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2003年  第27卷  第6期

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一个大洋环流模式和相应的海气耦合模式的评估Ⅰ.热带太平洋年平均状态
张学洪, 俞永强, 宇如聪, 刘海龙, 周天军, 李薇
2003, 27(6): 949-970. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.01
摘要:
评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室海洋环流模式L30T63和海气耦合模式FGCM-0模拟的热带太平洋年平均状态,资料取自L30T63由观测的大气强迫驱动的Control试验、由NCAR CCM3大气强迫驱动的Spinup试验、以及相应的海气耦合模式FGCM-0.主要的结论是:(1)在"准确"的海表强迫下,Control模拟的海面温度和温跃层与观测结果相当接近,模式的固有误差是赤道冷舌过分西伸和东南太平洋温跃层偏浅.(2)Spinup能模拟出合理的热带太平洋上层海洋环流,但存在两个问题,即:暖池区海面温度显著偏高、沿赤道的梯度过大;赤道温跃层偏浅、东西向坡度偏小,它们分别与CCM3提供的海表短波辐射通量和风应力的系统误差有关.这两个问题很可能是海气耦合模式FGCM-0运行初期误差迅速发展的重要原因.(3)FGCM-0模拟的赤道暖池区上层100 m的平均温度比观测低3℃.分析表明FGCM-0夸大了暖池区海洋动力过程的降温作用,使得模拟的"暖池"在一定程度上具有冷舌的属性.FGCM-0模拟的热带南太平洋温跃层比观测结果偏浅数十米到100 m,以致赤道两侧的上层海洋温度分布趋于对称,成为"double ITCZ"现象在上层海洋中的表现.风应力旋度的系统误差和垂直混合随深度衰减过快是温跃层偏浅的两个可能原因;FGCM-0中与北太平洋中高纬地区深厚冷偏差相关的经圈环流也有利于热带温跃层误差的维持.
1948~2000年全球陆地年降水量场趋势变化的时、空特征
施能, 黄先香, 杨扬
2003, 27(6): 971-982. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.02
摘要:
用全球陆地月降水资料(PREC/L),计算了1948~2000年全球陆地年降水量场的趋势变化.结果表明,在1948~2000年期间,全球陆地年降水量场有明显的趋势变化,全球大约2/3左右的陆地年降水量是负趋势(降水量减少),1/3左右的年降水量是正趋势,正负趋势面积及强度的差异在统计上是显著的.年降水量明显减少的地区是:热带非洲,加拿大的东南部及美国的东北部,中国的淮河以北,蒙古、俄罗斯的中、西西伯利亚及朝鲜、韩国和日本等9个地区.陆地年降水量增加地区是:加拿大的北部、南美的阿根廷及智利、格陵兰等6个区域.分别研究了36个纬圈的年平均降水量的趋势系数,指出有13个纬圈的年平均降水量的趋势变化达到0.05的信度的显著性,其中有1个纬度带(75~80°N)是正趋势.全球年降水量正趋势的范围是很小的,仅在70°N以北.初步研究了全球年降水量场趋势变化的原因.
基本气流的垂直切变作用下的低纬低频波
付遵涛, 刘式适
2003, 27(6): 983-991. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.03
摘要:
在低纬地区,风速的垂直切变也是很明显的,作者解释了这些纬向气流的垂直切变对低纬长波性质以及对不同模态的相互作用的影响,并且发现切变对低纬波动的影响具有明显的选择性.
印度洋和南海海温与长江中下游旱涝
张琼, 刘平, 吴国雄
2003, 27(6): 992-1006. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.04
摘要:
作者统计分析了1958~1999年42年长江中下游地区夏季5~8月旱涝事件的分布特征.结果表明,42年中旱涝月出现频次相等,但洪涝强度远大于干旱强度.对比分析旱涝月的环流异常和海温异常(SSTA)发现,南海地区SSTA和对流层低层经向风异常均与长江中下游旱涝显著相关,尤其正SSTA和涝月的关系更为密切,因此南海SSTA为我国长江中下游地区旱涝的一个强讯号.进一步分析发现,夏季南海SSTA与前春赤道南印度洋SSTA存在显著相关,可将其作为预报因子.最后得到的预报思路为:当前春赤道南印度洋海温异常偏暖,则夏季南海海温异常偏暖,南海低空出现异常偏南风,异常多的水汽向我国南方输送,长江中下游地区易涝;反之当前春南印度洋海温异常偏冷,夏季南海海温亦异常偏冷,南海低空出现异常偏北风,向北输送水汽偏少,长江中下游易旱.
NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅱ.模拟研究
郑彬, 陈月娟, 张弘
2003, 27(6): 1007-1017. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.05
摘要:
利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡(简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验.模拟中,输入纬向风QBO的值,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比.在第Ⅰ部分HALOE资料分析的基础上,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系.结果表明:模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致,并且在纬向风场QBO强迫下,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡;与臭氧的QBO比较,发现在28 km以下,NOx的QBO与臭氧QBO同位相,而在28 km以上,它们则是反位相,与HALOE资料的观测结果基本吻合.文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性.
夏季长江流域暴雨洪涝灾害的天气气候条件
张庆云, 陶诗言, 张顺利
2003, 27(6): 1018-1030. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.06
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料,探讨夏季中国东部长江流域严重洪涝灾害发生时的天气气候异常特征.分析表明:东亚夏季风环流偏弱是夏季长江流域发生严重暴雨洪涝灾害的气候特征.天气特征是东亚地区东、西、南、北天气尺度系统的最佳配合以及东亚大气环流出现较显著的20~30天的低频振荡.东亚中高纬大气环流出现20~30天的低频振荡,有利于青藏高原上空的低压系统沿着中纬度东传到115~125°E附近,造成长江流域梅雨锋低压扰动加强;东亚低纬大气环流出现20~30天的低频振荡,有利于印度洋、南海和热带西太平洋的水汽输送到长江流域,为长江流域暴雨提供持续充足的水汽来源.夏季西太平洋副热带高压西伸出现20~30天的低频振荡,有利于低压系统在长江流域(115~125°E)再生和维持.
东亚地区一次切断低压引起的平流层、对流层交换数值模拟研究
杨健, 吕达仁
2003, 27(6): 1031-1044. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.07
摘要:
用中尺度模式(MM5)模拟研究东亚地区(网格中心45°N,120°E)一次强切断低压过程(2000年4月8日~12日)引起的平流层、对流层交换.用Wei公式计算此次过程由平流层到对流层的净交换量为5.0×1014 kg,平均交换通量为-0.72×10-3 kg m-2 s-1.地面锋与高空锋的相互作用,在急流入口处和高空锋区出现对流层顶折叠,并引起平流层、对流层物质交换,其中空气的水平运动起主要作用.利用历史天气图统计东亚地区(20~70°N,80~180°E)切断低压的年平均个数为60,占北半球极区类型切断低压的52%.由此,推断东亚地区的平流层、对流层交换对整个北半球的平流层、对流层交换贡献很大.
川西地区夏季降水的年际变化特征及与大尺度环流的联系
朱艳峰, 宇如聪
2003, 27(6): 1045-1056. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.08
摘要:
分析了106°E以西的四川西部地区1951~2000年夏季降水的气候变化特征及其与大尺度环流异常的联系,通过分析得到的主要结论如下:(1)川西地区降水的季节和年际变化特征与华北地区的变化特征比较一致.川西地区的涝年与中高纬500hPa的乌拉尔山高脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽以及亚洲东部的高脊的两脊一槽环流型密切相关,在这种环流型下有利于川西地区降水偏多.(2)川西地区盛夏降水有显著的年代际变化,20世纪50年代至60年代初,为川西多雨时期,干旱发生的次数相对较少且弱,1961年以后降水有减少的趋势,进入20世纪90年代以后,降水明显偏少.(3)20世纪50年代与90年代,中高纬环流形势有显著的不同,50年代中高纬两脊一槽型偏强,90年代则偏弱,这是川西地区50年代明显多雨和90年代少雨的主要原因.(4)高原前期的热源偏弱时,7、8月川西地区的降水偏多.
北京地区一次小雪天气过程造成路面交通严重受阻的成因分析
孙继松, 梁丰, 陈敏, 廖晓农
2003, 27(6): 1057-1066. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.09
摘要:
通过对2001年12月7日降雪天气过程与历史同期降雪过程的比较以及对降雪过程中不同物理介质路面温度变化的观测研究表明,"12·7"北京地区路面交通严重受阻是由于特殊的时间、特殊的城市和特定的路面状况等多种非气象因素与"落雪成冰"的气象环境条件共同作用造成的.这种气象环境条件的形成是由于降雪过程中,雪面、路面与近地面大气之间复杂的热量交换和相互影响的结果:降雪开始时,由于雪片的吸热作用,造成路面和紧贴地面的大气温度下降,而近地面层气温的下降,反过来造成路面温度进一步降低,在两者的共同作用下,地表落雪迅速形成冰面.冰面的反射作用又进一步加速了气温、尤其是近地面层气温的下降,不断降低的气温使得冰层硬度加强、厚度迅速增加.作者还通过天气诊断和数值模拟分析,对这次降雪天气过程的物理机制进行了简单的讨论,认为这次降雪天气很可能是由对流层中层快速移动的高空槽、地面弱倒槽和近地面层弱的偏东气流共同影响而产生的.
地基曙暮光光谱观测反演平流层O3和NO2柱含量
王萍, 陈洪滨, 吕达仁
2003, 27(6): 1067-1076. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.10
摘要:
用差分光学吸收光谱(DOAS)方法,从曙暮光天顶散射可见光光谱资料反演了北京上空的O3和NO2柱含量,并对反演结果进行了验证和误差分析.斜柱含量的反演采用了线性和非线性最小二乘拟合方法,拟合时考虑了O3、NO2和H2O的吸收、Ring效应和散射的影响;斜柱含量除以空气质量因子转换成垂直柱含量.空气质量因子的计算使用伪球面DISORT辐射传输模式.O3和NO2总量的检验分别用北京的Dobson O3资料和卫星SAGE Ⅱ的NO2廓线资料.反演的O3总量与Dobson O3总量相比偏差小于10%;NO2总量与SAGE Ⅱ的偏差约20%.
武汉"6·22"空难下击暴流的三维数值模拟研究
孙凌峰, 郭学良, 孙立潭, 付丹红
2003, 27(6): 1077-1092. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.11
摘要:
使用武汉实测探空资料,利用三维强风暴冰雹分档模式对2000年6月22日发生在武汉的一次引起坠机事件的下击暴流进行了模拟和分析,并与实际观测进行了比较研究,结果表明:造成此次空难的下击暴流的发生发展与大的天气背景紧密相关;模拟微下击暴流的各种主要结构和生消演变特征与实测结果吻合较好;该下击暴流产生的直接原因是冰雹的重力拖曳作用引起,其次是冰雹的融化和雨水蒸发的冷却作用.空中散度和涡度的分布与变化同下击暴流也存在密切的联系.
合肥上空卷云和沙尘气溶胶退偏振比的激光雷达探测
刘东, 戚福弟, 金传佳, 岳古明, 周军
2003, 27(6): 1093-1100. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.06.12
摘要:
研制了一台L300偏振激光雷达,用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究.介绍了偏振激光雷达的探测原理,叙述了L300偏振激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法.初步的探测结果表明,合肥西郊上空高度在10 km左右的卷云的退偏振比在0.4~0.5之间,沙尘气溶胶的退偏振比在0.2~0.3范围内,但是剧烈沙尘暴的气溶胶的退偏振比可达到0.4左右.