大气科学系海洋科学专业建设模式的探索与实践

介绍了依托大气科学学科、专业的品牌效应及优势资源加快发展海洋科学新专业的一些探索和实践,根据大气科学系海洋科学专业的主要特色,给出了一些海洋科学专业近期发展的思路。

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。

科学基金在推动大气科学资料共享服务上取得初步成效

科学资料是科学研究的根本基础和科学研究赖以继续发展的物质积累和保障,是无数科学家和整个国家科技成果体系中的重要产出和组成部分,是重要的国家资源。在全球信息化的今天,科学资料管理和共享体系建设能力直接关系到整个国家科技创新能力,成为国家科技管理水平和创新能力高低的试金石。1993年,国家自然科学基金委员会地球科学部率先在国内试点资助建立了“南京大气资料服务中心”,以推动科学基金大气科学领域资助项目中产生的重要科学资料的管理和“资料共享”。通过近10a的努力,该资料服务中心建设取得了一定成绩并积累了不少宝贵经验,为推动我国大气科学资源、资料的共享做出了有益的探索和贡献。

GIS的干旱监测信息系统研究

利用遥感信息数据,结合地面观测资料,通过干旱监测模型及高程(DEM)数据,在GIS的平台上建立干旱监测信息系统。在监测不同灾害时,能根据监测区的特性将监测区设置成不同的分区,并针对每一分区确定监测指标,快速、准确地实现监测区内的农业气象灾害监测及等级划分。并以2004年6月份辽宁省干旱监测为例,进行了干旱等级划分及面积监测分析。

基于GIS组件的农业气象信息服务系统

结合组件式GIS二次开发技术的应用研究,利用Visual Basic可视编程语言及ADO(Microsoft ActiveXData Objects)数据库编程技术在SQL Server2000数据库基础上,建立了集信息采集、分析处理、发布传输于一体的农业气象信息服务系统,通过GIS功能组件MapObjects2.1,表现时间与空间全方位配置的农业气象信息。

西太平洋暖池海温分布型及其与东亚大气环流的关系

采用海温资料和NCEP/NCAR 49 a再分析的高度场、风场资料,利用EOF、合成分析方法,研究了夏季暖池SSTA的时空演变,结果显示:夏季暖池SSTA具有整体一致性分布和南北区域的反对称分布两种空间分布型。根据这两种分布型划分了夏季暖池海温正、负异常年,分析了相应年份的风场环流特征,结果表明:SSTA为一致性分布时,暖异常年850 hPa暖池区上空有一反气旋偏差环流,副热带地区西风和低纬度地区东风都得到加强,200 hPa南亚上空为一反气旋偏差环流,沃克环流得到加强;冷异常年则相反。当SSTA为南北反对称分布时,北暖南冷年850 hPa暖池区上空为一反气旋偏差环流,15°N附近东风气流和赤道附近西风气流增强,200 hPa反气旋偏差环流中心移到东亚大陆上空,长江中下游地区为上升气流,降水明显增多,华北地区为下沉气流,降水减少;冷异常年则相反。

广州城市大气环境监测系统建设的探讨

根据WMO城市气象观测指南,在充分考虑广州城市结构和局地气候特征的基础上,针对广州高温高湿的天气特征,利用现有大气探测体系,结合广州实际情况和气象部门特点,提出建立一套布局合理、密度适宜、技术先进的城市大气环境监测系统,试图实现城市大气环境的预报预警服务。

冬季北大西洋海温年际、年代际变化与中国气温的关系

利用NCEP／NCAR月平均再分析资料（1951—2001年）海洋表面月平均温度资料、500hPa月平均高度场以及中国160站月平均气温资料，采用旋转方差极大正交旋转法（REOF）和小波变换等方法研究了冬季大西洋中低纬海表温度分布的主要模态及其与中国冬季气温的关系。结果表明，冬季北大西洋中部海表温度异常主要表现为2个基本模态，其中反映冬季大西洋20°-50°N区域海表温度异常的第二特征模态，在年际、年代际变化关系上与中国冬季平均气温关系非常密切。进一步研究表明，冬季北大西洋中部海表温度异常，可激发欧亚EU型环流，致使中国冬季气温异常。

河北省层状云降水系统微物理结构的飞机观测研究

对4架次飞行个例的PMS资料进行综合分析, 发现河北省春季层状云降水系统存在不均匀性, 表现之一为较强降水云带。1991年5月25日的个例在飞机上升和下降过程中两次在 2000 m左右探测到较强的云内逆温, 逆温层顶下方存在云水含量的峰值。对 1992 年 6 月 20 日两次个例的冷云的冰晶尺度、冰水含量(IWC)、冰晶浓度和液水含量(LWC)的垂直分布进行了分析。对两次个例的云中可播性进行判别, 发现潜力区占云区的1/2左右, 有时存在大片强可播区。

β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理机制 I.涡旋Rossby波的相速度

使用纬向基流下横波型扰动的Boussinesq近似方程组,分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动发生不稳定时,大尺度背景流场在垂直方向上的各种分布特征。在大气层结比较稳定的情况下,如果基本气流在低层和高层较大(有可能存在低空急流和高空急流),此时产生的β中尺度不稳定扰动相对于基流向东传播,甚至于快速向东传播。基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用。如果考虑基流的二次切变,可以得到涡旋Rossby波的相速度表达式,涡旋Rossby波相对于基本气流是单向传播的。涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速二次切变,亦即基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀所致。涡旋Rossby波的相速度与纬向波数也有关,它的能量是频散的,其在纬向x方向也存在群速度。在基本流场的风速存在二次切变时,横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby重力波的不稳定;而在基本流场的风速仅仅存在线性切变,不存在二次切变时,横波型扰动的不稳定则是重力惯性波的不稳定。

华北地区夏季降水与全球海温异常的关系

利用华北17个站1951—2000年的逐月降水资料,与前一年1月到当年12月全球逐月海温距平(1950—1998年)求相关,得到了全球海温影响华北夏季降水的关键影响区为21°~27°N,175°E^175°W,对应的关键影响时段为当年1~3月。然后用SVD方法证实了当年1~3月是与华北夏季降水相关最显著的时段;而所选关键区正是处于一种范围更大的海温分布型的关键部位,而华北地区是所选海温关键区在当年1~3月影响中国东部降水的相关最显著的区域之一。

用改善的EVAD技术和变分法计算大气垂直速度

提出利用修正的Gram-Schmidt算法(MGS法)解决EVAD技术的求解问题,并通过2个实例。根据这2种改善的EVAD方法,分别计算出大气平均散度,再用变分法对散度值进行调整,然后利用连续方程,计算大气的垂直速度,并对各种结果进行了比较分析。

夏季青藏高原移动性对流系统与中国东部降水的相关关系

利用国际卫星云气候计划提供的1985—2002年共18年的MCSs路径跟踪资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国138个地面常规观测站资料,分析了夏季起源于青藏高原地区的移动性MCSs的主要时空分布特征,探讨了青藏高原MCSs与中国降水的关系。通过对MCSs爆发异常强弱年高度和风差值场的分析,概括出青藏高原MCSs影响中国降水的可能机制。结果表明:夏季青藏高原移动性MCSs主要生成于青藏高原东南部,其爆发时间具有明显的日变化特征,它们能够传播到我国中东部及南亚许多地区;夏季MCSs对我国降水具有重要影响,它们与中国夏季降水的相关系数分布以4条正、负相间的东西向分布带的形势存在,从南到北依次为"-+-+",这与我国夏季降水带的变化形势非常一致;南亚高压、西太平洋副热带高压和东北冷涡的强度、位置变化与高原MCSs生成的多少密切相关,并通过它们对我国夏季降水带的分布造成重要影响。

冬季西太平洋遥相关型的环流结构特征及其与我国冬季气温和降水的关系

用近55 a资料研究了冬季西太平洋遥相关型(WP)异常环流特征及其与我国冬季天气气候的关系。结果表明:冬季西太平洋遥相关型与我国冬季天气气候关系密切。高指数年500 hPa高度场亚洲大陆上空中高纬为负高度异常,中纬度西风偏强,环流呈纬向型,对应海平面气压场上西伯利亚高压偏弱,东亚冬季风偏弱;低指数年情况相反。冬季西太平洋遥相关指数与我国冬季气温和降水存在显著的大范围正相关,与气温的高相关区为我国东部、南部沿海及西南地区所形成的U型区域,而与降水的高相关区则主要分布在我国东部地区。

β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理机制 II.涡旋Rossby波的形成

使用二维中尺度横波型扰动的动力学方程组,探讨了该扰动的各种物理量场分布特征以及能量来源。结果表明,这种横波型的天气系统中扰动气压p′和扰动涡度ζ′在水平x方向上处于同位相或者反位相,扰动散度D′和扰动垂直速度w′在水平x方向上也处于同位相或者反位相,而扰动涡度ζ′与扰动散度D′在x方向上传播的位相相差π/2,只不过它们在垂直方向z上的分布结构有所不同。局地区域扰动发展的总能量来源主要是来自于平均场的有效位能和平均场的基流动能。最后,利用横波型扰动的总涡度守恒方程对涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释,并且提出了梅雨锋暴雨中β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理过程。采用中尺度MM5模式的数值试验结果,也得到了与动力学理论上相一致的结论。

2003年江淮梅雨暴雨与湿位涡的关系

统计了2003年发生在江淮地区的梅雨暴雨,根据暴雨中心对流稳定度及降雨性质将暴雨分为4种类型。分析湿位涡与梅雨暴雨中的惯性不稳定、对称不稳定、对流不稳定的关系发现:第1类暴雨往往与对称不稳定有关,第2类暴雨与对流不稳定有关,且这两类暴雨高层多具有强惯性不稳定,降水相对较大;第3、第4类暴雨是稳定性降雨,高层一般不具备惯性不稳定,雨量一般较小。高层的惯性不稳定对降水的加强作用明显。

北半球环状模和东北冷涡与我国东北夏季降水关系分析

利用国家气象信息中心提供的1951-2004年全国160个测站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料，对近50多年东北地区夏季降水、东北冷涡与前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析，定义了一个夏季（6～8月）东北冷涡强度指数（NECVI）。结果表明：NECVI能够较好表征东北低涡的气候效应；夏季东北冷涡强度与降水存在显著的正相关，东北冷涡强年，降水偏多，前期2月北半球环状模（NAW）偏弱；东北冷涡偏弱年，降水偏少，前期2月NAM偏强。此外，夏季东北冷涡与前期的中国近海海温存在显著的负相关，前期NAM和中国近海海温的异常可以作为夏季东北冷涡异常的一个前兆信号，进而为东北地区夏季降水异常的预测提供参考依据。

华南前汛期降水异常与水汽输送的关系

采用1958—2000年华南57站前汛期日降水资料和NCEP/NCAR逐日水汽输送再分析资料,分析了华南前汛期降水异常与水汽输送的关系,并对旱、涝年进行了比较分析。结果表明:华南地区经向水汽输送的异常变化将导致该地区的异常旱涝,而纬向水汽输送的异常变化只导致该地区出现小范围的降水异常。旱年和涝年的异常水汽输送不是简单的反位相关系。来自印度洋和西太平洋的水汽对华南地区前汛期的降水异常没有明显的作用,南海(主要是其北部)才是华南降水异常的关键区。

孟加拉湾热源对亚洲夏季风环流系统的影响

利用 1951—2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均资料和我国 160个测站 1951—2000年月降水量资料,计算了夏季大气热源气候分布,分析了夏季孟加拉湾地区热源年际异常及亚洲季风环流系统的响应,以及夏季孟加拉湾地区热源与中国夏季降水的年际关系。结果表明:夏季亚洲季风区最强的热源中心位于孟加拉湾东北部一带。当孟加拉湾热源异常强 (弱 )时,南亚高压偏西 (东 ),西太平洋副热带高压位置偏东(西);印度夏季风偏强 (弱),东亚热带季风偏弱 (强 )。孟加拉湾热源异常对南亚高压、南亚季风、副热带高压的影响显著,对东亚热带季风的影响不显著。夏季孟加拉湾热源与同期长江以南、华南东部部分地区降水呈明显负相关,而与西南到华南西部地区降水呈明显正相关。

中国日降水量与其占有面积的函数关系

根据中国近40年逐日降水观测资料,分析了大范围空间域上不同等级日降水量与其占有面积的函数关系。研究表明,几乎每一年任何一天中国区域的不同等级日降水量场的统计分布都呈明显的左偏态型。利用负指数分布和Weibull分布的概率密度函数(PDF)拟合实测降水资料的结果表明,后者拟合效果优于前者。负指数分布型可能仅适用于同一天气系统控制下的一次降水过程或较小的区域范围,在更大的区域内(如中国区域),由于构成降水的多种天气系统在同一日相互叠加,可能用Weibull分布更适合。