全球山脉力矩时空变化及其与地球自转的关系

山脉力矩是大气轴向角动量变化的主要外部因子之一,是研究地球运动和大气相互作用的关键变量。利用NCEP/NCAR第一套再分析资料计算了1948—2011年的全球山脉力矩,定量分析了全球山脉力矩的时空变化趋势及其与地球自转速率(以日长表示)的关系。研究表明,近64年山脉力矩变化最为显著的地区集中在青藏高原和南美的安第斯山脉,青藏高原东西两侧的山脉力矩具有不同的变化趋势。滞后相关分析显示,全球山脉力矩与日长的相关系数在日长滞后5年时达到最大(滞后相关系数为-0.482),而南美安第斯山和青藏高原的山脉力矩则分别于日长滞后2年和9年时达到最大(滞后相关系数分别为-0.461和-0.689),因此山脉力矩的变化早于日长变化。从年代际变化看,全球积分的山脉力矩和南亚高压强度指数趋势上基本一致,可以作为表征天气、气候变化的一个强信号。

基于多套再分析数据的全球山脉力矩计算及比较分析

山脉力矩是地球与大气角动量交换的重要途径之一,为了深刻地理解全球的大气环流变化,比较了NCEP再分析数据、欧洲中心中尺度天气预报的ECMWF再分析数据和NASA的MERRA再分析数据计算的1979—2012年的全球山脉力矩的时、空分布及其年际变化。研究发现三套数据计算的山脉力矩空间分布基本一致,均显示北半球的青藏高原、落基山脉以及南半球的安第斯山脉是对全球山脉力矩贡献最大的三个区域。NCEP再分析数据计算的山脉力矩空间差异和多年变化标准差明显高于其他两套数据,其在纬向上的积分廓线与其他两套数据也差异较大,但是全球积分以后其平均值与标准差与其他两套数据基本一致,而且其在欧亚、南美和北美区域的积分与其他两套数据也没有明显差别,因此,NCEP再分析数据适用于大尺度的山脉力矩模拟。在研究空间尺度较小的山脉力矩变化时,建议优先考虑ECMWF和MERRA再分析数据。三套数据对北美地区山脉力矩计算的一致性较高,其次是欧亚地区,对南美区域山脉力矩计算的一致性则较差,表明北美地区气象数据质量要高于亚洲,南美洲气象数据质量较差。欧亚地球山脉力矩与大西洋—欧洲环流有很强的相关,北美山脉力矩与太平洋区极涡面积关系密切。

基于NCEP、ECMWF、MERRA三套再分析数据的全球山脉力矩数据集(1979-2012)

山脉力矩是大气与固体地球角动量交换的传输途径之一,直接影响大气环流的状态。作者采用Huang等(1999)修正的山脉力矩计算方法,利用目前较为广泛使用的NCEP(National Centers for Environmental Prediction)、ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)和MERRA(The Modem Era Retrospective analysis for Research and Applications)三套再分析数据,计算得到全球范围内1979–2012年平均的山脉力矩空间分布数据;并计算了1979–2012历年欧亚大陆、北美洲和南美洲三个区域的山脉力矩距平,得到基于三套再分析数据的全球山脉力矩数据集。本数据集包括两部分:(1)1979–2012年欧亚大陆、北美洲和南美洲三个区域每年的山脉力矩距平数据;(2)1979–2012年平均的全球山脉力矩空间分布数据。其中基于NCEP数据的结果空间分辨率为T62高斯格点(192×94),基于ECMWF数据的结果空间分辨率为0.75°×0.75°的均匀格点(480×241),基于MERRA数据的结果空间格点为(2/3)°经度×(1/2)°纬度(540×361)。本数据集存储为.xlsx、.grd和.nc格式,由7个数据文件组成,数据量2.53 MB(压缩为1个文件,1.58 MB)。该数据集的研究成果已经发表在《气象学报》2017年第75卷第3期。

1998年5～6月区域大气角动量收支与东亚天气尺度系统变化

利用NCEP/NCAR再分析资料计算了1998年5～6月区域角动量收支的主要分量,对比分析了范围较大的欧亚区域角动量矩和限制在欧亚大陆范围内的喜马拉雅山角动量矩的差异,发现两者有很好的相关,限制较小范围的计算表明,喜马拉雅山山脉力矩的作用显著。角动量收支项占较大量级的山脉力矩和摩擦力矩,并与梅雨锋区域的700hPa高度进行了滞后相关分析,发现摩擦力矩与梅雨区域700hPa高度场有提前3天的较高相关,它们的滞后相关存在6天左右的周期。合成分析表明,较大的负山脉力矩对应着可降水量的正距平带,该距平带从长江以南区域延伸至日本以南区域;较大的负摩擦力矩出现后3天对应着可降水量的更大正距平,且覆盖江淮区域延伸至日本南部区域。

大气角动量平衡的研究进展

重点分析了 2 0世纪 80年代以来国内外关于大气角动量平衡研究的一些代表性工作。总结了地气系统角动量交换、角动量输送及其与山脉和摩擦力矩异常、地转异常、ENSO等关系的研究结果。指出了一些应当深入研究的方向。