东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

冬季青藏高原大气热状况分析Ⅱ：年际变化

通过诊断3套再分析资料的非绝热加热场,研究冬季青藏高原上空大气的热力特征.结果表明,与夏季为强热源的特征不同,冬季高原上空不是欧亚大陆上最强的冷源中心.冬季高原上空整体是偏弱的冷源,在高原西侧及东南地区上空甚至出现非绝热加热正值区,这一分析对以往研究提出的高原是冷源的特性给出了修正.各种非绝热加热分量的诊断表明,冬季高原上空这种总的非绝热加热分布主要是由于高原主体的长波辐射冷却较周边地区弱,以及西侧至东南地区凝结潜热释放造成的.为了说明再分析的非绝热加热资料对冬季高原上空大气的这种热力特征描述的可信性,文中还利用了地表辐射能量、TRMM及PREC/L降水、垂直速度等资料进一步辅助分析,证实了由于高原位势较高造成大气整层温度偏低,向外长波辐射偏少,以及高原地势的隆起造成局地较强的上升运动,高原西侧至东南角降水大值区潜热偏大,最终造成高原上空总非绝热加热负值偏小.最后理想高原隆起的水球试验结果说明,冬季,高原的存在减弱了陆地上空的冷却效应,因而其上为弱冷源,再次证实了资料分析的结果.     

赤道印度洋—太平洋地区海气系统的齿轮式耦合和ENSO事件 I.资料分析

利用历史观测数据,研究了印度洋海表温度（ＳＳＴ）的季节变化特征,证实赤道印度洋和东太平洋ＳＳＴ年际变化有显著的正相关,指出这种正相关是由于沿赤道印度洋上空纬向季风环流和太平洋上空Ｗａｌｋｅｒ环流之间显著的耦合造成的。这两个异常的纬向环流圈之间的耦合形式看起来很象是存在于赤道印度洋和太平洋上空的一对齿轮（简写为ＧＩＰ）,当一个作顺时向变化时,另一个则作反时向变化。文中还证明ＥＮＳＯ事件与ＧＩＰ的年际异常存在很好的对应关系,暖事件时ＧＩＰ为反向运转;冷事件时ＧＩＰ为正向运转;异常的ＧＩＰ的啮合点位于印尼群岛附近。对８０年代以来的ＥＮＳＯ事件的分析表明,每次事件前期异常的ＧＩＰ的啮合点首先出现在印度洋上空,然后逐渐传入太平洋,引起ＧＩＰ东侧的大气纬向风ｕ和ＳＳＴ同时发生异常变化。当这种风场和ＳＳＴ的异常变化发展东传到达赤道中东太平洋时,导致ＥＮＳＯ事件最终出现。本文由此指出印度洋上空纬向环流的异常可以通过印度洋和太平洋上空大气系统的齿轮式耦合去影响赤道中东太平洋的海－气相互作用并触发ＥＮＳＯ事件发生。     

2003年夏季淮河流域梅雨期西太平洋副高结构和活动特征及动力机制分析

通过资料分析和诊断, 揭示了在2003年6～7月淮河流域暴雨期间, 西太平洋副高相对偏北并且呈现南北变化相对稳定、东西变化明显的特征; 强劲而稳定少动的中纬度西风急流使得西太平洋副高难以北抬, 从而造成了淮河流域降雨带的稳定少动. 同时, 分析表明每一次雨锋的出现伴有高层南亚高压的东伸, 并诱发500 hPa西太平洋副高西伸至我国沿海, 导致淮河流域多雨, 江南干旱高温.分析还发现高、低空副热带高压影响天气系统发展的如下机制: (1) 沿30°N东伸的高层南亚高压脊在东部30°N以北地区引起辐散和上升, 在30°N以南地区引起辐合和下沉; (2) 江南高层的辐合下沉气流在中低空的辐散增强了局地的负涡度, 诱发西太平洋副高西伸; (3) 沿增强了的西太平洋副高西北侧的偏西南气流在30°N以北辐合, 增强了局地的上升运动, 为暴雨的产生创造了大尺度的背景流场; (4) 副高西北侧的暴雨加强了低空的南风和高层的北风, 从而使高层东伸的南亚高压和低层西伸的西太平洋副高在我国东部稳定维持.     

强迫和惯性不稳定对流发展在印度夏季风爆发过程中的作用

利用NCEP/NCAR R1再分析资料,分析了阿拉伯海上空对流层低层惯性不稳定现象对印度夏季风爆发过程的影响,揭示了纬向地转动量的纬向平流在惯性不稳定中的重要作用.研究表明,在印度夏季风爆发过程中,由于强烈的跨赤道气压梯度,对流层低层的绝对涡度零线(η=0)在阿拉伯海南部上空自赤道向北推进,从而在北半球近赤道区域形成负绝对涡度区,该区域表现出明显的自由惯性不稳定.在摩擦作用下,当气流自南向北通过这一区域时,在绝对涡度零线北侧出现低层辐合中心,有利于低纬度对流发展.然而这种经典的惯性不稳定对流只出现在近赤道地区,对印度季风爆发的直接影响不明显.另一方面在η=0线北侧海平面低压中心南部,尽管该区域大气处于惯性稳定状态,低空西风气流的发展造成明显的纬向地转动量的纬向平流.理论和诊断分析表明,该纬向地转动量平流与南北方向海陆热力差异沿着纬圈非均匀分布密切相关,它引起低空辐合中心出现在印度大陆西南海岸低空急流附近及其北侧,为印度夏季风爆发提供有利的低空环流条件.说明春末夏初阿拉伯海地区低层对流的发展除了受摩擦惯性不稳定影响外,更受到海陆热力差异纬向分布不均匀的强烈影响.此外,在印度夏季风爆发前,对流层高层的南亚高压东伸发展,将中纬度高位涡输送到阿拉伯海上空,形成局地"喇叭口"状流场,产生明显的高空抽吸作用,为夏季风的爆发推进提供了有利的高空背景条件.当其与南北海陆热力对比的纬向差异所强迫的低空辐合中心在印度大陆西南海岸附近垂直耦合引起大气斜压不稳定发展时,激发了印度夏季风爆发.     

边界层参数化方案及海气耦合对WRF模拟东亚夏季风的影响

区域气候模式的边界层参数化方案很大程度上影响着陆地-海洋-大气间水汽、动量及热量的交换,该方案的不确定性会给模式结果带来明显误差.本文基于WRF区域气候模式中四种常用的边界层参数化方案(YSU,ACM2,BouLac和MYJ)分别对东亚夏季风进行模拟研究,分析了不同的边界层方案对东亚夏季风环流及降水模拟的影响.结果表明,局地湍流动能方案BouLac和MYJ对东亚夏季风的模拟结果相对于非局地闭合方案YSU和ACM2更接近于观测,前者能更好的模拟出中国东部中低空西南风气流和西太平洋副热带高压.对于东亚夏季风降水,无论是空间分布还是季节内演变,BouLac和MYJ方案都要明显优于YSU和ACM2.此外,通过对比YSU和BouLac两种方案的模拟结果,发现边界层方案对东亚夏季风的模拟在海洋区域的影响更为显著.造成不同方案模拟差异的主要原因是非局地方案YSU和ACM2的边界层垂直混合偏强,使得海表向上输送的潜热通量明显偏强,对流更活跃,导致降水偏多以及相应季风环流的异常偏差.进一步研究指出缺少海气反馈过程使得WRF模式由边界层方案引起的模拟误差在海洋区域更为突出,引入海气耦合可以减小海表热通量误差并明显改善东亚夏季风的模拟结果.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 Ⅰ.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入高原西部.在讨论夏季高原地区高湿状况的维持机制时发现,相对于高原东部,只需要较少的水汽输入就足以维持高原西部大气的高湿状态;高原西部的降水、蒸发和向土壤中渗透是接近于平衡的,水分循环主要是局地的内循环.     

赤道印度洋-太平洋地区海气系统的齿轮式耦合和ENSO事件 II.数值模拟

首先应用IAP/LASG GOALS气候模式的多年积分的结果，对赤道中西太平洋和印度洋 的SST和纬向风场进行分析，发现在模式中也同样存在与观测资料分析结果相似的“印太齿 轮式耦合”。基于此，设计了赤道太平洋和印度洋海域纬向风应力异常的4组敏感性试验， 去研究太平洋和印度洋海气相互作用的联系。结果表明，在太平洋或印度洋上的大气异常 信号通过印-太齿轮组合（GIP）作为桥梁（atmospheric bridge），影响到另一地的海气 相互作用，从而将太平洋上的ENSO类年际变率信号与印度洋环流和亚洲季风纬向分量的变 化联系起来。     

1982-1983年冬季厄尔尼诺期间大气环流异常的诊断分析

本文利用ECMWF的逐日资料,对比分析了1982年12月和1980年12月的平均大气环流情况,结论是:1982—1983年El Nino事件对全球大气环流有重大影响。(1)El Nino事件不仅使Hadley环流得到加强,而且使所有经圈环流都有所加强;(2)El Nino事件使两个半球(特别是北半球)的中纬度西风加强,使对流层低层及中纬度200hPa附近的温度升高,中纬度的对流层低层有弱的降温;(3)El Nino事件使大气湿度明显增加,但在北半球副热带地区除近地面层外湿度都明显减小。 同大气环流基本状态的异常相应,El Nino事件也导致了大气中动量、热量和水汽输送的明显异常。这些物理量输送的异常不仅同平均环流的异常有关,而且扰动(特别是行星尺度的扰动)对此也有着重要贡献。      

大气水汽的输送和收支及其对副热带干旱的影响

本文利用1979年9月至1984年8月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)每日四次的十三层分析资料,研究不同尺度的大气运动对水汽输送和收支的贡献。指出Hadley环流对水汽从副热带向赤道输送和从冬半球向夏半球的输送中起着决定性作用。热带行星波则把水汽从热带输向副热带。在中高纬的水汽向极输送中,天气尺度的波动比行星尺度的波动更重要。在南半球,天气尺度的波动支配着水汽的输送过程。分析和数值试验表明,副热带干旱受到nadley环流和热带行星波异常的强烈影响。