热带大西洋年际和年代际变率的时空结构模拟

使用美国夏威夷大学发展的中等复杂程度海洋模式(IOM)在给定表面强迫条件下模拟了热带大西洋上层海洋年际和年代际变率的时空结构.利用NCEP的41a(1958～1998年)逐月平均表面资料作为强迫场,积分海洋模式41a作为控制试验,并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验,与控制试验作比较.对3组试验模拟上层海洋变率状况的比较,并按年际和年代际时间尺度分别分析,揭示表面风应力和热通量异常对海表面温度和温跃层深度变化的影响,并比较了其影响的相对重要性.结果表明模式成功地模拟出了热带大西洋上层海洋的变率.模式模拟的海表面温度年际变化主要表现为弱ENSO型,年代际变化表现为南、北大西洋变化相反的偶极子型.在年际时间尺度上,热力强迫和动力强迫对海表温度变化都有贡献,其中赤道外海表面温度异常(SSTA)变化主要由热通量异常引起,而近赤道SSTA的变化主要由动量异常强迫引起.在年代际时间尺度上,热通量强迫的作用远比动量强迫重要.模式不仅能够模拟SST在年际和年代际时间尺度上的变率,还能够模拟温跃层深度在年际和年代际时间尺度上的变率.年际和年代际时间尺度上,温跃层深度的变率主要由动量异常决定,热通量异常强迫的贡献很小.     

热带海气耦合波动力学性质研究

本文利用简单海气耦合模式研究了热带大气和海洋不同波动之间的相互作用产生的耦合波及其稳定性等动力学性质,指出热带耦合系统中分别存在一类稳定的和不稳定的海气相互作用模态,其中不稳定模态的传播依赖于扰动的纬向尺度,即5000～10000km扰动表现为不稳定东传,大于此尺度的扰动发生不稳定西传,理论得出的缓慢不稳定东传波和观测事实甚为一致.最后本文指出热带海气耦合不稳定产生的基本条件是一种介质中的Kelvin波和另一种介质中的Rossby波的相互作用.     

热带外太平洋通过海洋过程对热带太平洋的影响

利用MOM2海洋环流模式分别研究了年际和年代际尺度上热带外太平洋通过海洋过程对热带太平洋的影响.利用1945~1993年COADS资料的表面通量强迫海洋模式,积分46 a作为模式控制试验.取热带外太平洋海表面强迫为气候值做敏感性试验.将控制试验结果减去敏感性结果就可以得到热带外太平洋通过海洋过程对热带太平洋的影响.结果表明,年际尺度上,主要是海洋波动过程起作用,但总的海洋过程的影响较小.年代际尺度上,主要是副热带环流输送起作用,其中包括平均环流输送的温度异常以及异常环流输送的平均温度,并且后者贡献相对较大.年际和年代际尺度上,热带太平洋的温度异常主要发生在密度跃层附近.研究发现热带外南太平洋对热带和热带外太平洋之间的水量交换有影响,而热带外北太平洋的影响较弱.     

ENSO事件对西北太平洋热带气旋影响的分级研究

采用1951-2006年联合台风警报中心(JTWC)最佳路径数据集和气候预测中心(CPC) ENSO资料,分析了西北太平洋不同等级热带气旋累积能量(accumulated cyclone energy,ACE)与ENSO指数之间的关系.结果表明;ACE与ENSO指数间存在正相关关系;分级热带气旋中,ENSO事件主要通过超强台风(Super TY)的活动与ACE指数联系起来的,超强台风频数在El Ni(n)o期间多于La Ni(n)a 期间,同时持续时间也更长;ENSO指数和热带气旋活跃季超强台风ACE指数的滞后相关(ENSO指数滞后5个月内)与它们的同时相关大小相当.此外,还研究了分级热带气旋持续时间、强度和频数分别对ACE指数的贡献,结果显示超强台风频数的贡献最大.接下来,利用1951-2006年不同ENSO位相情况下NCEP再分析资料,分析了ENSO影响超强台风发生发展的物理机制.主要结论为:西北太平洋存在一些SuperTY频数与源地分布在ENSO年与平常年相比有明显差异的关键区;ENSO事件改变关键区低层相对涡度以及海表温度是其影响SuperTY源地及频数变化的重要途径.     

El Niño对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Niño事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Niño不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Niño发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Niño成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Niño衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Niño影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整 I. 年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.     

中美两套西北太平洋热带气旋资料集的差异分析

利用中国气象局(CMA)和美国联合台风预警中心(JTWC)两套西北太平洋热带气旋(TC)资料集,对比分析了两者在1951—2005年TC定位和定强方面的差异。结果表明:两套资料定位差在20世纪50年代至60年代初及1988年至90年代差异较大;地理分布上主要是在TC登陆后所在的地区及高纬度洋面上差别较大。定强方面,CMA资料在20世纪50年代及60年代末至70年代初TC强度明显大于JTWC资料,JTWC资料则在80年代末以后的时段TC强度显著大于CMA资料;地理分布上定强差大的区域在80年代以前分布较零散,之后随着JTWC资料定强增大,其在西北太平洋洋面上强度显著偏强,CMA资料同期则在亚洲大陆沿岸部分地区强度较强。进一步分析显示,两套资料集之间的差异和TC观测技术的变化之间存在密切关系。在气象卫星使用以前(1951年至60年代初),以及美国空军飞机观测终止之后(1988年以后),两者无论是在定位还是定强上都存在很大差异;而两者定强差最小的时期(1973—1987年)则正好对应了飞机观测和Dvorak技术在TC观测上同时被使用的时段。两套西北太平洋TC资料集总体差异明显,却又各具特点,目前很难判断哪一套资料集更加可靠。但对于影响中国TC,CMA资料集具有明显优势。     

马斯克林高压的强度变化对大气环流影响的数值试验

本文用一菱形截断15个波的九层的CCM进行了一组数值试验,研究了南印度洋上马斯克林高压(以下简称马高)对大气环流的影响。结果表明:马高增强以后首先增强了45°E附近索马里越赤道气流以及北印度洋西部的亦道西风,使得最大西风轴线北侧气旋性环流发展,降雨量增大。同时由于马高能量频散的结果,澳高也随之增强,从而增强了105°E—120E°处越赤道气流,使得南海菲律宾地区气旋性环流发展,降雨量增大。以上两方面使东亚西南季风和局地Hadlev环流增强,随而西太平洋付高增强。马高的增强不仅对邻近区域环流有短中期影响。而且使全球大气可以发生低频响应,在全球产生三个主要波列。一个是南半球的纬向波数3型,北半球有两个,主要的一个是从日本到美国东南部。文中对这一波列形成原因进行了讨论。 上述试验结果与观测研究结果甚为一致,因此马斯克林高压是影响南北半球相互作用,影响东亚大气环流的一个十分重要的环流系统。     

热带海气耦合距平模式中的ENSO循环及其形成机制

本文研制设计了一包含海洋表面边界层和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合异常模式。进而利用该模式对ＥＮＳＯ循环进行了成功的模拟。通过对模式ＥＮＳＯ循环的演变特征及其形成机制的细致分析，揭示了ＥＮＳＯ暖位相的一种机制。     

ENSO循环的数值模拟──Ⅰ:水平结构演变

利用发展的包含海洋表面边界展和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合距平模式，对ＥＮＳＯ循环进行了模拟。通过３０ａ积分，用合模式所展示的热带太平洋海气耦合系统的ＥＮＳＯ循环的水平结构演变特征和观测事实甚为一致，成功地模拟出了ＥＮＳＯ循环的冷暖态的发生发展、衰亡及相互转换等各个位相的动力和热力场的水平结构及其对季节循环的依赖性特征。本文数值模拟结果表明，ＥＮＳＯ循环的主要动力学过程可由热带海气相互作用系统自身所确定。ＥＮＳＯ循环的正确模拟是揭示其形成机制的前提。