气象资料同化的研究进展

回顾了国内外有关气象资料同化的研究进展,介绍了当前资料同化主要方法的理论基础、优缺点及应用研究。重点介绍了伴随方法和遗传算法在四维变分同化中的具体应用。其中,遗传算法的引入为资料同化的研究提出了新的思路。

西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化的对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2 .3b资料、英国CRU提供的南方涛动指数以及中国 1 60站月平均降水和气温资料 ,分析了冬季西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化特征。结果表明 :最近 5 0年 ,西太平洋海温指数(WPI)与南方涛动指数 (SOI)之间相关关系的年代际变化在冬季很明显。当WPI SOI相关关系不显著时 ,在西太平洋赤道北侧的对流层低层存在高 (低 )海温 反气旋 (气旋 )异常环流系统 ,不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的紧密联系 ;与此相对应 ,冬季整个对流层环流呈相当正压结构。在WPI SOI相关显著 (不显著 )时段 ,冬季中国降水、气温与西太平洋海温之间的相关较弱 (较强 )。

1920—2000年全球陆地降水气候特征与变化

分析了1920—2000年全球陆地降水场。指出降水量最大的区域主要在季风区,在季风降水区有明显的雨季和旱季之分。全球多年平均降水随纬向分布有着较好的连贯性,即热带地区比较湿润,从赤道向南向北递减,但是在南半球40°～50°S中高纬度降水量还比较多,故南半球降水随纬度分布呈双峰型。文中还分析了全球陆地平均的全年、各季降水序列的周期和趋势特征。指出全球降水序列中有明显的与2～7年ENSO周期相吻合的变化周期,也有年代际变化。在1920—2000年期间,除了冬季降水有一个弱的上升趋势外,其它季节降水量的变化趋势不很明显。分析比较了全球陆地年、各季降水长期趋势的地理分布差异,指出在南半球,赤道～10°S除了在春季降水表现为弱的负趋势外,其他季节都是正趋势,其中冬季最明显,但是并不显著。10°～25°S在冬、秋季是正趋势而夏季是负趋势,趋势都不显著。在20°～40°S夏、秋季的降水量正趋势达到0.01显著性水平。在北半球,25°N以南的热带地区的四季降水都是负趋势,在秋季尤为明显,达到0.01显著性水平。在30°N以北,除了在30°～40°N冬季表现为降水的负趋势外,其它季节降水为正趋势。在45°～55°N地区,降水的正趋势在春季表现的最为明显,在北半球更高的纬度上,冬季降水的正趋势表现的特别明显。

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了20世纪70年代末以来,青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明,高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因,高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果;20世纪70年代末以来,夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的,高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上,因此,高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。

江苏冬季气温的年代际变化及其背景场分析

利用1961—2000年江苏省60个台站的月平均气温资料,分析了江苏冬季(12月至次年2月)气温的异常空间分布特征;在此基础上,研究了江苏冬季气温的年代际变化及其对应的大气环流和SST异常的背景场特征;最后,初步探讨了江苏冬季气温的年代际异常与全球气温变化之间的可能联系。结果表明:(1)江苏冬季气温异常表现出整体偏冷或偏暖的趋势;(2)近40a,江苏冬季气温的异常变化具有显著的年代际变化特征,其中1961—1985年为偏冷期,而1986—1999年为偏暖期;(3)江苏冬季冷、暖期的大气环流、SSTA背景场存在显著的差异;东亚冬季风及江苏冬季气温的年代际异常与SSTA的年代际背景有着十分密切的联系。(4)在年代际尺度上,江苏冬季气温的异常变化与全球气温的异常变化具有较好的一致性,尤其是1980年代中期以来的异常升温与全球气温的明显增暖是同步的,可以认为江苏冬季气温的年代际变化主要体现为对全球增暖的响应。

积雪季节变化特征的数值模拟及其敏感性试验

文中利用综合陆面模式 (ComprehensiveLandSurfaceModel,CLSM )对法国ColdePorte 1 993/ 1 994 ,1 994 / 1 995年及BOREASSSA OJP 1 994 / 1 995年积雪个例进行了模拟试验 ,通过模拟结果与观测资料的对比 ,检验了CLSM对积雪变化特征的模拟能力 ,并通过敏感性试验探讨了降雪密度、积雪持水量等积雪参数化方案及植被对积雪模拟可能产生的影响。结果表明 :(1 )CLSM能够准确地模拟出积雪的变化过程 ,对积雪的演变特征作出了合理的描述 ;(2 )降雪密度、积雪持水量参数化方案对积雪模拟结果均具有一定的影响 :降雪密度参数化主要对积雪深度的模拟产生影响 ;而积雪持水量参数化方案对积雪的演变过程 ,尤其是积雪的消融 ,具有重要的作用 ;(3)有、无植被存在的情况下 ,积雪 土壤系统的变化过程存在显著的差别 ,植被通过改变积雪 /土壤表面的能量平衡 ,对积雪及土壤的变化过程产生重要影响 :植被的存在有利于积雪的维持 ,使得积雪融化进程推迟 。

东亚冬、夏季风强度指数及其与陕西降水变化的关系

使用最新的海平面气压资料计算了东亚冬、夏季风强度指数,分析了近50a东亚季风的变化特征,以及东亚季风强度与陕西省降水的同期和非同期相关关系,结果表明:强的东亚冬季风,易造成陕西省冬季降水偏少,强的东亚夏季风,易造成陕西省夏季北部多雨、南部少雨的气候特征,反之亦然。此外,比较了强弱东亚冬季风年北半球500hPa高度场距平特征差异,从大气环流方面分析了东亚季风影响陕西省气候变化的原因。

1948—2001年全球大尺度区域6～8月降水的长期变化

研究了1948—2001年南、北半球及欧亚大陆、非洲大陆、澳洲大陆、北美大陆、南美大陆、南极大陆和中国7个大尺度区域6～8月降水的长期趋势变化和年代际变化。结果表明,南、北半球6～8月的降水都为负趋势,但南半球降水的负趋势在统计上不显著。在54年的时间段内,南半球6～8月降水的递减速度为0.12mm/a,仅为北半球同期降水减幅(0.24mm/a)的一半。南、北半球6～8月降水量年代际尺度的振荡都非常明显,但是,南、北半球年代际变化的特征明显不同。目前北半球仍是在少雨时间段,而南半球处在降水量正常或多雨的时间段。分析还表明,非洲大陆6～8月降水的年代际特征最明显,降水的负趋势也最为显著;欧亚大陆6～8月降水也有着明显的年代际变化与明显的负趋势变化;澳洲大陆6～8月降水的年际变化明显,年代际变化相对来说要小得多;北美大陆6～8月降水的年际变化明显,但无明显的趋势变化。此外,分析了大尺度区域6～8月降水之间的相关关系,发现部分区域大尺度降水量之间有明显的联系;分析了中国夏季降水的长期变化,发现中国夏季降水的年代际变化明显,但无明显的趋势变化。

冬季戴维斯海冰年代际变化与大气环流关系

利用北极1°×1°海冰面积指数、海平面气压、500hPa高度场和中国160站气温等资料,运用统计分析方法讨论了戴维斯海峡海冰的长期变化趋势、年代际变化及其与大气环流的关系。结果发现,冬季戴维斯海峡海冰面积呈明显增多趋势,且具有较显著的年代际变化,其长期变化趋势、年代际变化与500hPa高度场的WA型、EU型遥相关、西伯利亚高压及中国北部气温等存在密切的关系。冬季戴维斯海峡海冰在1981年发生突变,突变前后相应高度场、海平面气压场和流场等大气环流场均有显著差异。

大气科学论著中“量”的运算和“单位”的变化

针对大气科学论著中"量和单位"复杂、易错的特点,详细分析了一些"量"的物理意义、推导过程和表达形式,并给出相应的单位。认为在大气科学论著中正确使用"量和单位"是非常必要和重要的。

旱涝指数的研究

提出了一种新的区域旱涝指数及其旱涝标准的划分方法。并运用该指数对近50 a(1 951— 2 0 0 0年 )来华北地区夏季旱涝进行了分析。通过与其他旱涝指数的比较分析 ,发现该指数能较合适地反映区域旱涝的程度和范围 ,且划分旱涝的标准较客观 。

夏季黑潮区域SSTA及其与中国夏季降水的联系

采用海温、降水、OLR和NCEP/NCAR40a再分析资料,利用REOF方法,研究了夏季北半球海温异常(SSTA)的变化特征,结果显示:第4个REOF空间型是黑潮海温异常的典型形态。相关、合成分析表明,夏季黑潮海温正异常年时,长江流域降水偏多,洞庭湖流域显著偏多;负异常年时则反之。

冬季黑潮区域SSTA的时空演变及其与大气环流的联系

采用海温资料和NCEP/NCAR40a再分析的海平面气压场(SLP)、高度场、风场资料,利用REOF、相关分析和合成分析方法,研究了冬季黑潮区域海温异常(SSTA)的时空演变,结果显示:冬季黑潮SSTA具有整体一致的空间变化特征,并具有明显的年际、年代际变化趋势。划分了冬季黑潮海温的正、负异常年,分析了相应年份若干气象要素场的分布特征,结果表明:负异常年时,黑潮海域SLP和700hPa高度场为负距平,冬季风加强,正异常年则反之;冬季黑潮区域SSTA与850hPa风场距平的分布形态关系密切。

江苏近40a夏季降水异常及其成因分析

利用1961—2000年江苏省60个台站的月降水量资料,研究了江苏夏季(6、7、8月)降水量的异常空间分布特征和时间演变规律,分析了与江苏夏季降水有关的大气环流异常的基本特征及引起江苏降水异常的原因。结果表明:(1)江苏夏季降水异常主要表现出两种最为典型的空间分布。其中,第一类雨型反映了全省降水的一致性变化,表现出整体偏多或偏少的情形;而第二类雨型则反映了降水异常的南北反相分布,对应的降水分布为南多北少或南少北多的形势;(2)两类雨型均存在明显的年际变化,两类雨型均与西太平洋副热带高压的南北异常有密切关系,但二者的大气环流背景场又存在显著的不同;(3)不同区域、不同季节的SSTA与两类降水异常存在一定的相关关系,是造成江苏降水年际异常的可能原因之一。前冬北太平洋SSTA偏暖(冷)通常与江苏夏季降水的整体偏多(少)有关;而前期冬季南印度洋、春季热带印度洋、南海及我国东部沿海地区出现的SSTA大范围的冷(暖)异常,通常对应江苏夏季降水南少(多)北多(少)。

陆气相互作用及陆面模式的研究进展

较为全面地回顾了有关陆气相互作用的研究进展及陆面模式的发展现状 ,结合近年来开展的有关陆气相互作用的 2 0多个大型国际研究计划和目前国内外具有代表性的陆面模式 ,分析了当前陆气相互作用及陆面模式研究中存在并有待进一步解决的问题 。

中尺度数值模式MM5的四维变分资料同化系统

应用伴随方法求解以数值预报方程作为约束条件的四维变分资料同化方案 ,关键问题是如何构造伴随模式。以中尺度数值模式 MM5为例 ,讨论了如何用伴随码技术建立 MM5伴随模式 ,以及伴随模式系统中权重、尺度因子的选取 ;最后对 MM5伴随模式系统进行了梯度检验 ,并利用实际资料进行四维变分资料同化试验。试验表明该系统有较强的同化能力 ,能够提高 MM5降水预报的准确性。

近50年秋季全球旱涝年的分布特征及其与海温和ENSO的关系

该文用Chen等(2001)最新创建的全球陆地月降水资料(PREC L),划分并检验了1948年～2001年全球9月～11月的旱涝年。结果表明,冷事件大多对应涝年,暖事件大多对应旱年。全球9月～11月降水有明显的年代际变化,涝年大多在80年代以前,旱年大多从80年代开始。其中,1987年～1997年全球9月～11月的连续旱年,是一个非常特殊的时段。指出,印度季风区域、东南亚地区、热带太平洋岛屿、我国的东南沿海及日本一带、西非季风区及墨西哥湾区域,是旱涝年的平均降水差异较大的区域。并指出,东太平洋和西南太平洋3月～5月海温的变化对于9月～11月全球陆地降水的趋势变化有很好的预报意义。划分并检验了南、北半球9月～11月的旱涝年。指出,北半球旱涝年的分布和全球的是基本一致的,南半球与北半球的旱涝年的分布具有明显的正相关。

1月份黑潮区域海温异常与我国夏季降水的关系

分析了1月份黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6—8月平均)降水的相关关系及其与夏季东亚大气环流的关系。结果表明:1月份黑潮区域海温偏高(低)时,乌拉尔山附近和雅库茨克附近的阻高加强(减弱),在这两个阻高之间的低压槽加深(减弱),西北太平洋副热带高压加强(减弱)、西伸(东撤),亚洲夏季风明显偏弱(强),导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游地区(我国北方地区),从而使长江中下游地区的夏季降水增多(减少)。

中尺度涡旋和台风涡旋相互作用的数值研究

用一个高分辨率的正压涡度方程模式 ,实施了 4组积分时间为 2 4h的试验 ,研究了台风环流区域内中尺度涡旋在不同初始径向位置条件下与台风涡旋的相互作用。结果表明 ,中尺度涡旋初始径向位置不同 。

台风最大风速增强的数值研究

用一个高分辨率的正压模式 ,实施了 8组时间积分为 3 6h的试验 ,分析了中尺度涡旋和台风涡旋的相互作用及其对台风强度变化的影响 ,讨论了初始中尺度涡旋空间尺度大小与台风强度变化之间的联系。结果表明 :在一定的合理的参数条件下 ,这种相互作用可以使台风切向风速最大值增加 。