2022年夏季热带印度洋-太平洋海温异常对长江中下游高温异常的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、ERSST v5海表温度资料和大气环流模式,分析了2022年夏季热带印度洋-太平洋海温异常对长江中下游地区高温事件的影响机理及相对贡献。研究表明,此次高温异常事件受La Ni a事件和负位相IOD事件的共同影响,长江中下游地区的温度异常为1.52℃、为近40年来最高,温度正异常的极大值位于河南和湖北两省交界处的西侧。热带印度洋和太平洋海温异常引起了长江中下游约0.39℃的增温,对长江中下游地区此次高温异常的贡献为25.66%。La Ni a事件和负位相IOD事件可通过增强西太平洋副热带高压,进而有利于维持长江中下游地区的异常下沉运动,为高温事件的发生提供了有利条件。

冬季南北半球际大气质量涛动与东亚冬季风异常联系的模式验证

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation, IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。

2018年1月江苏省两次暴雪过程积雪效率差异及其机理

2018年1月3~5日江苏省第一次暴雪过程中降雪量大、积雪效率偏低,而1月24~28日第二次暴雪过程降雪量小、积雪效率高。基于ERA-Interim再分析资料和中国气象局积雪、近地气温等观测资料,利用等熵大气质量环流理论从温度、水汽条件差异对2018年1月江苏省两次暴雪过程积雪效率差异进行了深入分析。研究表明:(1)第一次过程前期,深厚且强盛的向极地暖支将大量暖空气输送至江苏南部,导致该地区整层增温;第二次过程中,低层强大的向赤道冷支输送使地面温度在整个降雪期间均低于0°C,低温条件使得积雪效率偏高。(2)第一次过程,江苏地区深厚、强盛的水汽质量流入层配合大范围上升运动,将水汽携带至高层产生更大降雪量,低层经向水汽质量输送强,纬向水汽质量流出较弱,使得近地面比湿相应增加,积雪效率偏低;第二次过程,低层深厚的水汽质量流出层不利于水汽在江苏省汇聚,低湿条件利于积雪累积,贡献于偏高的积雪效率。因此,异常强的经向干冷空气质量输送和弱的经向和纬向水汽质量输送引起的低温、低湿环境条件是造成第二次暴雪过程比第一次过程积雪效率偏高的主要原因。积雪效率与温度和湿度空间分布型的对比分析还表明:在相对高温、高湿的环境条件下,积雪效率对局地温度和湿度的响应更为敏感。

CMIP6模式大气中南北半球水汽质量反相变化:不同温室气体排放情景差异

在大气质量南北涛动季节变化过程中,水汽质量变化与干大气质量南北涛动时间序列存在明显的反位相变化关系。使用2015年1月—2100年12月的CMIP6资料分析4个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征,并与1958—2015年历史模拟试验对比,得到:半球水汽质量存在明显的季节循环特征,北半球水汽质量月平均值在冬季(DJF)达到最小,夏季(JJA)达到最大;南半球情况与之相反。无论是南半球或是北半球,与其他排放情景相比,SSP1-2.6(Shared Socioeconomic Pathway)情景下南、北半球水汽质量年变程最小。4个情景下冬、夏季水汽质量变化都比春、秋季剧烈。随着CO_(2)浓度的上升,SSP3-7.0情景下北半球水汽质量年变程最大,相比于历史模拟试验增加了26.49%,南半球则不同于北半球,SSP1-2.6情景后随着CO_(2)浓度的上升,水汽质量年变程也随之增大,在SSP5-8.5情景下达到最大。南、北半球水汽质量涛动的年变程随着CO_(2)浓度的上升而增大,在SSP5-8.5情景下达到最大,但增大的幅度减小。CO_(2)浓度变化对赤道附近水汽质量变化影响最为明显,且越靠近南极,水汽质量变化越小,但越靠近北极,夏季水汽质量变化比冬季越大。此外,CO_(2)浓度的上升会导致夏季水汽逐渐向北半球中纬度堆积。这些结论有利于更好地认识区域间水汽质量变化对CO_(2)浓度上升的响应,为未来有关降水的气候政策制订提供依据。

中国冬季干、湿低温灾害的时空分布特征

基于1980~2019年11月至翌年3月全国低温灾害性天气文字记录,结合高精度再分析资料NASA MERRA2,构建了我国低温灾害(低温、降温、冰冻、雨雪、雪灾)的精细化格点数据,采用线性趋势分析、集合经验模态分解(EEMD)和小波分析等方法研究了我国低温灾害的时空分布特征,初步描绘了我国低温灾害图谱。研究表明:干低温灾害(低温、降温、冰冻)往往不是单一灾种致灾,而湿低温灾害(雨雪、雪灾)多为单一灾种致灾。不同灾种的发生频次具有显著的区域和季节内差异:1月低温的致灾范围最广,发生频次由南向北呈现“高—低—次高”的三极型分布;降温灾害在12月发生频次最多,呈“东高西低”分布;雨雪灾害在1~2月的南方地区发生最多;雪灾发生频次明显多于前四个灾种,多分布在牧区等高敏感地带。就全国而言,干低温和雨雪灾害的发生频次和受灾面积呈现长期上升趋势,而雪灾则在前后冬有相反趋势,其受灾面积的上升趋势主要来自1月,发生频次的减少趋势来自3月;干低温和雨雪灾害的灾情指数年代际变率在2000年之后波动增加,而雪灾则在2000年之前变率较大;大部分低温灾种(除雪灾)发生频次的年际变率在2005年后均有显著增加。单一灾种中,仅降温受灾面积有显著的上升趋势,主要归因于1月。复合灾种中,降温与湿低温的组合呈显著上升趋势。

亚洲夏季风结构和变动与大气运动的斜压和正压特征:斜压模分析

通过定义流场的斜压性度量参量，利用观测资料，对大气运动的斜压特征量与夏季风变动的联系进行了探讨。结果表明：夏季风流场具有较强的斜压性；纬向气流的斜压强弱的时间变动与夏季风进退相吻合；强斜压区的范围可反映夏季风活动的基本范围。

长江中下游夏季气温变化型与西太平洋副高活动异常的联系

用中国气象局整编的气温资料以及NCEP/NCAR再分析资料和OLR资料,分析了长江中下游地区夏季气温变化型与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的年际变动的联系。研究表明,长江中下游地区夏季气温异常可分为全区一致、南北反相、东西反相三种分布型。在年际时间尺度上,此三型的形成与东亚-西太平洋地区环流异常三种不同的分布密切相关。根据异常环流的这三种不同的分布型,分别定义了相应的东亚-西太平洋环流异常指数IEAWPi。分析表明,IEAWPi分别与三型气温指数有很好的相关关系,IEAWPi可在一定程度上反映与长江中下游夏季气温变化型相联系的副高活动异常。IEAWPi对应的高、低值年的高度距平场在长江中下游地区上空均呈相当正压结构。在500 hPa高度上,三型高度场异常的维持均与源自热带洋面上空的波列有关,而第三型高度场异常还与沿西风急流传播的波列有关。IEAWPi可为诊断和预测长江流域气温异常提供线索。

梅雨异常年份的东半球中低纬环流特征

本文通过对1981(旱)、1983(涝)年间的东半球中低纬环流特征的分析,指出:旱涝年间的环流及其变化存在着明显的不同,即索马里急流东传的强弱和其在南海附近向北折向经度的差异与长江中下游梅雨季的旱涝存在着一定的联系。

亚洲夏季风结构和变动与大气运动流场的斜压和正压特征:正压模分析

使用ＥＣＭＷＦ１９８０—１９８６年７ａ格点资料对大气运动的正压模进行了分析。指出：对流层中大气正压运动流场显示的副热带高压带仅能反映出行星风带的季节性移动；与亚洲夏季风有关且反映季风局地性的则是副热带高压带南侧的东风带上的波状扰动；东风带上的经向风分量存在着纬向传播且传播方向和扰动幅度与印度、东亚季风子系统有关；随着北半球夏季的到来，亚洲季风区大气运动的斜压模有较大的增长且斜压运动动能占气柱内整层平均总动能的绝大部分，而在赤道附近的其他经度上则是正压运动动能的成分明显增长。

大气环流的奇偶对称性(Ⅰ)理论依据和气候特征

文中使用奇偶对称分析方法，利用观测资料对全球环流的奇偶对称分量的分布做了分析，指出奇偶分布的气候特征及其时间演变能反映南北半球海陆差异带来的影响，揭示大气对辐射加热响应的时间尺度、环流的波动结构及全球环流季节性调整等一些特征。

大气科学类专业课程体系的构建与改革

为适应我国气象现代化发展对跨学科、复合型创新人才需求,在"开放发展、联合发展"的办学方针指导下,不断调整专业设置,优化人才培养方案,明确人才培养目标定位,确立"贴近行业、学科引领、拓展内涵、追求一流"的人才培养理念,集成一流资源构建一流课程体系,构建了"分类模块、对接业务、特色拓展、研教结合"的大气科学类专业课程体系,取得明显的改革成效。

斜压模、正压模和异常海温时间变化的位相关系

利用 1958- 1997共 4 0年 NECP/ NCAR再分析大气资料和 GISST海表温度资料集 ,研究了大气斜压模、正压模与海表温度变化这三者之间位相关系 ,并从大气动力学方程组解释了这些位相关系。指出 :大气斜压西风异常时间变化的位相落略微后于 SSTA的变化位相 ,而正压西风异常的变化位相则超前于SSTA变化位相。斜压纬向风异常的变化又超前于正压异常纬向风的变化。斜压纬向风异常与海表温度异常之间存在正相关关系 ,而异常正压纬向风与异常海表温度之间则存在负相关关系。斜压模的产生联系于热力强迫 ,而正压模的产生则归因于斜压扰动间的非线性相互作用。这些由动力和热力过程控制的位相关系包含着ENSO循环的可能机制。

风应力的旋转和辐散分量在ENSO循环中作用的数值试验研究

将 1 960～ 1 991年的月平均 FSU风应力资料分解为旋转部分和辐散辐合部分 ,分别用以强迫模式海洋。所用的模式为一个 2层热带太平洋区域海洋模式。结果表明 ,就季节变化而言 ,不论是用旋转分量还是散合分量强迫海洋 ,都不能产生合理的冷舌 ,哪怕将旋转或散合分量放大一倍或缩小二分之一 ,也不能使冷舌的强度和分布得到合理的改善。若采用气候平均的含有季节变化的风应力 (未对旋转和辐散分量进行分离 ) ,则可产生与实际相符的海表温度分布。在此基础上 ,分别叠加旋转和辐散分量的年际异常部分 ,通过对海洋的强迫 ,可产生海表温度异常。在年际异常旋转分量的强迫下 ,可产生较强的 SSTA振荡且具有明显的 ENSO周期 ;而在辐散辐合年际异常风应力的强迫下 ,则产生较弱的 SSTA,且振荡频率较高 ,ENSO周期不很明显。这些结果说明 ,风应力的涡旋和辐散辐合分量在海温季节变化和年际变化的形成中具有不同的作用 ,即合理的冷舌分布需要风应力旋转分量和散合分量同时作用于海洋方可产生 ,而仅有异常风应力的旋转强迫就可产生合理的 EL Nino/ La Nina现象。同时 ,风应力的辐散辐合分量在海洋平均状态的形成过程中是重要的 ,但在 EN-SO过程中就对海洋的作用而言则不如旋转分量重要。

扰动间相互作用、通量矢量和流动的低频加速

给出了３个通量矢量，从而将非线性平流项表示为３个通量矢量的旋度和散度，它们分别对纬向风和经向风的低频加速产生贡献。经过卷积运算，还建立了低频变化的动力学模型。给出了通量矢量等的空间分布及其相应的流函数与势函数的水平分布和时间演变，从而指出，瞬变扰动间的相互作用对流动具有低频加速作用。

夏季多年平均及个别年份低层流场的准周期扰动分析

利用ＥＣＭＷＦ的１９８０～１９８６年多年平均及１９８０年的低层纬、经向网格点资料对季内振荡方差进行了分析，给出了多年平均及个别年份流场中季内同期振荡强度的对比特征及其在低纬和中高纬地区的差异。为动力学诊断和理论研究夏季风的年际差异提供线索。

海洋对ENSO和其他时间尺度上风应力振荡的响应

利用带通滤波方法 ,将 FSU风应力资料分离成 ENSO时间尺度上的分量及其剩余部分。将这两部分分别作用于模式海洋 (2层热带太平洋区域模式 ) ,研究海洋对不同时间尺度大气变化的响应。结果表明 :尽管 ENSO时间尺度上的风应力分量只占风应力扰动总方差的 3 0 %左右 ,它却能激发出全部异常风应力强迫海洋时所产生的 El Nino/La Nina现象和十分相近的 SSTA变化周期与振幅。而其余占总异常风应力方差 60 %以上的部分强迫海洋仅能产生振幅较小的海表温度异常 ;在非ENSO和 ENSO时间尺度上的风应力强迫下 ,海洋中可产生相近振幅的 Kelvin波 ,但 SSTA振幅却存在显著差别 ,表明海洋对大气扰动信号的频率非常敏感。这里从理论上对该现象作了解释和说明。

印度和东亚夏季风环流的时变行为研究

用ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８６年５～９月份资料和ＥＯＦ方法对印度和东亚夏季风环流的时变行为进行了研究。指出：不同要素的前三个主分量对扰动总方差的解释能力有很大差异，且在东亚和印度季风区之间有明显不同；反映季节趋势的前两个主分量相应的时间系数的符号反转在印度季风区与东亚季风区之间亦有差异；经向风扰动的季节趋势不如其他气象要素的清楚；

相关系数的变化形式和相关场揭示的大气波动及其物理本质

文中对相关系数公式的形式进行了变化,得到了以傅里叶谱系数表示的相关系数公式,完成了新形式的相关系数公式与大气动力学方程的直接连接,由此产生了由相关系数表示的动力学方程,从而指出用相关场研究大尺度动力过程是有意义的,相关场揭示的联系可通过相关系数表示的方程而得到动力学解释。

暖池区海温异常影响夏季大气环流低频变化的数值试验个例分析

使用 IAP 2—L AGCM(中科院大气物理研究所2层大气环流模式),就西太平洋暖池区海温异常影响夏季大气环流和季风低频变化的问题进行了数值试验研究。结果表明,暖池区海温正异常可引起大气环流低频变化的明显改变,使海平面气压低频方差在季风区增强;对流层中上层气温之低频信号增强;改变低频扰动的空间型;更清楚地显示出自暖池区向北排列的波列;改变低频振荡的位相(时间域上);使南半球低频变化的向北传播(至北半球)更为清楚。

季节背景对ENSO循环过程中SSTA增/减幅作用的数值试验研究

利用热带太平洋地区 2层区域海洋模式和再分析资料探讨了大气 /海洋的季节背景对ENSO时间尺度上海温异常的增幅或减幅作用。结果表明 :不论什么季节背景下 ,就海洋变化而言 ,El Nino/La Nina事件均可存在 ,说明 El Nino/La Nina事件的存在和维持并没有季节性选择 ;模式海洋的西太平洋赤道地区次表层海水温度异常变化位相明显超前于东太平洋SSTA且在空间上自西向东传播 ,同时有位相超前的量还包括模式第 1层厚度异常及热容量异常 ,这些对 ENSO的预测和机制研究具有重要意义。 SSTA的振幅在不同的季节背景下可受到不同的调节。以春季为背景 ,同样的异常风应力作用于海洋 ,可使 NINO3区 SSTA较正常季节背景下该区的 SSTA振幅明显增大 ;而在冬季背景下可使 SSTA受到一定程度的减幅 ,这说明 El Nino/L a Nina现象的发生和消亡有季节选择倾向。与春季背景下 NINO 3区SSTA的增幅倾向相反 ,模式第 1层厚度异常的振幅则受到削弱。而西太平洋赤道地区 ,模式海洋混合层的厚度异常则有所增强。这种与 SSTA增