MJO研究新进展

MJO与ENSO的关系、MJO的数值模拟(预报)以及MJO对天气气候的影响是近些年来国内外大气科学研究的重要前沿问题.本文将综合介绍国内有关MJO对天气气候的影响以及MJO的数值模拟(预报)方面的近期研究进展,因为过去已介绍过MJO与ENSO相互作用的研究结果.利用澳大利亚气象局的RMM-MJO指数研究MJO与西北太平洋台风活动的关系,结果表明大气MJO对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2∶1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2、3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5、6位相)时的比例也为2∶1.对大气环流的合成分析显示,在MJO的不同位相西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有极其明显不同.在第2、3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展,并为台风生成和发展创造了有利的大尺度环流动力场.对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平的合成分析表明,在多台风年最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,表明那里有强MJO的活动;而少台风年的情况与多台风年相反,菲律宾以东的西北太平洋上与季风槽位置对应区域是低频动能的负距平区,那里MJO偏弱.即赤道西北太平洋上MJO活动的强(弱)年对应西北太平洋的台风偏多(偏少).对应MJO的不同活动位相,无论冬季、春季或夏季,中国东部的降水都将出现特殊的异常形势.在春季,MJO的第2、3位相有利我国东部长江中下游地区多雨、华南地区少雨;MJO的第4、5位相有利我国华南地区多雨而长江中下游地区少雨;在MJO的其它位相,我国东部地区都为降水负异常.在冬季,对应MJO的第1～3位相(特别是第2、3位相)中国华南降水偏多;而对应MJO的第6～8位相(特别是第6、7位相)中国华南降水偏少.在夏季,MJO位于印度洋时,MJO可以通过低层西风急流的波导效应影响到中国东南部地区,造成该地区降水偏多;当MJO位于西太平洋地区时,可以造成经向环流的上升支向北偏移,导致西北太平洋副高的东撤、以及中国东南部地区水汽输送减弱,降水减少.资料分析还表明,在年际变化尺度上,热带中、东印度洋MJO指数的持续异常对云南夏季降水有明显的影响.大气环流和数值模拟都表明,MJO活动不同位相的强对流会在东亚/西北太平洋地区激发产生不同形势的遥响应(Rossby波列),导致在中国不同地区出现有利(或不利)降水的环流形势和条件,是MJO活动影响中国降水的主要机制.用数值模式对MJO进行数值模拟(预报)是尚未很好解决的困难问题,原因也没有完全搞清楚.我们的一系列数值模拟清楚表明,MJO的模拟(预报)效果对模式所用对流参数化方案有很强的依赖关系;模式能否很好描写(再现)热带大气非绝热加热廓线,是极其关键的问题,只有当加热廓线在对流层中低层有最大加热时,模式才能得到同实际观测大体一致的MJO及其活动特征.这些数值模拟结果与我们过去从理论研究得到的结论相吻合,彼此得到应证.     

热带大气季节内振荡数值模拟对积云对流参数化方案的敏感性

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的大气环流模式(SAMIL-R42L9)研究了热带大气季节内振荡(MJO)的模拟对积云对流参数化方案的敏感性,结果表明两种对流参数化方案——湿对流调整方案(MCA)和Zhang-McFarlane(1995年)方案对MJO的模拟能力有明显的差异。MCA方案较好地模拟出了MJO的基本特征,包括季节内的时间尺度和向东的传播。Zhang-McFarlane(1995年)对流方案模拟的MJO振幅非常弱,而且缺乏连续的传播特征,在MJO的演变过程中弱的低层水汽辐合使MJO难以维持和传播。两种不同的对流参数化方案产生的非绝热加热垂直廓线明显不同,Zhang-McFarlane(1995年)方案产生的非绝热加热强度在对流层各层过于一致,没有明显的最大加热层,而且平均的加热强度太弱,这是该方案难以模拟出合理的MJO的主要原因之一。因此,模式对热带大气季节内振荡的模拟能力很大程度上依赖于所使用的积云对流参数化方案,当积云参数化方案改变时模式模拟的MJO也发生明显变化,而非绝热加热廓线是对流参数化方案影响MJO模拟的一个重要影响因子。3种不同的非绝热加热垂直分布的敏感性试验表明,当最大的加热层位于对流层中低层尤其是对流层中层时,更容易产生出与观测较为接近的季节内的扰动,而当最大加热位于对流层高层时,更易于激发出西传的扰动。     

黄铁矿处理含Cr(Ⅵ)废水的进一步实验研究

利用加热与超细粉碎方法对天然黄铁矿进行改性 ,探讨其去除 Cr( )的效果。将黄铁矿加热到 4 50℃时 ,试样除 Cr( )的效率大幅度增高 ,适宜的 p H范围从小于 2 .5增加到 3.0 6～1 1 .2 0 ,且加热改性的试样用量不到天然试样用量的 1 0 %。2 0 0目至 4 0 0目的天然黄铁矿去除 Cr( )的效率远较 2 0 0目以上的天然黄铁矿去除 Cr( )的效率高。试样久置不影响对 Cr( )的去除效果 ,去除率可达 99.2 %以上 ,反应后的 p H值都接近 4 .0 ,与磁黄铁矿处理 Cr( )废水过程中 p H值的变化规律一致。不同产地的黄铁矿样品除 Cr( )的效果稍有差异。     

非对称开挖条件下基坑变形性状分析

根据现场实际情况,采用有限元分析软件PLAXIS,对基坑在不同挖深差和挖深分界面位置不同条件下的非对称开挖进行了模拟。通过对实际工程进行模拟研究发现,随着挖深差的增加,基坑两侧的地表沉降均增加,开挖深部位的地表沉降和沉降影响范围均大于开挖较浅处;坑底隆起在界面处发生较大的差异变形,挖深差越大,界面处的差异变形越明显;随着开挖分界面向较浅侧移动,开挖深部位的隆起变形逐渐趋于稳定,隆起曲线变化趋势向挖深较浅侧增加。通过研究,可以了解不对称开挖基坑受力及变形的性状和不利因素,从而指导施工,控制不对称开挖的挖深差和界面位置,减少工程风险。     

断裂带同震温度负异常机制分析

断裂带同震温度响应,可在震后钻孔测温中获得并识别,为发震断层摩擦特性与发震机制等基础研究提供了非常独特的思路和有效手段.集集、汶川及日本东北大地震后,实施了台湾车笼埔断层钻探项目(TCDP)、汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)和日本海沟快速钻探计划(JFAST).钻孔测温结果表明:滑移面上下5～20m范围内存在温度正异常,这是同震摩擦生热所致,该机制已被广泛认识和接受;同时,距滑移面20～60m范围内也存在明显的温度负异常,但其成因机制几乎还未被真正关注和认识.虽然温度负异常峰值只有正异常峰值的1/4～1/3,但温度负异常分布范围却是正异常分布范围的3～4倍,即正、负温度异常区对应的总能量基本相当.因此,断裂带震后钻孔测温中的负异常及其成因不容忽视.在详细分析几种可能的同震温度负异常机制后(如岩层热物性分布差异、流体运移、表面自由能增大及同震应力释放),发现能在理论、实验及野外观测上都得到支撑的普适性机制只有同震应力释放.这可能是断裂带震后温度负异常的主要原因.     

初始外围尺度与加热对台风次眼墙形成的影响北大核心

台风次眼墙位于主眼墙外侧,由次对流环和低层切向风次极大值两个基本结构组成。本文通过一系列理想数值试验讨论了不同初始涡旋外围风场结构对次眼墙形成的影响作用以及关键动力学过程。结果表明,次眼墙形成的时间和位置与初始涡旋外围尺度显著相关:随着外围尺度递减,台风从形成完整双眼墙、伪双眼墙到没有双眼墙逐步过渡,次眼墙形成时间推迟且位置更加靠近台风中心。动力学分析发现,初始外围尺度可控制外雨带分布,雨带的非绝热加热主导了主眼墙外围边界层径向入流和绝对涡度径向输送的分布和大小。绝对涡度径向输送和摩擦耗散的相对大小及位置决定了次眼墙低层切向风次极大值出现的可能性和位置。动量强迫对低层切向风次极大值的大小仍有贡献。     

ENSO对印度洋偶极子非对称性的影响及机制研究北大核心

利用海表温度再分析资料、NCEP/NCAR大气环流再分析资料以及MPI-ESM1-2-LR气候模式PI-Control试验输出数据等,通过对不同强度的厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation, ENSO)事件所对应的印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)事件的分析,探讨了ENSO对IOD偏度的调制作用。结果表明,伴随着赤道中东太平洋明显的正海温偏度,秋季印度洋海表温度存在西正东负的偏度。IOD与ENSO之间呈现出较强的非线性关系,且大部分强的正IOD事件对应着强El Nino事件。强El Nino位相下,IOD事件相关的海温与风场表现出很强的响应,强于La Nina事件产生的响应,表现为强的非对称性;相比较而言,弱El Nino事件与La Nina事件下引起的印度洋海温和风场的强度相当,并没有显著的非对称性。因此,ENSO可通过激发非对称的大气遥相关对IOD强度非对称性产生调制作用,印度洋海表温度偏度很大程度上是由强El Nino事件导致的强正IOD事件所贡献。