南海中层气旋的结构和演变特征分析以及数值实验

针对1980～1996年间发生在南海地区的两类中层气旋（MTC）典型个例分别进行合成分析,研究了它们的结构特点。研究发现,西风扰动类MTC在强度上要强于东风扰动类MTC;而东风扰动类在垂直三维结构上随高度向西南方向倾斜的程度远远大于西风扰动类,但它们都是一种冷心结构并且随高度向西南方向倾斜的系统。两类中层气旋的涡度、风速都在中层有最大值,对流层中层为辐合区,300hPa以上为补偿辐散区,垂直上升运动在400hPa达到最大。分析各自的演变过程,发现在MTC的发展过程中,西风扰动类MTC基本处于准静止状态略有西移,而东风扰动类MTC由于其发展过程的独特性,往往向西北方向移动并且移速较大。东风扰动类MTC所在的位置较西风扰动类MTC偏高,这是由于夏季南海地区处于西南季风控制下,东风气流所在位置偏高所致。我们还发现西风扰动类MTC西边的西风气流与MTC发展过程相对应有一个风速加大、维持和减弱的过程;东风扰动类MTC东面的东风气流也有类似过程。同时,与两类MTC相对应的代表副高强度的东风气流随MTC发展的演变表明,当有西风扰动类MTC时,副高有减弱的征兆,而有东风扰动类MTC时,副高并未减弱,反而东风有所加强。对1998年个例进行数值实验表明：MTC系统的对流加热在500hPa达到最大,且对流加热对MTC的发展具有很重要的作用,对流加热越弱,系统发展越弱。     

T／P，Jason-1测量风速及有效波高的验证与比较

选取与T/P(TOPEX/POSEIDON)卫星高度计同步的浮标资料以及月平均浮标资料对T/P卫星高度计测量结果进行验证,结果表明:选取较窄的空间窗口以及较长的资料序列,可以减小浮标测量结果和高度计测量结果之间的误差;在所选浮标海域,浮标测量获得的有效波高与T/P测得有效波高存在0.3m的系统误差.T/P卫星高度计和Jason-1卫星高度计测量结果的比较显示,由于受海浪成长状态和仪器噪声的影响,二者测量获得的标准化雷达后向散射截面在低风速时相差较大,在高风速时符合较好.T/P和Jason-1卫星高度计测量获得的有效波高和海面高度异常的均方根误差分别为0.21 m和0.05 m.     

赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究

在分析研究印度洋海温变化的基本特征,尤其是在分析赤道印度洋海温偶极子及其影响的基础上,利用IAP9L大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温偶极子异常对亚洲季风区气候变化的影响.其结果表明,印度洋、亚洲南部和东部地区的流场和降水都对印度洋海温异常的强迫作用比较敏感.正位相印度洋偶极子的作用使得赤道东印度洋-印度次大陆南部-阿拉伯海一带出现距平东风,孟加拉湾-中南半岛出现异常反气旋性环流,从而对减少印度南部和中南半岛南部、印度尼西亚地区的夏季降水,以及增加中国南部和东非的夏季降水有十分重要的作用.与此相反,负位相印度洋偶极子的作用将使赤道东印度洋附近出现西风异常,孟加拉湾-中南半岛存在异常气旋性环流,从而使印度次大陆和中南半岛南部、印度尼西亚地区的降水增加,使中国西部和孟加拉湾的降水减少.数值模拟结果与资料分析相互映证,切实地揭示了印度洋海温偶极子对亚洲季风区的气候变化有重要影响.     

南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

印度洋海表温度（Sea Surface Temperature，简称SST）的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡，并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季（南半球冬、春）的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa高度场异常有显著而持续的相关，在冬、春达到最大，并可以持续到次年夏、秋.前期夏、秋季节的南印度洋偶极模对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响，对应偶极子正位相，次年夏季印度洋、南海（东亚）夏季风偏弱；副高加强且南撤、西伸，南亚高压偏强且位置偏东，易形成我国长江流域降水偏多，华南降水偏少；负位相年反之.后期冬季西太平洋暖池是联系南印度洋偶极子与次年我国夏季降水异常关系的一条重要途径.南印度洋偶极子表现出了明显的独立于ENSO（El Nio Southern Oscillation，简称ENSO）的特征.     

大气科学数值模拟

大气科学研究大气运动规律和各种大气物理及化学现象。相当时期以来,大气科学同其他环境科学一样,是在观测、收集并分析资料基础上总结其规律和提出理论。随着科学的发展和技术的进步,一方面是对大气运动和变化的有关物理和化学过程有了更深入的认识,出现了新的理论;同时,计算数学和计算机技术的发展提供了定量地研究大气运动的必要条件。这样,便形成了一个以电子计算机为重要工具、以流体动力学和其他科学为理论基础的对大气运动和演变进行定量计算的现代新学科—大气科学数值模拟。这门新学科类似于物理学和化学中的     

大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生

根据2008年1月我国南方发生的持续严重雨雪冰冻灾害、1998年长江流域的特大洪涝灾害和2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的分析结果,再次强调指出,对于一些小概率的极端天气气候事件的发生,大气环流系统的组合性异常起着极其重要的作用。对于2008年的严重雨雪冰冻灾害的发生,多个大气环流系统的组合性异常包括:乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,这为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印-缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强共同使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生,为冰冻造成了条件。对于1998年夏季长江流域的特大洪涝的发生,多个环流系统的异常包括:夏季西南季风涌的活动,西太平洋副热带高压活动,北方冷空气活动和青藏高原对流系统东传的共同作用。对于2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的发生,多个环流系统的异常包括:对流层高层中东地区副热带西风急流减弱,影响Rossby波的活动,不利于青藏高原-孟加拉湾槽的建立;西太平洋副热带高压偏强、位置略为偏南,对低层水汽输入云南起到抑制作用;NAO的负异常所导致的遥相关波列异常,使得东亚北方冷空气活动偏东,不易到达云南地区,还使得南支槽偏弱,暖湿气流也不易到达云南地区。ENSO虽然对中国天气气候变化有相当重要的影响,但并非每次异常天气气候事件的发生都是它的直接影响。对于ENSO影响必须具体分析,才能决定它在异常事件、特别是极端天气气候事件中的确切作用。     

热带大气季节内振荡与对西北太平洋台风生成数的影响研究

用典型年合成方法分析研究了1979—2006年西北太平洋多台风年和少台风年热带大气ISO的影响。结果表明,热带大气ISO对西北太平洋台风的生成具有明显的调节作用。多台风年,菲律宾以西地区大气季节内振荡较弱,东传不明显;菲律宾以东地区积云对流较强,热带大气30～60 d低频振荡也偏强,与台风生成相关的传播特征为源自赤道140～160°E附近季节内振荡的西北方向传播。这种异常的30～60 d低频振荡对周围大气环流有正反馈的作用,从而导致积云对流的进一步加强,这种强的积云对流会引起赤道西风异常,产生异常Walker环流,在菲律宾附近形成风场的低层辐合、高层辐散,增强那里的上升气流,有利于台风生成。少台风年,菲律宾以西地区低频活动较强,东传明显,菲律宾以东的低频活动较弱。这种西强东弱的低频活动形式,使得大气低层在菲律宾以西地区为低频东风异常,菲律宾以东地区为低频西风异常,导致在菲律宾以东的西北太平洋大气产生低层低频风辐散、高层辐合的形势,增强下沉运动,不利于台风的生成。     

2012年初欧洲严寒天气成因的分析

2012年初欧洲遭受了严重的低温严寒天气。分析表明:从对流层低层到高层持续的大气环流异常与此次严寒天气有着密切的联系,1、2月出现的北极涛动(AO)的强负异常是造成此次欧洲严寒天气的主要原因。AO负异常导致北大西洋副高异常偏强、偏东和偏北,使得暖湿空气沿副高北侧流向北极地区,极大减弱了欧洲暖湿空气的来源;同时使乌拉尔山高压强度偏强,位置偏西偏北,有利于上游偏强、偏北的大西洋副高的维持,并加强了极区冷空气南下西进,造成了南欧地区的严寒天气。AO负异常引起的地中海低压槽的加深,为北方冷空气的南下创造了有利条件,也使冷暖空气在地中海北岸交汇,从而导致亚平宁半岛和巴尔干半岛的暴雪天气。虽然La Nia事件对这次严寒天气也有一定的贡献,但AO负异常对这次严寒天气的作用远远大于La Nia事件的作用。     

三种干旱指数对西南地区适用性分析

利用1951年1月2011年12月中国160个气象站的月降水量和平均气温资料,计算了近61年西南地区18个气象站逐月M指数和季、半年和年尺度的逐月SPI和SPEI指数。参考过去该地区发生的干旱灾害历史资料,研究了三种指数对不同时间尺度干旱的表征能力。结果表明:(1)SPEI指数能抓住降水和蒸发这两个影响干旱的重要决定因素,对西南地区季、半年、年尺度的干旱有较好的表征能力;(2)SPI指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱表征是适用的,对半年尺度的干旱也适用,但表征能力不及SPEI指数,对季节尺度的干旱,春、秋季是适用的;(3)M指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱,部分站点是适用的,对半年尺度的干旱,夏半年是适用的,对季节尺度的干旱,春、夏季是适用的。     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.