南海十问

南海环流及其与世界大洋的联系带来许多重要的科学问题.本文前瞻性地提出了南海十个近期值得关注的重点研究方向,包括季风控制南海的通风问题、水团的形成和变性、海洋热盐及其质量平衡、环流能量学与海洋混合、中尺度涡、台风的海洋效应、深层海洋环流与古气候记录、南海与邻近大洋的相互作用、上升流与生态系统、以及对南海气候变化的响应.     

世界大洋中绝热运动导致的纬向翻转环流和纬向热输送

Zonal overturning circulation(ZOC) and its associated zonal heat flux(ZHF) are important components of the oceanic circulation and climate system, although these conceptions have not received adequate attentions.Heaving induced by inter-annual and decadal wind stress perturbations can give rise to anomalous ZOC and ZHF.Based on a simple reduced gravity model, the anomalous ZOC and ZHF induced by idealized heaving modes in the world oceans are studied. For example, in a Pacific-like model basin intensified equatorial easterly on decadal time scales can lead to a negative ZOC with a non-negligible magnitude(–0.3×106 m3/s) and a considerable westward ZHF with an amplitude of –11.2 TW. Thus, anomalous ZOC and ZHF may consist of a major part of climate signals on decadal time scales and thus play an important role in the oceanic circulation and climate change.     

高频地波雷达海杂波的边界约束循环对消

在对海洋监视监测的过程中,高频地波雷达的船只目标检测能力与其对海杂波的抑制能力密切相关。但是,传统海杂波时域抑制方法存在目标回波参数与海杂波相近时难以区分其各自分量,对消时目标被误消除的问题。针对上述问题,本文提出了一种适用于高频地波雷达海杂波的边界约束循环对消方法。该方法综合海杂波频移理论和实际海杂波特性分析制定出边界条件,约束建模对消过程,实现海杂波分量的抑制。实测地波雷达数据和船舶自动识别系统(AIS)数据检验的结果表明,本文方法克服了传统方法的不足且信杂比改善更加稳定,能够更加有效地实现海杂波循环对消。     

西北太平洋热带气旋移动方向变化异常的环流特征

基于中国气象局和上海台风研究所整编的1972-2011年热带气旋(TC)best-track资料,采用极端天气气候事件定义的百分位法确定TC移动方向异常变化的阈值,利用Lanczos滤波法将大气环流分解成为季节内振荡(MJO)、准两周振荡(QBW)和天气3种尺度环流场,研究这3种尺度环流对热带气旋在南海地区异常北折的影响。结果表明:近40 a的资料统计显示,热带气旋12 h内移向逆时针方向偏转50°以及顺时针方向偏转47°为TC移动方向变化的95%分位数值,将12 h移动方向变化大于该数值的TC定义为移动方向变化异常。TC异常路径平均每年发生2.68次,9月份发生的概率最大,约为7%,最常发生在南海海域。分析3个发生在南海地区热带气旋异常北折的引导气流发现,在TC转向前,向西的引导气流纬向速度减慢,经向分量先向南加速,随后突然转为向北加速。天气尺度对应的引导气流对TC异常右偏影响最为明显,对流层中高层热带气旋中心东南侧强天气尺度西南气流引导TC异常右偏。     

地球大气纬向风系、副热带高压和太阳较差自转的形成机制

利用N S(Navier Stokes)方程和一个基本假设推导出星体大气平均纬向风和平均气压公式,根据公式讨论了地球大气纬向风系和平均气压以及副热带高压的成因并进行了数值模拟。结果发现,地球大气纬向风是大气微团密度与基准大气密度存在差异而形成的,大气微团的密度大于（小于）基准密度,则为西风（东风）;密度的差距越大,风速越强。在中高纬度地区大气微团吸收的太阳辐射少而向空间辐射多,导致其密度变大,因此在中高纬度盛行西风;而在低纬度地区,因为吸收的太阳辐射多使大气微团密度变小而盛行东风。夏季（冬季）太阳辐射增强（减弱）使得大气微团密度变小（增大）,进而导致中高纬度地区西风减弱（增强）和低纬度地区的东风加强（减弱）。风速的大小还与纬度的余弦成正比,这就使得最大西风带位于中纬度地区而不是大气微团密度最大的极地附近;也使得最大的东风不是发生在太阳直射点附近而是靠近赤道一侧。根据气压公式和大气密度的经向差异可以得出中高纬度区域气压随纬度的升高而减小的分布特征,而太阳辐射所造成低纬地区密度的减小是该区域气压大于中高纬度的主要原因;在赤道上纬度的正弦为零,使得气压在赤道上存在极小值,导致了赤道槽和副热带高压的形成,且太阳辐射越强、副热带高压越强。因为纬度正弦因子的存在,使得副高脊线总是位于太阳直射点的向极一侧。在假定太阳大气为理想气体的情况下,由N S方程推导出太阳大气自转角速度随纬度的变化公式,由此解释了太阳较差自转的成因在于低纬地区的大气微团密度大于高纬度,并且在赤道上大气微团的密度最大。该公式与观测得到的经验公式在略去高阶小项后一致。由此认为,太阳大气的运动在形成机制上与地球大气没有区别,不同的是在太阳表面没有象地球表面那样受太阳辐射的影响,N S方程是所有星体（包括恒星、行星）大气共同遵守的动力方程。     

近年广西典型“回南天”现象成因分析

利用NCEP/NCAR的25°×25°格点再分析资料以及南宁站气温、露点、能见度、气压等常规观测资料与河池、北海站探空资料,采用统计分析和典型个例分析相结合的方法,分析了2005—2013年广西“回南天”过程的天气形势和气象要素特征。结果发现：①不同影响程度“回南天”发生前均受到较长时间的冷空气影响;②“回南天”发生时,地面有暖低压或倒槽发展,中高纬度没有明显的冷空气南下,850 hPa和925 hPa上南风强盛,锋区逆温接近近地层,温度骤升,气压剧降,湿度加大,当日14:00露点温度高于当日最低气温;③“回南天”结束方式有两种：冷性结束和暖性结束;④“回南天”预报依据：如果广西冬春季在较长时间的冷空气影响之后,925 hPa温度和湿度突增,同时预测到未来1~2天,14:00露点温度将高于当天最低温度。     

夏季淮河流域大气环流型在降水趋势预测中的应用

采用NCEP/NCAR逐日海平面气压场资料,利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法对淮河流域夏季环流进行分型,并利用逐步回归方法建立了淮河流域夏季降水趋势的预测模型。结果表明:影响夏季淮河流域的主要环流型有南风型、西南风型、东南风型及气旋性环流,这些环流型都具有显著的年际和年代际变化特征,利用大气环流型建立的夏季淮河流域降水趋势预测模型具有一定的预报能力。     

Trends of Lower-to Mid-Stratospheric Water Vapor Simulated in Chemistry-Climate Models

Using the outputs from 16 chemistry-climate models(CCMs), the trends of lower- to mid-stratospheric water vapor(WV) during the period 1980–2005 were studied. Comparisons were made between the CCM results and European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) Interim Reanalysis(ERA-Interim).The results of most of the CCMs, and those based on ERA-Interim, showed the trends of lower- to mid-stratospheric WV during the period 1980–2005 to be positive, with the extent of the trend increasing with altitude. The trend of lower- to mid-stratospheric WV in the ensemble mean of the CCMs was 0.03 ppmv per decade,which was about twice as large as that based on ERA-Interim. The authors also used a state-of-the-art general circulation model to evaluate the impacts of greenhouse gas(GHG) concentration increases and ozone depletion on stratospheric WV. The simulation results showed that the increases of lower- to mid-stratospheric WV affected by the combined effects of GHG and ozone changes happened mainly via warming of the tropopause and enhancement of the Brewer-Dobson circulation(BDC), with the former being the greater contributor.GHG increase led to a higher and warmer tropopause with stronger BDC, which in turn led to more WV entering the stratosphere; while ozone depletion led to a higher and cooler tropopause, which caused the decreases of lowerto mid-stratospheric WV, despite also causing stronger BDC.     

2011年2月喀什冬季一次暴雪天气过程分析

应用常规观测资料,NCEP1??1?资料,静止卫星FY—2C红外云图和多普勒雷达资料,分析了2011年2月25—28日喀什地区暴雪天气的成因。结果表明: 此次暴雪是在冬季显著变暖的背景,中亚低槽、萨彦岭低涡共同影响下造成的喀什地区范围广、强度大的大降雪过程。中亚低槽先加深、后减弱北收持续影响是喀什长时间降雪的主要原因。海平面气压场上中亚、塔里木盆地存在强的气压梯度,利于暴雪出现。暴雪过程中有明显的低层辐合、高层辐散及低空偏东急流;高空西南气流、底层持久的偏东急流为大降水提供了充足的水汽。多普勒雷达的反射率因子回波图上表现为强的东西入流辐合区,平均径向速度图上也有明显的呈“S” 形零速度线,表明雷达上空风随高度顺转有暖平流存在。     

中亚低涡研究若干进展及问题

总结了50多年来中亚低涡研究及其对新疆天气影响的主要成果,从低涡定义、时空分布特征、生命史、活动规律及其对新疆极端天气的影响,以及低涡环流配置、相应水汽输送、三维动热力结构、长维持的物理成因进行了总结。由于新疆地区天气受到的关注和研究相对较少,近些年中亚干旱气候背景下的中亚天气学发展和预报预警技术研究与东部季风区差距日益加大,致使目前“丝绸之路”核心区建设气象防灾减灾的能力严重不足。提出了中亚低涡研究待解决的问题：中亚低涡背景下中尺度结构特征和演变规律、强对流天气物理模型和中尺度分析诊断量,中亚低涡造成强对流天气的关键影响因子和预报预警指标,这些问题的研究对推进中亚天气学、短期短时天气预报技术的发展,增强防灾减灾能力具有重要意义。