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2006年  第30卷  第1期

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关于半拉格朗日半隐式大气模式的时步问题
胡志晋, 史月琴
2006, 30(1): 1-10. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.01
摘要:
讨论半拉格朗日半隐式大气模式中时步的限制,展示时步过大时用一般的首尾两点平均方案计算非线性源汇项的严重误差,提出精确的源汇项计算格式并作了特例计算和比较,讨论了被模拟的大气过程和波动的特征对时步的要求,指出柯朗数NC=C·△t/△X是大气模式时空步长匹配的重要参数.指出云降水和大气化学过程特征时间对相应的正定变量的计算时步的限制.
热带印度洋海温异常单、偶极模态及其相互作用
杜振彩, 谭言科, 张人禾, 何金海, 刘会荣
2006, 30(1): 11-24. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.02
摘要:
利用最近50多年的GISST和NCEP的OISST海表温度资料研究了印度洋海温变化的空间分布型和多重时间尺度及其相互作用.结果表明,热带印度洋海温主要存在两种空间分布型,即全海盆符号一致的单极和东、西部符号相反的偶极.单极既存在长期增暖趋势,也存在年际振荡;偶极则以年际变化为主.在去掉由EOF重建的单极后,热带印度洋东、西部海温表现为显著的反相关关系;对17次典型偶极子个例的分析表明,对偶极子本身而言,偶极子的演变更像是一种翘翘板似的局地振荡.单极在长期趋势和年际时间尺度上对偶极的影响是不同的.长期趋势缩短了偶极子的生命期,在冷期,印度洋海温经历了由负单极到正偶极再到负单极的演变,偶极子的异常信号最早出现在热带西印度洋;在暖期,印度洋海温经历了由正单极到正偶极再到正单极的演变,偶极子的异常信号最早出现在热带东印度洋.对年际时间尺度的变化而言,印度洋海温异常由负单极向正偶极再到正单极转换,偶极子位于一种单极向另一种单极的转换过程之中,在此过程中,印度洋海温表现为明显自西向东的传播特征.
水汽输送对云南夏季风爆发及初夏降水异常的影响
陈艳, 丁一汇, 肖子牛, 晏红明
2006, 30(1): 25-37. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.03
摘要:
主要利用1961~2000年云南120个站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究水汽输送对云南夏季风爆发和初夏5月降水异常的影响.结果表明,5月份云南上空为一致的西南风水汽输送,主要由来自印度半岛北部的副热带西风水汽输送和热带印度洋至孟加拉湾的西南风水汽输送汇合而成,而来自南海地区西太平洋副高西侧转向的偏南水汽输送是构成云南东部地区水汽输送的重要分支.5月下旬云南夏季风爆发期间,热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送显著增强,云南上空增湿明显,这为季风爆发提供了必要的水汽条件,而东亚中纬地区冷空气的入侵则可能是触发季风降水的重要机制.进一步研究发现,云南5月降水量显著的年际变化也与大尺度水汽输送异常密切相关,即当热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送强,而南海至东亚大陆地区的水汽输送弱时,降水量偏多,反之偏少.
GOALS模式中大气能量循环的诊断分析与不同版本计算结果的比较研究
张韬, 吴国雄, 郭裕福
2006, 30(1): 38-55. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.04
摘要:
利用大气能量循环框图,对比分析中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)全球海-陆-气耦合系统模式(GOALS)两个版本(GOALS-2和GOALS-4),以及观测的全球平均大气能量循环的主要特征,并从能量循环贮蓄和转换项的纬向平均贡献去解释全球积分值改善和转坏的原因,以及诊断分析参数化方案变化后产生的影响.结果表明:模式的两个版本基本上能正确地模拟出全球能量循环的主要特征.旧版本GOALS-2能较好模拟全球积分值,常常是不同符号局地误差的相互抵消结果.新版本GOALS-4中某种局地过程的改善在一些情况下导致了全球积分值的转坏.引入辐射日变化参数化方案可能对能量循环各参数的局地贡献有着明显的影响.如纬向平均有效位能向瞬变涡动有效位能的斜压转换率、瞬变涡动有效位能向瞬变涡动动能的斜压转换率以及定常涡动动能的局地贡献有明显改善.南极地区不合实际的上升运动,是模拟的纬向平均有效位能与纬向平均动能之间的转换项全球积分值为负数的主要原因.
近44年南京温度变化的特征及其可能原因的分析
唐国利, 丁一汇
2006, 30(1): 56-68. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.05
摘要:
利用1957~2000年的气候观测资料,研究南京的平均温度、平均最高温度、平均最低温度和平均日较差及炎热日和寒冷日的变化趋势和特点,并分析可能的原因;以滁县和溧阳为对比城市站,分析了三种不同类型城市温度变化的异同.结果表明,近44年来南京平均温度显著上升,其中冬季增暖幅度最大,但夏季呈变凉趋势.与全国平均温度相比,线性变化趋势大体相似,但也存在一定差别.最高温度趋势与平均温度一致,夏季降温更为明显;最低温度除夏季外增暖都非常显著,表明气候变暖在最低温度上表现更加明显;年和各季日较差均明显减小;炎热日和寒冷日趋于减少,其开始和结束时间较以前有明显提前.大气环流系统的变异和调整可能是温度显著升高的直接原因.同样,长江中下游夏季降水天气增多、云量增加、日照时间减少以及伴随的温度下降可能也与环流系统的调整有关.南京与滁县、溧阳的温度差值分别为减小趋势或趋势变化不明显.三种类型城市增暖幅度的相对大小存在着年代际差异.由于不同类型城市间温度变化差异的复杂特点及其所反映出的城市化影响的复杂性,在研究温度变化和考虑城市化的影响时,不仅要考虑大城市,还应该充分注意中、小城市的发展所带来的影响.
异常东亚冬季风对赤道西太平洋纬向风异常的影响
普业, 裴顺强, 李崇银, 陈月娟
2006, 30(1): 69-79. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.06
摘要:
ENSO由于经常带来大范围的气候异常而倍受关注,赤道西太平洋的纬向风异常对ENSO的发生起着重要作用.首先对赤道西太平洋纬向风异常的发生进行研究,其结果清楚地表明它同东亚冬季风的异常有密切关系.异常强(弱)的东亚冬季风不仅能激发产生赤道西太平洋的西(东)风异常,而且还将在菲律宾以东的西太平洋上导致一个气旋性(反气旋性)环流的形成.研究还表明,上述异常流型产生的物理过程是异常东亚冬季风所造成的气压形势的动力影响,因为在强(弱)东亚冬季风影响下,赤道西太平洋地区会形成向西(东)的气压梯度,即( )p/( )x<0(( )p/( )x>0)的异常气压形势.通过赤道太平洋的海-气相互作用,赤道西太平洋的持续西(东)风异常则将进一步导致El Nino(La Ni(n)a)事件的发生.
中国东部地区大城市和小城镇极端温度及日较差变化对比分析
华丽娟, 马柱国, 曾昭美
2006, 30(1): 80-92. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.07
摘要:
利用中国东部地区1961~2000年61个大城市站点和169个小城镇站点的逐日最高、最低温度资料,对比分析了大城市和小城镇的最高、最低温度和日较差极端值以及相对极端值变化特征.结果表明:大城市最高、最低温度的极端值均高于小城镇.二者最高温度的极端最大值在90年代后显著升高,极端最小值40年来均显著增加;二者最低温度的极端值也随时间明显升高.在所分析时段,大城市和小城镇暖日和暖夜天数均显示出增多趋势;二者冷日和冷夜天数均呈现下降趋势.就总体而言,大城市暖日、暖夜、冷日、冷夜天数均多于小城镇.大城市日较差的极端值均比小城镇小,并且二者均有显著的下降趋势;大城市和小城镇相对较长日较差(日较差超过第95个百分位数)出现的天数显著下降,但相对较短日较差(日较差低于第5个百分位数)出现的天数明显上升.
多普勒天气雷达资料对中尺度模式短时预报的影响
盛春岩, 浦一芬, 高守亭
2006, 30(1): 93-107. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.08
摘要:
利用中尺度模式ARPS(The Advanced Regional Prediction System)及其资料分析系统ADAS(ARPS Data Analysis System),将国内新一代多普勒雷达(CINRAD)反射率及径向风资料直接用于中尺度数值模拟,通过一次华北地区暴雨过程的模拟对比试验,分析了雷达资料对初始场的改进效果及其对模拟结果的影响,结果表明:(1)利用雷达径向风资料对初始风场进行调整后,自近地面到对流层顶的u,v,w都发生了变化,调整后的初始风场在对流层中层变化最大.(2)利用雷达反射率进行微物理调整和云分析能调整初始场中的云水信息,使得雷达回波附近3 km以下的水汽混合比(qv)增加,4 km以下的雨水混合比(qr)增加,对流层(约10 km以下)的云水混合比(qc)增加,4~9 km的对流层上部云冰混合比(qi)和雪混合比(qs)增加.ADAS通过非绝热初始化调整温度场,从而得到了一个动力和热力上平衡的初始场.(3)模拟的1 h雨量与实况的对比表明,同时利用雷达反射率和径向风改进过的初始场能明显增强3 h内的降水强度和落区预报,改善中尺度数值模式短时定量降水预报.模拟的1 h流场对比分析表明,经雷达径向风调整后,能够在初始场中增加气旋性涡旋等中小尺度风信息,明显减少模式的spin-up时间.(4)通过对雷达径向风和反射率对模式初始场和模拟结果影响的对比分析发现,雷达径向风主要是改进初始风场,而雷达反射率主要是改进初始场中的湿度参数,增加初始场中云水等的含量,调整温度场.通过模拟的6 h降水对比发现,利用雷达径向风调整初始场后,对降水模拟有一定的改进,但效果不甚明显,而雷达反射率资料对定量降水预报改进效果明显,同时使用雷达径向风和反射率资料改进初始场后对降水的模拟效果最明显.
半干旱地区地气界面水汽和二氧化碳通量的日变化及季节变化
刘辉志, 涂钢, 董文杰, 符淙斌, 石立庆
2006, 30(1): 108-118. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.09
摘要:
采用涡动相关方法连续观测2002年10月到2003年12月半干旱地区地气界面水汽和二氧化碳通量变化,分析水汽和二氧化碳通量的季节和日变化规律,同时比较农田和退化草地两种不同下垫面物质和能量通量交换过程的差异,得到如下一些主要结果:(1)半干旱地区湿季,相距5 km的两种不同下垫面,即使在同一天气过程控制下,不同植被下垫面的降雨分布仍不尽相同,甚至相差很大.这表明降雨空间的分布是很不均匀的,具有很强的局地特征.(2)在干季近地面层能量收支中,两种不同下垫面上的有效能量(净辐射与地表热流量之差)主要分配为感热通量,潜热通量在非生长季(干季)通常很小.在湿季(生长季),潜热通量与感热通量相当,但农田下垫面的潜热通量大于退化草原下垫面.(3)土壤的温度和湿度日变化主要集中在0~20 cm土壤层内,在湿季农田下垫面土壤的湿度有明显的跳跃,这与降雨过程有很好的相关.(4)在非生长季,两种不同下垫面地气间二氧化碳通量差别不大,都很小.白天由于光合作用,在生长季农田下垫面吸收CO2通量较退化草原大,但比湿润地区稻田下垫面小一个量级,远小于森林生态系统.
不同类型草地挥发性有机物排放特征的研究
白建辉, BradBaker
2006, 30(1): 119-130. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.10
摘要:
2003年9月,对内蒙古草原不同类型草地挥发性有机物(VOC)的排放、太阳辐射、气象参数等进行观测,结果表明,固定和新的羊草样地、封育样地、不同程度放牧样地异戊二烯、α蒎烯、β蒎烯、柠檬烯、蒈烯的排放均有明显的日变化规律,并与可见光辐射以及温度有较好的一致性.羊草样地、封育样地、过度放牧、适度放牧样地异戊二烯排放的最大值分别为139.5、25.9、132.3、107.1(单位:μg·m-2·h-1,以碳计).多数情况下,异戊二烯排放通量的测定结果为羊草样地高于封育样地、过度放牧样地高于适度放牧样地.不同程度放牧样地α蒎烯、β蒎烯、柠檬烯、蒈烯等的排放具有明显差别,一般是过度放牧草地高于适度放牧草地.剪草增大了绝大部分VOC组分的排放、以及过度和适度放牧草地VOC的排放,剪草可以造成过度和适度放牧草地异戊二烯排放在中午前后的增加.剪草后,过度放牧草地异戊二烯、α蒎烯、β蒎烯、柠檬烯、蒈烯等的排放通量均远大于适度放牧草地的相应值.土壤异戊二烯、α蒎烯、β蒎烯等的排放很小,分别占相近可见光辐射和温度条件下固定羊草样地排放的0.2%、0、3.0%.
中国降水准2年主振荡模态与全球500 hPa环流联系的年代际变化
杨秋明
2006, 30(1): 131-145. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.11
摘要:
用近51年(1951~2001年)观测资料,研究太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中国降水量准2年主振荡型传播特征的差异,并讨论对应的全球500 hPa环流低频波列传播途径的变化及可能原因.同时提出年际振荡强度不稳定指数,讨论了中国降水和全球500 hPa高度准2年周期振荡(QBO)强度时间不稳定的空间分布.通过主振荡型分析(POP)发现,在PDO冷位相(1951~1976年),准2年时间尺度的中国降水POP1的主要活动区域在长江中游地区,对应的500 hPa低频场是大西洋欧亚波列(AEU)和西大西洋遥相关型(WA)以及南太平洋副热带波列(SSP);在PDO暖位相(1977~2001年),POP1的活动区域迅速北移并扩大到整个长江和淮河流域,对应的500 hPa低频场变为欧亚太平洋-南印度洋-南北大西洋波列(EUP-SI-SNA).因此,PDO冷暖位相中影响中国降水准2年主振荡模态的低频波列的传播途径和强度存在显著差异,PDO对中国降水量准2年主振荡型主要模态(POP1)及其伴随的全球500 hPa环流低频波列活动区域的时间变化有重要调制作用,与两个半球中纬度西风气流强度的年代际变化密切相关.由振荡强度时间变化指数分析表明,中国降水QBO强度不稳定区域位于长江中游、长江下游、浙江东部、广东东部、华北地区和青藏高原东北侧附近地区,这些地区降水QBO的强度随PDO位相转变而发生显著的年代际突变.对于全球500 hPa高度,其QBO强度不稳定区域在南太平洋中高纬度、副热带南北大西洋地区和亚洲、北太平洋、北美大陆中高纬度地区、北半球副热带西太平洋地区以及南北半球热带和副热带东太平洋地区,表现为对于赤道的非对称空间分布,特别是南北太平洋热带和副热带地区500hPa环流QBO强度在年代际时间尺度上呈现正负反向变化的空间结构,而且南北极附近地区的QBO强度在PDO暖位相显著增强,反映了全球大气环流QBO强度与PDO相互作用的空间特征.
一种地面气温的空间插值方法及其误差分析
刘宇, 陈泮勤, 张稳, 胡非
2006, 30(1): 146-152. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.12
摘要:
根据最近邻域法和反向距离法的基本原理,利用空间卷积算法,采用结合中国大陆气象站点位置的截断高斯滤波算子作为距离权重方程,给出一种适合中国陆地区域的地面气温插值方法,并以300多个地面站记录的气温为例,使用交叉验证法分析了给定插值方法的误差分布,结果表明该插值方法比其他插值方法所得误差较小,能够很好地用于气象站点气象观测记录缺失的插补及其空间尺度的扩大化.
未来半个世纪江淮流域夏季降水变化趋势的数值模拟结果分析
李永平, 于润玲, 秦曾灏
2006, 30(1): 153-161. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.13
摘要:
基于政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)A2和B2温室气体排放方案下全球海气耦合模式模拟结果,分析了未来半个世纪中国江淮流域夏季降水变化趋势,发现江淮流域在经历21世纪开始10年降水偏多时期后,从2010年开始该地区将经历一段降水偏少的时期,在温室气体和SO2排放量较多的A2方案下,该时期将维持较长时间.这些地区夏季降水的减少与夏季西北太平洋副热带高压环流的减弱东撤有关,由此伴随这些地区夏季风和对流层中大气上升运动的减弱,而西北太平洋副热带高压环流的减弱东撤与北太平洋海表面南高北低的温度梯度的减小有关.
中国雨日的气候变化
王颖, 施能, 顾骏强, 封国林, 张立波
2006, 30(1): 162-170. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.14
摘要:
利用1954~2000年中国160站的资料,通过计算趋势系数等现代统计诊断方法,研究了中国年、季、月雨日的时、空特征和气候变化.指出,中国年雨日已经明显减少,而且雨日的减少比降水量的减少明显得多,平均每10年减少雨日3.8天.各季的雨日都是负趋势;季雨日平均每10年减少1天左右.夏季雨日减少最明显(统计检验最显著),秋季雨日减少最多(雨日减少天数多).雨日长期趋势变化有明显的空间变化,东北、华北、西南区的雨日减少是最多的,这些地区的雨日每10年减少7~10天.雨日的长期趋势变化与降水量的长期变化并不完全一致.雨日的负趋势与降水的负趋势比较,不但范围广,而且强度大(负趋势绝对值大).中国年降水量明显的负趋势仅位于华北(34°N~38°N,109°E~122°E),而雨日减少最多的地区是东北、华北、西南,范围比降水量大得多.季雨日的长期变化与季降水量的长期变化的差别很大.中国没有一个季节、一个测站的雨日有明显的正趋势变化,但是,降水量仅在秋季是大范围的负趋势,夏季降水量有些测站是明显正趋势,冬季降水量只是小范围的负趋势(冬季的降水量在增加),在冬季,东北仅是很小范围的降水量在减少,而雨日是大范围的明显减少.
复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应
郑飞, 张镭, 朱江
2006, 30(1): 171-179. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.01.15
摘要:
作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1~0.3 K/h,使低空(25~300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08~0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500~600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右.