热带大气季节内振荡对华南前汛期降水的影响

本文基于实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和中国台站降水资料,研究了MJO对中国华南前汛期(4～6月)降水的影响。结果表明,随着MJO的活跃中心从印度洋进入西太平洋,华南地区的降水由偏多转为偏少。最显著的降水正负异常分别位于第4位相和第7位相,其区域平均的最大正负异常值相对于气候平均值的变化约为17%和11%。与降水异常相对应,大尺度背景场,如西北太平洋副热带高压、水汽和垂直速度也发生了季节内变化。当MJO的活跃中心位于印度洋(第4位相),副高加强西伸,华南地区的水汽增加,上升运动亦加强,降水偏多。当MJO的活跃中心位于西太平洋(第7位相),副高减弱东撤,华南地区的水汽减少,上升运动亦减弱,降水偏少。

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。

大气季节内振荡及其重要作用

大气季节内振荡(ISO)是上世纪80年代以来大气科学的重要前沿研究课题。作者系统地回顾和总结了十多年来在大气季节内振荡(ISO)及其对其他气候系统的重要作用方面的主要研究工作和成果,尤其是新近的研究成果。主要包括热带大气ISO的基本特征和主要活动规律;中高纬度大气ISO的基本特征和活动规律,以及与热带大气ISO的主要差别;全球大气低频(30～60天)遥相关特征;大气季节内振荡的动力学机制;大气季节内振荡对南海(亚洲)夏季风爆发,以及对南海(东亚)夏季风异常的重要作用;热带大气季节内振荡与EI Nino(La Nina)的相互作用关系。

中国热带大气季节内振荡研究进展

热带大气季节内振荡(包括MJO)是大气环流的重要系统,它的活动及异常既对其他系统有一定的作用,也对长期天气和短期气候有明显影响。因此,热带大气季节内振荡一直是大气科学的前沿研究课题之一。文中对近5—10年中国学者的有关研究工作及其进展做了简要回顾和综合,主要包括:(1)热带大气季节内振荡特别是MJO的动力学机制;(2)热带大气季节内振荡以及MJO的数值模拟问题,特别是大气非绝热加热廓线对模式模拟MJO的重要作用;(3)热带大气季节内振荡和MJO,特别是在赤道西太平洋地区,与ENSO的相互作用关系;(4)热带大气季节内振荡(包括MJO)及其流场形势对西太平洋台风活动的重要影响,即MJO对西北太平洋台风生成数的调制作用,以及热带大气季节内低频气旋性(LFC)和反气旋性(LFAC)流场对西太平洋台风路径的影响;(5)热带大气季节内振荡(包括MJO)的活动及异常对东亚和南亚夏季风建立、活动异常的影响,以及它们与中国降水异常的密切关系。

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。

大气季节内振荡对西北太平洋台风路径的影响研究

台风路径一直是天气预报的难点之一。本文研究了大气季节内振荡(ISO)对西北太平洋台风路径的影响,指出大气ISO对台风路径预报有重要参考意义。细化传统台风路径的划分方法,将台风路径进一步分为5种:西移型、西北移型、日本以西型、日本登陆型、日本以东型。分别对不同路径的台风所对应的低频流场进行超前滞后合成分析,发现台风生成时850hPa低频气旋的正涡度带走向往往预示着台风的未来走向,200hPa低频环流形势,意味着上层引导气流的方向,对台风的路径也有一定的指示作用。低频流场演变特征表明,大气ISO在对流层低层到中层通过低频气旋或低频反气旋的环流形势影响季风槽及副热带高压的位置和强度,从而影响台风的活动。低频气旋的作用使台风易于沿着低频气旋的正涡度带移动。菲律宾以东热带地区生成的低频气旋的加强有利于季风槽的加强和东伸,另外,它的经向北传对副热带高压的位置也有影响。在副热带地区存在大气ISO流型以低频波列的形式向西传播,对副热带高压的季节内时间尺度东西振荡有重要作用。热带与副热带地区大气ISO的共同作用,对台风路径有决定性意义。初步认为,对于西移路径和西北移路径,热带大气ISO的影响起着更为重要的作用;对于日本登陆型和日本以东型路径,副热带大气ISO的影响起着更为重要的作用。大气季节内振荡的环流场可以作为台风路径预报的依据之一。

热带大气季节内振荡对东亚季风区的影响及不同时间尺度变化研究进展

在引证论述大气ISO对东亚季风区天气气候重要作用的基础上,概括性地回顾大气ISO基本特征及其形成机制的主要成果,重点针对热带大气ISO的季节变化、年际变化甚至年代际变化方面的研究工作进行总结评述。

大气季节内振荡在华南降水预报中的应用

大气季节内振荡(ISO)在天气气候演变中扮演着重要角色,是中期和延伸期预报可预报性来源之一,同时大气ISO的年际变化与区域季节降水量的年际变化密切联系,对短期气候预测有指示意义。对热带大气ISO的年际变化研究做了简要回顾;重点介绍了ISO对华南降水的影响及其业务应用情况,主要包括赤道MJO对华南降水的影响、基于准两周振荡的汛期暴雨过程预报、热带ISO与热带外系统多尺度相互作用对强降水的影响、ISO对季节降水的影响、基于ISO建立的降水延伸期定量预测模型;最后对进一步加强ISO应用研究提出了几点思考。

大气季节内振荡对印度洋—西太平洋地区热带低压/气旋生成的影响

文中利用EOF分析大气季节内振荡 (MJO)的时空变化的方法 ,研究了 1996年 9月～ 1997年 6月间的MJO活动对生成在印度洋—西太平洋海域的热带低压 /气旋的影响。结果发现 ,除西北太平洋之外 ,发生在其他区域的热带低压 /气旋有半数以上生成在向东移动的MJO的湿位相中。伴随MJO的向东传播 ,热带低压 /气旋平均生成位置也随之向东移动 ,而生成在西北太平洋的热带低压

大气季节内振荡的数值模拟比较研究

用国内外两个较好的大气环流模式、在观测海表温度的强迫下进行了长时间(1978—1989年)的数值积分,然后对数值模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料进行比较分析,其结果清楚表明,模式模拟结果的均方根误差中有30%—40%是来自于模拟的大气季节内振荡的均方根误差。尤其是,大气季节内振荡模拟的均方根误差的分布形势与总的均方根误差的分布形势几乎完全一致。对热带地区大气季节内振荡动能的模拟结果与NCAR/NCEP再分析资料的比较分析表明,其差异也十分明显,说明模式对热带大气季节内振荡的模拟能力也还比较差。因此可以认为,大气季节内振荡在天气气候模拟中极为重要,而如何在数值模式中模拟好大气季节内振荡还需要进行很好地研究。

热带大气季节内振荡与对西北太平洋台风生成数的影响研究

用典型年合成方法分析研究了1979—2006年西北太平洋多台风年和少台风年热带大气ISO的影响。结果表明,热带大气ISO对西北太平洋台风的生成具有明显的调节作用。多台风年,菲律宾以西地区大气季节内振荡较弱,东传不明显;菲律宾以东地区积云对流较强,热带大气30～60 d低频振荡也偏强,与台风生成相关的传播特征为源自赤道140～160°E附近季节内振荡的西北方向传播。这种异常的30～60 d低频振荡对周围大气环流有正反馈的作用,从而导致积云对流的进一步加强,这种强的积云对流会引起赤道西风异常,产生异常Walker环流,在菲律宾附近形成风场的低层辐合、高层辐散,增强那里的上升气流,有利于台风生成。少台风年,菲律宾以西地区低频活动较强,东传明显,菲律宾以东的低频活动较弱。这种西强东弱的低频活动形式,使得大气低层在菲律宾以西地区为低频东风异常,菲律宾以东地区为低频西风异常,导致在菲律宾以东的西北太平洋大气产生低层低频风辐散、高层辐合的形势,增强下沉运动,不利于台风的生成。

热带大气季节内振荡对华西秋雨的影响

热带大气季节内振荡（MJO）对中国的降水具有明显的调节作用,研究MJO对华西秋雨的影响对于提高华西秋雨的季节内预测能力具有重要的意义。利用1979 2012年9 10月澳大利亚气象局提供的实时多变量MJO指数、中国台站逐日降水资料以及NCEP再分析资料,通过异常合成分析的方法研究了MJO对华西秋雨的影响以及相应环流背景场的变化。研究表明,在MJO对流主体自西向东传播的过程中,华西地区的秋季降水量呈先增加后减少的趋势。当MJO对流主体位于印度洋中西部（1~2位相）时,华西秋雨偏多,当MJO对流主体位于印度洋东部至太平洋中西部（3~8位相）时,华西秋雨偏少。其中MJO对流主体位于中东印度洋（第2位相）和西太平洋（第7位相）时,华西地区秋季有降水最大正异常和最大负异常。与此同时,对应分析MJO不同位相上的高空形势场和中低空流场、水汽输送、垂直运动的异常变化发现：第1、2位相时,我国上空出现两槽一脊、西低东高的环流形势,此时华西地区冷空气活动频繁,且孟加拉湾、南海和西太平洋对华西地区的水汽输送较强,有利于干冷与暖湿气流在华西地区交汇,水汽辐合、上升运动亦显著,从而造成降水偏多;第7位相时,我国上空受较强的西风带长波脊控制,并且三个海区对华西地区的水汽输送较弱,水汽辐散、下沉运动亦较强,造成降水偏少。

大气季节内振荡对热带气旋活动影响的研究进展

近30年来,大气季节内振荡对热带气旋活动影响的研究已逐渐成为人们关注的焦点,并取得了显著的进展。就大气季节内振荡对热带气旋生成、路径及登陆的影响进行概述,并揭示了这种影响的主要机制。同时回顾了与季节内振荡密切相关的季风槽活动对热带气旋的影响。在此基础上简单讨论了该领域中存在的问题及未来研究前景,并提出当前该研究领域中一些亟需研究的科学问题。

大气季节内振荡的耦合模式数值模拟

分析 ＧＯＡＬＳ／ ＬＡＳＧ海气耦合模式 １０年积分 ２００ ｈＰａ纬向风场的逐日输出结果，引用１９８０～１９８９年期间逐日的 ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料作为实测对照，结果显示该耦合模式抓住了热带大气低频振荡（ＩＯ）的基本时空分布特征，模拟ＩＯ的强度较多数大气模式强而接近真实，但空间一致性仍不清晰，典型周期不够显著。ＮＣＥＰ资料与耦合模式都反映模拟ＩＯ的季节变化与其年际变化有关，模拟较强ＩＯ的年份表现ＩＯ的季节变化特征也较真实。模拟ＩＯ的年际变化与热带东太平洋的ＳＳＴ呈明显的负相关变化。ＳＳＴ暖异常的年份，ＩＯ活动较弱。ＩＯ变化滞后于ＳＳＴ异常６０天左右的相关性最显著。对比单独积分ＧＯＡＬＳ／ ＬＡＳＧ的大气模式的结果，发现二者的主要差别在于耦合模式再现 ＩＯ的季节性特征更真实，反映了海气耦合对ＩＯ变化的调制作用。利用海气耦合模式，理解ＩＯ对流活动与上层海洋的相互作用过程，是真实描述ＩＯ必要的手段。

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用ＮＣＥＰ再分析及ＴＢＢ资料，系统地研究了１９９８年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系，结果表明，１９９８年南海夏季风爆发与南海及其临近地区３０～６０天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区３０～６０天低频纬向风及低频动能的时间－经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）３０～６０天低频气旋发展及其向西扩展的结果，与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大；同时，我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为 ８５０ｈＰａ低频动能的大值区，而 ２００ｈＰａ上为一弱区，反映了１９９８年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明，南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型，夏季风爆发后才有明显的向北传播，成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外，１９８０和１９８６年南海地区３０～６０天低频动能的发展特征与 １９９８年的类似，说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是１９９８年所特有的，它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。

全球变暖背景下热带大气季节内振荡的变化特征及数值模拟

利用欧洲中期数值预报中心的ERA40再分析逐日的200 hPa风场资料,选取1958—1977年和1980—1999年各20年,对比分析了在全球变暖背景下前后两个时段热带大气季节内振荡(ISO)的特征及其变化。研究表明:近20 a来,原来在赤道中太平洋上活跃的ISO减弱,而在中印度洋、孟加拉湾地区ISO变得活跃;全球变暖背景下,ISO的强度变化幅度加大,表明ISO更加活跃,且季节变化明显,冬、春季强,夏、秋季弱;对流层上层的纬向风能量更集中于1—3波,ISO的频率有加大的趋势。还利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的耦合气候系统模式FGOALS-1.0g中的控制试验及其二氧化碳浓度加倍试验结果,分别对应实测资料的前后20年进行对比分析。发现模式对ISO的空间结构模拟较好,但低估了ISO的强度;时空谱分析表明模式结果中包含有更多的纬向风的高频成分,由于能量的分散,导致对ISO活动强度的低估。但通过对模式的控制试验和温室气体增加试验结果的对比分析,发现耦合模式还是较好地反映出在全球变暖背景下ISO在中印度洋、孟加拉湾地区变得活跃、频率加大等变化特征。

热带大气季节内振荡与西北太平洋热带气旋活动的季节预测:统计事实研究

应用NOAA气候预测中心提供的热带大气季节内振荡(MJO)客观业务指数及中国气象局上海台风研究所提供的西北太平洋热带气旋(TC)最佳路径资料集,定量统计检验了MJO对夏季西北太平洋TC活动的调制作用。结果表明:MJO对TC的生成、强度、路径和登陆活动都有显著的调节作用。当高空辐合中心位于120°E～160°E(MJO位相3～5)时,西北太平洋TC生成偏少,且生成位置偏北;而当高空辐合中心位于10°W～70°E(MJO位相8～10)时,西北太平洋TC生成偏多,且生成位置偏南;随着TC强度加强,能达到显著调节作用的MJO位相逐渐减少,当高空辐合辐散中心位于70°E(MJO位相10)时,对TC强度调制最显著。在路径调节方面,MJO位相1～4和10时,TC活跃于菲律宾以东的西北太平洋上,主要路径为西北偏北行,可能登陆华东、华北;而位相5～8时,TC主要活跃在菲律宾附近及以西到南海,以偏西行路径为主,可能登陆华南。MJO对登陆华南TC也有显著影响。该定量统计检验结果可为TC活动季节内预测提供依据。

IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡的模拟评估

基于中国科学院大气物理所大气环流模式IAP AGCM4.0总共30年(1979~2008年)的模拟结果,评估了IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡的模拟能力。分析结果表明IAP AGCM4.0模式可以在一定程度上模拟出热带大气季节内振荡的主要时空谱结构特征,在周期30~80天处存在明显的谱能量中心;模式模拟的季节内振荡东传的主要特征与观测基本一致,东移波的能量远大于西移波。基于RMM指数(All-season Real-time Multivariate MJO Index)的分析表明,模式模拟的850 h Pa和200 h Pa季节内尺度风场和对流活动在赤道地区的空间分布与观测基本一致。但与观测相比,模式模拟的热带大气季节内振荡的周期较短,东传速度快于观测,虚假的西传特征过强,对流活跃区域范围较小、强度较弱。就非绝热加热而言,模式模拟结果与再分析资料比较接近,但最大加热在印度洋和西太平洋地区出现的位相较晚。进一步分析表明,模式中影响对流触发的相对湿度阈值(RHc)的不同取值(RHc分别取为85%、90%、95%和100%),可以显著影响热带大气非绝热加热垂直廓线,从而影响模式对热带大气季节内振荡的模拟;当对流触发相对湿度阈值取为90%时,IAP AGCM4.0模式对热带大气季节内振荡模拟的能力相对最好,非绝热加热垂直廓线在不同位相的分布特征也与再分析资料最为接近。这说明模式对流参数化方案中不同参数的合适选取,可以改进模式对热带大气季节内振荡的模拟能力。

热带大气季节内振荡的季节性特征及其在SAMIL-R_(42)L_9中的表现

分析了NCEP资料和SAMIL-R42L9中热带大气季节内(30～60天)振荡(ISO)的季节变化特征及其与平均气候场季节变化的关系。NCEP资料的分析表明:热带地区大气ISO在空间分布上存在明显的季节变化,大气ISO的季节变化与平均背景场的季节变化有明显的一致性。在空间分布上,热带大气ISO的活动对暖的SST、强的对流活动、西风、强的降水和低层水汽辐合有很强的依赖性。大气环流模式SAMIL-R42L9基本能够再现热带大气ISO空间分布上的季节转换特征,尤其在动力场(纬向风)上表现得最为明显。但对基本气候态季节变化的模拟,对不同的物理量有明显的差异。模式结果表明:热带大气ISO动力因子的季节性比热力因子的季节性对平均背景场的依赖性更大,模式不能很好地反映NCEP资料表现出来的ISO对平均背景场的强依赖性,同时也说明热带大气ISO的季节性可能并不完全依赖于平均背景场的季节变化。

热带大气季节内振荡的进一步分析

利用ＥＣＭＷＦ的格点资料对热带大气季节内振荡作了进一步分析研究，表明热带大气季节内振荡既有Ｋｅｌｖｉｎ波型扰动，也有Ｒｏｓｓｂｙ波型扰动；影响热带大气季节内振荡移动的主要因素有扰动波型和积云对流活动的异常；伴随ＥｌＮｉｎｏ事件的发生，热带大气季节内振荡的动能急剧减小，而准定常扰动动能急剧增大，既反映了热带大气季节内振荡对ＥｌＮｉｎｏ的激发作用，也说明了在ＥｌＮｉｎｏ期间热带大气季节内振荡偏弱的原因。