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2005年  第29卷  第2期

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卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响
周天军, HelgeDRANGE
2005, 29(2): 167-177. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.01
摘要:
利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.
时空序列预测误差的敏感性试验分析
王革丽, 杨培才, 吕达仁
2005, 29(2): 178-186. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.02
摘要:
利用33模Lorenz系统得到的"理想"混沌时空序列,作为时空混沌序列"发生器".通过状态空间重构,建立"场时间序列"局域近似预测模型,对资料空间分辨率,资料的长度、噪音,以及模型的参数选取等因素进行敏感性试验分析,了解时空混沌序列预测中误差产生和增长的一些影响因素.得到以下初步结论:对于理想混沌时空序列(33模Lorenz系统)而言,与系统相适应的资料空间分辨率和较长的资料长度都将会提高预测精度;可预报时效与资料长度之间近似服从指数关系.另外,在建立预测模型时,适当的邻近点数目,以及采用二阶映射关系和迭代法都可以有效地改善预测精度.对于加入噪音的混沌时间序列,通过"场时间序列"的局域近似方法和4阶自回归方法的预测试验的对比表明,前者显示了更强的抗"干扰"能力.以上结论可以有分析地应用于短期气候预测中.
东亚夏季风的季节内振荡研究
琚建华, 钱诚, 曹杰
2005, 29(2): 187-194. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.03
摘要:
利用动力学因子和热力学因子结合的方法,将东亚夏季风区的西南风与OLR进行了综合处理,构造成东亚季风指数(IM).研究结果表明,该指数既可很好地反映东亚季风区的风场、高度场的环流特征,又能较好地描述我国长江中下游地区夏季降水和气温的变化.通过功率谱和带通滤波结合的方法研究东亚夏季风中的季节内振荡,东亚夏季风区内低频振荡在夏季主要是以30~60天周期的振荡为主;东亚夏季风的季节内振荡在东亚沿海呈波列的形式,并表现为随时间向北传播的季风涌;由于该季节内振荡的波动,造成了东亚热带夏季风在东亚热带和副热带地区活动的反位相关系.
江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析
周玉淑, 高守亭, 邓国
2005, 29(2): 195-204. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.04
摘要:
在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.
地形对登陆热带气旋"黄蜂"(2002)强度影响的模拟研究
闫敬华, 徐建平, 丁伟钰, 陈子通, 廖移山
2005, 29(2): 205-212. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.05
摘要:
以"目标登陆台风外场试验研究"(CLATEX)项目的目标热带气旋"黄蜂"为对象,在用高分辨数值模式模拟其近海加强和登陆减弱过程的基础上,通过5组对比数值试验,从定量和时间演化角度细致地分析了热带气旋周边海陆和地形分布对热带气旋强度的影响及其机理.分析表明,华南西部地理因子(地形、粗糙度、海陆分布等)对热带气旋强度变化具有重要影响.华南西部地形的存在,有利于低层弱冷空气向南侵袭,从而激发对流发展,使气旋迅速加强,是"黄蜂"近海加强的关键原因;登陆后冷空气切入造成的稳定层结抑制了对流发展,阻断了对流潜热能源,是"黄蜂"登陆后迅速减弱的重要原因;华南西部真实地形下的地表摩擦效应是"黄蜂"登陆后迅速减弱的重要原因之一;南海热带气旋区的地表热交换以潜热输送(蒸发)为主,其量值一般是感热输送的5~10倍;洋面热交换与气旋强度间存在正反馈关系,符合热带气旋发展的"WISHE"(风引起的表面热交换)机制观点,即"WISHE"可能是南海热带气旋发展的一种重要机制.
在EBEX-2000实验资料中湍流谱和局地各向同性特征
刘树华, 李洁, 刘和平, 梁福明, 王建华, JohnnyC.L.CHAN, AndrewY.S.CHENG, 胡非, 刘辉志
2005, 29(2): 213-224. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.06
摘要:
采用2000年8月在美国加州棉花地两个高度上应用超声三分量仪、快速响应050206 温度和湿度仪进行的EBEX-2000 (International Energy Balance Experiment,2000,EBEX-2000)风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据,计算分析了湍流速度、温度和湿度谱在不同稳定度下的特征.对湍流的局地各向同性进行了讨论并与Kansas和长白山原始森林湍流实验得到的结果进行了比较,得到了一些湍流特征量在不同下垫面情况下的一些有意义的特征.
利用热带测雨卫星的测雨雷达资料对1997/1998年El Ni?o后期热带太平洋降水结构的研究
李锐, 傅云飞, 赵萍
2005, 29(2): 225-235. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.07
摘要:
利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMM PR)的探测结果,对1997/1998年 El Ni(n)o后期热带太平洋的降水结构进行了研究,并对比了非El Ni(n)o的1999年和2000年的同期降水情况,取得如下结果:(1)1997/1998 El Ni(n)o后期与非El Ni(n)o期间相比,1997/1998 El Ni(n)o后期,热带东、中太平洋层云降水和对流云降水的比例明显增大、平均降水率也增大,并且层云强降水的比例增多,而层云弱降水比例减少.(2)在非El Ni(n)o期间,热带东、中太平洋对流云降水系统较为浅薄,冻结层高度比西太平洋低约0.5 km;而在1997/1998 El Ni(n)o后期,这种差异明显减小,热带东、中太平洋对流云降水和层云降水都变得深厚;对流云降水和层云降水的降水率随高度的变化也发生了变化.(3)对大气环流的分析表明,对应于降水结构的变化,热带太平洋地区的高空辐合辐散分布也发生了改变,导致Walker环流在1997/1998 El Ni(n)o后期减弱.
梅雨锋上三类暴雨特征的数值模拟比较研究
李鲲, 徐幼平, 宇如聪, 程锐
2005, 29(2): 236-248. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.08
摘要:
中国暴雨的地域性、时间性特征明显,尤其是暴雨多发区--长江流域,沿江不同地段暴雨成因各异.为综合研究长江不同地域暴雨特征和形成规律,利用我国新一代暴雨数值模式AREM对梅雨锋东端(116°E以东)初生气旋类暴雨、β中尺度深对流类暴雨和梅雨锋西端"北槽南涡"类暴雨的典型个例进行了数值模拟.通过诊断分析和比较研究,初步揭示了三类暴雨在结构和形成机制等方面的主要差异.结果表明:(1)梅雨锋上生成并发展的α中尺度气旋是造成梅雨锋东端初生气旋类暴雨的系统.强盛时,系统的垂直上升运动伸展不高,正涡度柱、辐合层以及最大加热和增湿均位于中低层.(2)β中尺度深对流类暴雨发生时梅雨锋区的南北温差很小.在低空辐合风场作用下,强位势不稳定能量的释放导致了β中尺度深对流系统的发生与发展.强盛时,系统的正涡度柱和上升运动柱贯穿对流层,深厚的辐合层达到了中层,最大加热出现在中高层.(3)"北槽南涡"类暴雨是在青藏高原大地形作用下高低空系统有利配置的结果."北槽南涡"的天气系统配置有利于低层辐合的加强和位势不稳定能量的释放,使低层涡旋向中高层强烈发展.强盛时,系统的正涡度柱贯穿对流层,积云对流发展强烈,最强上升运动和最大加热层都位于中层.
中尺度扰动不稳定的数值研究
张铭, 邓冰
2005, 29(2): 249-258. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.09
摘要:
利用一个二维Boussinesq流体的绝热无粘非静力数值模式,将中尺度不稳定问题作为一个初值问题进行数值研究.线性情况下数值试验的结果基本与采用特征值方法研究得到的结论一致.非线性情况的数值试验表明,其不稳定发生的范围可与线性情况不一致;非线性不稳定的增长率一般较线性不稳定的增长率要小;非线性作用会造成波型的陡凸,从而造成流函数正负环流的不对称和环流流线的密集;非线性情形下的流型有些与强对流系统的流型相像.
2001年春季临安地区对流层臭氧异常增加的一次过程分析
崔宏, 赵春生, 郑向东, 郑永光, 秦瑜, 陈尊裕, 陈鲁言
2005, 29(2): 259-266. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.10
摘要:
2001年春季在临安(30.30°N,119.75°E)进行的臭氧垂直探测发现,从3月25到31日有一次明显的臭氧异常增加过程,其中尤以29日和30日对流层上层的臭氧异常增加最具代表性.结合分析地面及高空气象要素演变和高空位势涡度的变化表明,这是一次显著的平流层空气由上向下穿过对流层顶深入对流层的下传过程,此平流层对流层交换过程与冷空气南下的天气过程和副热带急流、极锋急流移动造成的辐合下沉运动有着密切的联系.
北京大气中主要温室气体近10年变化趋势
刘强, 王跃思, 王明星, 李晶, 刘广仁
2005, 29(2): 267-271. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.11
摘要:
对1993~2002年10年间北京市大气中三种主要温室气体的监测数据进行分析,研究二氧化碳、甲烷和氧化亚氮这三种温室气体浓度的变化趋势,并初步探讨了造成这种变化的原因.分析结果表明:北京市大气二氧化碳浓度总体是上升趋势,且后5年增长较快;大气甲烷浓度前5年缓慢上升,后5年转为下降,总体已是下降趋势;与大气二氧化碳变化趋势相似,大气氧化亚氮总体也是上升趋势,后5年增长较快.
陆面模式CLSM的设计及性能检验II.模式检验
陈海山, 孙照渤
2005, 29(2): 272-282. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.12
摘要:
利用BOREAS,HEIFE,ARME,GAME-TIPEX等大量的陆面外场观测资料,针对不同类型的陆面过程,对所发展的陆面模式CLSM的性能进行检验.模拟结果与观测资料的对比分析表明:一方面,CLSM能够对积雪变化、干旱/半干旱地区的水热交换等特殊的陆面过程进行合理的描述;另一方面,CLSM对热带雨林地区的植被-大气相互作用、高原地气交换过程同样具有很强的模拟能力.CLSM解决了陆面模式对上述特殊下垫面描述能力有限的实际问题,保证了对特殊下垫面进行合理描述的同时,又保证了对其他不同陆面状况的模拟能力.CLSM改善了陆面模式对全球范围内不同下垫面条件下的陆面过程及地-气交换过程的模拟能力.
海洋平流的季节变化对La Ni?a 事件成熟位相锁定的作用
严邦良
2005, 29(2): 283-291. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.13
摘要:
用一个中等复杂程度的热带海气耦合模式模拟La Ni(n)a事件成熟位相锁定在年底左右的特征并研究其形成的机制.结果表明,模式能很好地模拟观测到的La Ni(n)a事件成熟位相锁定在年底左右的特征.La Ni(n)a事件成熟位相锁定在年底主要由海洋气候基本态引起.海洋垂直平均流是La Ni(n)a事件成熟位相锁定在年底左右的最主要因子.由海洋气候基本态的季节变化所引起的冷平流的季节变化是La Ni(n)a事件成熟位相锁定在年底的机制.在La Ni(n)a事件期间,1~5月份,赤道中东太平洋地区的冷平流较弱,它不能平衡海气热量交换过程的影响,因而海洋表面温度增加.这一过程使海气耦合不稳定度减弱,从而使La Ni(n)a事件衰减.6~12月份,赤道中东太平洋地区的冷平流较强.海气热量交换过程的影响不能平衡较强冷平流的影响,因而海洋表面温度减小.这一过程使海气耦合不稳定度加强,从而使La Ni(n)a事件发展.这样,La Ni(n)a事件成熟位相容易出现在年底左右.
广东汛期开始日期的年际和年代际变化研究
纪忠萍, 熊亚丽, 谷德军, 梁建茵, 谢炯光
2005, 29(2): 292-300. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.14
摘要:
用小波分析和相关统计等方法,对近50多年来广东开汛的年际和年代际变化及与副高、PDO指数的关系进行了研究,同时也研究了它与后期天气、前期500 hPa环流场和海温场的关系.结果表明,近50年来广东开汛呈偏早的趋势,具有明显的2~7年左右的年际和34年左右的年代际周期振荡;开汛的年代际振荡与副高、PDO指数是一致的,并与它们存在反向的关系,且突变的时间也均发生在20世纪70年代中后期;广东开汛与后期天气的相关分析表明,它与广东4月降水的相关最好,与5,6月的相关则差;与广东降水集中期初日只有在1986年以后至今才具有显著的正相关,而与降水集中期次数却在1977年之前就具有显著的负相关;广东开汛的早晚与前冬500 hPa高度场存在几个显著的相关中心,与前秋北太平洋西风漂流区的海温异常也有明显的相关.
分块地形坐标大气环流模式的动力框架及其整体性质
梁丹青, 张铭, 曾庆存
2005, 29(2): 301-306. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.15
摘要:
介绍了分块地形坐标大气环流模式的动力框架及该框架微、差分方程组的整体性质.目前该框架水平分辨率为4°× 5°,垂直分辨率有9层和21层两个版本.给出了该框架的控制方程组及其差分形式、边界条件、时间积分方案等.该框架的微、差分控制方程组均满足总质量守恒、平流项二次守恒、科里奥利力不作功和总有效能量守恒;且未引入虚假的源和汇,保持了该框架计算过程中的物理真实性.该模式框架在主流微机上能长时间稳定积分,并可作有关地形的数值试验.
EOF/PCA诊断气象变量场问题的新探讨
丁裕国, 梁建茵, 刘吉峰
2005, 29(2): 307-313. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.16
摘要:
进一步论证了经验正交函数/主分量分析(EOF/PCA)在气象变量场诊断中的物理内涵,证明基于EOF/PCA的R型和Q型展开,可描述为气象变量场主要振荡型分解和主要空间分布型分解两种方案.前者表明,气象变量场的准周期振荡可分解为各主分量的周期振荡,它们各自等价于不同网格点(或站点)以其载荷为权重的迭加周期振荡,因此,气象变量场准周期振荡可视为来自不同周期源(网格点或站点)的准周期振荡逐层叠加的结果;后者表明,气象变量场的水平空间分布可视为各种主要空间分布型的叠加,而Q型展开才是对各种主要空间分布型的正交分解.由此深化了EOF/PCA气象变量场诊断的物理内涵.
武汉中层大气温度特性的激光雷达观测研究
常岐海, 杨国韬, 宋娟, 程学武, 龚顺生
2005, 29(2): 314-320. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.17
摘要:
报道了升级改造后的WIPM瑞利散射激光雷达的技术状况,并通过与CIRA86标准大气模式和UARS卫星探测的比较,考察了其中层大气温度探测性能. 基于2002年至2003年激光雷达的系统观测数据,给出了武汉上空中层大气温度分布的年平均特性及在各种时间尺度下的变化规律,分析了标准大气模式在描述中层大气温度分布平均特性和变化规律上的局限.
东亚冬季风异常激发El Ni?o现象的数值试验研究
杨辉, 陈隽, 孙淑清
2005, 29(2): 321-333. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.02.18
摘要:
用全球海气耦合气候模式和海洋模式进行各种敏感性试验,研究东亚冬季风异常对El Ni(n)o事件形成的作用.结果表明东亚冬季风异常对于海洋热状态起了很大的作用.强冬季风年冬季所对应的海温距平为La Ni(n)a型,但在与冬季风异常相对应的风应力作用下,通过海气相互作用,由于赤道西太平洋西风异常和海温正距平的东传,可以使海温向着El Ni(n)o型分布发展;弱冬季风年冬季所对应的海温距平为El Ni(n)o型,后期则会转成La Ni(n)a型.冬季风异常的偏北风分量及赤道西风分量对海温所产生的影响各有差异,前者更多地影响太平洋西岸及暖池区,后者则对整个赤道太平洋热状态特别是El Ni(n)o形成起了重要的作用.在El Ni(n)o发展过程中起决定作用的主要不是风应力的强度,更关键的是异常风应力的持续时间.由于风应力的持续作用,El Ni(n)o发展特征更加显著.与冬季风异常相对应的纬向风分量特别是西风异常在El Ni(n)o发展中起主导作用;在单纯的海洋模式中经向风异常只能改变局地的西太平洋海温,并不能使东太平洋海温产生响应,即没有出现赤道暖水的东传过程.试验表明,海气耦合模式较单纯的海洋模式能更好地反映海气相互作用及El Ni(n)o的形成.