1990s年代际转型前后南海季风系统的气候季节内振荡(CISO)特征

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节内振荡尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993/1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态反映了南海夏季风爆发时季风系统的时空特征,转型前后特征类似,降水场自赤道向北依次呈现干-湿-干交替分布的特征,南海中心为异常气旋。相应的大范围环流场主要反映了转型前的偏晚年,南海夏季风槽位置偏南,转型后的偏早年,南海夏季风槽位置偏北。第二模态体现了南海季风系统夏季的时空特征,转型前后共同特征表现为南海地区夏季北湿南干的南北偶极子降水分布及南海中心区的异常西风。相应的大范围环流场主要反映了南海季风活动与东亚季风呈现反位相的特点,且对流信号向北传播。转型前的偏晚年,季风活动受准双周振荡控制,对流信号由西北方向传入南海;转型后的偏早年,季风活动以30～60天振荡为主,对流信号由东南方向传播至南海。

北京气候中心大气环流模式对季节内振荡的模拟

对北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力进行了检验。北京气候中心新一代气候模式(BCC AGCM2.0.1)是在原中国国家气候中心模式的基础上参考NCAR CAM3改进形成的。新模式中引进了一个新的参考大气和参考面气压。因此原模式的预报量中的气温(T)和地面气压(p_s)则变为它们对参考大气气温的偏差和对参考面气压的偏差。模式还加入了新的Zhang-Mcfarlane对流参数化方案,并对其参数计算方法进行调整和改进。此外还对模式边界层处理、雪盖计算等进行了改进。上述模式在实测的月海温作为下边界条件的情况下运行52年(1949年9月—2001年10月)。然后对运行结果中的季节内振荡的状况进行分析,主要结果如下:NCAR CAM3模式模拟热带季节内振荡的能力很差,主要表现在模拟的热带季节内振荡强度很弱;东移波与西移波的强度很接近,而实际观测中是东移波的能量要远大于西移波;季节内振荡的季节变化及空间分布与观测相差很远。北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力有显著的提高。模拟的热带季节内振荡很明显,强度接近于观测结果;模拟东移波的能量要大于西移波,这与观测较为一致;季节内振荡的季节变化和空间分布与观测相差不大。总的来看,BCC AGCM2.0.1模式在模拟热带季节内振荡方面比CAM3模式有明显的改进。

华南地区春雨进程的气候特点及其气候季节内振荡

利用观测和再分析资料,从气候学的角度研究春雨在华南各地的开始、推进和气候季节内振荡的特点,以及相应的大气环流特征。分析表明:华南各地雨量随时间振荡增加,雨季进程较为相近,第12—24候各地先后进入雨季,但存在差异。雨季最先在雨量大值中心开始,然后向周边推进;第20候后各地逐步进入春雨的盛期。华南春雨CISO不仅在统计上是显著的,也对应着协调的大气环流配置;其振荡过程的峰(谷)值分别对应雨量的显著增加(减少),调制华南春季降水的演变,3月下半月和4月上旬后期到中旬前期的雨量增长正是CISO调节的结果。当中国东部对流层低层为气旋环流、高层为反气旋环流时,华南受低层辐合、高层辐散这种具有斜压结构的环流配置影响,上升运动发展,CISO处于湿位相。

气候增暖对热带大气季节内振荡能量传播的影响研究

针对近百年来气候增暖这一观测事实,探讨了气候增暖背景下热带大气季节内振荡(ISO)能量传播的长期变化问题。利用56年的NCAR/NCEP再分析资料、中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值拟国家重点实验室发展的耦合气候模式FGOALS1.0_g的60年数值模拟结果,采用时空谱方法对比分析了实测资料、模式的控制试验和CO21%等比增加的模拟结果。实测资料分析得出:气候增暖将导致热带大气ISO东传波能量相对增强,西传波能量相对减弱。数值模拟结果分析证实是CO2持续增加导致了气候增暖,同时它也是热带大气ISO东传波能量增强西传波能量减弱的主要原因。

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。

热带季节内振荡对广东6月降水的影响

利用1979—2008年共30年广东省86个测站的地面观测逐日降水资料和NCEP-DOE第二套分析资料的大气多要素日平均资料,分析热带大气沿赤道东传的季节内振荡(MJO)对广东6月降水的影响及其物理过程。结果表明:6月MJO活动对广东降水的调制作用与前汛期(4—6月)期间其它月份不同,对6月广东省降水正(负)异常有指示意义的是强MJO事件的第3(第6)位相。当赤道MJO处于第3位相时,西太平洋副热带高压明显加强西伸,来源于西太平洋地区的水汽随副高边缘向广东输送明显加强,广东水汽通量明显增加,从而导致广东降水加强。而第6位相的情况基本相反。强MJO第3位相造成西太平洋副热带高压偏强偏西的物理机制与大气对东印度洋非对称热源的响应有关。2010年6月广东两次持续性强降水过程与MJO强度较强且处于第3位相这种活动状态密切相关,进一步证明赤道MJO活动对广东6月强降水的重要指示作用。该结果有助于拓展广东强降水的预报思路,结合动力模式产品将有助于延长预报时效。

夏季中国东部降水季节内振荡的区域模式模拟

利用中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学国家重点实验室(LASG)发展的区域气候模式CREM,对中国东部夏季降水的季节内振荡(ISO)进行了模拟研究,通过与格点和卫星观测降水资料及NCEP2再分析资料的对比,评估了该模式的优缺点。结果表明,该模式对东部季风区ISO具有较强的模拟能力。模式能够模拟出中国东部夏季降水气候态的季节内振荡(CISO)信号,并能较好地再现其纬向上西传和经向上北传的传播特征,尽管模拟的CISO强度分布与观测相比大值中心位置偏西北。此外,模式也能够合理地再现出降水瞬变的季节内振荡(TISO)的局地振荡特征以及高频振荡周期,但模拟的TISO强度较观测偏强,且在长江流域,模拟的TISO显著周期较短,其传播也表现出过强的东传。分析表明,上述偏差与夏季平均环流场以及ISO对应的辐散场和湿度场自身垂直结构的模拟偏差有关。NCEP2再分析资料的降水产品难以准确描述观测的CI-SO和TISO特征,CREM的模拟结果相对于再分析资料具有明显的"增值"。

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。

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。

副热带北太平洋大气季节内振荡时空特征的诊断研究

用时空谱分析和小波变换方法,对1958—2002年NCEP/NCAR再分析资料经、纬向风速和位势高度的年时间序列进行了波谱分析,并重点研究了北太平洋副热带区域经向风30—60天振荡(ISO)的时空特征。研究结果表明,北半球经向风与纬向风和位势高度的30—60天振荡特征迥然不同,代表风场经向低频扰动的经向风ISO在副热带和中高纬度最为活跃,而在热带地区的活动十分微弱;北半球副热带850 hPa高度场和纬向风在10—90天内(季节内)振荡的主要能量集中在纬圈波数为1、周期为30—60天的波动上,而850 hPa经向风季节内振荡的主要能量集中在纬圈波数为4—6、周期为30—60天以及70—90天的波动上,上述3个物理量30—60天振荡向西传播的能量都强于向东传播的能量。一年当中,东亚到北太平洋的副热带地区,经向风ISO在东亚—西北太平洋与东北太平洋两个区域的活动最强,且在这两个区域存在明显的季节振荡,即东北太平洋的ISO在冬季最强在夏季最弱,而东亚—西北太平洋区域的ISO在夏季最强冬季最弱。850 hPa经向风ISO的年际和年代际变化分析表明,在东亚副热带区域其活动1958—1975年较强,1976—1990年明显减弱,而1991—2000年最强;其在ENSO发生期间有较为明显的异常活动,但其强弱变化没有显著的定势,然而2—7年的带通滤波分析表明西北太平洋ISO的年际活动含有较显著的ENSO信号,9年的低通滤波分析表明,年代际时间尺度上,西北太平洋ISO的活动与ENSO循环有较为显著的反相关特征,而东北太平洋区域ISO与ENSO循环有较为显著的正相关关系。

2007年南海夏季风季节内振荡的北传及影响因子

利用2007年全球降水气候计划GPCP(the Global Precipitation Climatology Project)卫星红外窗口导出的全球降水指数GPI(the Global Precipitation Index)的日降水资料及频率-波数分析方法,分析2007年南海夏季风季节内振荡(Intraseasonal Oscillation,ISO)的传播特征,并使用美国国家环境预报中心(NCEP)/美国大气研究中心(NCAR)再分析的逐日资料,探讨影响其传播的主要因子。结果表明,南海夏季风ISO有明显的北传趋势,并且明显比南传分量占优。影响南海夏季风ISO北传的主要因子是平均纬向风垂直切变和平均经向风对异常水汽的输送。之所以异常经向风对平均水汽的输送及海-气相互作用的影响在南海地区不重要,而在印度季风区有一定的贡献,是因为平均水汽和纬向风分布在两个地区的差异。

南海大气季节内振荡特征及其与ENSO循环的关系

采用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料、NOAA向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,简称OLR)及扩展重建海表面温度资料,对南海大气季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation,简称ISO)特征及其与ENSO循环的关系进行了诊断分析。结果表明:1)南海大气ISO的30~60 d周期在5—10月均显著。一般年南海大气ISO的对流传播在纬向上存在东传和西传,在经向上具有南北半球季节性摆动的特征。以低频动能表征的南海大气ISO强度年代际变化特征明显,近31 a来趋势增强,年变化呈单峰结构,峰值在7—8月。2)南海大气ISO的对流与ENSO循环显著相关,其强度在El Nio(La Nia)年减弱(增强)。与一般年对比,南海大气ISO对流在El Nio和La Nia年均表现为西传减弱、北传显著。北传特征表现为强对流活跃带于春季(4—5月)北跳至北半球(在La Nia年最北可至35°N),但在北半球的传播方向与一般年相比存在显著差异。3)南海大气ISO强度与ENSO循环关系密切,在El Nio(La Nia)年减弱(增强),两者表现为约半年(6~8个月)的滞后相关。Nio3区海表面温度异常序列与南海大气ISO强度的相关在中西太平洋地区和El Nio成熟前的春、秋季最显著,同时相关中心伴随低频动能高值区东移。

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。

大气季节内振荡研究进展

大气季节内振荡(ISO:Intra-Seasonal Oscillation)主要是指时间尺度为30～60天的振荡,它是大气中最显著的一种振荡现象。作为大气的一个重要低频系统,自20世纪70年代至今的近40年中,ISO已经受到了广泛的关注,且已取得众多有意义的研究成果。ISO对调整气候变率起重要作用,对我国天气气候有着深远的影响。该文较系统地总结了近年来ISO的研究成果,主要对它的结构和活动特征、对天气气候的影响及其激发维持机制等方面进行了综述。在此基础上,对今后的一些研究重点进行了展望。

热带季节内振荡与南海热带气旋活动的关系

利用1949-2009年台风年鉴和NCEP/NCAR再分析资料分析了热带季节内振荡（Iso）与南海热带气旋活动的关系.主要结论包括：（1）针对南海地区定义了纬向风指数,经验证该指数能较好描述南海大气ISO的具体特征；（2）CPC120指数反映的对流空间尺度相对于南海小尺度海域太大,且不能很好判明南海地区气旋活动归属于活跃与否两类,这从反面证明了纬向风指数对南海地区热带ISO活动的适用性；（3）利用纬向风指数把热带ISO活动划分了8个位相,发现其位相变化与南海热带气旋活动有较好的对应关系：不活跃期（第4～6位相）时,气旋在南海生成和登陆均明显减少,而在活跃期（第7～3位相）时情况相反；（4）合成分析表明,热带ISO东传时,伴随对流中心位置的东移,南海气旋活动表现也不同,其活跃期以第2位相特征最明显,此时南海地区对应强对流和气旋式切变,同时副高强度较弱位置偏东,这些均有利于南海气旋的生成和发展；不活跃期则情况相反,以第6位相特征最明显；（5）迸一步从能源供应角度来探讨发现,南海地区的水汽凝结加热中心、强对流中心及水汽通量散度均配合一致.此外,活跃位相时整层热源垂直剖面均反映南海上空为强上升运动和中层加热；不活跃位相则情况相反.因此,热带ISO东传也会影响南海上空加热配置,从而影响热带气旋活动.

大气模式中季节内振荡特征对不同海温强迫场的响应

利用美国国家大气研究中心 (NCAR)的全球大气模式 (CCM3) ,分别以月平均和周平均海表温度 (SST)为强迫场进行 2个积分试验 (称为 CCMM和 CCMW试验 )。积分结果与观测资料的对比分析发现 ,CCM3模拟大气季节内振荡 (MJO)信号的强度均较观测资料偏弱 ,而其中以CCMW模拟的强度略大而较接近真实。表明 SST强迫场包含更真实的季节内变化信息对提高模拟 MJO强度有作用。 CCMM与 CCMW模拟 MJO活动的时间位相均与观测差别较大 ,直接原因在于 CCM3中降水季节内振荡与 SST变化的相关关系不正确 ,而更根本的问题在于大气模式无法反映资料分析发现的季节内时间尺度的 SST与大气的相互作用。

亚洲-西太平洋夏半年季节内振荡:热带气旋活动强、弱年的对比

应用有限区域波数-功率谱和滞后线性回归统计方法,对比分析1979—2004年热带气旋(TC)活动强、弱年亚洲-西太平洋区域(AWP)夏半年大气季节内振荡(ISO)的传播特征及海气相互作用过程。分析结果表明:在整个AWP和西太平洋区域都存在TC强年ISO东传特征更显著的特征,ISO对流传播在纬向上伸展更偏东,强年沿赤道东传20～60 d周期波动更强,西太平洋区域是传播特征强弱年区别较显著的区域,与TC活动密切联系;TC强、弱年ISO过程中海气相互作用过程相同,海洋和大气间的能量交换对维持ISO西北传播时起作用;TC强年的海气相互作用比弱年更加强烈,尤其是对流凝结潜热的释放在强年比弱年强,这可能是导致TC强、弱年ISO特征区别的原因之一。

热带夏季风场与对流场季节内振荡传播模比较

利用1979-2007年卫星观测日平均OLR资料以及NCEP/DOE第2套再分析资料中的风场资料,采用有限区域波一频分析、合成分析等方法,分析对比对流层高、低层风场与对流场所表征的热带北半球夏季季节内振荡(BSISO)各种传播模态谱分布气候特征及其年际异常。结果表明:各要素反映的BSISO各种模态的气候特征及其年际变化存在一定差异,总体而言对流层低层风(850hPa纬向风或经向风)与对流比较一致。850hPa经向风(纬向风)所反映的纬向(经向)传播BSISO谱分布气候特征与对流情况最相似。在ENSO发展年,850hPa经向风反映的赤道东传波加强趋势与对流较为一致;850hPa纬向风、经向风反映的北传波变化趋势都与对流相似。在ENSO衰减年,850hPa纬向风(经向风)反映的赤道东传波(赤道外西传波)减弱趋势与对流较为一致;对流以及850hPa经向风、200hPa纬向风和200hPa经向风4种要素都能体现南海及周边地区北传波明显减弱这一特征。对流和850hPa纬向风所反映的北传波与印度洋偶极子模态之间关系一致。

热带大气季节内振荡对江西5月降水的影响

利用实时的热带大气季节内振荡（MJO）指数和江西省83个台站降水资料，通过位相合成方法分析了MJO对江西5月降水的影响。（1）在强MJO第4—5位相（MJO活动中心位于赤道印度洋东部印尼群岛附近）江西降水为正异常，在第6～8位相（MJO活动中心位于西太平洋以东）和第1—3位相（MJO活动中心位于赤道印度洋）为负异常，其中以第4位相的正异常和第7位相的负异常最明显。（2）当MJO对流中心位于印尼群岛附近时，副高西伸脊点偏西，处于异常西南风控制，从西太平洋副热带地区向江西输送的水汽加强，位于水汽辐合区内，受上升运动控制，有利于江西出现降水。当MJO传播至西太平洋地区时，江西转为受异常偏北风控制，水汽输送减弱，为水汽辐散区，受下沉运动控制，不利于江西出现降水。

低阶全球谱模式中地形对季节内振荡的影响

使用三角形截断,截断波数为10的五层全球谱模式研究地形对季节内振荡的影响。分析了有地形和无地形模式模拟的一年带通滤波资料。结果表明,地形的作用在于加强了热带大西洋和印度洋的对流活动,从而加强了热带对流热源、汇的振荡强度;也加强了中、高纬季节内振荡的强度。还讨论了地形影响季节内振荡的机理。