱),东亚冬季风偏强(弱)。急流强度指数与不同高度冬季风子系统的显著相关表明,东亚冬季风活动异常不只是对流层中低层的现象,而在整个对流层都有明显反映,低层的西伯利亚高压和阿留申低压、中层的欧亚脊、东亚大槽及西太平洋副热带高压与高层的西风急流是同相变化的。在此基础上还比较了急流强度指数和北极涛动指数(AO)与东亚冬季风的关系,急流强度变化体现了欧亚大陆与西太平洋的热力差异,而AO则主要反映极地与中纬度环状模的反相变化,所以急流强度变化与东亚冬季风的关系更为密切。     

陆面过程模式CoLM和NCAR_CLM3.0对中国典型森林生态系统陆气相互作用的模拟 II.不同参数化方案对模拟结果的影响

本研究针对CoLM、CLM3.0模拟结果的差异,就二者采用的不同参数化方案进行了比较分析,认为导致模式模拟结果差异的主要原因在于二者对植被覆盖度、冠层水、热、辐射传输以及光合作用和气孔导度等物理过程的处理有所不同,而CoLM模式对这些过程的处理更吻合实际.将CoLM的相关方案移植到CLM3.0进行的一系列数值试验表明,新方案的引入能够明显改善CLM3.0的模拟效果.此外,两个模式还存在一些共性的问题,例如不同的优化与叶面和冠层空气潜热传导率以及与土壤水文等过程有关的参数化方案,可能是导致模式结果在某些情况下存在偏差的主要原因.     

冬季黑潮暖流区加热异常对东亚副热带西风急流影响的数值研究

通过对大气环流格点模式GAMIL性能的检验表明, 模式较好地再现了东亚地区大气环流型态、高空西风急流变化及表面加热场的季节变化。在此基础上, 设计敏感性试验研究了冬季西太平洋黑潮暖流关键区加热异常对高空西风急流影响, 数值试验结果表明冬季西太平洋黑潮暖流区加热正异常将引起东亚大槽偏东, 大陆冷高压、阿留申低压及位于低纬太平洋上的西太平洋副高均有所增强, 从而导致了冬季风环流加强。相应地, 东北太平洋上出现了明显的气旋差值环流, 而在中高纬大陆海洋交界地区出现反气旋式差值环流; 同时, 西风急流区南侧的低纬地区位势高度及温度场为正异常, 而北侧的中高纬地区为负异常, 这种分布将使得急流区经向气压梯度和南北温差加大, 导致急流的增强。模式结果分别从热力适应理论及热成风的角度验证了黑潮暖流区表面加热异常对急流的影响机理。     

A STUDY ON RESPONSE OF PRECIPITATION IN CHINA TO MONSOON INTRASEASONAL OSCILLATION

Temporal and spatial evolution characteristics of the 30-60 day oscillation (intraseasonal oscillation, ISO) of summer rainfall in China and the effects of East Asian monsoon on the rainfall ISO are analyzed in this paper. Results show that the annual and decadal variations of the oscillation exist between 1960 and 2008, and the intensity is weakest in the late 1970s and early 1980s. In the typical strong years of the rainfall ISO obtained from empirical orthogonal functions (EOF mode 1), an anticyclone is in northwestern Pacific and a cyclone is in the east of China. In the typical weak years, the wind ISO is much weaker. The low-frequency zonal wind and water vapor transport from the low latitudes to mid-latitudes in the typical strong years, and the oscillation strength of diabatic heating is much stronger than that in the weak years of the rainfall ISO. The anomaly characteristics of the rainfall ISO show anti-phases between the Yangtze River basin and south of China. As for the typical strong years of the rainfall ISO in the Yangtze River basin (EOF mode 2), the main oscillation center of water vapor is in the east of China (20-30°N, 110-130°E). In the peak (break) phase of the rainfall oscillation, a low-frequency cyclone (anticyclone) is in the Yangtze River basin and an anticyclone (cyclone) is near Taiwan Island. In addition, the peak rainfall corresponds to the heat source in the Yangtze River basin and the heat sink in the Qinghai-Tibet Plateau. As for the typical strong years of the rainfall ISO in the south of China, the main oscillation center of water vapor is south of 20°N. In the peak (break) phase of the rainfall ISO, a low-frequency cyclone (anticyclone) is in the south of China and an anticyclone (cyclone) is in the Philippines. The peak rainfall corresponds to the heat source in the south of China and the South China Sea, and the heat sink in the west of Indochina.     

东亚高空温带急流区经向风的季节变化及其与亚洲季风的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料研究东亚高空温带急流的位置、强度、结构和季节转换特征及其与亚洲季风的关系,发现温带急流在300 hPa高度上最为明显,在风场分布上表现为全风速大值脊线延伸区和流线密集区,冬季主要活动于120°E以西的45°-60°N地区,在逐日风场上对应着急流发生频数的高值区域,并与副热带急流有清晰的分界.对比温带急流和副热带急流中的经向风强度发现,温带急流区的北风分量明显强于副热带急流中的南风分量,在温带急流的形成和季节变化过程中经向风分量起着重要作用.温带急流所在区域为对流层纬向温度梯度大值区,同时经向温度梯度也比较大,因而温带急流位于具有最大纬向温度梯度同时又有南北方向温度梯度这样一个特定的区域,从而形成了温带急流与副热带急流不同的结构特征和季节变化,而东亚地区海陆热力差异引起的温度梯度及其季节转换是引起温带急流季节变化的主要原因.此外,温带急流的强度与副热带急流位置之间具有协同变化关系,温带急流区经向风强度的季节转换时间与东亚大气环流的季节转换、亚洲夏季风爆发和江淮流域梅雨开始也有着密切关系,与中国东部地区冬季和夏季的降水之间具有显著的相关关系.从气候平均的角度来看,温带急流强度变化早于亚洲季风爆发和梅雨开始时间,因而对亚洲季风爆发和梅雨开始有预示作用.