IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡的模拟评估

基于中国科学院大气物理所大气环流模式IAP AGCM4.0总共30年(1979~2008年)的模拟结果,评估了IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡的模拟能力。分析结果表明IAP AGCM4.0模式可以在一定程度上模拟出热带大气季节内振荡的主要时空谱结构特征,在周期30~80天处存在明显的谱能量中心;模式模拟的季节内振荡东传的主要特征与观测基本一致,东移波的能量远大于西移波。基于RMM指数(All-season Real-time Multivariate MJO Index)的分析表明,模式模拟的850 h Pa和200 h Pa季节内尺度风场和对流活动在赤道地区的空间分布与观测基本一致。但与观测相比,模式模拟的热带大气季节内振荡的周期较短,东传速度快于观测,虚假的西传特征过强,对流活跃区域范围较小、强度较弱。就非绝热加热而言,模式模拟结果与再分析资料比较接近,但最大加热在印度洋和西太平洋地区出现的位相较晚。进一步分析表明,模式中影响对流触发的相对湿度阈值(RHc)的不同取值(RHc分别取为85%、90%、95%和100%),可以显著影响热带大气非绝热加热垂直廓线,从而影响模式对热带大气季节内振荡的模拟;当对流触发相对湿度阈值取为90%时,IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡模拟的能力相对最好,非绝热加热垂直廓线在不同位相的分布特征也与再分析资料最为接近。这说明模式对流参数化方案中不同参数的合适选取,可以改进模式对热带大气季节内振荡的模拟能力。     

全球热带海表温度异常的主振荡型分析

用主振荡型分析方法对全球热带海表温度异常进行了研究,得到了传播型和驻波型的几种曲型模态,指出ＥｌＮｉｎｏ／ＬａＮｉｎａ现象与这几种典型模态的组合有关,最显著的两个典型模态周期分别为准４ａ和２ａ,周期相近的振荡还具有不同的空间型态,热带印度洋与太平洋４个Ｎｉｎｏ海区ＳＳＴＡ呈同位相的关系。     

南、北极海冰的时空演变特征

利用海水面积指数,分析了南、北极海冰年际时间尺度的时空演变特征。结果表明：南极海冰具有明显的年际振荡。南极夏季海水年际异常具有一定的整体性,秋、冬、春季海冰年际异常则表现出较强的区域性。北极海冰也具有显著的年际振荡。北极冬、春季海冰年际异常主要发生在格陵兰海、巴伦支海和喀拉海,夏、秋季海冰年际异常主要发生在东西伯利亚和海和波旨特海。     

北极涛动年代际变化与华北夏季降水的联系

利用NCEP／NCAR再分析资料和华北夏季降水资料，研究了北极涛动的年代际变化及其与大气环流的关系，进而研究与华北夏季降水异常变化的联系。结果表明，北极涛动具有明显的年代际变化，并在1969年发生了气候突变。北极涛动年代际异常与亚洲中纬度高度场异常、850hPa风场的年代际异常具有很好的一致性。在年代际尺度上，北极涛动与贝加尔湖地区阻塞高压发生频率、东亚夏季风强度和华北夏季降水的关系较为密切。     

热带大气季节内振荡的季节性特征及其在SAMIL-R42L9中的表现

分析了NCEP资料和SAMIL-R42L9中热带大气季节内（30～60天）振荡（ISO）的季节变化特征及其与平均气候场季节变化的关系。NCEP资料的分析表明：热带地区大气ISO在空间分布上存在明显的季节变化,大气ISO的季节变化与平均背景场的季节变化有明显的一致性。在空间分布上,热带大气ISO的活动对暖的SST、强的对流活动、西风、强的降水和低层水汽辐合有很强的依赖性。大气环流模式SAMIL-R42L9基本能够再现热带大气ISO空间分布上的季节转换特征,尤其在动力场（纬向风）上表现得最为明显。但对基本气候态季节变化的模拟,对不同的物理量有明显的差异。模式结果表明：热带大气ISO动力因子的季节性比热力因子的季节性对平均背景场的依赖性更大,模式不能很好地反映NCEP资料表现出来的ISO对平均背景场的强依赖性,同时也说明热带大气ISO的季节性可能并不完全依赖于平均背景场的季节变化。     

中国降水准2年主振荡模态与全球500 hPa环流联系的年代际变化

用近51年(1951～2001年)观测资料,研究太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中国降水量准2年主振荡型传播特征的差异,并讨论对应的全球500 hPa环流低频波列传播途径的变化及可能原因.同时提出年际振荡强度不稳定指数,讨论了中国降水和全球500 hPa高度准2年周期振荡(QBO)强度时间不稳定的空间分布.通过主振荡型分析(POP)发现,在PDO冷位相(1951～1976年),准2年时间尺度的中国降水POP1的主要活动区域在长江中游地区,对应的500 hPa低频场是大西洋欧亚波列(AEU)和西大西洋遥相关型(WA)以及南太平洋副热带波列(SSP);在PDO暖位相(1977～2001年),POP1的活动区域迅速北移并扩大到整个长江和淮河流域,对应的500 hPa低频场变为欧亚太平洋-南印度洋-南北大西洋波列(EUP-SI-SNA).因此,PDO冷暖位相中影响中国降水准2年主振荡模态的低频波列的传播途径和强度存在显著差异,PDO对中国降水量准2年主振荡型主要模态(POP1)及其伴随的全球500 hPa环流低频波列活动区域的时间变化有重要调制作用,与两个半球中纬度西风气流强度的年代际变化密切相关.由振荡强度时间变化指数分析表明,中国降水QBO强度不稳定区域位于长江中游、长江下游、浙江东部、广东东部、华北地区和青藏高原东北侧附近地区,这些地区降水QBO的强度随PDO位相转变而发生显著的年代际突变.对于全球500 hPa高度,其QBO强度不稳定区域在南太平洋中高纬度、副热带南北大西洋地区和亚洲、北太平洋、北美大陆中高纬度地区、北半球副热带西太平洋地区以及南北半球热带和副热带东太平洋地区,表现为对于赤道的非对称空间分布,特别是南北太平洋热带和副热带地区500hPa环流QBO强度在年代际时间尺度上呈现正负反向变化的空间结构,而且南北极附近地区的QBO强度在PDO暖位相显著增强,反映了全球大气环流QBO强度与PDO相互作用的空间特征.     

基于MTM-SVD方法的西南地区降水季节内振荡特征分析

利用1981-2010年中国西南地区气象站点逐日降水资料以及NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用MTM-SVD方法分析了西南地区降水的季节内振荡特征,结果表明:西南地区降水存在显著的14.4候(70天左右)振荡周期,该季节内振荡在1985年前后最强,在整个研究时段内夏季更明显。典型循环重建表明,西南地区降水的季节内振荡整体上有一个从南向北的推进过程,对OLR的分析表明,南海—西太平洋地区和孟加拉湾地区是影响西南地区降水的两个关键区。在季节内振荡尺度上影响西南地区降水的OLR异常信号首先出现在爪哇岛附近,逐渐向东传播到马鲁古群岛地区,然后北跳传播到北半球的南海—西太平洋地区和孟加拉湾地区,最后两者先后向北推进影响西南地区降水。     

主振荡型（POP）分析方法原理

对离散化场的时间序列，详细推导了主振荡型分析方法的两个导出量；主振荡型（POP）及其伴随相关型（ACP）。通过热带太平洋SST距平均时间序列POP及相应区域850hPa风场ACP的计算例子，给出了它们的实际算法。     

Effects of intraseasonal oscillation on the anomalous East Asian summer monsoon during 1999

The 1999 East Asian summer monsoon was very unusual for its weak northward advance and remarkably anomalous climate conditions. The monsoonal southwesterly airflow and related rain belt in East Asia were blocked south of the Yangtze River Valley. The monsoonal airflow and major moisture transport conduct shifted eastward and turned northward to Japan from the tropical western Pacific rather than to East China from the South China Sea （SCS） as in normal years. Severe and prolonged drought occurred over extensive areas of North China and heavy precipitation in South China and Japan. The investigation on the possible intrinsic mechanisms related to such an anomalous monsoon year has shown that the unique behavior of intraseasonal oscillation may play an essential role during this process. During this year, the northward propagation of 30-60-day anomalous low-level cyclone/anticyclone collapsed in the region around 20°N and did not extend beyond the latitudes of the Yangtze River basin due to the barrier of strong cold air intrusion from the mid-latitudes. The southwesterly moisture flux on the northwestern flank of the anticyclonic moisture transport system in the western North Pacific, which was regulated by the northward shift of 30-60-day cyclonic/anticyclonic moisture transport, also did not reach the region north of 30°N as well. Under this circumstance, the weak northward advance of the monsoon westerlies and associated northward moisture transport could not arrive in North China and led to the severe droughts there in 1999. The SCS and South China were mostly affected by the airflow in the southern and northern flanks of the same 30-60-day cyclones or anticyclones, respectively, and thus controlled by the nearly reverse zonal wind and moisture convergent/divergent conditions. The rainfall in the SCS and South China showed out-of-phase oscillation through the transient local Hadley circulation, with the rainfall maximum occurring in the SCS （South China） when the 30-60-day anticyclone （cyclone） r     

热带大气季节内振荡对西北太平洋台风的调制作用

利用澳大利亚气象局的RMM-MJO (Real-time Multivariate MJO) 指数, 分析研究了热带大气季节内振荡 (简称MJO) 对西北太平洋台风的调制作用及其机理, 结果表明MJO活动对西北太平洋台风的生成有比较明显调制作用。在MJO活跃期, 对流中心位于赤道东印度洋 (即MJO第2、3位相) 和对流中心越过海洋性大陆来到西太平洋地区 (即MJO 第5、6位相) 时台风生成的个数比例为2∶1。本文对西太平洋地区的大气环流场进行了多种气象要素的合成分析, 在MJO的不同位相, 西太平洋地区的动力因子分布形势有很明显不同。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, 为台风生成和发展创造了有利条件的大尺度环流动力场。这说明MJO 在不断东移的过程中, 将改变大气环流形势, 最终影响了台风的生成和发展。接着, 我们从积云对流这个联系台风和MJO的重要因子出发, 研究了不同MJO位相时凝结加热的水平和垂直分布, 以及与台风环流、 水汽通量的配置情况。结果表明在MJO不同位相, 热源分布明显不同, 而这种水平和垂直方向的不同分布特征必然反映潜热释放和有效位能向有效动能转换的差异, 再与水汽的辐合辐散相配合, 就从台风获得的能量角度揭示了大气MJO调节台风的生成和发展, 造成不同位相时台风生成有根本差别的原因。