春季青藏高原感热通量对不同海区海温强迫的响应及其对我国东部降水的影响

本文利用在青藏高原适用性较好的ERA-interim地表感热通量资料,研究了1981-2010年青藏高原春季地表感热通量的年际变率与前期不同海区海温强迫的联系,以及这种联系对我国东部降水可能造成的影响。结果表明,春季青藏高原地表感热通量的年际变化有两个主要的模态,分别与前期太平洋以及印度洋海温有密切联系。与冬季ENSO事件相应的赤道中东太平洋海温强迫可以激发一个向极向西的波列,通过改变青藏高原南侧的环流和降水异常,形成一个纬向偶极型分布的高原感热第一模态,其对应的时间序列主要表现为准5a的振荡,与ENSO事件的周期较为吻合;而春季印度洋的三极型海温分布可以强迫出一个跨越南北半球的波列,使青藏高原主体表现为东风异常,减弱背景西风,从而形成一个青藏高原主体与周围反相关的回字形感热第二模态,其主要呈现5~7a的振荡周期。ENSO事件以及印度洋海温分布分别与青藏高原春季感热两个主模态相联系,并且冬春季海温与高原春季感热主模态对我国东部春季降水有协同影响,对于我国北方降水异常而言,高原的贡献相对海洋更重要。

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。

不同海温强迫的月动力延伸集合预报试验

利用全球谱模式T106L19和增长模繁殖法(BGM)建立了月动力延伸集合预报系统,基于气候海表面温度(SST)和预测海表面温度,设计了三组集合预报试验,一组为气候SST作为模式下边界条件的集合预报试验(CSST试验),另一组为预测SST作为模式的下边界条件的集合预报试验(FSST试验),第三组为前两组试验的集合预报结果之和(AVE30试验),对两种海温强迫分别进行了48个月的试验,并对预报结果进行了检验和分析。结果表明:相对于单一的控制预报,不管是CSST试验还是FSST试验,利用BGM方法制作的初值集合预报能显著提高月平均环流的预报技巧,集合预报对PNA区域的预报技巧改进显著,特别是预测SST强迫有正的贡献;同时考虑初值和边值不确定性影响的集合预报试验(AVE30试验),其全球预报技巧不仅高于控制预报,也分别高于FSST试验和CSST试验,这说明要提高月延伸预报技巧,必须同时考虑初值和边值的影响;大气对SST强迫的响应在模式积分10天开始显著,SST对第二旬和第三旬的作用直接影响月平均环流的预报效果,而SST对第二旬和第三旬预报的影响不仅与SST本身变化有关,还与初值有关,不同的初值其作用不同;集合预报对我国夏季月平均温度分布具有较强预报能力,采用预报海温强迫的预报结果,总体上优于气候海温强迫的结果。

初值和海温强迫对延伸期可预报性时空分布的影响

利用全球谱模式T106L19和增长模繁殖法,分别在气候海温和预测海温强迫下,进行了动力延伸集合预报试验.基于方差分析思想,利用集合预报结果,定义和计算了初值影响指数、海温强迫影响指数、潜在可预报性指数以及波动活动指数.通过分析四个指数,揭示了初值和海温强迫对延伸期可预报性时空分布以及潜在可预报性的影响,并探讨了其影响机理.结果表明:初值影响指数分布具有地域和季节的差异,初值的影响在中高纬度地区大于热带地区;相同季节,海温强迫影响指数分布与初值影响指数分布相似;潜在可预报性指数呈带状分布,大值集中在热带地区,且在低纬度地区,高层的潜在可预报性大于低层;初值和海温强迫对延伸期可预报性时空分布的影响,依赖于大气环流形势,初值和海温强迫影响的显著区正是大气长波的活跃区和西风急流区,急流区的强风切变为长波活动提供了斜压不稳定能量,而长波的发展调控着初值和海温强迫的影响,这说明延伸期的可预报性具有明显的流依赖性,大气外强迫的作用也与大气内部的动力过程密切相关.

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979—2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏(6—7月)长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏(8月),2016年长江以南地区降水异常偏多,长江—黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+-+"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"-+-"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋—太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋—太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。

2021/2022年东亚大陆冬季前暖后冷的环流差异及其成因

2021/2022年冬季东亚大陆地区整体以偏冷为主,气温季节内变化显著,前冬(2021年12月1日—2022年1月26日)气温偏高,后冬(2022年1月28日—2月24日)气温偏低;气温变化的空间差异较大,呈现出显著的北暖南冷特征,尤其在冷时段,南部地区气温偏低幅度比北部地区大1℃左右.本文利用逐日中国观测站点资料和NCEP/NCAR、ERA5等再分析资料分析了2021/2022年冬季东亚大陆前暖后冷的可能原因,发现与冬季气候密切相关的西伯利亚高压、东亚冬季风、平流层极涡、高原高度场、西太平洋副热带高压、东亚高空西风急流、北半球平流层环状模(NAM)等大尺度环流系统均发生了显著的转折性变化,直接导致了东亚大陆冬季前暖后冷的季节变化,但乌拉尔山高压在冷暖时段的变化差异并不明显.另外,赤道中东太平洋冷海温和北大西洋暖海温在后冬的加强变化通过对大气环流的强迫影响,对2022/2021年后冬冷时段冷空气的加强和低温冷事件的发生起到了十分重要的作用.

1998年南海夏季风爆发过程数值模拟

用中尺度模式 MM5 (V3 )对 1 998年南海 (SCS)夏季风爆发前后低纬环流的演变过程进行了数值模拟 ,共做了 2个数值试验 ,分别是固定海温试验和日平均海温试验。结果表明 ,在两种海温强迫下 ,模式系统都能模拟出南海季风爆发前后区域环流的演变特征 ,并且进一步证实 5月 2 1日是 1 998年南海季风爆发日。日平均海温强迫模拟的降水中心位置和实况更接近 。

长江中下游夏季雨带分型及其年代际变化Ⅱ：数值模拟

在对长江中下游夏季降水进行分型的基础上,分析了长江流域南北两支雨带与春季太平洋海温的相关关系,并采用NCAR/CAM 3.0大气环流模式对前期海温进行了敏感性试验,结果表明:赤道东太平洋区域(150~90°W,5°S^5°N)的海温异常对两支雨带夏季降水有重要影响,海温正异常时南支雨带旱、北支雨带不明显,海温负异常时南支雨带涝、北支雨带旱;前期赤道东太平洋海温强迫可以在北半球对流层激发出遥相关波列,并影响长江流域南北两支雨带的旱涝分布,前期赤道东太平洋海温对南支雨带的影响比北支雨带大。

浙江秋季连阴雨气候统计特征及其异常环流背景

利用1971—2016年浙江常规气象站观测资料和多种再分析资料,分析了浙江省秋季连阴雨的气候特征及其异常环流背景。结果表明:(1)浙江每年每站平均出现1.8次秋季连阴雨天气,过程平均可持续5.5 d,平均雨量77 mm;秋季3个月中9月出现连阴雨的频次最高;大多年份会发生1~2次持续5~7 d的连阴雨,78%过程累计降水量在100 mm以下;发生时多为全省一致变化型,多发区集中在杭州—绍兴一带。(2)连阴雨过程次数、累计持续天数及累计降水量有一致变化性,均反映出浙江秋季连阴雨有明显的年际变化特征,有4个强年和7个弱年。(3)浙江秋季连阴雨强(弱)年对应南亚高压和西太平洋副热带高压“相向(背)而行”。强(弱)年时,西太平洋副热带高压异常偏西(东),南亚高压异常偏东(西),华东地区上空垂直上升运动强(盛行下沉气流),低层异常偏南(北)风提供了充足的水汽(阻碍了暖湿空气北上),有(不)利于浙江连阴雨的发生。(4)连阴雨强弱年大气环流异常与热带海表温度强迫有关。强(弱)年时,赤道太平洋海温呈拉尼娜状态(距平不明显),使东印度洋—南海—海洋性大陆上空对流活跃(偏弱),潜热加热(不足以)激发低层Matsuno-Gill型响应,(不能)在亚洲大陆激发气旋性环流异常,而赤道中东太平洋强(弱)下沉气流则(不能)在西北太平洋激发反气旋性环流异常,此低层气旋—反气旋异常环流配置(弱环流异常)使华东地区有低层偏南(北)风异常,水汽增多(减少),有(不)利于浙江连阴雨的发生。

基于辽宁夏季降水异常环流特征及前期环流特征分析

文章对辽宁省旱涝成因以及前期海温外强迫特征进行了剖析。研究表明辽宁夏季降水存在显著的季节内特征,初夏主要受东北冷涡的影响,两者之间存在显著负相关关系。初夏东北冷涡强度指数与两个海温关键区的相关系数,分别为0.38和0.45,均超过信度为0.01的检验。