东亚冬季风及其影响的进一步研究I.东亚冬季风变化及异常的特征

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的大气环流系统,其活动有重要影响,其向南爆发可以越过赤道对澳大利亚夏季风起作用。但相对夏季风,人们对东亚冬季风的研究一直较少。作者首先利用Hadley中心近百年的北半球海平面气压场资料,改进提出了一个能更好表征东亚冬季风强度的指数,进一步分析研究了东亚冬季风的年际和年代际变化及其异常特征。其结果表明,东亚冬季风不仅存在着明显的年际变化,主要有准两年的振荡周期和5～7年左右的周期,还存在周期为25～30年左右以及周期为十几年的年代际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析的方法,还系统研究了东亚冬季风异常时的大气环流特征。对比分析表明,对应强、弱东亚冬季风,大尺度环流系统(蒙古高压、阿留申低压、500 hPa位势高度场等)的变化特征基本上呈反相分布;并且在强、弱东亚冬季风年,赤道地区的Hadley环流和Walker环流也出现基本反相的异常分布特征;而且赤道西太平洋有西(东)风异常出现,菲律宾以东有异常气旋(反气旋)性环流。在对异常东亚冬季风诊断分析的基础上,用一个大气环流模式（GCM）模拟了异常东亚冬季风的活动。通过对数值模拟结果的强、弱东亚冬季风进行对比分析发现,在强、弱东亚冬季风时,北半球中高纬度大气环流的结构会出现明显的变化和调整;同时,热带地区大气环流也有显著的差异。数值模拟和资料分析结果有较好的一致性,从而进一步揭示了东亚冬季风的变化和异常特征。     

Testing the Ability of Numerical Model to Simulate Climate and Its Change With 4D-EOF Analysis

The four-dimensional empirical orthogonal function (4D-EOF), which in reality is a simple combination of three-dimensional EOF (3D-EOF) and extended EOF (EEOF), is put forward in this paper to test the ability of numerical model to simulate climate and its change. The 4D-E0F analysis is able to reveal not only the horizontal characteristic pattern of analyzed variable, and its corresponding annual and inter-annual variations, but also the vertical structural characteristics. The method suggested is then used to analyze the monthly mean 100-, 500-, 70G-, and 1000-hPa geopotential height fields (4941 grids and grid spacing 60 km) and their anomaly fields in 1989-1998 simulated by the MM5V3 from the RMIP (Regional Climate Model Inter-comparison Project for East Asia)-II, as well as their counterparts (used as the observed fields) from the NCEP/NCAR re-analysis dataset in the same period. The ability of MM5V3 in simulating East Asian climate and its change is tested by comparing the 4D-EOF analysis results of the simulated and observed datasets. The comparative analyzed results show that the horizontal pattern of the first eigenvector of the observed monthly mean geopotential height fields and its vertical equivalent barotropic feature were well simulated; the simulations of the first two eigenvectors of the observed monthly mean geopotential height anomaly fields were also successful for their horizontal abnormal distributions and significant equivalent barotropic features in the vertical were well reproduced; and furthermore, the observed characteristics, such as the variation with height, the annual and inter-annual variations of the monthly mean geopotential height/anomaly fields were also well reflected in the simulation. Therefore, the 4D-EOF is able to comprehensively test numerical model's ability of simulating the climate and its change, and the simulation ability of MM5V3 for the climate and its change in East Asia in the 1990s was satisfactory.     

湛江港邻近海域台风浪的模拟研究

对第三代近岸海浪数值模式SWAN及包含的物理过程进行了简要介绍，利用该模式对影响南海湛江港海域的二次台风浪过程进行了模拟研究：由藤田台风风场模型同化相应时刻的台风要素、NCAR/NCEP网格点资料、单站观测资料后，提供模式所需风场；利用自嵌套的方式，提供模式波谱边界条件；两次模拟结果与实际海浪观测资料相符较好，可以为该海域台风浪的模拟预报提供较为重要的参考。     

黄海绿潮应急溯源数值模拟初步研究

基于三维全动力POM 海洋模式, 根据2008 年6 月1 日海监飞机监测绿潮所在位置, 采用拉格朗日粒子追踪法反向积分, 追溯绿潮来源。数值模拟结果显示, 回溯至5 月中旬, 绿潮主要来源于黄海南部江苏连云港和盐城近海海域。黄海绿潮溯源数值模拟, 为政府相关部门了解绿潮的源头, 并采取相应的措施提供依据, 进而为保护生态环境、防灾减灾做贡献。     

北京冬季雾霾事件的气象特征分析

利用观测的气象要素和细颗粒物(即PM2.5)浓度资料,并结合中尺度数值天气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),对2013年1月北京地区雾霾污染期间天气条件和边界层气象特征进行了分析。模拟与观测对比表明,WRF模式可以较好地反映北京—天津—河北地区地面和高空主要气象要素的时空分布。对1月10~14日、27~31日两次重雾霾天气的分析表明,雾霾的形成是高浓度的大气颗粒物和特殊的气象条件共同作用的结果。小风或静风、稳定的大气层结,使大气扩散能力减弱,造成污染物堆积,偏南气流将周边污染物和水汽输送到北京,不仅增加了污染物浓度,而且有利于气溶胶吸湿增长,消光增强,使能见度下降,进而形成雾霾。     

一次冰雹过程人工催化的数值模拟试验

利用二维雹云模拟济南地区１９９６年７月２４日出现的一次冰雹过程，模拟结果表明对雹云２６个主要微物理过程双参数化较细致地描述对流过程的热，动力反馈和微物理特点２。根据计算结果，对该次冰雹过程进行了ＡｇＩ催化试验，结果得出在云发展初期对暖底雹云实施高浓度的冰晶催化，可起到减少地面冰雹和增加地面降水的作用。     

经纬向热源（汇）异常对环流影响的数值试验

利用１９８３￣１９８８／１９８９年６年季平均全球加热场资料，分析了各年相对于６年平均的距平沿经、纬向非均匀分布的特征。并且，基于加热异常沿经向表现为正负相间分布和沿纬向有几个加热异常中心的特征，利用定常态初始方程三维谐模式进行了加热异常沿经、纬向非均匀分布对环流影响的数值试验。结果表明，加热异常的经向非均匀分布显著增强了经向环流的异常，所引起的环流异常与几个孤立热源（汇）作用的结果的线性叠加有较大     

一次沙尘暴天气及沙尘输送过程的数值模拟

动用ＭＭ４中尺度动力学模式结合沙尘气溶胶传输模式。模拟分析了１９９２年４月２２日发生的一次沙尘暴天气及沙尘输送过程。     

东亚夏季大气环流和气候对冬季海温异常的邻响应和遥响应

本文通过ＩＡＰ－ＧＣＭ的数值模拟,研究了全球大气环流对黑潮海域和赤道东太平洋冬季ＳＳＴ异常的响应,并着重比较东亚大气环流和气候对黑潮区ＳＳＴＡ的响应（邻响应）和对赤道东太平洋ＳＳＴＡ的响应（遥响应）。首先,无论是黑潮区ＳＳＴＡ引起的邻响应还是赤道东太平洋ＳＳＴＡ所引起的遥响应对东亚大气环流和气候变化的影响都是明显而重要的。由于在大气中低频振荡被激发出来,其响应将持续较长时间。进一步分析表明,东亚大气环流对黑潮区或赤道东太平洋冬季正ＳＳＴＡ的响应都将造成华北地区夏季的多雨,其数值模拟结果与观测相一致。另外,赤道西太平洋地区大气的异常（尤其是对流活动）对于东亚地区大气环流和气候变化有重要作用     

用月平均和逐时气象场对东亚夏季SOx远距离输送的数值实验

本文用日本山梨大学片谷教孝等人建立的３维欧拉型污染物远距离输送模式,分别输入１９８８年６月月平均和逐时气象资料（风场、气压场、密度场、降水等）,对夏季东亚地区ＳＯｘ的远距离输送进行了数值模拟。所有实验均积分１个月,对ＳＯ２、ＳＯ２－４的地面浓度及沉降量进行了分析,实验结果表明：如果仅仅考虑ＳＯ２的远距离输送模拟,可以月平均场气象资料代替模式中需要的逐时场气象资料;而将逐时场的风、降水资料和月平均场的气压、密度资料共同使用则与输入逐时场气象资料对ＳＯ２及ＳＯ２－４模拟结果完全相当。由于实验中只使用了１９８８年６月的资料,故下一步的研究应对不同年、季的气象资料及不同污染物的远距离输送模拟进行比较,从而考察月平均场气象资料在污染物远距离输送的模拟中能否完全或部分代替逐时场气象资料。