东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究 I.环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型 ,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究 ,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明 :冬季 ,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动 ,近表层为向岸流 ,沿岸为下降流 ,近表层以下为离岸流 ,其在外海有明显的上升趋势 ,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱 ;夏季 ,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动 ,近表层以下为向岸流 ,沿岸为上升流 ,近表层为离岸流 ,其在外海有明显的下降趋势 ,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论 ,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致 ,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。

青藏高原北侧地区干湿年夏季垂直环流差异的对比分析及青藏高原的热力影响

为了分析西北干旱的形成原因，本文首先利用高原北侧地区５站历年夏季的降水量资料等，制定了该区的干湿标准，划分了历年夏季的干湿等级。接着又利用ＥＣＭＷＦ的格点资料等对比分析了该区干湿年夏季间垂直环流的差异，也探讨了青藏高原地面热状况与高原北侧干湿状况的联系。其主要结论是：１）文中制定的以降水标准差为判据的干湿标准适合西北干旱区；２）高原北侧干湿年夏季间在高原北侧和高原上的垂直环流存在明显差异；３）青藏高原地面热状况与上列差异有关，也即青藏高原的热力作用是西北干旱的重要成因之一。

1991年梅雨盛期垂直环流的分布特征

主要分析１９９１年７月梅雨盛期东亚大气垂直环流及其时空分布，着重从持续性强暴雨存在的垂直速度分布及其演变特征出发，揭示暴雨带摆动的机理和依据，并总结出一个经向垂直环流发展的概念模型。进一步利用这些物理量在梅雨锋区的特征，制作雨带摆动及其强度的预报。

2010/2011年中部型La Nia事件形成机理及其垂直环流异常

应用TAO(Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了2010/2011年La Nia事件的变化特征,讨论了此次过程中赤道太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,以及上层海温场的异常变化机理。结果表明,2010/2011年的La Nia事件与传统事件不同,是一次明显的中部型La Nia事件(简称CPP La Nia),其爆发过程主要存在两个不同机制的响应过程:一是西太平洋暖池(WPWP)区域次表层异常冷海温通过赤道潜流的作用沿温跃层东传,导致赤道东太平洋上层海洋温度场出现异常降温:二是赤道中东太平洋出现强的距平东风,通过上升流作用,导致冷海温上传影响中太平洋上层异常海温场。前者是导致La Nia事件的必要条件,后者则是形成此次中部型La Nia事件的关键过程。由分析结果还表明,日界线以东赤道太平洋纬向风变化对中西太平洋上层海温场变化有重要影响,是导致此次中部型事件爆发的重要机制。文章进一步分析了此次中部型La Nia事件过程中热带垂直环流的变化,结果表明经向和纬向大气环流都表现出明显的异常。

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。

沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的数值研究 Ⅰ.环流的基本特征

为了揭示沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的分布特征和变化规律，利用三维斜压流体动力学模型，对具有岸界坡度变化、河流入海、海湾、岛屿和海槽的理想海区冬季的垂直环流及其温盐结构进行了数值模拟。其环流的数值结果表明，冬季沿岸海区的垂直环流普遍呈逆时针流动。在近表层为向岸流，沿岸为下降流，近表层以下为离岸流；近表层以下的离岸流在外海有明显的上升趋势；沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱；就整个海区而言，随着自南往北海区水深的逐渐变浅和岸界地形坡度的由大变小，其沿岸下降流则由强变弱。

加热效应对南海季风低压垂直环流的贡献

人们对季风低压的研究大多是限于印度季风低压,而对南海季风低压研究甚少。近年来作者用合成法对南海季风低压的结构做了一些研究,同时根据FGGEⅢB资料用涡度方程和扰动动能方程做诊断分析,讨论了南海季风低压的发生发展过程。结果表明:对于南海季风低压的形成和维持,积云对流和环境场的作用有着重要贡献,而斜压不稳定和正压不稳定的贡献很小。

东亚季风垂直环流的低频振荡及其机制

用1984年6月1日至9月30日欧洲中心中期数值预报资料(ECMWF)重点分析了东亚夏季风垂直环流的低频振荡及其与季风活动的关系,指出了垂直经向环流和赤道纬向环流都存在明显的局地低频振荡,初步讨论了东亚夏季风经圈环流的低频振荡起源于南半球30°S处对流层中高层垂直运动的低频振荡,通过经圈环流的低频振荡使南北半球的低频振荡相互联系起来。最后分析了热带季风低频振荡与梅雨活动的可能联系。

南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系

使用江西省82站1959-2016年6月降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,研究了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系,并运用大尺度局地涡度倾向变化方程诊断了年际、年代际变化引起的局地涡度倾向异常对江西6月降水的贡献,解释了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水年际关系发生年代际改变的原因。结果表明南印度洋大气垂直环流与江西6月降水有密切的关系,且两者的年际关系存在年代际变化:(1)二者关系在1960年代末和1990年代初发生了两次转变,1969年前为显著正相关,1969-1989年相关性不明显,1990年后又转变为显著正相关。(2)江西6月降水偏多年,500 hPa上东亚地区从中高纬到低纬为"+-+"距平符号分布,江西区域异常正涡度,低层南北风距平在江西上空交汇;降水偏少年环流异常则相反。(3)南印度洋大气垂直环流可引起东亚环流异常,使江西区域涡度正异常;但其影响与背景场的变化有关。动力诊断表明,1969-1989年南印度洋大气垂直环流年际异常对江西局地涡度为正贡献,但年代际异常为负贡献,削弱了年际异常的作用;1990-2016年阶段年际异常为正贡献,同时年代际异常也为正贡献,加强了年际异常的作用,使得其与江西6月降水的正相关显著。

春季赤道印度洋纬向—垂直环流的变化特征及其与Walker环流的关系

利用1951~2010年20CR(20th Century Reanalysis Version 2)再分析资料和NOAA海表温度资料研究了赤道印度洋纬向—垂直环流的季节性差异、变化特征及其与Walker环流的关系。本文首先分析了四个季节赤道印度洋上空纬向—垂直环流的结构特征,发现春季和秋季存在严格东西方向上的赤道印度洋纬向—垂直环流。随后,针对春季赤道印度洋纬向—垂直环流变化特征作进一步的分析,研究结果表明,春季纬向—垂直环流的强度及其变率在1951~2010年间持续增强,而该垂直环流的中心位置则表现出明显的年代际变化特征:1981年之前垂直环流的中心位置表现为向西移动,而在1981年后则转为向东移。春季赤道印度洋纬向—垂直环流与Walker环流之间的相关关系同样存在年代际转折,1981年之前两者之间并不存在显著的相关,而在1981年之后,两者之间的关系显著增强。不同年代际时段内赤道印度洋纬向—垂直环流与海温的关系也发生了明显的改变,1981~2010年赤道印度洋纬向—垂直环流主要受到前期和同期太平洋上的ENSO型海温信号的影响,而在此之前该垂直环流主要受到前期和同期赤道东印度洋海温的影响。

西印度洋大气垂直环流与江淮夏季降水关系的年代际变化

利用1958—2013年NCEP/NCAR逐月再分析资料和国家气候中心整编的160站月降水资料,研究了西印度洋大气垂直环流(WIOVC)与江淮夏季降水关系年代际变化的原因。结果表明:两者关系的年代际变化经历了两次转折,1950年代末期的不显著关系在1970年代末转为显著负相关,又在1990年代中后期变为显著正相关。进一步研究发现,两者关系的年代际变化是由WIOVC的年际异常和热带背景场的年代际变化共同作用造成的。在:1980年代以前热带东太平洋大气异常偏强的下沉运动背景下对应东亚夏季风偏强,WIOVC与江淮夏季降水关系不明显。1980年代—1990年代中期,热带东太平洋大气异常偏强的上升运动背景对应东亚夏季风偏弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著反相关。1990年代中期以后,热带东太平洋大气仍为异常上升运动,且热带中太平洋为异常下沉运动,对应东亚夏季风进一步减弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著正相关。

纬向垂直环流在东海渔场形成过程中的作用

本文收集并整理了1972年到1979年东海水产研究所及海洋局东海分局在东海区进行的水文调查资料,以及上海市海洋渔业公司同期的渔获资料,探讨东海纬向垂直环流在渔场形成过程中所起的作用,并讨论了利用该环流系统的有关资料进行渔情预报和渔场安排的可能性。

基于三维分解的大尺度垂直环流变化特征分析

通过探讨大尺度大气环流表示方法的数学变换 ,提出了三维分解方案 ,在全球范围内统一处理热带和中高纬度的环流 ,并依此对垂直环流进行方差分析。结果表明 ,垂直环流以季节变化为主 ,亚洲季风区是全球垂直环流季节变化的强信号区 。

ElNio夏季太平洋上空垂直环流特征及我国汛期降水

本文利用NCAR(美国国家大气研究中心)1976年太平洋各层风场资料,计算了0°—50°N,105°E—110°W范围内,7月850hPa,700hPa,500hPa,300hPa,250hPa和200hPa各层上的垂直运动,并与叶笃正等所作的太平洋上空夏季平均环流特征作比较得出:(1)常年Walker环流明显,而E1 Ni(?)o发生年热带西太平洋上升运动减弱,东太平洋空气下沉区变成了强上升区,Walker环流下沉区东移至110°W以东;(2)常年热带西太平洋Hadley环流不明显,沿160°E以东Hadley环流越来越清楚,呈向东递增的趋势,而E1 Ni(?)o年Hadley环流东西变化甚为复杂,Hadley环流的上升支并不在赤道附近,而移至10°N左右,明显较常年偏北,Hadley环流也变成自热带向副热带倾斜的环流圈;(3)E1 Ni(?)o发生年,夏季以淮河为中心的空气上升区变成下沉区,而37°N以北的华北地区仍是上升区,华北多雨,所以出现Ⅰ型降水。

强弱南亚季风不同发展期对青藏高原垂直环流的影响

为了探讨南亚季风的强弱变化对青藏高原垂直环流的作用,利用1990-2019年近30年高分辨率的JRA55再分析资料计算了南亚季风Webster-Yang指数(WYI)并选取了南亚季风强弱年,通过对比分析季风爆发前期(5月)、爆发期(7月)和爆发后期(10月)三个不同时段南亚季风强弱变化对青藏高原垂直环流的影响。研究表明:(1)5月WYI强年在高原南侧的上升气流强度和范围均大于弱年,7月高原主体与南侧的上升气流强度增大,强弱年差异不明显,10月WYI强年在高原南侧的垂直环流仍维持,但强度减弱,WYI弱年在高原南侧高空已转为下沉气流。(2)5月和10月,质量和能量均为从高原的南侧和北侧汇入高原,7月则转为高原向南北两侧散出质量和能量;WYI强年高原南侧高层辐散的强度大于弱年,低层辐合强度差异较小,强弱年在5月能量与质量的传输强度差异最大,7月最小。(3)WYI强年10月100 hPa南亚高压位置偏西,500 hPa西太副高维持,高原南侧的风场与温度场的减幅偏小,表明强南亚季风会改变高原地区高空水平环流形势,从而影响高原的垂直环流;WYI强年在5、7、10月高原主体的地表温度均大于弱年,表明在强南亚季风带来的暖湿气流的影响下,高原南侧的上升气流抬升至高原,高原的地表温度明显上升,高原地表热量增加进而影响高原垂直环流。

春季青藏高原南侧低层垂直环流圈的年际变化特征分析

利用1948～2013年NCEP／NCAR的风场、高度场、气温场逐月再分析资料，HADISST海温逐月资料，NO—AA逐月PREC降水资料，为讨论春季青藏高原南侧低层（700～925hPa）垂直环流圈与高原附近地区的降水和大气环流的关系，运用合成分析和相关分析等方法，定义了（12．5—25、80～90）范围内的垂直环流圈强度指数。得出结论：春季青藏高原低层垂直环流圈偏强（偏弱）年，700hPa高度场上，阿拉伯海地区、印度半岛、孟加拉湾、中南半岛、南海地区为偏强的东风（西风）异常；925hPa高度场上，10附近阿拉伯海西南部地区、印度半岛、孟加拉湾为偏强的西风（东风）异常，中南半岛、南海地区为偏强的东风（西风）异常，对应于印度东南部沿海地区是否存在风场辐合。春季青藏高原南侧低层垂直环流圈偏强年，孟加拉湾、中国东部、四川盆地、云贵高原地区受较强烈的西南气流控制，为主要的降水区域，而高原南侧的印度半岛、阿拉伯海为偏北气流，降水偏少；反之亦然。

中高纬度垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱初探

用国家气象中心１９９２年６月１０日至７月２３日Ｔ４２中期数值预报模式格点资料，分析了中高纬度夏季垂直环流的低频振荡。发现中高纬度纬向垂直环流与热带纬向环流不同存在着２０－４０天的局地低频振荡，在热带季风中断时，３５－４５°Ｎ范围内中高纬度纬向垂直环流主要表现为１２０°Ｅ附近区域内下沉气流加强。初步探讨了中高纬度地区经圈环流的低频振荡，所选范围为１００－１２０°Ｅ平均低频经向环流，热带季风中断时，下沉气流在３０－４０°Ｎ区域内加强。通过对中高纬度地区垂直环而的低频振荡的分析，探讨了中高纬度地区垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱的可能联系。由于热带季风中断时，主要降雨带位于我国江淮一带，此时垂直环流表现为在对流层低层２８°Ｎ左右范围内为上升运动区，在３５－４５°Ｎ区域附近内下沉气流加强，即我国华北地区上空盛行下沉气流，对应于该地区干旱、少雨。

全球大气垂直环流间的相关分析

利用三维分解方案对全球大气环流进行分解,得到全球大气垂直环流分量,计算各大气垂直环流活动中心之间以及赤道中太平洋大气垂直环流与全球大气垂直环流的相关系数,分析表明,全球大气垂直环流活动中心的季节变化具有明显的一致性,南半球热带垂直环流和亚洲季风环流关系密切;赤道中太平洋地区纬向垂直环流与热带大气经向垂直环流有较强的同步变化特征。

1961～1997年110～140°E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用 ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料，分析了 １９６１～ １９９７各年 １月和 ７月的大气垂直 经圈环流的变化特征，特别分析了１１０～１４０°Ｅ平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环 流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文 中除讨论了它们的年际和１０年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ＥＮＳＯ循环的 关系。结果表明：（１）垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。１ 月的全球平均经圈环流１９６６～１９７４年较弱，１９７６～１９８７年较强；７月的全球垂直经圈环流 则是１９６３～１９７４年较强，１９８６～１９９５年则相对较弱。（２）１１０～１４０°Ｅ的平均经圈环流主要 特点是： １月东亚季风环流圈代替了北半球的Ｆｅｒｒｅｌ环流圈，７月东亚季风环流圈代替了北 半球的Ｈａｄｌｅｙ环流圈，而且其１０年际变化也比较明显。（３）东亚季风环流强弱的变化与 ＥＮＳＯ循环有一定的关系。

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究 II.环流的基本特征

利用POM模型,以研究海区的海面风应力、温度和盐度资料作为海面边界条件,以与外海界面处的温度和盐度资料作为侧向液边界条件,并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流的影响,对长江口及其邻近海区各季节的三维斜压环流和温、盐结构进行了数值模拟。环流的数值结果表明,冬季和秋季研究海区的水平环流主要由长江径流、东海沿岸流、台湾暖流、杭州湾环流和沿岸流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成;东海沿岸流与长江径流顺岸南下,随着自北往南岸界地形坡度的增大,其流幅变窄,流速增强;台湾暖流沿陡坡及其外缘蜿蜒北上,随着自南往北水深的变浅,其流幅由宽变窄继而又由窄变宽,流速却一直由强变弱。冬季和秋季海区纬度断面垂直环流的总趋势由近岸向外海流动,海底地形变化缓慢区离岸流产生波动,海底地形变化显著的陡坡区离岸流产生剧烈振荡而生成强升降流。春季和夏季研究海区的水平环流主要由长江径流与东海沿岸流汇合流、台湾暖流、杭州湾环流、舟山群岛附近及长江径流和东海沿岸流汇合流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成;长江径流和台湾暖流平行北上并在长江口以北产生顺时针偏转。由海区水平环流特征和变化趋势证实,春季长江冲淡水已开始向东北偏转,夏季冲淡水的偏转程度、伸展距离和扩展范围都更甚于春季;春季在长江口近岸存在弱上升流,夏季长江口外的陡坡区出现下降流,而长江口以北和以南的陡坡区出现上升流。