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2011年  第35卷  第2期

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冬季蒙古高压与北太平洋海温异常的年际尺度关系
李崇银, 王力群, 顾薇
2011, 35(2): 193-200. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.01
摘要:
蒙古高压和北太平洋海区的气压差被认为是造成东亚冬季风及其变化的重要原因, 而过去有关的研究以其年代际时间尺度为多, 本文的研究揭示了冬季蒙古高压和北太平洋海温异常 (SSTA) 在年际时间尺度上的相互关系。冬季蒙古高压的活动与太平洋年代际振荡 (PDO) 之间在年际时间尺度上也存在明显的负相关, 冬季的强 (弱) 蒙古冷高压活动往往对应着北太平洋PDO的负 (正) 位相; 这种年际时间尺度的负相关存在着年代际变化, 它基本上出现在年代际尺度相关不明显的时期。分析还表明从东北太平洋到热带西太平洋存在一条冬季蒙古高压指数与海温间的高相关带, 它的位置和形势与过去所研究的年代际通道 (IP) 十分一致, 而且从前春到同期冬季的海温都与蒙古冷高压有显著的相关, 表明亚洲大陆和北太平洋海气相互作用的一定特征, 我们称其为北太平洋中纬度 “海气相互作用桥 (SAIB)”。同时也可以看到, SAIB所显示的最大相关区有季节移动性, 在一定程度上反映了年际海气相互作用的季节性变化特征; PDO和SAIB区域的海温变化, 尤其是前期 (特别是夏季) SAIB区的正海温异常可能对东亚冬季风 (蒙古冷高压) 的加强活动有指示意义。
北半球夏季Hadley环流的主导模态及其变率
冯然, 李建平, 王金成
2011, 35(2): 201-216. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.02
摘要:
本文分析了1948~2007年北半球夏季Hadley环流的主导模态及其变率, 结果表明:北半球夏季Hadley环流变率的主导模态包括两个赤道非对称模态, 其主体分别位于北半球 (简称为AMN) 和南半球 (简称AMS) 和一个赤道准对称的模态 (简称QSM), AMN和AMS主要表征Hadley环流的年代际变率部分, 而QSM主要表征Hadley环流的年际变率部分。AMN的时间系数呈现明显的减弱趋势, AMS的时间系数则表现为明显的增强趋势, 两个模态的年代际变率表明: 北半球夏季Hadley环流发生了显著的年代际转型, 在1970年代以前呈现 “北强南弱” 型, 之后转变为 “南强北弱” 型。印度洋—西太平洋暖池和热带大西洋赤道带海温的异常增暖以及由热带大西洋和印度洋海温非均匀增暖形成的减弱的北半球大尺度经向海温梯度和加强的南半球大尺度经向海温梯度可能是导致上述Hadley环流变率的重要影响因子。不同于两个非对称模态, QSM模态的变率主要与热带东太平洋的海温以及Niño3.4指数有明显的线性关系, 说明ENSO对夏季Hadley环流的影响主要是在年际尺度上。对Hadley环流年代际转型的进一步分析发现, 其越赤道部分的减弱与东半球热带季风区经向越赤道环流的减弱有密切联系。相关和合成分析的结果显示, 南海季风、 南亚东区季风以及西非季风的强弱与越赤道环流异常有显著相关, 热带季风在这些区域的减弱趋势很可能共同受到北半球夏季Hadley环流年代际转型中越赤道环流减弱的影响。然而, 南亚西区季风与经向环流没有明显相关, 同时也未呈现显著的年代际趋势, 这一结果从环流的角度验证了Li and Zeng (2002) 将南亚季风区划分为东区和西区的合理性。
华北降水季节演变主要模态及影响因子
郝立生, 丁一汇, 闵锦忠,
2011, 35(2): 217-234. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.03
摘要:
使用华北地区120站降水资料、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析环流资料和Kaplan扩展海温资料(Kaplan et al.,1998),对华北降水季节演变主要模态及影响因子进行了研究。结果表明,华北降水季节演变存在两个主要模态,第一模态夏季降水在中北部偏多、南部偏少,第二模态夏季北部偏少、中南部偏多,两者明显不同。第一模态主要受ENSO演变过程和印度洋偶极子(IOD)事件的控制,第二模态主要受IOD演变过程控制。印度洋海温异常明显比赤道东太平洋异常幅度小,但对华北夏季降水的影响比ENSO更加明显。影响华北季节降水演变两个模态的季风环流明显不同:第一模态在春季,东亚北部开始出现类似夏季风的异常形势,到夏季时,春季建立的异常东亚夏季风环流进一步加强,而且印度夏季风偏西风环流在华南并入东亚夏季风;第二模态在春季,东亚地区也开始出现偏南风异常,到夏季,东亚偏南夏季风异常进一步加强,但越过长江后迅速转向向东,在华南无明显印度夏季风环流并入。另外,影响两个模态的水汽通道和水汽源地也明显不同:第一模态在夏季,影响华北的水汽通道有三条,即西南风水汽通道、东南风水汽通道和偏西风水汽通道,其中西南风水汽通道最为重要,水汽源地主要在南海和东海;第二模态在夏季,影响华北夏季降水的主要是西南风水汽通道,水汽源地主要在孟加拉湾和南海。
污染气溶胶对山西一次降水过程影响的数值模拟
肖辉, 银燕
2011, 35(2): 235-246. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.04
摘要:
利用耦合Morrision双参数物理方案的WRF (Weather Research and Forecasting) 中尺度数值模式, 对发生在2007年6月13日山西地区的一次强降水过程进行了模拟, 并对清洁和污染背景下气溶胶对云微物理结构和降水变化的影响进行了敏感性试验和对比分析。结果显示: 污染背景下, 降水区域没有明显变化, 中心强度变强, 网格平均降水量比清洁背景少0.8%; 雪和霰是雨水的主要来源, 高浓度气溶胶背景下, 前期暖云降水减弱, 后期大量雪粒子与云中云滴和雨滴碰并增长, 造成降水增强。
一次强烈雹暴的三维结构和形成机制的单、双多普勒雷达分析
王俊, 俞小鼎, 邰庆国,
2011, 35(2): 247-258. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.05
摘要:
利用单多普勒天气雷达的反射率因子、 径向速度数据和双多普勒雷达反演的三维风场, 分析了一次强烈雹暴的产生、 发展和维持机制。主要结果为: 该雹暴是产生于中等偏上垂直风切变和较大的对流有效位能条件下的右移风暴, 它在旧无序多单体风暴的右侧产生。旧的多单体风暴和雹暴初始阶段主要雷达回波区域负的径向速度 (向着雷达的速度) 占主导地位, 随着风暴的发展, 特别是地面出现小冰雹后, 雹暴中出现正径向速度 (远离雷达的速度) 区并且迅速增强, 正径向速度与环境的负径向速度在强回波附近形成强烈辐合, 促使雹暴发展和维持; 旧多单体风暴低层的水平辐合风场主要是弱东北—东南风转西北—西南风, 雹暴的水平辐合风场是由东北风和西南风组成, 邻近雹暴的雷暴单体和雹暴自身在低层的风场形成半圆形的反气旋性环流。垂直风场结构表明, 雹暴在高层的辐散气流与邻近雷暴单体高层气流结合后形成的下沉辐散气流, 是该雹暴北风入流的主要产生原因; 雹暴与邻近雷暴间通过高层和低层风场间的相互作用, 促进了雹暴的产生、 发展和维持。
南海季风爆发期间中尺度对流云带演变特征与持续性加强的机理研究
李香淑, 郭学良, 付丹红,
2011, 35(2): 259-271. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.06
摘要:
南海季风爆发与随后爆发的东亚季风, 与夏季东亚地区旱涝关系密切, 而相伴的南海对流活动与季风爆发的维持和发展存在何种相互关系, 是需要探究的。为此, 利用热带测雨卫星 (Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM) 的雷达 (Precipitation Radar, PR)、 微波成像仪 (TRMM Microwave Imager, TMI)、加密探空等综合观测资料, 研究了1998年5~6月中国南海季风试验 (South China Sea Monsoon Experiment, SCSMEX) 期间南海北部 (15°N~25°N, 108°E~122°E) 中尺度对流云带的结构、演变和降水特征, 探讨了对流有效位能、 风切变及相变潜热在对流云带维持和发展中的作用机理。结果表明, 季风爆发前南海北部地区尽管存在较大的对流有效位能 (convective available potential energy, CAPE), 但垂直风切变很小。季风爆发后, 季风环流使对流有效位能和垂直风切变加强和维持, 从而导致南海的对流云呈现维持和加强的态势, 可发展为深厚中尺度对流云, 降水加强。季风爆发期间对流发展产生的水分相变潜热加热率可增加2倍以上, 加热、 加湿廓线幅度加大、 厚度变深, 不仅为南海热量、 水汽的向上持续性传输提供了有利条件, 而且频繁持续的对流活动所提供的热力、 动力效应对季风环流的发展和维持的是起正作用的。
人工消除冷雾的个例模拟分析
何晖, 郭学良, 李宏宇,
2011, 35(2): 272-286. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.07
摘要:
本文在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了液氮粒子与云相互作用的过程, 在中尺度模式MM5中实现了催化功能。利用加入催化方案的中尺度模式针对2007年12月26日北京地区的一次冷雾天气过程进行了消雾的数值模拟研究, 探讨了消雾的效果和机理, 并针对催化剂的播撒量和播撒位置进行了两组敏感性试验。结果表明:在此次模拟雾过程中, 在目标区上风方1~2 km以5 g/s的播撒速率播撒10 min, 催化作业开始9 min后, 目标区开始显现作业效果, 最好的效果出现在作业后24 min, 作业效果可以维持25 min左右。消雾机理主要为播撒后人工冰晶通过凝华增长消耗了大量的水汽, 导致了水汽通过凝结过程形成雾滴的减少, 同时上游作业导致雾滴向下游目标区平流的减少。本例中, 以15 g/s的速率播撒作业和在目标区上风方5~6 km的地点作业对能见度的改善最为显著。
长江中下游汛期降水优化多因子组合客观定量化预测研究
王启光, 封国林, 郑志海,
2011, 35(2): 287-297. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.08
摘要:
针对长江中下游区域汛期降水模式预报误差, 利用历史资料的有用信息订正模式预报误差。根据国家气候中心预测室提供的74项环流特征量和美国国家海洋和大气管理局发布的40项气候指数, 确定降水预报误差场的相似年份, 利用相似年的降水误差场对模式结果进行相似误差订正, 有别于传统的模式系统误差订正。研究发现, 相似误差订正效果明显优于系统误差订正。在此基础上, 对前期因子进行筛选, 确定相似误差场的多因子优化组合, 并结合加权集合平均的方法, 提出了基于优化多因子组合的客观定量化预测 (OQF) 技术。2003~2009年7年的独立样本回报结果表明, 基于优化多因子组合的OQF方案具有较高的预报技巧, 平均距平相关系数为0.43。最后对历史资料中误差场间的距平相关系数进行分析, 发现确定误差场相似年的关键技术还有待于进一步完善, 并指出了改进方法的可能途径。
含水量累积区与冰雹增长行为之数值模拟
郑凯琳, 陈宝君
2011, 35(2): 298-310. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.09
摘要:
利用三维冰雹云模式联合三维粒子增长运行模式, 对一例具有累积区的雹云进一步展开研究。结果表明:(1) 累积区既是雹胚和冰雹的形成区, 也是二者初期的快速增长区, 但并非主要的增长区; (2) 源于累积区的雹胚粒子, 至少要达到毫米以上才有可能最终长成中等以上大小的冰雹, 而且初始粒径越大最终产生的大冰雹的尺度越大、 数目越多; (3) 大冰雹增长运行轨迹呈现简单的下—上—下形式, 其中初始粒径较大的粒子运行轨迹与典型超级单体有相似之处, 不同的是, 本文初始于累积区, 而超级单体则来自 “胚胎帘”。
GAMIL模式海气湍流通量参数化方案的改进及其对大气环流年际变率模拟效果的影响
李忠贤, 周天军, 孙照渤,
2011, 35(2): 311-325. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.10
摘要:
通过引入中尺度对流运动对海表湍流通量的贡献,改进了大气环流模式GAMIL1.0的海气湍流通量参数化方案。利用1979年1月至2000年12月的观测海温资料驱动GAMIL1.0模式,研究了海气湍流通量参数化改进对大气环流年际变化模拟效果的影响。结果表明:采用改进的海气湍流通量参数化方案,模拟的热带海表湍流热通量得到增强,模式对热带降水年际变化的模拟能力得到明显提高,凝结潜热对大气的加热作用更趋合理,模式对冬季(DJF)北太平洋地区和夏季(JJA)南太平洋中纬度地区大气环流年际变化的模拟能力有显著提高,可以更好地模拟出冬季南方涛动、北太平洋涛动的年际变化和空间分布特征,特别是显著地改善了此前GAMIL10模式存在的模拟的南方涛动强度偏弱的问题。
北大西洋涛动指数变化与北半球冬季阻塞活动
柴晶品, 刁一娜
2011, 35(2): 326-338. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.11
摘要:
线性回归分析表明北大西洋涛动 (NAO) 主要与大西洋、 欧洲及乌拉尔山地区阻塞的频率和强度的变化存在显著相关关系。在NAO负位相时期阻塞活动在大西洋地区较为频繁且强度较强, 正位相时期大西洋地区阻塞活动减少, 强度减弱, 而欧洲阻塞加强, 频率增加, 同时乌拉尔山地区的阻塞活动也显著减少。NAO正指数的增强和减弱对应于大西洋和欧洲阻塞活动的不同变化。局地阻塞活动频率分布显示: 在NAO正指数增强的阶段, 大西洋的阻塞活动受到明显抑制而欧洲大陆阻塞活动明显增加, 活动中心向欧洲大陆偏移; 但在NAO正指数减弱的阶段, 阻塞活动中心向大西洋一侧移动。区域性阻塞的逐年变化表现为: 大西洋和乌拉尔地区阻塞在NAO指数增强的阶段呈下降趋势, 欧洲阻塞呈增加的趋势; 在NAO指数减弱的阶段大西洋阻塞为弱的上升趋势, 欧洲和乌拉尔地区阻塞呈下降趋势。中纬度涡旋活动的强弱和位置对NAO位相的变化起到重要作用。大西洋风暴活动向东加强有利于NAO趋于正位相, 对应于欧洲大陆阻塞发生频率增加; 但其进一步加强可使大西洋阻塞活动增加。
南半球对流层大气对热带太平洋-印度洋海温异常综合模的响应及其机制解释
周秋林, 梅士龙
2011, 35(2): 339-349. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.12
摘要:
利用NOAA SST及NCEP/NCAR再分析资料, 研究了热带太平洋—印度洋海温异常综合模和南半球对流层大气之间的遥相关模态并对其进行了机制解释。首先通过相关和合成分析, 给出了遥相关的空间模态, 结果表明: 北半球秋、冬季, 在南半球对流层大气存在和热带太平洋—印度洋海温异常综合模密切联系的遥相关作用中心, 该中心的分布构成一列明显的从赤道中太平洋出发, 最终到达非洲中南部及赤道印度洋的Rossby波列, 将赤道太平洋、印度洋与南半球中高纬度大气连接起来, 起到了类似“大气桥” 的作用。而单纯IOD和单纯ENSO均难以在南半球对流层激发出遥相关波列, 进一步证实了两者共同作用的影响。其次, 利用行星波能量传播理论对两者之间的遥相关进行了机制分析, 发现纬向波数为1~3的大气行星波的能量传播是热带太平洋—印度洋海温异常综合模与南半球对流层大气之间遥相关的一种可能的联系方式。
利用可见光与近红外大气窗区的组合通道探测陆面上空气溶胶
孙源隆, 石广玉
2011, 35(2): 350-360. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.13
摘要:
本文提出了一种利用可见光与近红外大气窗区内的0.5 μm和0.85 μm双通道的组合, 通过观测地气系统的反射辐射从卫星上遥感陆面上空气溶胶的方法。模拟试验发现, 对于不同类型的气溶胶, 随着气溶胶光学厚度的逐渐增大, 0.5 μm和0.85 μm双通道的反射辐亮度的差值和比值呈现出明显不同的变化趋势, 据此便可以识别出气溶胶的类型, 并可进一步推算出其光学厚度。另外, 模拟试验还发现, 对于常见的几类地物反射率类型, 该方法都是适用的。
2007年淮河流域强降水过程的水汽输送特征分析
江志红, 梁卓然, 刘征宇,
2011, 35(2): 361-372. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.14
摘要:
利用NCEP再分析资料, 引入基于拉格朗日方法的气流轨迹模式 (HYSPLITv4.9), 将2007年6月19日~7月26日期间淮河流域强降雨分为三个阶段, 分析不同阶段水汽输送轨迹、 主要通道及其不同源地的水汽贡献。结果表明, 影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支: 一支是西太平洋上副高边缘东南气流输送, 另一支是南海南部越赤道气流的北向输送, 第三支是沿索马里急流经阿拉伯海和孟加拉湾北部的水汽输送。降水第一阶段来自西太平洋洋面的水汽输送最强, 占总水汽输送的69%, 降水后两个阶段南海南部越赤道气流的水汽输送占优势, 分别占总水汽输送的52%和57%。另外, 通过轨迹分析可知本次降水过程中索马里至孟加拉湾通道的水汽输送到淮河流域上空750 hPa以上大气, 南海及西太平洋的水汽主要输送到淮河流域850 hPa以下的低层大气。
近48年城市化发展对北京区域气候的影响分析
赵娜, 刘树华, 虞海燕
2011, 35(2): 373-385. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.15
摘要:
利用1961~2008年北京12个台站的气候观测资料, 研究分析了北京城区和郊区气温、降水、相对湿度、风速的年际和四季变化趋势及特点, 并探讨了城市化发展对北京区域气候的影响。结果表明: 近半个世纪以来, 平均气温上升明显, 其中尤以冬季最为突出, 而夏季最弱。通过气温变化的年代比较发现气温增加有加快的趋势, 尤其是城市地区, 导致热岛效应不断加强, 特别是1990年代以后增幅更加明显。最高和最低气温在近48年来也都呈上升趋势, 且城市化发展对最低气温的变化影响最大, 其次是平均气温, 对最高气温影响最弱。而降水有减弱的趋势, 尤其是夏季的降水减弱最为明显。城区的风速和湿度都呈减小的趋势, 这与城市化的加剧, 尤其是下垫面的变化有密切的关系。