亚洲热带夏季风的首发地区和机理研究

文中分析了多年逐候平均 85 0hPa风场和黑体辐射温度等物理量的时空演变 ,结果表明 ,90°E以东的孟加拉湾、中南半岛和南海是亚洲热带夏季风首先爆发的地区 ,爆发时间在 2 7～ 2 8候 ,具有突发性和同时性。 90°E以西的印度半岛和阿拉伯海是热带夏季风爆发较晚的地区 ,季风首先在该区 10°N以南爆发 ,时间约在 30～ 31候 ,然后向北推进 ,6月末在全区建立 ,爆发过程具有渐进性。机制分析表明 ,由于 110～ 12 0°E的中高纬东亚大陆在春季和初夏地面感热通量、温度和气压的迅速变化 ,使热带低压带首先在该处冲破高压带 ,生成大陆低压 ,并引导西南气流在 90°E以东地区首先建立。在 90°E以西的印度半岛地区 ,地面感热通量在 4～ 5月间几乎没有明显变化 ,因而印度季风比南海季风晚爆发约 1个月。由此得出 ,90°E是东亚夏季风和南亚夏季风的分界线。此外 ,还着重探讨了南亚高压的季节变化与亚洲热带夏季风爆发的时间联系。发现南亚高压中心位置与亚洲热带夏季风爆发时间有较好的对应关系。南亚高压中心跳过 2 0°N时 ,南海夏季风爆发 ,跳过 2 5°N时 ,印度夏季风在其南部爆发。将用上述方法确定的爆发时间与用其他方法确定的爆发时间相比较 ,发现它们在南海地区有较好的一致性 ,在印度地区略有差异。

高层大气温度和高度场异常对我国地面气温和降水的影响

用SVD方法分析了NCEP/NCAR1958—1997年再分析资料中月平均的300hPa温度(下称"高层温度")和100hPa高度(下称"高层高度")距平场与中国160个测站的月平均地表气温(下称"我国温度")和月降水距平场的时滞和空间耦合关系,讨论了高层温度和高度距平场的空间分布和时间演变对我国气温和降水异常的影响。结果表明,高层温度和高度距平场的整体空间分布形势对中国气温和降水的影响明显,不同关键区的高层温度和高度距平场对我国不同区域的气温和降水异常有影响,具有明显的区域耦合特征。伊朗高原和青藏高原及其以南的热带低纬地区是高层温度和高度场的关键区。高层温度场对我国气温场和降水场的影响主要表现为年际变化,而高层高度场的影响主要表现为年代际变化。我国长江和黄河流域、华南和江南地区是受高层温度场和高度场异常影响最明显的地区。

江淮流域的旱涝研究

在江淮流域,梅雨等降水异常引发的旱涝经常发生。作者对江淮流域的灾害背景、气候特征及其影响因子等作了分析,发现在近50年中,降水有明显的年际和年代际异常,20世纪80年代以后,该区的降水有显著增加的趋势。典型旱涝年降水异常的时空分布表明,引起降水异常的因子非常复杂,即使在同一年中,不同月份的异常型也可能有差别。对于不同年份,降水异常型更为不同。影响江淮流域降水异常的因子的作用,可通过数值模拟进行"分离性"研究,但由于模式的系统性误差,模拟结果也只有参考意义。因此,发展具有不同动力框架和热力过程的多种模式,仍是当前的重要任务。

中国区域气候变化的模拟和问题

对中国区域气候变化的模拟和问题作了介绍和讨论。指出，由于大尺度大气环流模式和海气耦合模式模拟结果的不确定性，有必要发展区域气候模式以用于区域气候变化的机理研究和预测试验。接着介绍了不同区域气候模式对１９９１ 年江淮流域严重洪涝的模拟结果，表明区域气候模式有较好的性能和前途。本文还论述了侧边界处理方案对模拟结果的影响。最后对当前区域气候模拟中存在的问题和解决的可能途径进行了必要的讨论。

青藏高原冬春季积雪异常对中国春夏季降水的影响

利用1956年12月～1998年12月共42a,青藏高原及其附近地区78个积雪观测站的雪深和我国160站月降水的距平资料,分析了其气候特征,并用SVD方法分析了冬春季积雪异常与春夏季我国降水异常的关系。用区域气候模式RegCM2模拟了青藏高原积雪异常的气候效应并检验了诊断分析的结果。分析表明,雪深异常,尤其是冬季雪深异常是影响中国降水的一个因子。研究证明,高原冬季雪深异常对后期中国区域降水的影响比春季雪深异常的影响更为重要。数值模拟的结果表明,高原雪深和雪盖的正异常推迟了东亚夏季风的爆发日期,减弱了季风强度,造成华南和华北降水减少,而长江和淮河流域降水增加。冬季雪深异常比冬季雪盖异常和春季雪深异常对降水的影响更为显著。机理分析指出,高原及其邻近地区的积雪异常首先通过融雪改变土壤湿度和地表温度,从而改变了地面到大气的热量、水汽和辐射通量。由此所引起的大气环流变化又反过来影响下垫面的特征和通量输送。在湿土壤和大气之间,这样一种长时间的相互作用是造成后期气候变化的关键过程。与干土壤和大气的相互作用过程有本质差别。

σ坐标系海洋模式中水平压力梯度的一种算法

在有海底地形的海洋环流模式中．水平压力梯度的计算是一个困难的问题。在大陆架附近，海底地形变化很大．水平压力梯度的计算误差往往使计算不稳定．或者海流的计算结果不可信．美国普林斯顿大学的海洋模式（POM）在垂直方向采用σ座标系．这一问题尤为突出．POM水平压力梯度的计算方法为静力扣除法，此方法已有较高的精度．但作者对POM的数值计算方法进行分析后，发现该方法仍有可改进之处．以作者提出的有地形大气环流模式中水平压力梯度计算方法的原理为基础．设计了一种计算σ坐标系海洋环流模式中水平压力梯度的新方法．给出了详细的推导过程．利用POM对该方法进行了检验，并与POM的原方案作了对比．结果表明．由于提出的方法有明确的物理意义，故能有效地改进有地形海洋模式中水平压力梯度的计算精度．

有地形模式中气压梯度力误差扣除法

：在现有有地形的数值模式中，陡峭地形区气压梯度力的计算存在一个普遍问题，即计算精度较高的格式比较繁琐而费时，简单省时的格式又不精确和不稳定。为解决这个问题，作者等在最近提出了一种方法，称为气压梯度力的误差扣除法。该方法假定：气压梯度力的计算误差主要来自地形而与气压形势关系较小。用理想场对该方法进行检验后表明，这一方法是成功的。本文则用气候模式对作者提出的有地形数值模式中气压梯度力的误差扣除法进行了模拟检验。所用模式是作者等使用多年的Ｐ－混合坐标系５层模式，选用了四种气压梯度力的计算格式，即ＤＤＤ格式、Ｃｏｒｂｙ格式、平均温度格式和经典中央差格式。比较了这四种格式在有无误差扣除时的模拟结果，发现：对于计算精度较高的格式，如ＤＤＤ格式、Ｃｏｒｂｙ格式及平均温度格式，有无误差扣除的结果相差不大，但误差扣除法仍可在一定程度上改善模拟效果。对于计算精度差的格式，如经典中央差格式，在无误差扣除时计算不稳定，得不到模拟结果，进行误差扣除后，从根本上提高了其计算精度，因而也提高了计算的稳定性，达到了较满意的模拟效果。而且与其它格式的模拟结果相当接近。本文提出的误差扣除法可同时用于格点模式和谱模式。

陡峭地形区气压梯度力的误差扣除法

设计一种计算陡峭地形区气压梯度力的新方法，即误差扣除法，给出了误差扣除法的基本原理。然后，选用理想大气，用３种近似计算式进行了检验。结果表明，这３种方法在单独用于气压梯度的计算时，计算值都有较大误差，在地形陡峭区，相对误差可以达到２０％以上。即使在平缓地形区，相对误差也不可忽略，只有平均温度格式可以满足精度要求，担当这３种格式在误差扣除法中应用时，绝对误差和相对误差都大大减小，相对误差的量级可达到１０－２。

青藏高原等大地形和下垫面的动力和热力强迫在东亚和全球气候变化中作用的新探索

本文总结了本专题自1991年正式开展工作以来，围绕着专题的中心内容所做的研究工作结果。着重点放在有地形数值模式的改进和完善以及数值模拟试验这两个方面在模式的改进和完善方面，又着重介绍模式区域的拓宽、土壤下垫面的引入、海洋混合层模式和海洋表层流模式的建立和应用。在数值模拟试验方面，则主要介绍气压梯度力的新算法──“误差扣除法”及其模拟检验、包络地形试验、地形与大气湿过程对夏季风气候特征影响的试验、沙漠初始湿度对气候变化的影响试验、下垫面在气候变化中的作用试验以及海温异常的影响试验。没有在本文中介绍的数值试验结果，可参看本文集中作者等的其它论文。

郭晓岚教授对大气科学的杰出贡献——悼念郭晓岚先生逝世

2006年5月6日我国旅美著名学者郭晓岚因病在芝加哥逝世,享年91岁。文中简要介绍郭晓岚的生平,并根据收集到的郭先生70多篇重要论文,总结了他数十年来在大气科学领域辛勤耕耘的成果。介绍了他对大气动力学中的不稳定理论、大气环流形成和大尺度热力环流理论、中尺度对流动力学和涡旋动力学理论以及低纬和热带动力学理论等方面的引导性和创新性贡献,还介绍了他的模式物理过程参数化方案以及青藏高原等大地形动力和热力作用对天气气候影响的数值模拟结果。从该文可以看出郭先生对大气科学研究和教育所作出的杰出贡献。他是我们后辈学习的楷模。

论区域气候模式与全球模式嵌套时边界区的选择

做了３个试验，第一个试验只用大气环流模式（ＧＣＭ），主要考察ＧＣＭ的性能并确定其误差的区域分布。后两个为对比试验，一个试验中，将区域气候模式（ＲＣＭ）（ＮｊＵ－ＲＣＭ）的侧边界放在全球模式（Ｌ９Ｒ１５）中我们感兴趣的区域，未考虑侧边界区ＧＣＭ的误差大小，另一个试验中，ＲＣＭ的侧边界位置根据ＧＣＭ预报误差的空间分布选取，使其落在 ＧＣＭ预报误差较小的区域。 ３个试验都对１９９８年 ５、 ６、 ７月份中国区域的降水过程进行了模拟和比较。结果表明：单独使用ＧＣＭ的效果最差；当用ＧＣＭ－ＲＣＭ嵌套模式对区域气候进行预测时，ＧＣＭ侧边界值的误差对ＲＣＭ的模拟结果有显著的影响，嵌套侧边界若选择在ＧＣＭ系统性误差较小的地区，模拟或预测效果会有明显的改进。

臭氧、云和气溶胶对纬带平均气候的影响

本文对Ｓｅｌｌｅｒｓ能量平衡模式中的参数化方法进行了修改，用修改后的模式模拟了臭氧、云和气溶胶对纬带平均气候的影响。模拟结果表明，臭氧浓度增加会使海平面年平均温度降低约０．５℃左右，降温值在浓度增大至一定值后随浓度增大而减小。云量增加５％后，温度也将下降，高、中和低云的降温幅度不同，高云最大，中云次之，低云最小。云的反射率效应比温室效应强。气溶胶浓度增加引起的降温值随气溶胶种类有所不同。平流层气溶胶降温值在０．５℃以内，大陆气溶胶的降温值可达０．８℃至２℃。无论是增温还是降温，都是两极大于赤道。降温时，极赤间的温差增大，经向风和向极的感热输送随之增大，但向极的潜热输送反而减小。增温时情况相反。

POM对南海海温年变化的模拟

将Internet上的美国普林斯顿大学海洋模式 (POM)改造为能够模拟南海 (SCS)海洋要素的模式。在POM中 ,加入了真实的南海海底地形 ,使用了误差扣除的压力梯度计算方法 ,引进了海气界面上热通量计算方案 ,增加了前置和后置处理程序 ,使模式能够根据研究目的 ,模拟和预测海洋要素的时间变化及空间分布。利用改造后的POM模拟了南海海温的年变化 ,并进行了详细的分析和讨论。结果表明 ,改造后的POM可较好地模拟出南海海温的年变化特征 ,其模拟性能随季节而有不同。文中对模拟中存在的不足之处也进行了讨论。

海底地形对南海海流、海面高度和海温影响的数值试验

利用美国普林斯顿入学海洋模式（ＰＯＭ）的南海版本（ＳＣＳ－ＰＯＭ），研究了南海海底地形对南海海流、海面高度和海温的影响。共做了４个数值试验，分别包含陡峭（ＳＴＰ）、光滑（ＳＭＴ）、平坦（ＰＬＴ）和中间（ＭＤＴ）４种地形。在真实的海岸线和１月气候个均风应力的共同强迫下，将模式积分３６０天，对所得结果进行了比较分析。结果表明，海底地形对海水质量输送和海温分布有重要的影响，对表层和次表层流以及海面自由高度的影响较小，它们的分布主要由海岸线和风应力次定。并对海气耦合模式中海洋模式的选择提出了看法。

P-σ全球模式的月尺度动力延伸预报试验

用P-σ混合坐标系原始方程模式（Nju—PσM），以观测的瞬时气象要素场作为模式初始场，作了24个月动力延伸预报试验。利用距平符号一致率（P）、距平相关系数（AC）和均方根误差（RMS）对预报结果进行了评估和分析。试验表明 Nju—PσM对月平均环流有一定的预报能力，气候漂移订正和预报结果的线性、抛物线型两种合成方法都对预报效果有明显的改进。把动力延伸预报与年际和月际待续性预报进行对比后，表明动力预报结果的各项评估分均为最高。预报场和实况场的空间滤波和经验正交函数（EOF） 分析表明，模式对大尺度天气系统的预报能力较强，而对较小尺度天气系统的预报能力则差一些。

数值模式中气压梯度力的算法试验

本文在差微差一致性二阶精度的坐标变换公式的基础上,推导出了气压梯度力计算的新公式。同时,根据静力扣除法原理,提出了初值静力扣除法,用以计算有地形数值模式中的气压梯度力。将这两种新的方法与二阶计算精度的回插法和局地等温法(Corby格式)相比后发现:新方法(文中称为经典修正法)与回插法精度相近,但可节省计算时间,比局地等温法精度高。静力扣除法则效果较差,但其原因可能在于地转风垂直插值方法有误差。本文的试验模式是上海台风研究所的业务数值预报模式,文中对模式及若干技术处理也作了简要介绍。

青藏高原地表特征对短期数值预报效果的影响

本文用实际天气过程的数值预报,试验了青藏高原反照率、拖曳系数及土壤温度等因子对短期数值预报质量的影响。结果表明,对于高空环流形势,在48小时预报时效内影响不明显,但青藏高原的热力作用可改变高低空流场强度以及降水分布和降水量。

南亚高压与我国盛夏气候异常

利用多年逐候平均资料 ,分析得到盛夏南亚高压的两类平衡态 -青藏高压和伊朗高压 ,它们又各可分为东西部型 .讨论了两类平衡态及其东西部型时的温度和降水分布差异 .发现 :青藏高压时 ,高压中心及其东南地区地面气温偏高 ,高压西北及北面的气温明显偏低 ,高原东侧的东亚地区多雨 .伊朗高压时 ,高压中心及其西北区气温偏高 ,高压东南区的气温偏低 ,在高原南侧的印度北部地区降水偏强 .青藏高压东部型使长江下游及西北地区多雨 ,华北和华南等大片地区干旱少雨 ;西部型使中国西南至华北大片东北 -西南走向的地区为多雨 ,西北地区则高温干旱 .伊朗高压东部型使中国东部沿海地区多雨 ;

海陆分布和地形对大气垂直环流影响的诊断研究

本文利用GFDL10年平均的气候资料，分析了海陆分布和地形对大气中经圈和纬圈垂直环流的影响。文中提出了用运动学方法分别在P和σ坐标系中计算大气垂直运动ω或W的新方法。讨论了欧亚非洲季风的垂直环流特征，并与非季风区相应垂直环流围进行了比较。结果表明，在具有明显南北向海陆差异的经度上（如欧亚大陆所在处），垂直的季风经圈环流具有较大的强度，且有明显的季节变化。而在只有海洋的经度上，垂直经圈环流较弱，季节变化不明显。在纬圈方向，垂直环流圈在海陆差异较大的北半球中高纬度带也比海陆差异较小的低纬和赤道地区复杂得多。地形的作用迭加于海陆热力差异的作用之上，加强了地形区和自由大气间的热力差异，使青藏高原和落基山脉所在的经度带内的垂直环流圈变得更加复杂，季节变化更明显。

南海海流对冬季风风应力的响应特征

本文用美国普林斯顿大学海洋模式（ＰＯＭ）的南海版本（ＳＣＳ－ＰＯＭ） 模拟了持续冬季风风应力作用下，南海海流的响应特征。结果表明，从静止的海洋 出发，定常冬季风风应力驱动下的南海海流有明显的时间变化，垂直积分后的海流 （全流）约需１２０天左右的时间，方能达到准稳定态，表层、次表层和深层海流的时 间演变也有类似特征。模拟结果还表明，ＳＣＳ－ＰＯＭ有能力模拟出南海边界流、沿 岸流和海流的涡旋状结构。