中国华南地区6月降水变化特征及大气环流条件分析

文章分析了华南6月降水的时间演变特征,指出华南6月降水有很明显2年、4年、9年和30年左右的周期。并对引起降水异常的大气环流条件进行了研究。华南6月降水与华南沿海低空西南气流有显著正相关。西南气流偏强时,有利于华南气旋性气流辐合加强。加强的索马里跨赤道气流引起西南季风加强。而西太平洋副热带高压的强度和东西位置决定了其北侧华南沿海低空西南气流的强度。华南6月降水与西太平洋副热带高压强度有显著正相关。同时,华南6月降水与西太平洋副热带高压西北侧西风槽强度也有显著正相关。这说明当西太平洋副热带高压偏强和偏西时,华南沿海低空西南气流偏强,华南沿海低空西南气流与西太平洋副热带高压西北侧西风槽带来的冷空气汇合,造成华南低空辐合增加,有利于华南降水。高空急流中存在稳定的长波波列。当华南降水增加(减少)时,在青藏高原西北侧为反气旋(气旋)异常环流,高原东部到我国东部为气旋(反气旋)异常环流,华南高空辐散增加(减少)。

关于大气“记忆”的大气环流模式模拟研究

通过２种大气环流模式（ＧＣＭ）的数值模拟，研究了大气对于赤道东太平洋海温（ＳＳＴ）异常外强迫的“记忆”问题。结果表明，大气对外强迫的“记忆”比传统意义的“记忆”要长得多，这是因为外强迫通过影响大气内部动力过程而激发产生了低频振荡（即大气低频遥响应），使得外强迫的影响可持续相当长的时间，大气对外强迫的“记忆”也就变得相当长。

西北太平洋台风活动与大气季节内振荡

本文综合介绍了大气季节内振荡与西北太平洋台风活动关系的最新研究结果。主要内容是:大气MJO的活动对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2:1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2～3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5～6位相)时的比例也为2:1。在MJO的不同位相,西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有很明显不同。在第2～3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5～6位相则明显促进对流的发生发展。这说明MJO在不断东移的过程中,将影响和改变大气环流形势,最终影响台风的生成。对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平合成分析表明,在多台风年有两个低频动能的大值区,其中最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,此区域正好为季风槽所在的位置。而少台风年的情况与多台风年相反,从阿拉伯海东部经印度半岛、孟加拉湾一直到我国南海地区,都是低频动能的大值区,最大的低频动能中心位于印度半岛和我国南海南部;而菲律宾以东的西北太平洋是低频动能的负距平区,季风槽偏弱,对台风生成发展不利。200 hPa速度势场清楚表明,多台风年(少台风年)在菲律宾以东的西北太平洋上表现为高层辐散(辐合),增强(减弱)该地区的上升气流,有利于(不利于)台风的生成。大气季节内振荡(ISO)对西北太平洋台风路径影响的研究表明,大气ISO)流场对台风路径预报有重要参考意义。其结果表明,台风生成时850 hPa低频气旋(LFC)的正涡度带(特别是最大正涡度线)走向往往预示着台风的未来走向;200 hPa的低频环流形势对台风的路径也有一定的指示作用,与200 hPa低频反气旋(LFAC)相联系的200 hPa强低频气流对台风起着引导气流的作用。

热带大气季节内振荡对西北太平洋台风的调制作用

利用澳大利亚气象局的RMM-MJO(Real-time Multivariate MJO)指数,分析研究了热带大气季节内振荡(简称MJO)对西北太平洋台风的调制作用及其机理,结果表明MJO活动对西北太平洋台风的生成有比较明显调制作用。在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2、3位相)和对流中心越过海洋性大陆来到西太平洋地区(即MJO第5、6位相)时台风生成的个数比例为2∶1。本文对西太平洋地区的大气环流场进行了多种气象要素的合成分析,在MJO的不同位相,西太平洋地区的动力因子分布形势有很明显不同。在第2、3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展,为台风生成和发展创造了有利条件的大尺度环流动力场。这说明MJO在不断东移的过程中,将改变大气环流形势,最终影响了台风的生成和发展。接着,我们从积云对流这个联系台风和MJO的重要因子出发,研究了不同MJO位相时凝结加热的水平和垂直分布,以及与台风环流、水汽通量的配置情况。结果表明在MJO不同位相,热源分布明显不同,而这种水平和垂直方向的不同分布特征必然反映潜热释放和有效位能向有效动能转换的差异,再与水汽的辐合辐散相配合,就从台风获得的能量角度揭示了大气MJO调节台风的生成和发展,造成不同位相时台风生成有根本差别的原因。

从Rossby波能量频散理论到准定常行星波动力学研究的发展

本文是为纪念叶笃正院士诞辰百周年和他对大气动力学发展的重大贡献而撰写的。叶先生在20世纪40年代所提出的罗斯贝波能量频散理论不仅至今仍广泛应用于天气预报,而且开创了准定常行星波动力学的研究。在罗斯贝波频散理论的启迪和引领下,行星波动力学和大气环流异常遥相关的研究取得重要进展。特别是关于准定常行星波在二维和三维球面大气的传播特征以及北半球夏季大气环流异常的EAP(East Asia–Pacific)型和"丝绸之路(Silk Road)"型遥相关及其机理已做出系统的研究,本文简要地回顾这些研究。并且,本文还回顾了在叶先生所提出罗斯贝波能量频散理论的引领下,近年来我们关于东亚冬、夏季风和我国气候灾害的年际和年代际变化的内动力学机理研究所取得的进展。

青藏高原地区大气红外探测器(AIRS)资料质量检验及揭示的上对流层水汽特征

上对流层水汽（UTWV）是大气中最重要的温室气体,对全球气候变暖有重要贡献;而青藏高原被认为是UTWV进入平流层的重要通道,在平流层-对流层水汽交换及平流层水汽变化中扮演着重要角色。首先利用高原探空站资料对大气红外探测器（AIRS）反演的水汽数据在高原地区的质量进行了检验,发现AIRS反演的水汽数据与探空实测数据是相当一致的。其中全年和夏半年AIRS的可信度较好,而冬半年,尤其是上对流层AIRS水汽可信度相对较低,但在缺乏高精密数据时仍部分可用。利用AIRS资料对青藏高原地区UTWV季节变化特征进行了分析,结果表明,高原冬季偏干,而夏季显著偏湿,并且空间分布具有明显的不均匀性。经验正交函数（EOF）分析显示,夏季高原UTWV主要存在三种空间分布型,即全区一致型,高原东西偶极型和南北带状偶极型。一致型分布具有明显的季节变化,而偶极型则以季节内振荡为主。在此基础上,重点研究夏半年高原地区UTWV季节内振荡特征,结果表明,UTWV季节内振荡的显著周期位于10～20天和30～60天。前者主要表现为纬向东传,并且可以越过高原进入我国江淮流域上空;而后者主要向南移动,基本表现为高原局地振荡。最后,进一步探讨了高原UTWV季节内振荡的可能机制,结果表明,高原地区UTWV的低频变化主要与高原热状况、南亚高压活动及其与二者相耦合的对流活动有关。

亚洲夏季风爆发与热源强迫下的热带大气Rossby波

对南海夏季风爆发前的风场和局地对流凝结加热强迫作用进行了合成分析,表明南海夏季风爆发前局地对流凝结加热作用对与南海夏季风爆发密切相关的低频涡对的产生起着重要作用。然后,从动力学的角度研究了带有外部热源强迫的赤道β平面上的Rossby波,利用Gardner-Morikawa变换和摄动展开方法,得到了热源强迫下描写赤道Rossby的mKdV方程,进而得到了不同热源形式下切变气流中赤道非线性Rossby波的解析解。结果表明,不同类型的热源对赤道Rossby波的结构起着非常重要的作用,同时也为南海夏季风爆发前低频涡对的形成给出了一种动力学解释。

参考大气和大气质量守恒格式对气候模式月预报效果的改进试验

为了考查参考大气和大气质量守恒格式对气候谱模式月预报的改进能力,我们在国家气候中心气候谱模式中引入了这两个方案,选取了两个个例进行验证。对不同方案的月平均预报结果与实况进行了比较,并讨论了不同方案对高度场距平相关系数和均方根误差的影响。本文个例试验结果表明,这两个方案对月平均预报结果均有改进,参考大气方案的改进比大气质量守恒方案更为明显。

亚洲区域海—陆—气相互作用对全球和亚洲气候变化的作用研究进展

围绕全球变化研究国家重大研究计划项目"亚洲区域海—陆—气相互作用机理及其在全球变化中的作用"预定的总体研究内容和科学目标,项目执行两年多以来,取得了一系列阶段性科研成果。关于气候动力学方面,项目揭示了热带印度洋—西太平洋暖池的海温变化是全球热带气候年代际变化的重要驱动力,是全球尺度副热带干旱的重要调控器;发现热带东太平洋海温存在冷舌模态,它是一个海气耦合模态,阐明在全球变暖背景下其对ENSO型态变异的作用及影响东亚气候的机理;揭示了青藏高原热力强迫的异常特征及其气候效应;提出了水平非均匀基流中行星波传播的理论,研究了其在不同东亚夏季风背景下的传播特征。关于气候预测方法方面,提出了若干有物理基础的气候预测方法,如尺度分离的降尺度预测新方法、基于北大西洋涛动(NAO)—ENSO的东亚夏季风预测模型、基于南半球环状模的东亚气候预测模型等,为业务部门提供了重要参考。关于观测方面,项目在亚洲区域海气补充观测和海洋资料同化方面也取得突出进展,成功进行了南海18°N断面海洋综合观测,为形成我国第一条南海断面长期海气观测打下了基础。在国际合作方面,项目还继续推动和领导了"亚洲季风年"(AMY2007-2012)与"东亚气候模拟"国际计划,提升了我国在该领域的国际地位。

MJO研究新进展

MJO与ENSO的关系、MJO的数值模拟(预报)以及MJO对天气气候的影响是近些年来国内外大气科学研究的重要前沿问题。本文将综合介绍国内有关MJO对天气气候的影响以及MJO的数值模拟(预报)方面的近期研究进展,因为过去已介绍过MJO与ENSO相互作用的研究结果。利用澳大利亚气象局的RMM-MJO指数研究MJO与西北太平洋台风活动的关系,结果表明大气MJO对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2:1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2、3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5、6位相)时的比例也为2:1。对大气环流的合成分析显示,在MJO的不同位相西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有极其明显不同。在第2、3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展,并为台风生成和发展创造了有利的大尺度环流动力场。对多台风年与少台风年850hPa的30～60d低频动能距平的合成分析表明,在多台风年最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15?N以南的西北太平洋地区,表明那里有强MJO的活动;而少台风年的情况与多台风年相反,菲律宾以东的西北太平洋上与季风槽位置对应区域是低频动能的负距平区,那里MJO偏弱。即赤道西北太平洋上MJO活动的强(弱)年对应西北太平洋的台风偏多(偏少)。对应MJO的不同活动位相,无论冬季、春季或夏季,中国东部的降水都将出现特殊的异常形势。在春季,MJO的第2、3位相有利我国东部长江中下游地区多雨、华南地区少雨;MJO的第4、5位相有利我国华南地区多雨而长江中下游地区少雨;在MJO的其它位相,我国东部地区都为降水负异常。在冬季,对应MJO的第1～3位相(特别是第2、3位相)中国华南降水偏多;而对应MJO的第6～8位相(特别是第6、7位相)中国华南降水偏少。在夏季,MJO位于印度洋时,MJO可以通过低层西风急流的波导效应影响到中国东南部地区,造成该地区降水偏多;当MJO位于西太平洋地区时,可以造成经向环流的上升支向北偏移,导致西北太平洋副高的东撤、以及中国东南部地区水汽输送减弱,降水减少。资料分析还表明,在年际变化尺度上,热带中、东印度洋MJO指数的持续异常对云南夏季降水有明显的影响。大气环流和数值模拟都表明,MJO活动不同位相的强对流会在东亚/西北太平洋地区激发产生不同形势的遥响应(Rossby波列),导致在中国不同地区出现有利(或不利)降水的环流形势和条件,是MJO活动影响中国降水的主要机制。用数值模式对MJO进行数值模拟(预报)是尚未很好解决的困难问题,原因也没有完全搞清楚。我们的一系列数值模拟清楚表明,MJO的模拟(预报)效果对模式所用对流参数化方案有很强的依赖关系;模式能否很好描写(再现)热带大气非绝热加热廓线,是极其关键的问题,只有当加热廓线在对流层中低层有最大加热时,模式才能得到同实际观测大体一致的MJO及其活动特征。这些数值模拟结果与我们过去从理论研究得到的结论相吻合,彼此得到应证。

中国南方雨雪冰冻异常天气原因的分析

2008年1月我国南方发生了罕见的持续严重雨雪冰冻灾害,对于这次小概率极端天气气候事件的初步分析表明,虽然这个冬季在赤道东太平洋存在明显的La Nia事件,但2008年1月无论是我国的异常降水场和温度场,还是亚洲和西太平洋地区的大气环流异常场都与历史上11个La Nia事件盛期1月的合成场有显著的差别,因此La Nia事件不是造成持续雨雪冰冻天气的直接罪魁祸首。进一步的分析发现这次持续严重雨雪冰冻天气的发生与多个大气环流系统的异常有关,而且更为重要的是它们的异常形成了某种形式的配合,我们称其为组合性异常。其中,乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强一起使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生;持续的冷空气活动和持续的降水,导致持续的低温,为冰冻创造了条件。可以认为,大气环流的组合性异常是造成持续雨雪冰冻天气的直接原因。

关于西北太平洋季风槽年际和年代际变异及其对热带气旋生成影响和机理的研究

总结和综述近年来中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心,关于西北太平洋季风槽的年际和年代际变异及其对热带气旋和台风(TCs)生成的影响和机理的气候学研究进展,并综述一些有关的国内外研究。给出了夏、秋季西北太平洋季风槽的气候特征以及利于TCs生成的四类季风槽环流型,表明了西北太平洋季风槽强度和位置有明显的年际和年代际变异。特别是揭示了西北太平洋季风槽的年际和年代际变异不仅通过影响西北太平洋上空对流层低层气流的涡度和对流层高层的散度、对流层中、下层的水汽以及对流层上下层风场的垂直切变等利于TCs生成的大尺度环境因子的分布而影响TCs的生成,而且通过对热带对流耦合波动的转化和提供扰动能量而对TCs生成起着重要的动力作用。还指出今后有关西北太平洋季风槽和TCs活动一些亟需进一步研究的气候学问题。

南海夏季风槽的年际变化和影响研究

南海夏季风槽是南海夏季风的重要组成部分,它的活动不仅对大气环流和气候有明显影响,其本身也具有明显的年际变化特征。首先定义了一个描写南海夏季风槽强度的指数,然后分别对强、弱南海夏季风槽年的例子进行了合成分析。分析结果表明,对应强、弱不同的南海夏季风槽年份,在大气环流背景、对流活动以及海温背景场方面都有很明显的区别,说明南海夏季风槽的异常不是偶然的,有其十分明显的大背景。合成分析的结果还表明,南海夏季风槽的强弱异常不仅对中国夏季降水有重要影响,还会通过遥相关过程影响北半球的其他区域。

东亚持续强冬季风影响赤道海表温度初始异常的数值试验研究

通过数值模拟和理论分析 ,文中指出在强东亚季风期间不仅在欧亚大陆和北印度洋出现强大的反气旋环流异常 ,而且通过海气相互作用在北太平洋西部和西北部形成异常气旋式流场 ;在其东南部产生异常反气旋式流场。在这种流场异常的驱动下赤道西太平洋西风加强 ,海面升高 ,海表温度上升 ,赤道中东印度洋和东太平洋东风加强 ,海面降低 ,海表温度下降。证明由于海表温度异常及海表温度变化趋势存在积分关系 ,因此持续的强东亚冬季风所强迫的沿赤道海表温度变化趋势的上述分布的强讯号可以在海洋中存在近一年之久 ,为尔后赤道太平洋 ENSO事件的可能发展提供初始条件 。

实时海温对动力延伸(月)预报影响的数值试验研究

对 1 992年 7月 1 0日、1 9日和 1 997年 7月 1日 3个个例 ,进行了实时海温和气候海温的对比数值试验 ,研究实时海温对月尺度数值预报的影响。个例试验结果表明 ,实时海温对1 0天以下的数值预报影响较小 ,但对月时间尺度的数值预报的影响则十分明显 ,实时海温对大气的强迫作用同模式大气的初值和预报模式包含的物理过程以及海温异常的强度有关。

三维三层背风波的理论和数值研究

建立了一个三维三层背风波的理论模型,求出当Scorer参数满足中间层大,上、下两层小的情况下,三维三层背风波的理论波长和扰动分布。利用该理论模型对一个实际的背风波个例进行了计算,得到的理论波长与实际波长十分接近。理论结果还表明波动的最大扰动振幅在中层附近。利用ARPS(The Advanced Regional Prediction System)模式对此个例模拟的结果表明,模拟得到的波长、锲角及波动位相的分布都与理论模型的结果较为一致。

南海夏季风建立的模式诊断研究

应用全球谱模式 (T42L9)对 1 986年和 1 987年个例进行了一系列有、无凝结潜热加热和地表感热以及地形作用的单因子敏感性数值预报试验 ,对预报模式输出的大气凝结潜热量和地面感热通量的时空变化特征进行了诊断分析。个例敏感性试验结果表明 ,大气凝结潜热对南海地区西南风的建立极为重要。诊断分析结果指出 ,在南海夏季风建立前 ,中南半岛地区是强大的凝结潜热加热区 ,远比印度半岛地区强。地形和中南半岛凝结潜热的共同作用可能是导致南海夏季风早于印度夏季风建立的重要原因。 1 987年 5月份在中南半岛地区的凝结潜热量比 1 986年明显偏低 ,直到 5月底 6月初才明显上升 ,这可能是该年南海夏季风建立晚的一个原因 ,中南半岛地区凝结潜热的变化可能是影响季风建立早晚的重要因子之一。

高分辨率全球气候模式大气物理过程参数化研发和应用

本项研究将充分利用各种观测数据、再分析数据以及针对不同尺度的模式,包括大涡模式、云分辨模式、单柱模式以及全耦合气候系统模式,借助对这些数据和模拟结果的深入和细致分析,加深对宏观云物理、云微物理、对流以及它们与边界层过程和气溶胶之间相互作用的认识,设计和发展适用于高分辨率大气环流模式的先进物理过程参数化方案,利用一系列的诊断工具来评估和进一步改进参数化方案,以降低模式中长期存在的重要模式偏差,推动我国大气环流模式的发展。

河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析

利用2006-2013年区域自动站降水资料以及NCEP再分析资料,应用EOF分析和中尺度天气图分析等方法对唐山地区盛汛期短历时强降水的时空分布特征、天气学概念模型以及物理量特征进行研究.结果表明:唐山东北部是短时强降水的活跃区、西南部为不活跃区,但西南部极端短时强降水更强;存在5种降水空间分布类型,分别是"一致型""西北多型""东南多型""东北异常偏多型""东北异常偏少型".700 h Pa切变线是否断裂、副热带高压及高低空急流的位置以及高低空干湿区配置决定了降水分布;短时强降水发生时局地水汽丰富,暖云层厚度较大,垂直风切变较弱,存在一定的不稳定能量,强天气威胁指数较小、0℃层较高,大多数类型都有强的水汽辐合,但"东北异常偏多型"辐合较弱,其水汽主要来源于本地.

热源异常对2008年初中国南方低温雨雪天气的影响

利用资料诊断和全球大气原始方程模式(Intermediate General Circulation Model,IGCM),研究了2008年1月中国南方地区出现罕见的持续性雨雪事件的成因。结果表明,2008年1月大气非绝热加热场的主要异常出现在热带海洋、青藏高原及中亚地区以及北大西洋。用全球异常热源强迫IGCM得到的对流层中低层环流场异常和再分析资料结果十分接近,说明非绝热加热异常和该事件密切相关。分区试验的结果显示青藏高原以及中亚地区的加热异常是导致此次事件的主要原因,中高纬度北大西洋上的海温异常也有一定贡献。前者在中国南方产生了中低层的异常南风气流和贡献率约为95%的异常垂直上升运动,加强了向中国南方的水汽输送;后者加强了北大西洋涛动正位相,能导致12%的垂直运动异常和相对于观测偏弱的环流异常。另一方面,虽然赤道中部太平洋La Ni a事件对应的热汇有利于此次事件的发生,但是热带太平洋La Ni a型海温分布的综合效应对此次事件的贡献为负,贡献率约为-27%。