江南春雨的时空分布特征及其旱涝年环流差异

利用1979—2010年中国753站逐日降水资料,定义了江南春雨时间范围(12—27候)和空间范围(110~120°E,23~30°N),并通过EOF方法分析了江南春雨的时空分布特征,得到3个主要模态:全区一致型、南北反相型和东西反相型。在此基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析了江南春雨的旱涝年的环流差异。结果表明:江南春雨偏涝年,上游青藏高原东南侧的西南风增强,西太平洋副热带高压加强西伸,有利于来自副高南侧的水汽与高原南侧的水汽汇合向江南地区输送,而江南地区的上升运动也明显加强,有利于江南地区降水的产生。进一步分析发现在春雨期涝年青藏高原的热源强度明显强于旱年,导致高原东南侧的绕流增强,进而有利于江南地区的降水,而旱年情况大致相反。此外,比较旱涝年西太平洋—东亚大陆之间的纬向海陆热力差异发现,涝年大约在第11候发生冷热源的反转,旱年则在第16候反转。涝年江南地区春雨期热源强度也明显强于旱年,进一步说明江南地区冷热源的反转以及增强对于江南地区的降水具有重要的作用,同时对于判定江南春雨的季风降水性质具有重要指示意义。     

全球气候变化下海洋环流多尺度演变：联动协同与环境生态效应初探

海洋环流是海洋系统物质能量收支、配置、平衡、维持和变化的关键通道与机制。从全球海洋视角,基于目前海洋环流多变率动力过程与趋势演变的认知,重点综述气候变化下海洋环流的海盆尺度三维联动特征机制、洋际交换与协同、世界大洋经向输运变化以及相关的海洋气候与环境生态效应,依据研究现状和需求,提出研究建议。结果表明：全球一致性变暖路径与进程调控下,受驱动因子的演变与胁迫,海洋环流变化对副热带中高纬地区年际、年代际气候与环境变迁具有突出作用影响,并可产生显著环境生态效应和严重致灾风险。建议加大专精特新观测仪器自主研发,通过国际合作加大中高纬海洋环流多尺度动力过程综合调查的参与度和主导性,增强多学科融合交叉研究力度,有效提升深层次海洋环流变异及动力、环境、生态灾害影响的气候变化综合风险预测预评估和防治能力,为海洋领域能源开发、生态系统保护、气候变化应对与灾害风险治理提供必要的动力学参考。     

日侧极光弧的发光强度与沉降电子能谱的相关关系

本文利用中国北极黄河站多波段全天空极光观测数据,选取稳定的日侧极光弧,统计研究了极光强度比I_(557.7)/I_(630.0)与极光发光强度I_(557.7)的相关关系.发现I_(557.7)在午前暖点和午后热点区附近出现极大值,分别为2.2kR和2.9 kR;而I_(630.0)在磁正午出现极大值,为1.5kR.当I_(557.7)从0.1kR增加到10kR时,极光强度比I_(557.7)/I_(630.0)也由0.2增加到9.结合DMSP卫星探测的沉降粒子能谱数据,找到17个DMSP卫星穿越黄河站上空极光弧的事件,共穿越40条极光弧.得到了沉降电子的平均能量正比于极光强度比I_(557.7)/I_(630.0),沉降电子的总能通量正相关于极光强度I_(557.7)的关系式.利用该关系式反演所有极光弧的电子能谱,发现在午前和午后扇区,产生极光弧的沉降电子主要来源于等离子体片边界层;在高纬出现强度较弱的弧,对应等离子体幔区域.在磁正午附近,沉降电子的平均能量较低,极光弧处于低纬一侧,粒子源区主要是低纬边界层.     

南亚高压区Rossby波能量向上穿越对流层顶传播的特征与机制

夏季平流层盛行强东风,Rossby波能量难以从对流层向上传播至平流层,而冬季平流层盛行西风,Rossby波能量容易上传,因此以往对Rossby波能量向平流层传播的研究多考虑冬季的情况.而事实上,因为夏季高原上空南亚高压反气旋环流,并非只有强东风存在,所以Rossby波能量也可能在南亚高压区向上传播,从而影响平流层的温度、风场及大气成分等.因此,本文利用ERA-interim逐日再分析资料,分析了1979—2015年夏季南亚高压区Rossby波能量穿越对流层顶传播的特征与机制.结果表明:Rossby波能量可以从南亚高压西北部的窗口区上传至平流层,最高可到达平流层顶,而在南亚高压的其他部分,Rossby波能量均不能穿越对流层顶上传或穿越对流层顶后无法继续上传.南亚高压西北区Rossby波能量可以穿越对流层顶传播的原因是盛行西风,且西风急流出现的频率很小,同时涡动热量通量异常引起的垂直分量的第一项对其上传有很大贡献.南亚高压东北区也盛行西风,然而Rossby波能量不能向上穿越对流层顶的原因是强西风出现频率较高,且温度脊与高度脊位相相近,不利于上传.南亚高压南部均盛行东风,在平流层中下层均为稳定层结,因此Rossby波能量很难上传.南亚高压西南区在对流层位于青藏高原环流的伊朗高原下沉区附近,层结稳定,并且温度脊超前于高度脊,所以Rossby波能量很难上传.而南亚高压东南区在对流层位于南海-西太平洋热带幅合带,层结不稳定,存在Rossby波能量较弱的上传,达到对流层顶后无法继续上传,该区域温度脊落后于高度脊的温压场配置也为Rossby波能量在对流层内的传播提供了条件.     

低纬高原雹云识别物元可拓模型及效果检验

雹云识别是一个多参数的模式识别问题,应用物元可拓思想将单参数雹云识别的不相容性转化为相容性问题。在与成都地区雹云识别的物元可拓模型进行对比后,根据低纬高原地形及气候特点,通过适当增加参数,构造完成低纬高原雹云识别的物元可拓模型,以此进行雹云识别,准确率达86％以上。     

亚暴期间等离子体对流速度及热层纬向风速度变化的统计学分析

本文利用2001年至2005年间CHAMP卫星及DMSP(F13,F15)卫星观测数据,对亚暴发生前后,亚暴初始位置所在磁地方时(Magnetic Local Time,MLT)东侧2h(+2h,MLT)至西侧4h(-4h,MLT)范围内等离子体对流速度(Vy)及热层纬向风速度(Uy)的变化进行了统计学分析.研究发现在亚暴发生后的1.5h内,所有MLT区间的Vy均明显增大,且峰值位置的地磁纬度向赤道侧移动,1.5h后,Vy减小,峰值的纬度向极区移动,表明亚暴的发生能显著增强等离子体对流速度;在亚暴发生位置的西侧0~2h内,Vy增幅最大,这表明亚暴对热层的影响主要在西侧,影响最大的区域是西侧0~2hMLT区间;Uy在亚暴发生后3h持续增大,其对亚暴的响应相较于Vy有1.5h的延迟.     

强迫和惯性不稳定对流发展在印度夏季风爆发过程中的作用

利用NCEP/NCAR R1再分析资料,分析了阿拉伯海上空对流层低层惯性不稳定现象对印度夏季风爆发过程的影响,揭示了纬向地转动量的纬向平流在惯性不稳定中的重要作用.研究表明,在印度夏季风爆发过程中,由于强烈的跨赤道气压梯度,对流层低层的绝对涡度零线(η=0)在阿拉伯海南部上空自赤道向北推进,从而在北半球近赤道区域形成负绝对涡度区,该区域表现出明显的自由惯性不稳定.在摩擦作用下,当气流自南向北通过这一区域时,在绝对涡度零线北侧出现低层辐合中心,有利于低纬度对流发展.然而这种经典的惯性不稳定对流只出现在近赤道地区,对印度季风爆发的直接影响不明显.另一方面在η=0线北侧海平面低压中心南部,尽管该区域大气处于惯性稳定状态,低空西风气流的发展造成明显的纬向地转动量的纬向平流.理论和诊断分析表明,该纬向地转动量平流与南北方向海陆热力差异沿着纬圈非均匀分布密切相关,它引起低空辐合中心出现在印度大陆西南海岸低空急流附近及其北侧,为印度夏季风爆发提供有利的低空环流条件.说明春末夏初阿拉伯海地区低层对流的发展除了受摩擦惯性不稳定影响外,更受到海陆热力差异纬向分布不均匀的强烈影响.此外,在印度夏季风爆发前,对流层高层的南亚高压东伸发展,将中纬度高位涡输送到阿拉伯海上空,形成局地"喇叭口"状流场,产生明显的高空抽吸作用,为夏季风的爆发推进提供了有利的高空背景条件.当其与南北海陆热力对比的纬向差异所强迫的低空辐合中心在印度大陆西南海岸附近垂直耦合引起大气斜压不稳定发展时,激发了印度夏季风爆发.     

南海季风爆发的统计动力分析

作者对南海季风爆发作了统计动力分析,即将南海季风爆发前后的高低层风场看成一个整体,并以南海季风爆发日为基准,对风场作了经验正交函数(EOF)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了高低层东亚夏季风环流在南海季风爆发日前后有剧烈变化,这直接体现了南海季风的爆发,并表明此时大气环流有突变发生;第二、三模态则分别反映了具有5～7天振荡周期的中高纬大气长波活动和亚洲季风区中准双周低频振荡的主要活动区,以及中低纬度大气环流的相互作用;第二模态体现了偏差风场的幅散风部分而第三模态则体现了旋转风部分.     

北半球平流层中低层纬向风季节转换及转换层特征的分析研究

使用1979～2005年NCEP/NCAR 再分析数据,分析了北半球平流层中低层（300 hPa至10 hPa）纬向风的季节转换规律,并采用二维空间场相似性方法确定了平流层的季节过渡日期。分析表明,平流层大气环流基本为冬夏二元状态,冬夏转换具有突变性;其季节过渡在纬向是接近同步进行的,而在经向则有时间差异,无论是冬夏转换还是夏冬转换高纬都要早于低纬。在平流层中部（10～70 hPa）季节过渡是自上而向下进行的;而在平流层下部（100～200 hPa）季节过渡的上下传递关系则比较复杂,在不同的纬度带有不同的表现。在北半球热带外地区,平流层中部东风期的起止日期与相似性方法计算得到的平流层季节过渡日期之间具有较好的对应关系,在东风期之前和之后往往各存在持续10天左右的零风—弱风期。