南亚高压的南北偏移与我国夏季降水的关系

该文定义了一个能较好反映南亚高压南北偏移的指数,并发现该指数与我国夏季降水,尤其是华北和长江流域的降水,无论在年际变化上还是长期趋势上都具有十分显著的相关关系。南亚高压位置偏北时,在我国东部至日本上空存在一个显著的异常反气旋,其中心自上而下向南倾斜,在高层给华北地区带来辐散,在低层使得气流在长江流域辐散,在华北地区辐合,造成华北地区降水偏多,长江流域降水偏少。同时,南亚高压偏北对应着高层西风急流以及中层西太平洋副热带高压偏北,使得我国整个雨带偏北。此外,通过与海温的相关分析发现,南亚高压的长期偏南趋势可能受到印度洋增暖的直接影响。南北偏移指数可作为预测我国夏季区域降水的重要指标,在气候预测业务中有一定的应用价值。     

BDA方案对台风背景高温天气预报的改进

广州地Ⅸ的高温天气主要是受副热带高压和台风外围下沉气流的影响所致.文中采用BDA(Bogus Data Assimila-tion)方法,探讨BDA方案对广州地区台风背景条件下高温预报的改进能力.选取2005年7月中旬广州地区出现的高温天气进行研究.这是比较典型的受副热带高压和台风(海棠)共同影响造成高温的天气过程.分析有无采用BDA方案的模式初始场.结果表明:采用BDA方案同化Bogus模型可以调整台风中心位置和强度,使所得到的初始场中心位置与观测更为接近,台风强度(气压梯度力、风速)比末用Bogus的情况强,与观测值更为接近.数值模拟的结果表明,采用了BDA方案的敏感试验可以更好地预撤台风路径和台风中心强度变化,从而更好地预报高温天气,对高温区分布、日平均温度大小等的预报都有改进.文中对引起这种预报差异的原因进行了讨论,并探讨高温预报改进的可能机制.大气下沉运动的增强是高温预报改进的主要原因.敏感试验由于广州中低层大气的水汽减少,大气的下沉增强,致使天空的云量减少,对太阳短波辐射的阻挡减小,从而地面吸收热量增多,温度升高,输送给大气的感热增加,大气气温升高.采用BDA方案可以改进模式在台风"海棠"过程对广州高温的预报.     

边界层参数化和湿过程对切变线低涡发展影响的中尺度模拟

1981年8月14至22日,在青藏高原东侧陕、甘、川毗邻区,出现了一次持续暴雨过程.对其主过程的涡度诊断表明,切变线低涡初生於青藏高原东侧低空,其后,不仅出现了高、低空涡度中心的叠加和耦合过程,而且在行星边界层(PBL)内发生了迅速加强过程.这种过程与切变低涡的持续发展相伴. 一系列48和72小时中尺度数值模拟结果揭示:只有高分辨PBL参数化的湿物理过程,才能较好地模拟出切变低涡在PBL内的突然加强及其涡度演变和垂直结构;而总体PBL参数化,虽然其涡度演变和垂直结构也能基本模拟出来,但不能模拟出切变线低涡在PBL内的迅速加强;总体PBL参数化干过程的模拟结果指出,该方案较前两种湿过程方案均差,特别是被模拟系统的强度明显减弱,位置偏离. 模拟与诊断和观测之间的比较揭示,尽可能仔细地改进PBL参数化和湿物理过程,才有可能改进对这类中尺度系统发生和发展的模拟.     

气候变暖背景下西太平洋副热带高压体形态变异及热力原因

采用美国NCEP/NCAR再分析资料,利用相关、合成分析、大气热源的计算等方法,研究了气候变暖背景下西太平洋副热带高压（副高）空间形态的变异及热力原因。结果表明,气候变暖前、后各层副高形态特征有很大的差异,副高体的空间形态从850—700 hPa开始显著西伸南扩,到500 hPa最为明显。各层副高在冷、暖期的形态差异与其周围大气热源和涡度的变化相对应。随着气候变暖,副高西侧和南侧的大气热源在850—700 hPa上开始有明显的加强,500 hPa热源加强最明显,且副高体南侧热源中心有所南移;同时,其西侧和南侧从对流层低层至中高层有反气旋涡度的增大,西侧的反气旋涡度在850—700 hPa增大最明显,南侧的反气旋涡度在500 hPa增大最明显,且反气旋中心整体南移。表明气候变暖后,副高体西侧和南侧大气热源的加强,导致相应区域反气旋涡度增大,副高体向反气旋涡度增大的方向发展,从而使副高西脊点西伸,南边界南扩,整体南移。      

冬季蒙古高压的时空变化和突变特征研究

利用Hadley中心的155年全球月平均海平面气压资料(1850年1月—2004年12月),研究了冬季蒙古高压的振荡周期和突变特征。在定义冬季蒙古高压指数的基础上,通过EOF展开,分析了冬季北半球海平面气压的时空变率分布;应用奇异谱分析的方法重建了冬季蒙古高压主要周期振荡序列,并着重分析其年际和年代际变化特征。根据Mann-Kendall气候突变检测法,检测了冬季蒙古高压存在的气候突变点。研究表明:冬季蒙古高压具有显著的年际和年代际变化,主要存在准两年和3～4年的年际变化周期,以及13～14年、20～21年和35～36年的年代际变化周期,而且准两年周期的振幅也存在显著的年代际变化;蒙古高压20～21年的周期与阿留申低压变化的位相不甚一致,35～36年的周期与阿留申低压变化的位相极为相似。经突变检测,发现冬季蒙古高压在1927年前后为明显的气候突变点。     

长江流域、华北降水特征与南亚高压的关系分析

利用多年月平均气象场再分析资料和中国月平均降水资料,研究了长江流域和华北地区的典型旱涝年降水与南亚高压的关系,发现两地区的典型旱涝现象与南亚高压的异常增强或减弱、中心位置的经纬度偏差均有关。南亚高压异常增强,易造成长江流域涝、华北地区旱;南亚高压异常减弱,易造成长江流域旱、华北地区涝。同时发现、长江流域、华北地区的典型旱涝现象具有明显的反位相特征。     

乌鲁木齐市酸雨特征及变化趋势

通过对乌鲁木齐市1991—2007年降水pH值、K值(电导率)以及相关的天气气候资料的处理,分析了酸雨特征和变化趋势。结果表明:pH平均值有逐年降低的趋势;从2000年开始K平均值呈下降趋势;降水pH平均值和K平均值具有明显的季节变化;供暖对pH平均值和K平均值造成很大的影响,是形成酸雨的重要因素之一。     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水.文中首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验,研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献.结果表明,在副热带高压控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动.低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层.同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大.热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合.定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小.     

Temperature Extremes from Canadian Regional Climate Model (CRCM) Climate Change Projections

Future climate projections of extreme events can help forewarn society of high-impact events and allow the development of better adaptation strategies. In this study a non-stationary model for Generalized Extreme Value (GEV) distributions is used to analyze the trend in extreme temperatures in the context of a changing climate and compare it with the trend in average temperatures.

The analysis is performed using the climate projections of the Canadian Regional Climate Model (CRCM), under an IPCC SRES A2 greenhouse gas emissions scenario, over North America. Annual extremes in daily minimum and maximum temperatures are analyzed. Significant positive trends for the location parameter of the GEV distribution are found, indicating an expected increase in extreme temperature values. The scale parameter of the GEV distribution, on the other hand, reveals a decrease in the variability of temperature extremes in some continental regions. Trends in the annual minimum and maximum temperatures are compared with trends in average winter and summer temperatures, respectively. In some regions, extreme temperatures exhibit a significantly larger increase than the seasonal average temperatures.

The CRCM projections are compared with those of its driving model and framed in the context of the Coupled Model Intercomparison Project, phase 3 (CMIP3) Global Climate Model projections. This enables us to establish the CRCM position within the CMIP3 climate projection uncertainty range. The CRCM is validated against the HadEX2 dataset in order to assess the CRCM representation of temperature extremes in the present climate. The validation is also framed in the context of CMIP3 validation results. The CRCM cold extremes validate better and are closer to the driving model and CMIP3 projections than the hot extremes.     

基于J-Earth领域编程框架的高效并行大气环流模式(H-GAMIL)构建

高性能并行计算,一直是气候系统模式研究中的重要科学前沿。然而,随着计算机技术的发展,计算机体系结构越来越复杂,以及气候系统模式本身的复杂性使得开发高性能气候系统模式成为一个难题。采用了一种全新的并行程序设计方法:基于针对气象科学中的计算特点发展出的领域编程框架J-Earth,构建了高性能并行大气环流模式H-GAMIL。在对原模式GAMIL分析和解构以后,结合J-Earth的特点,采用面相对象的编程方式,对H-GAMIL进行重构。重构后的H-GAMIL具有现代软件标准化模块化的特点,并具有自动二维剖分、MPI(Message Passing Interface)和Open MP(Open Multi-Processing)混合并行实现、并行输出等新功能。解决了原模式一维剖分受到处理器限制,串行IO等问题。在此基础上,本文对H-GAMIL进行了并行效率测试,结果显示,模式水平分辨率为1°(纬度)×1°(经度)时,可使用上千处理器核,并行效率达40%以上且负载平衡达70%。测试结果表明了H-GAMIL具有较好的并行效率和可扩展性;同时对H-GAMIL模拟性能进行对比分析,其结果表明H-GAMIL保持了原模式的守恒性,并且具有与原模式相当的模拟性能,能够满足气候研究的计算需求,达到实用程度。