2005年 第10卷 第3期
2005, 10(3): 281-282.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.01
摘要:
作者对本专辑文章做了综述.第一篇文章报道并考证我们惊喜地发现了世界上最早的关于季风的文献,它是公元前23至前22世纪的帝舜<南风>歌,该歌对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响做出简明深刻的说明.其余文章探讨了季风研究中的一些新问题和新方法以及我们得到的一些新结果.包括3个方面:(1)关于季风的气候问题,如季风定义、季风指数、季风建立日期的确定、季风三维空间结构和时间演变、年际和年代际变化及其刻画等;(2)亚澳季风区的一些灾害性天气系统和过程,如我国、南亚、东南亚的暴雨,以及和越赤道气流相关联的扰动等;(3)对大气环流模式的改进和预报、预测方法的改进.如辐射、云、地表过程的计算改进和气候预测订正方法的更新等.
作者对本专辑文章做了综述.第一篇文章报道并考证我们惊喜地发现了世界上最早的关于季风的文献,它是公元前23至前22世纪的帝舜<南风>歌,该歌对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响做出简明深刻的说明.其余文章探讨了季风研究中的一些新问题和新方法以及我们得到的一些新结果.包括3个方面:(1)关于季风的气候问题,如季风定义、季风指数、季风建立日期的确定、季风三维空间结构和时间演变、年际和年代际变化及其刻画等;(2)亚澳季风区的一些灾害性天气系统和过程,如我国、南亚、东南亚的暴雨,以及和越赤道气流相关联的扰动等;(3)对大气环流模式的改进和预报、预测方法的改进.如辐射、云、地表过程的计算改进和气候预测订正方法的更新等.
2005, 10(3): 283-284.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.02
摘要:
张铭发现了世界上第一篇关于季风的文献,即见于<史记>等古籍的帝舜<南风>歌,它对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响记载和刻画得极为简明和深刻.作者对此作了详细的解读和考据.帝舜时代约为公元前23至22世纪.<南风>歌传唱于帝舜时代,经过战国时期(公元前4至前3世纪)润色而成为流传到现代的版本.<南风>歌直译成现代文是:夏季风依"时"(季节)从"南"吹来,温"熏"多雨,使农业收成丰"阜","民""财"充足,免受饥寒("解""愠").
张铭发现了世界上第一篇关于季风的文献,即见于<史记>等古籍的帝舜<南风>歌,它对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响记载和刻画得极为简明和深刻.作者对此作了详细的解读和考据.帝舜时代约为公元前23至22世纪.<南风>歌传唱于帝舜时代,经过战国时期(公元前4至前3世纪)润色而成为流传到现代的版本.<南风>歌直译成现代文是:夏季风依"时"(季节)从"南"吹来,温"熏"多雨,使农业收成丰"阜","民""财"充足,免受饥寒("解""愠").
2005, 10(3): 285-302.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.03
摘要:
将曾庆存等提出的大气环流的季节划分和计算季风的理论方法作了改进,使之更便于研究季风的建立过程.该理论方法将环流突变和季风建立时段,其"变差度"和与其前和其后场的"相似度"等由空间场的泛函随时间的变化(即数学名词上的"流"[flow])一起求出来.研究Ⅰ先分析气候平均场,Ⅱ分析各个别年份的情况及年际变化.研究Ⅰ的结果表明:(1)该方法可以客观定量地定出"突变"时段的关键日期;与季风建立过程联系,即是季风建立的"预兆日期",它比人们用天气-气候学方法(甚至用别的气象要素)定出的可以明显感觉到的或有明显实用价值的"季风来临日期"要早2至4天.(2)在北半球亚澳季风系统区域,夏季风的来临在许多关键地区伴有明显的环流突变,建立和推进者很快,但也有许多区域不表现为当地环流的突变,推进速度也慢.(3)北半球亚澳季风系统低空的热带季风分支,在6月中以前可明确区分为3个子系统,(a)西太平洋暖池和邻近低纬区域,4月中下旬建立;(b)热带东北印度洋(北界与孟加拉湾相邻,但不包括其在内)及索马里东边海洋,4月末至5月初建立;和(c)南海区域,5月上旬从南到5月下旬到北部.南海夏季风向北推进最快,于5月末候即可达北回归线附近,然后与暖池西北区域风场的突变一起,于6月中旬影响到东亚30°N区域;印度洋季风于6月初到达印度半岛东南端,然后逐渐推向印-巴次大陆.7月中以后,热带季风才连成一片,由非洲东岸直至长江下游和菲律宾附近.副热带季风分支于6月中旬可以感到其影响,于7、8月盛行于东亚和西太平洋区域,且结构和演变都比较复杂;6～7月间只表现为在(5～20°N,120～150°E)区域有强的环流突变(与副高增强并北移对应),7月中至8月底,则在上述区域和沿30°N的长江下游和日本以南的洋面上有3个强的环流突变中心(对应于副高又一次增强北移和西伸).这里暂不讨论温寒带季风分支.(4)季风具有鲜明的三度空间斜压结构,尤其是在低空季风"爆发"之前,平流层早已有强的环流突变,季节调整完成,然后突变向下延伸(虽然强度大减),跟着就有当地的低空季风"爆发"(建立).平流层和对流层环流的相互作用及其与季风建立的关系很值得进一步研究.
将曾庆存等提出的大气环流的季节划分和计算季风的理论方法作了改进,使之更便于研究季风的建立过程.该理论方法将环流突变和季风建立时段,其"变差度"和与其前和其后场的"相似度"等由空间场的泛函随时间的变化(即数学名词上的"流"[flow])一起求出来.研究Ⅰ先分析气候平均场,Ⅱ分析各个别年份的情况及年际变化.研究Ⅰ的结果表明:(1)该方法可以客观定量地定出"突变"时段的关键日期;与季风建立过程联系,即是季风建立的"预兆日期",它比人们用天气-气候学方法(甚至用别的气象要素)定出的可以明显感觉到的或有明显实用价值的"季风来临日期"要早2至4天.(2)在北半球亚澳季风系统区域,夏季风的来临在许多关键地区伴有明显的环流突变,建立和推进者很快,但也有许多区域不表现为当地环流的突变,推进速度也慢.(3)北半球亚澳季风系统低空的热带季风分支,在6月中以前可明确区分为3个子系统,(a)西太平洋暖池和邻近低纬区域,4月中下旬建立;(b)热带东北印度洋(北界与孟加拉湾相邻,但不包括其在内)及索马里东边海洋,4月末至5月初建立;和(c)南海区域,5月上旬从南到5月下旬到北部.南海夏季风向北推进最快,于5月末候即可达北回归线附近,然后与暖池西北区域风场的突变一起,于6月中旬影响到东亚30°N区域;印度洋季风于6月初到达印度半岛东南端,然后逐渐推向印-巴次大陆.7月中以后,热带季风才连成一片,由非洲东岸直至长江下游和菲律宾附近.副热带季风分支于6月中旬可以感到其影响,于7、8月盛行于东亚和西太平洋区域,且结构和演变都比较复杂;6～7月间只表现为在(5～20°N,120～150°E)区域有强的环流突变(与副高增强并北移对应),7月中至8月底,则在上述区域和沿30°N的长江下游和日本以南的洋面上有3个强的环流突变中心(对应于副高又一次增强北移和西伸).这里暂不讨论温寒带季风分支.(4)季风具有鲜明的三度空间斜压结构,尤其是在低空季风"爆发"之前,平流层早已有强的环流突变,季节调整完成,然后突变向下延伸(虽然强度大减),跟着就有当地的低空季风"爆发"(建立).平流层和对流层环流的相互作用及其与季风建立的关系很值得进一步研究.
2005, 10(3): 303-314.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.04
摘要:
将流的标准化变差度概念应用到各年南海夏季风建立研究中去,并用其作为大气环流调整的客观定量指标.用该指标定义的南海夏季风建立的预兆日期与用传统天气气候学方法确定的南海夏季风的来临日期,在绝大多数具体年份两者均很接近,故可作南海夏季风建立的先兆指标.但有一些年份,南海季风的建立不伴随着低空环流的突变过程,两种方法都可能不准确,可靠的方法也许是用场相似度作指标.此外,南海夏季风建立前,对流层顶和平流层下层就出现了环流调整,该调整为南海夏季风建立打下基础,而南海夏季风爆发则表现为低空环流的大调整.南海夏季风的爆发是高、低空全球大气环流发生显著调整的结果,并非限于南海范围局部,南海夏季风建立不能看作是发生在南海的局部现象.
将流的标准化变差度概念应用到各年南海夏季风建立研究中去,并用其作为大气环流调整的客观定量指标.用该指标定义的南海夏季风建立的预兆日期与用传统天气气候学方法确定的南海夏季风的来临日期,在绝大多数具体年份两者均很接近,故可作南海夏季风建立的先兆指标.但有一些年份,南海季风的建立不伴随着低空环流的突变过程,两种方法都可能不准确,可靠的方法也许是用场相似度作指标.此外,南海夏季风建立前,对流层顶和平流层下层就出现了环流调整,该调整为南海夏季风建立打下基础,而南海夏季风爆发则表现为低空环流的大调整.南海夏季风的爆发是高、低空全球大气环流发生显著调整的结果,并非限于南海范围局部,南海夏季风建立不能看作是发生在南海的局部现象.
2005, 10(3): 315-322.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.05
摘要:
利用多年南亚夏季风建立前后的降水量资料计算和分析了全球和印度次大陆的气候降水变差度.在4～6月份全球该变差度先增加再减少,5月份达到峰值,这具体反映了由冬到夏的季节转换过程,5月份处于明显的季节转换之中.印度次大陆东岸和孟加拉国该变差度增幅剧烈是南亚夏季风建立的预兆.南亚夏季风与索马里急流和80～90°E的越赤道气流密不可分,该夏季风的建立与一周左右南半球高纬流场的失稳也有密切关系.该变差度可客观定量的诊断季节变化和夏季风建立的时间,是一个好用的气候诊断工具.
利用多年南亚夏季风建立前后的降水量资料计算和分析了全球和印度次大陆的气候降水变差度.在4～6月份全球该变差度先增加再减少,5月份达到峰值,这具体反映了由冬到夏的季节转换过程,5月份处于明显的季节转换之中.印度次大陆东岸和孟加拉国该变差度增幅剧烈是南亚夏季风建立的预兆.南亚夏季风与索马里急流和80～90°E的越赤道气流密不可分,该夏季风的建立与一周左右南半球高纬流场的失稳也有密切关系.该变差度可客观定量的诊断季节变化和夏季风建立的时间,是一个好用的气候诊断工具.
2005, 10(3): 323-332.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.06
摘要:
季风环流可以分解为经向环流和纬向环流.使用NCEP和ECMWF再分析资料,计算亚洲季风区的经向动量环流和纬向动量环流强度的季节内和年际变化,结果表明:对于南亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风,其各自的经向环流和纬向环流的季节内变化和年际变化存在着相当的联系,尤其东南亚-西太平洋夏季风.但南亚夏季风的经向环流和纬向环流的年际变化在不同月份有着不同的关系.对于东亚夏季风,经向环流和纬向环流变化之间的相关在季节内尺度上是线性独立的,而在年际尺度上存在一定的联系.作者指出:这种大尺度上的联系是通过科里奥利力发生作用,并且受热源调节的.同时局地的对流和辐射相互作用则在某种程度上削弱这种联系,导致在不同月份相关程度有所不同.从各季风系统的经向环流之间或纬向环流之间的线性相关看,南亚夏季风,东亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风是相互独立的系统.计算表明,Webster-Yang和Wang-Fan分别提出的南亚夏季风指数在描述纬向环流年际变化上较好,而在经向上勉强令人满意.Wang-Fan提出的描述东南亚-西太平洋夏季风指数,则较好地表示了该区域的经向和纬向环流的年际变化.Goswami提出的季风Hadley环流指数,以及郭其蕴、施能等提出的东亚夏季风指数则较好地描述了相应区域的经向环流圈年际变化,却无法描述相应的纬向环流圈的年际变化.通过计算还表明,NCEP再分析资料和ECMWF再分析资料在1968年以前的南亚季风区和东亚季风区存在着较大的差异.用NCEP再分析资料计算东亚季风区和南亚季风区经向动量环流圈的变率在20世纪60年代较ECMWF的偏大.用NCEP再分析资料计算施能等定义的东亚季风区指数,也较使用ECMWF再分析资料、UCAR的DS010.1及CRU的北半球海平面气压资料计算的偏大.
季风环流可以分解为经向环流和纬向环流.使用NCEP和ECMWF再分析资料,计算亚洲季风区的经向动量环流和纬向动量环流强度的季节内和年际变化,结果表明:对于南亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风,其各自的经向环流和纬向环流的季节内变化和年际变化存在着相当的联系,尤其东南亚-西太平洋夏季风.但南亚夏季风的经向环流和纬向环流的年际变化在不同月份有着不同的关系.对于东亚夏季风,经向环流和纬向环流变化之间的相关在季节内尺度上是线性独立的,而在年际尺度上存在一定的联系.作者指出:这种大尺度上的联系是通过科里奥利力发生作用,并且受热源调节的.同时局地的对流和辐射相互作用则在某种程度上削弱这种联系,导致在不同月份相关程度有所不同.从各季风系统的经向环流之间或纬向环流之间的线性相关看,南亚夏季风,东亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风是相互独立的系统.计算表明,Webster-Yang和Wang-Fan分别提出的南亚夏季风指数在描述纬向环流年际变化上较好,而在经向上勉强令人满意.Wang-Fan提出的描述东南亚-西太平洋夏季风指数,则较好地表示了该区域的经向和纬向环流的年际变化.Goswami提出的季风Hadley环流指数,以及郭其蕴、施能等提出的东亚夏季风指数则较好地描述了相应区域的经向环流圈年际变化,却无法描述相应的纬向环流圈的年际变化.通过计算还表明,NCEP再分析资料和ECMWF再分析资料在1968年以前的南亚季风区和东亚季风区存在着较大的差异.用NCEP再分析资料计算东亚季风区和南亚季风区经向动量环流圈的变率在20世纪60年代较ECMWF的偏大.用NCEP再分析资料计算施能等定义的东亚季风区指数,也较使用ECMWF再分析资料、UCAR的DS010.1及CRU的北半球海平面气压资料计算的偏大.
2005, 10(3): 333-341.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.07
摘要:
计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度.指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关.绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变.季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度.最后分析指出,南海850hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化.
计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度.指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关.绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变.季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度.最后分析指出,南海850hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化.
2005, 10(3): 342-350.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.08
摘要:
采用1948～2004年共57年NCEP再分析逐日风场资料,分3个气候时段对全球季风系统的稳定性与年代际变化作了初步研究.发现全球季风系统的地理分布和斜压结构具有很好的稳定性,但强度存在明显的年代际变化.季风的年代际变化以强度的局域振荡和持续加强或减弱为主要形式,不具有传播性.不同高度季风年代际变化的敏感区不同,在对流层低层主要的年代际变化位于北半球中的东半球;而在对流层高层则位于西半球热带地区;在平流层则在环球的两个纬带(20～40°N和赤道带).
采用1948～2004年共57年NCEP再分析逐日风场资料,分3个气候时段对全球季风系统的稳定性与年代际变化作了初步研究.发现全球季风系统的地理分布和斜压结构具有很好的稳定性,但强度存在明显的年代际变化.季风的年代际变化以强度的局域振荡和持续加强或减弱为主要形式,不具有传播性.不同高度季风年代际变化的敏感区不同,在对流层低层主要的年代际变化位于北半球中的东半球;而在对流层高层则位于西半球热带地区;在平流层则在环球的两个纬带(20～40°N和赤道带).
2005, 10(3): 351-365.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.09
摘要:
作者按曾庆存等所定义的标准化风场季节变率(和利用新的资料重新作了计算,为与国外传统的和至今大多数学者的定义一致,取δ*=δ-2＞0(即冬、夏风向差大于π/2)作为季风区,结果涵盖了迄今国内外所指出的全球所有季风区(但比曾庆存等算得的区域略为小些),尤其是热带季风区正处于冬季和夏季赤道幅合带(ITCZ)位置所夹的范围内.其后,用李建平和曾庆存建议的动态风场标准化季节变率δ*m=δm-2(δm形式上与δ相似,但依赖于年份m)作为各年季风指数,计算了各主要季风区区域平均的δ*m的年际变化,得到南亚夏季风和东亚夏季风自20世纪70年代中期起、南海夏季风自20世纪80年代起和西非夏季风自1967年起都有不同程度的长期减弱趋势,尤其以西非夏季风减弱最明显.西非夏季风指数和南亚夏季风指数与当地夏季雨量呈显著正相关,东亚夏季风指数与中国和东亚夏季雨量的空间分布有一定的统计相关结构,而南海夏季风指数则与全球各海区夏季降水和海平面气压异常有较好的大范围统计相关.
作者按曾庆存等所定义的标准化风场季节变率(和利用新的资料重新作了计算,为与国外传统的和至今大多数学者的定义一致,取δ*=δ-2＞0(即冬、夏风向差大于π/2)作为季风区,结果涵盖了迄今国内外所指出的全球所有季风区(但比曾庆存等算得的区域略为小些),尤其是热带季风区正处于冬季和夏季赤道幅合带(ITCZ)位置所夹的范围内.其后,用李建平和曾庆存建议的动态风场标准化季节变率δ*m=δm-2(δm形式上与δ相似,但依赖于年份m)作为各年季风指数,计算了各主要季风区区域平均的δ*m的年际变化,得到南亚夏季风和东亚夏季风自20世纪70年代中期起、南海夏季风自20世纪80年代起和西非夏季风自1967年起都有不同程度的长期减弱趋势,尤其以西非夏季风减弱最明显.西非夏季风指数和南亚夏季风指数与当地夏季雨量呈显著正相关,东亚夏季风指数与中国和东亚夏季雨量的空间分布有一定的统计相关结构,而南海夏季风指数则与全球各海区夏季降水和海平面气压异常有较好的大范围统计相关.
2005, 10(3): 366-376.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.10
摘要:
作者对南亚(印度)夏季风爆发作了统计动力分析,即将南亚夏季风爆发前后的高低层风场看作一个整体,并以南亚夏季风爆发日为基准,作了经验正交函数(矢量)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了季风爆发前后大规模的风系变化,其时间系数直接体现了南亚夏季风的爆发,在爆发日前后该模态反映的偏差风系有剧烈变化,这表明季风爆发时大气环流有突变发生;第二模态反映了具有5～7天振荡周期的中纬天气尺度波系及其对低纬季风区的影响;第三模态反映了热带、副热带地区呈准双周振荡的低频扰动.
作者对南亚(印度)夏季风爆发作了统计动力分析,即将南亚夏季风爆发前后的高低层风场看作一个整体,并以南亚夏季风爆发日为基准,作了经验正交函数(矢量)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了季风爆发前后大规模的风系变化,其时间系数直接体现了南亚夏季风的爆发,在爆发日前后该模态反映的偏差风系有剧烈变化,这表明季风爆发时大气环流有突变发生;第二模态反映了具有5～7天振荡周期的中纬天气尺度波系及其对低纬季风区的影响;第三模态反映了热带、副热带地区呈准双周振荡的低频扰动.
2005, 10(3): 377-386.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.11
摘要:
作者对南海季风爆发作了统计动力分析,即将南海季风爆发前后的高低层风场看成一个整体,并以南海季风爆发日为基准,对风场作了经验正交函数(EOF)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了高低层东亚夏季风环流在南海季风爆发日前后有剧烈变化,这直接体现了南海季风的爆发,并表明此时大气环流有突变发生;第二、三模态则分别反映了具有5～7天振荡周期的中高纬大气长波活动和亚洲季风区中准双周低频振荡的主要活动区,以及中低纬度大气环流的相互作用;第二模态体现了偏差风场的幅散风部分而第三模态则体现了旋转风部分.
作者对南海季风爆发作了统计动力分析,即将南海季风爆发前后的高低层风场看成一个整体,并以南海季风爆发日为基准,对风场作了经验正交函数(EOF)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了高低层东亚夏季风环流在南海季风爆发日前后有剧烈变化,这直接体现了南海季风的爆发,并表明此时大气环流有突变发生;第二、三模态则分别反映了具有5～7天振荡周期的中高纬大气长波活动和亚洲季风区中准双周低频振荡的主要活动区,以及中低纬度大气环流的相互作用;第二模态体现了偏差风场的幅散风部分而第三模态则体现了旋转风部分.
2005, 10(3): 387-400.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.12
摘要:
作者对热带印度洋上层洋流作了空间的三维经验正交函数(EOF)分析,揭示其与印度洋偶极子和ENSO循环的关系.结果表明:热带印度洋上层流场偏差的前3个三维模态都具有赤道俘获波的性质,第一、二、三模态均具有2～4年的准周期,第一、三模态分别对应于第一、二类印度洋偶极子模态,第二模态则是ENSO在印度洋的延伸模态.由三维EOF各模态可直接计算各模态的垂直速度场.印度洋海温的年际变化主要取决于印度洋地区的海气耦合状态,然而ENSO循环也有很大影响,其影响也许是通过沃克环流的啮合作用来实现的.
作者对热带印度洋上层洋流作了空间的三维经验正交函数(EOF)分析,揭示其与印度洋偶极子和ENSO循环的关系.结果表明:热带印度洋上层流场偏差的前3个三维模态都具有赤道俘获波的性质,第一、二、三模态均具有2～4年的准周期,第一、三模态分别对应于第一、二类印度洋偶极子模态,第二模态则是ENSO在印度洋的延伸模态.由三维EOF各模态可直接计算各模态的垂直速度场.印度洋海温的年际变化主要取决于印度洋地区的海气耦合状态,然而ENSO循环也有很大影响,其影响也许是通过沃克环流的啮合作用来实现的.
2005, 10(3): 401-408.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.13
摘要:
南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.
南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.
2005, 10(3): 409-420.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.14
摘要:
通过利用地理信息数据库、卫星反演参数、气象观测数据,分析了我国青藏高原地区地表植被覆盖、地表反照率分布、地表蒸发分布、地表积雪分布.结果显示,随着青藏高原地表年平均气温的显著升高,青藏高原部分区域地表覆盖特征也发生了改变.在青藏高原南缘湿润大区降水充分地区,地表反照率相对较低,潜热蒸发量最大,1982～2000年期间地表植被覆盖呈明显增加趋势.青藏高原地区积雪覆盖在各个气候区域也呈现同步变化特征,自1970～1989期间,降雪量呈持续增加趋势,但之后至2000年期间,全区降雪量呈下降趋势,其中积雪覆盖变化最强烈的时段发生在10月～4月之间,变化幅度最大的区域位于青藏高原的东南部区域.
通过利用地理信息数据库、卫星反演参数、气象观测数据,分析了我国青藏高原地区地表植被覆盖、地表反照率分布、地表蒸发分布、地表积雪分布.结果显示,随着青藏高原地表年平均气温的显著升高,青藏高原部分区域地表覆盖特征也发生了改变.在青藏高原南缘湿润大区降水充分地区,地表反照率相对较低,潜热蒸发量最大,1982～2000年期间地表植被覆盖呈明显增加趋势.青藏高原地区积雪覆盖在各个气候区域也呈现同步变化特征,自1970～1989期间,降雪量呈持续增加趋势,但之后至2000年期间,全区降雪量呈下降趋势,其中积雪覆盖变化最强烈的时段发生在10月～4月之间,变化幅度最大的区域位于青藏高原的东南部区域.
2005, 10(3): 421-429.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.15
摘要:
选取1985年和1988年这两个东亚和西太平洋地区月平均流场差异很大的年份,研究30～60天低频振荡的传播及其与月平均基流的相互作用.结果表明:在这两年,东亚和西太平洋地区的30～60天低频振荡受到两支低频涡旋的影响,其中一支来源于热带东印度洋,另一支源自中太平洋.在大部分时间里,这两支低频涡旋相遇于20～30°N地区,并影响到该地区位势高度场的变化.当低频气旋(反气旋)移经西太平洋的时候,该地区的位势高度场相应地降低(升高).另一方面,该地区的30～60天振荡还有着显著的年际差异.1985年的波列活动显著,中高纬低频涡旋南移至日本南部洋面.与1985年不同的是,虽然1988年的波列活动不明显,但中高纬的低频涡旋可向南传播至南海地区.从30～60天振荡和月平均基流的动能和有效位能相互转换来看,正压过程、湿斜压过程和干斜压过程的值相当,因而上述3种过程均有可能起主导作用.但转换强度存在年际差异,1985年的值远比1988年的大.研究还表明,暖池地区的30～60天振荡向月平均基流输送能量,中高纬地区的30～60天振荡则从月平均基流获取能量.
选取1985年和1988年这两个东亚和西太平洋地区月平均流场差异很大的年份,研究30～60天低频振荡的传播及其与月平均基流的相互作用.结果表明:在这两年,东亚和西太平洋地区的30～60天低频振荡受到两支低频涡旋的影响,其中一支来源于热带东印度洋,另一支源自中太平洋.在大部分时间里,这两支低频涡旋相遇于20～30°N地区,并影响到该地区位势高度场的变化.当低频气旋(反气旋)移经西太平洋的时候,该地区的位势高度场相应地降低(升高).另一方面,该地区的30～60天振荡还有着显著的年际差异.1985年的波列活动显著,中高纬低频涡旋南移至日本南部洋面.与1985年不同的是,虽然1988年的波列活动不明显,但中高纬的低频涡旋可向南传播至南海地区.从30～60天振荡和月平均基流的动能和有效位能相互转换来看,正压过程、湿斜压过程和干斜压过程的值相当,因而上述3种过程均有可能起主导作用.但转换强度存在年际差异,1985年的值远比1988年的大.研究还表明,暖池地区的30～60天振荡向月平均基流输送能量,中高纬地区的30～60天振荡则从月平均基流获取能量.
2005, 10(3): 430-442.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.16
摘要:
利用按谱函数展开的方法,计算和分析了正压球面Rossby波的连续谱和离散谱的波包结构、演变和传播特征,发现无论是结构、演变还是传播,连续谱波包和离散谱波包都很不相同.连续谱波包的传播速度不仅大小而且方向都随纬度变化;离散谱波包的传播速度只有大小随纬度变化,其方向在任何纬度上都是向西的.连续谱的波包和离散谱的波包在初始时刻虽然都表现为子午圈上不规则的波动,但随着时间的增加,二者的变化规律不同,连续谱的波包具有局部特征,主要表现在两个半球的中高纬地区,且随时间振幅迅速衰减;而离散谱的波包具有全球性质.将二者与整个扰动波包进行比较,发现:在中高纬度地区,连续谱波包的结构与扰动波包的结构相似,而在赤道地区,离散谱的波包与扰动波包相似.
利用按谱函数展开的方法,计算和分析了正压球面Rossby波的连续谱和离散谱的波包结构、演变和传播特征,发现无论是结构、演变还是传播,连续谱波包和离散谱波包都很不相同.连续谱波包的传播速度不仅大小而且方向都随纬度变化;离散谱波包的传播速度只有大小随纬度变化,其方向在任何纬度上都是向西的.连续谱的波包和离散谱的波包在初始时刻虽然都表现为子午圈上不规则的波动,但随着时间的增加,二者的变化规律不同,连续谱的波包具有局部特征,主要表现在两个半球的中高纬地区,且随时间振幅迅速衰减;而离散谱的波包具有全球性质.将二者与整个扰动波包进行比较,发现:在中高纬度地区,连续谱波包的结构与扰动波包的结构相似,而在赤道地区,离散谱的波包与扰动波包相似.
2005, 10(3): 443-459.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.17
摘要:
2001年5月云南除东北部的昭通地区外,先后出现了1949年以来罕见的大雨、暴雨和连阴雨天气过程,其中以5月30日1200 UTC～6月2日1200 UTC的暴雨过程最强.本文采用常规资料、加密的降水和卫星资料对其进行了分析.结果表明,此次强降水过程是在有利的环流背景下,由中尺度系统造成的.云南有着特殊的地理位置和气候条件,其降水过程与我国的东部及华南沿海大不相同,主要结果如下:1)印缅槽与东亚冷槽的相互作用,有利于西南地区暴雨的发生.2)低空急流的产生和加强与暴雨之间存在一定的关系,它不但为暴雨提供了丰富的水汽,还有可能造成位势不稳定层结,且急流上扰动可诱使对流不稳定发展,致使强降水的发生.3)在有利的大尺度背景下产生的近地层中尺度辐合线以及它们之间的相互作用是产生此次强降水的重要系统,这类辐合线与我国东部的降水系统有很大的不同,与云南的地形特点密切相关.4)云南及其周边的特殊地形为此次强降水的产生提供了帮助.雨团大部分在原地生消,移动较少,形成了两个少动的雨强中心,中尺度对流云团的产生和发展与中尺度辐合线相交区关系密切.5)对降水区三维结构的分析表明,中尺度对流系统强烈发展区的低层为强辐合、正相对涡度,高层为强辐散、负相对涡度;存在整体的上升气柱,并在其左右两侧为下沉气流,且此气柱是高湿、低层存在对流性不稳定.6)对水汽来源和收支分析表明,这次云南强降水的水汽可能主要来自于孟加拉湾.
2001年5月云南除东北部的昭通地区外,先后出现了1949年以来罕见的大雨、暴雨和连阴雨天气过程,其中以5月30日1200 UTC～6月2日1200 UTC的暴雨过程最强.本文采用常规资料、加密的降水和卫星资料对其进行了分析.结果表明,此次强降水过程是在有利的环流背景下,由中尺度系统造成的.云南有着特殊的地理位置和气候条件,其降水过程与我国的东部及华南沿海大不相同,主要结果如下:1)印缅槽与东亚冷槽的相互作用,有利于西南地区暴雨的发生.2)低空急流的产生和加强与暴雨之间存在一定的关系,它不但为暴雨提供了丰富的水汽,还有可能造成位势不稳定层结,且急流上扰动可诱使对流不稳定发展,致使强降水的发生.3)在有利的大尺度背景下产生的近地层中尺度辐合线以及它们之间的相互作用是产生此次强降水的重要系统,这类辐合线与我国东部的降水系统有很大的不同,与云南的地形特点密切相关.4)云南及其周边的特殊地形为此次强降水的产生提供了帮助.雨团大部分在原地生消,移动较少,形成了两个少动的雨强中心,中尺度对流云团的产生和发展与中尺度辐合线相交区关系密切.5)对降水区三维结构的分析表明,中尺度对流系统强烈发展区的低层为强辐合、正相对涡度,高层为强辐散、负相对涡度;存在整体的上升气柱,并在其左右两侧为下沉气流,且此气柱是高湿、低层存在对流性不稳定.6)对水汽来源和收支分析表明,这次云南强降水的水汽可能主要来自于孟加拉湾.
2005, 10(3): 460-473.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.18
摘要:
2001年和2005年的5月云南分别出现了严重的洪涝和干旱天气.通过分析研究表明,这两年在大尺度环流形势、季风爆发的早晚和强弱以及ENSO背景的影响等方面都有着显著的不同.2001年5月对流层中层的东亚槽位置偏西且强度偏强,同时南支槽稳定维持且较强,致使冷暖空气易于在云南地区交汇,这可能是在该地区产生较强降水的主要环流形势,而2005年5月东亚槽位置偏东,南支槽较弱,致使云南地区几乎没有水汽来源和缺乏冷暖空气的交汇,这是产生干旱的主要环流形势;同时南海季风爆发的早晚和强弱与云南5月降水也有着较好的关系,2001年5月南海季风爆发偏早且强度偏强,而2005年5月南海季风爆发偏晚且强度偏弱,这两年5月的降水差异较大;对水汽分布的分析还表明,2001年5月云南地区为水汽辐合区,且较常年平均偏大,水汽通量为西南向,且强度较强.而2005年5月云南为水汽辐散区,孟加拉湾的水汽向东进入南海,云南地区非常干燥;从ENSO大背景对其影响的分析可知,2001年5月的洪涝和2005年5月的干旱与这两年的前期海温变化似乎也存在一定的联系.
2001年和2005年的5月云南分别出现了严重的洪涝和干旱天气.通过分析研究表明,这两年在大尺度环流形势、季风爆发的早晚和强弱以及ENSO背景的影响等方面都有着显著的不同.2001年5月对流层中层的东亚槽位置偏西且强度偏强,同时南支槽稳定维持且较强,致使冷暖空气易于在云南地区交汇,这可能是在该地区产生较强降水的主要环流形势,而2005年5月东亚槽位置偏东,南支槽较弱,致使云南地区几乎没有水汽来源和缺乏冷暖空气的交汇,这是产生干旱的主要环流形势;同时南海季风爆发的早晚和强弱与云南5月降水也有着较好的关系,2001年5月南海季风爆发偏早且强度偏强,而2005年5月南海季风爆发偏晚且强度偏弱,这两年5月的降水差异较大;对水汽分布的分析还表明,2001年5月云南地区为水汽辐合区,且较常年平均偏大,水汽通量为西南向,且强度较强.而2005年5月云南为水汽辐散区,孟加拉湾的水汽向东进入南海,云南地区非常干燥;从ENSO大背景对其影响的分析可知,2001年5月的洪涝和2005年5月的干旱与这两年的前期海温变化似乎也存在一定的联系.
2005, 10(3): 474-491.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.19
摘要:
使用1998年海峡两岸及其临近地区暴雨试验(HUAMEX)和南海季风试验(SCSMEX)提供的加密观测资料,对1998年6月6～11日间影响台湾地区的降水系统进行了分析.发现,这段时间内影响台湾地区降水的中尺度系统大部分来自海上,主要由台湾的西南部或东南部进入台湾地区,还有少量影响台湾地区的降水系统来自台湾的西北端,弱冷锋的存在为台湾附近中尺度系统的发生发展提供了有利的背景场;低空急流对水汽输送和低层动力辐合有重要贡献,中尺度地形的影响不可忽视;上述条件形成了有利于此次台湾强降水特有的环境,这与TAMEX期间的某些个例有明显的差异.作者集中对引发6月7～8日台湾地区大暴雨的中尺度系统的特征进行了深入分析,表明:此次强降水过程为一系列β中尺度系统所致,其生命史大约为3～8h,水平尺度为20～150 km;对流层中低层风场扰动是中尺度系统可能的触发机制之一.每小时地面资料的分析表明,强降水发生期间,地面南风分量、地面湿度等均明显增加,表现出明显的β中尺度特征.
使用1998年海峡两岸及其临近地区暴雨试验(HUAMEX)和南海季风试验(SCSMEX)提供的加密观测资料,对1998年6月6～11日间影响台湾地区的降水系统进行了分析.发现,这段时间内影响台湾地区降水的中尺度系统大部分来自海上,主要由台湾的西南部或东南部进入台湾地区,还有少量影响台湾地区的降水系统来自台湾的西北端,弱冷锋的存在为台湾附近中尺度系统的发生发展提供了有利的背景场;低空急流对水汽输送和低层动力辐合有重要贡献,中尺度地形的影响不可忽视;上述条件形成了有利于此次台湾强降水特有的环境,这与TAMEX期间的某些个例有明显的差异.作者集中对引发6月7～8日台湾地区大暴雨的中尺度系统的特征进行了深入分析,表明:此次强降水过程为一系列β中尺度系统所致,其生命史大约为3～8h,水平尺度为20～150 km;对流层中低层风场扰动是中尺度系统可能的触发机制之一.每小时地面资料的分析表明,强降水发生期间,地面南风分量、地面湿度等均明显增加,表现出明显的β中尺度特征.
2005, 10(3): 492-506.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.20
摘要:
首先对1960～1999年的华北夏季暴雨过程进行了统计分析,之后,又进一步对1990～1999年造成夏季特大暴雨过程的天气形势进行了分型研究.结果表明,从20世纪60年代到90年代夏季每10年发生的暴雨和大暴雨次数基本相当,40年中山西和河北的北部暴雨发生次数在20次以上,沿海地区暴雨发生次数为60～100次.1990～1999年的6～8月华北地区发生大暴雨共39天,大体可分为5型:1型为台风与低槽(低涡)远距离相互作用;2型为低涡(登陆台风)与西风槽相互作用;3型为登陆台风北上受高压阻挡停滞;4型为低涡暴雨;5型为暖切变暴雨.其中,台风和低涡是主要影响系统.最后,对北京夏季的暴雨过程也进行了统计和分型研究.40年中有7年未发生暴雨,而最多的年份发生了5次,存在很明显的年变化.研究表明,尽管北京暴雨具有华北暴雨的共同特征,但也有北京地区的特点,如以暴雨频次而言,最多的是低涡暴雨,其次是台风与低槽(低涡)相互作用型.另外,低槽冷锋暴雨也是一类值得关注的系统.
首先对1960～1999年的华北夏季暴雨过程进行了统计分析,之后,又进一步对1990～1999年造成夏季特大暴雨过程的天气形势进行了分型研究.结果表明,从20世纪60年代到90年代夏季每10年发生的暴雨和大暴雨次数基本相当,40年中山西和河北的北部暴雨发生次数在20次以上,沿海地区暴雨发生次数为60～100次.1990～1999年的6～8月华北地区发生大暴雨共39天,大体可分为5型:1型为台风与低槽(低涡)远距离相互作用;2型为低涡(登陆台风)与西风槽相互作用;3型为登陆台风北上受高压阻挡停滞;4型为低涡暴雨;5型为暖切变暴雨.其中,台风和低涡是主要影响系统.最后,对北京夏季的暴雨过程也进行了统计和分型研究.40年中有7年未发生暴雨,而最多的年份发生了5次,存在很明显的年变化.研究表明,尽管北京暴雨具有华北暴雨的共同特征,但也有北京地区的特点,如以暴雨频次而言,最多的是低涡暴雨,其次是台风与低槽(低涡)相互作用型.另外,低槽冷锋暴雨也是一类值得关注的系统.
2005, 10(3): 507-525.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.21
摘要:
作者对2005年1月初北半球一次强冷空气爆发、越过赤道并影响南半球天气作了较深入的分析.此次冷空气活动引发了东亚的寒潮和大风降温;跨越赤道,在那里形成强烈扰动和强对流天气;并进入南半球,在澳大利亚夏季风槽中激发了强的对流活动,使季风低压发展增强,达到了热带气旋的强度;该热带低压又正好处于南半球中高纬西风槽前,沿槽前西北气流向南深入内陆,在澳大利亚的西澳、北澳和昆士兰等州引发了强降水,进一步确认了我国学者李宪之早在上世纪30年代提出的冬半球强冷空气爆发可以越过赤道并激发夏半球对流活动与热带气旋这一精辟的观点.此外,还揭示出冷空气活动使Hadley环流增强,利于冬季风维持.最后提出了伴有强烈扰动的冬季风环流系统的模型.
作者对2005年1月初北半球一次强冷空气爆发、越过赤道并影响南半球天气作了较深入的分析.此次冷空气活动引发了东亚的寒潮和大风降温;跨越赤道,在那里形成强烈扰动和强对流天气;并进入南半球,在澳大利亚夏季风槽中激发了强的对流活动,使季风低压发展增强,达到了热带气旋的强度;该热带低压又正好处于南半球中高纬西风槽前,沿槽前西北气流向南深入内陆,在澳大利亚的西澳、北澳和昆士兰等州引发了强降水,进一步确认了我国学者李宪之早在上世纪30年代提出的冬半球强冷空气爆发可以越过赤道并激发夏半球对流活动与热带气旋这一精辟的观点.此外,还揭示出冷空气活动使Hadley环流增强,利于冬季风维持.最后提出了伴有强烈扰动的冬季风环流系统的模型.
2005, 10(3): 526-542.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.22
摘要:
对2003年夏季风期间,7月24～28日印度季风槽内季风低压发展西移与阿拉伯海中尺度低压合并引发南亚的一次大暴雨过程进行了诊断分析,探讨了印度季风槽、季风低压的三维结构以及低压区域的涡度、水汽收支.揭示和确认了一些事实:1)印度季风槽区对流层中下层存在明显的风场切变,槽区高温高湿,为单一性质的热带气团,低层为对流不稳定,槽区对应正涡度区;2)季风低压是一较深厚系统.动力结构为低层正涡度,高层负涡度,低层辐合,高层辐散.其西移速度约500 km·d.季风低压北侧整层为深厚的东风,南侧在对流层中低层为西风,在高层为东风.热力结构在低层(700～800 hPa)间存在弱冷区,而中高层几乎为暖心结构.低压对应高湿区,低压中心西侧整层为相对湿度大值区;3)季风低压的发展过程中,低层的辐合场制造正涡度,促进低压的发展;4)低压区水汽强烈辐合,西边界输入量最大.在此研究工作的基础上,作者还比较了夏季风期间南亚印度季风槽和东亚梅雨锋系统的异同.
对2003年夏季风期间,7月24～28日印度季风槽内季风低压发展西移与阿拉伯海中尺度低压合并引发南亚的一次大暴雨过程进行了诊断分析,探讨了印度季风槽、季风低压的三维结构以及低压区域的涡度、水汽收支.揭示和确认了一些事实:1)印度季风槽区对流层中下层存在明显的风场切变,槽区高温高湿,为单一性质的热带气团,低层为对流不稳定,槽区对应正涡度区;2)季风低压是一较深厚系统.动力结构为低层正涡度,高层负涡度,低层辐合,高层辐散.其西移速度约500 km·d.季风低压北侧整层为深厚的东风,南侧在对流层中低层为西风,在高层为东风.热力结构在低层(700～800 hPa)间存在弱冷区,而中高层几乎为暖心结构.低压对应高湿区,低压中心西侧整层为相对湿度大值区;3)季风低压的发展过程中,低层的辐合场制造正涡度,促进低压的发展;4)低压区水汽强烈辐合,西边界输入量最大.在此研究工作的基础上,作者还比较了夏季风期间南亚印度季风槽和东亚梅雨锋系统的异同.
2005, 10(3): 543-559.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.23
摘要:
冰云和水云对短波辐射性质(消光系数、单次散射反照率及不对称因子)的影响很不相同,应分别计算.Fu-Liou短波辐射方案(以下称Fu-Liou code)就是对冰云和水云分别采用了不同的参数化方案,云的短波辐射性质直接由云的物理性质来确定.因此,Fu-Liou code在云的处理方面物理意义更清晰且很合理.作者将Fu-Liou code引入IAP AGCM-Ⅱ中,称为Version 2.对当代气候场的模拟结果表明,Version2的各个物理过程是协调匹配的,且其对气候场的模拟性能是好的,从而为进一步改进IAP AGCM的短波辐射方案提供了很好的模式基础.
冰云和水云对短波辐射性质(消光系数、单次散射反照率及不对称因子)的影响很不相同,应分别计算.Fu-Liou短波辐射方案(以下称Fu-Liou code)就是对冰云和水云分别采用了不同的参数化方案,云的短波辐射性质直接由云的物理性质来确定.因此,Fu-Liou code在云的处理方面物理意义更清晰且很合理.作者将Fu-Liou code引入IAP AGCM-Ⅱ中,称为Version 2.对当代气候场的模拟结果表明,Version2的各个物理过程是协调匹配的,且其对气候场的模拟性能是好的,从而为进一步改进IAP AGCM的短波辐射方案提供了很好的模式基础.
2005, 10(3): 560-573.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.24
摘要:
在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3).数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征.Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1).此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化.可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础.本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力.
在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3).数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征.Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1).此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化.可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础.本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力.
2005, 10(3): 574-587.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.25
摘要:
利用ISCCP的云不均匀性资料,探讨了云不均匀性在AGCM中的作用,分别考查了不均匀云光学厚度的贡献、单次散射反照率和不对称因子的贡献,以及3个因子的总贡献.研究表明,考虑云不均匀性效应后,AGCM模拟的气候场有着较为明显的变化.由于不均匀云光学厚度对短波辐射场的贡献与不均匀云单次散射反照率和不对称因子这两个因子对短波辐射场的作用基本上是相反的,从而造成同时考虑3个因子作用时,云的不均匀性效应对辐射场的直接作用很小,但可通过云水场的改变来间接影响辐射场.研究清楚地显示了云-辐射相互作用的复杂性,云的全面正确处理对模式模拟能力的提高非常重要.
利用ISCCP的云不均匀性资料,探讨了云不均匀性在AGCM中的作用,分别考查了不均匀云光学厚度的贡献、单次散射反照率和不对称因子的贡献,以及3个因子的总贡献.研究表明,考虑云不均匀性效应后,AGCM模拟的气候场有着较为明显的变化.由于不均匀云光学厚度对短波辐射场的贡献与不均匀云单次散射反照率和不对称因子这两个因子对短波辐射场的作用基本上是相反的,从而造成同时考虑3个因子作用时,云的不均匀性效应对辐射场的直接作用很小,但可通过云水场的改变来间接影响辐射场.研究清楚地显示了云-辐射相互作用的复杂性,云的全面正确处理对模式模拟能力的提高非常重要.
2005, 10(3): 588-603.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.26
摘要:
利用ISCCP D1、D2和ECMWF再分析资料,选取1998年1月和7月进行个例分析,得到以下结论:1)高云和垂直速度的关系密切.从月平均来看,南北半球的冬夏变化呈现出明显的不对称.热带1月份的云区和上升区集中在赤道以南,呈带状分布,其中南非及相邻的西印度洋、120°E～120°W的赤道太平洋、赤道与30°S之间的南美大陆为3个主要区域;7月份云区和上升区移至赤道以北,以块状分布为主,尤其是印度洋、西太平洋的热带地区、亚洲季风区和副热带高压中心的西部形成一个大范围的闭合块状区域.2)不同类型的高云在热带和热带外地区的云顶高度是不一样的:在热带地区,深对流云、卷层云和卷云的云顶高度在180 hPa和310hPa之间;在副热带和中高纬度的绝大部分地区,卷云的云顶高度在180 hPa和310 hPa之间,而卷层云、深对流云的则在310hPa到440 hPa之间.3)不同类型的高云与相应的垂直速度的逐日变化既十分密切又各有不同,其中深对流云和垂直速度、卷层云和深对流云的同步性较好,并且卷层云和卷云可以独立于深对流云而在局地产生,这与热带高云产生于深对流云的经典观点不同;此外,在热带地区呈现低频变化的特征,这表明在大气环流模式中改进高云的模拟能力可能会提高对大气低频振荡的模拟能力.
利用ISCCP D1、D2和ECMWF再分析资料,选取1998年1月和7月进行个例分析,得到以下结论:1)高云和垂直速度的关系密切.从月平均来看,南北半球的冬夏变化呈现出明显的不对称.热带1月份的云区和上升区集中在赤道以南,呈带状分布,其中南非及相邻的西印度洋、120°E～120°W的赤道太平洋、赤道与30°S之间的南美大陆为3个主要区域;7月份云区和上升区移至赤道以北,以块状分布为主,尤其是印度洋、西太平洋的热带地区、亚洲季风区和副热带高压中心的西部形成一个大范围的闭合块状区域.2)不同类型的高云在热带和热带外地区的云顶高度是不一样的:在热带地区,深对流云、卷层云和卷云的云顶高度在180 hPa和310hPa之间;在副热带和中高纬度的绝大部分地区,卷云的云顶高度在180 hPa和310 hPa之间,而卷层云、深对流云的则在310hPa到440 hPa之间.3)不同类型的高云与相应的垂直速度的逐日变化既十分密切又各有不同,其中深对流云和垂直速度、卷层云和深对流云的同步性较好,并且卷层云和卷云可以独立于深对流云而在局地产生,这与热带高云产生于深对流云的经典观点不同;此外,在热带地区呈现低频变化的特征,这表明在大气环流模式中改进高云的模拟能力可能会提高对大气低频振荡的模拟能力.
2005, 10(3): 604-614.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.27
摘要:
观测表明,高云的夏季块状分布和冬季带状分布,与低层赤道辐合带的夏季与冬季的形状十分相似;并且卷云和卷层云可以独立于深对流单独存在.作者对这两个观测分析结果进行动力学分析,结论如下:1)由于印度洋北面是青藏高原与亚洲大陆,夏季不能在北面副热带地区形成反气旋,从而印度洋赤道北面为西南气流,导致了赤道辐合带在该地区断裂并且相应的深对流在亚洲季风区的块状分布.2)利用斜压超长波理论,将Rodwell等的亚洲季风单向模型(即非绝热加热导致季风形成)作了修改,扩展为双向闭合模型.印度洋跨赤道偏南风产生大范围水汽辐合,其与地形的共同作用,产生了降水云系的高层加热,由于Sverdrup涡度平衡关系,导致了低层的偏南风而形成了一个相互作用的闭合过程,从而表明了亚洲夏季风是准定常的.3)通过详细分析涡度方程,证明除了恰好在赤道上之外,赤道辐合带上的水平辐合均会产生涡,并且这些涡由点涡(涡度的奇异部分)与各种尺度的涡(涡度的正则部分)组成.正涡度对应于云区,负涡度对应于晴空区,与赤道辐合带(ITCZ)的观测结果一致.4)由于辐合和切变产生涡,得到赤道辐合带和深对流的带状准定常维持的动力机制,即:由于赤道辐合带的辐合,其南北风辐合与东西风切变将产生涡,其与水汽的共同作用产生了深对流的上升降水云系,而降水云系的潜热诱导上升,进一步加强了水平辐合,从而表明了赤道辐合带的带状准定常维持的中介是不同尺度的涡.5)卷云和卷层云可以独立于深对流的原因是热带卷云和卷层云与流场是可以互相激发的,深对流不是其唯一的源.
观测表明,高云的夏季块状分布和冬季带状分布,与低层赤道辐合带的夏季与冬季的形状十分相似;并且卷云和卷层云可以独立于深对流单独存在.作者对这两个观测分析结果进行动力学分析,结论如下:1)由于印度洋北面是青藏高原与亚洲大陆,夏季不能在北面副热带地区形成反气旋,从而印度洋赤道北面为西南气流,导致了赤道辐合带在该地区断裂并且相应的深对流在亚洲季风区的块状分布.2)利用斜压超长波理论,将Rodwell等的亚洲季风单向模型(即非绝热加热导致季风形成)作了修改,扩展为双向闭合模型.印度洋跨赤道偏南风产生大范围水汽辐合,其与地形的共同作用,产生了降水云系的高层加热,由于Sverdrup涡度平衡关系,导致了低层的偏南风而形成了一个相互作用的闭合过程,从而表明了亚洲夏季风是准定常的.3)通过详细分析涡度方程,证明除了恰好在赤道上之外,赤道辐合带上的水平辐合均会产生涡,并且这些涡由点涡(涡度的奇异部分)与各种尺度的涡(涡度的正则部分)组成.正涡度对应于云区,负涡度对应于晴空区,与赤道辐合带(ITCZ)的观测结果一致.4)由于辐合和切变产生涡,得到赤道辐合带和深对流的带状准定常维持的动力机制,即:由于赤道辐合带的辐合,其南北风辐合与东西风切变将产生涡,其与水汽的共同作用产生了深对流的上升降水云系,而降水云系的潜热诱导上升,进一步加强了水平辐合,从而表明了赤道辐合带的带状准定常维持的中介是不同尺度的涡.5)卷云和卷层云可以独立于深对流的原因是热带卷云和卷层云与流场是可以互相激发的,深对流不是其唯一的源.
2005, 10(3): 615-625.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.28
摘要:
选取欧洲中心40年再分析资料(ERA40)中2001年7月的775hPa和925hPa等压面上的风场和温度场资料与ISCCP同时段的低云资料,利用条件概率方法(云频数)和逐日演变的动态方法分析全球典型低云区单点的云量与水平温度平流的关系.结果表明:全球典型低云区单点上各种云的云量与水平温度平流之间的关系是十分复杂的,在某种平流下各种云均有可能出现,某种云也能在不同的平流下出现.全球典型低云区单点云量与水平温度平流的逐日演变没有明显的同步性.因此,从已知的水平温度平流条件来预报各类低云云量是没有充分的观测事实作为依据的.
选取欧洲中心40年再分析资料(ERA40)中2001年7月的775hPa和925hPa等压面上的风场和温度场资料与ISCCP同时段的低云资料,利用条件概率方法(云频数)和逐日演变的动态方法分析全球典型低云区单点的云量与水平温度平流的关系.结果表明:全球典型低云区单点上各种云的云量与水平温度平流之间的关系是十分复杂的,在某种平流下各种云均有可能出现,某种云也能在不同的平流下出现.全球典型低云区单点云量与水平温度平流的逐日演变没有明显的同步性.因此,从已知的水平温度平流条件来预报各类低云云量是没有充分的观测事实作为依据的.
2005, 10(3): 626-637.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.29
摘要:
比较ISCCP D2层积云云量的季节平均图后发现:除了大洋东部常年有层积云外,北太平洋夏季也存在一片大值区.在副热带东北太平洋和中纬度西北太平洋各取一个10°×10°的区域,分别记为NEP和NWP.利用OI-SST、NCEP/NCAR再分析资料和ERBE资料,通过相关和气候分析,提出了新的物理意义明确的稳定度判据,比较了NEP和NWP两个区的夏季层积云云量与海温、大气热力过程的异同.结果表明:夏季,NEP和NWP都有正的稳定度,有利于层积云的形成和维持.NEP区和NWP区夏季的海气温差、感热通量、潜热通量有明显的差异.从海温和夏季层积云云量的相关分析发现:在NEP区,海温滞后于层积云云量,其相关于滞后3个月时有最大负值,这可能是由于海洋有较大的热惯性,对层积云遮蔽太阳辐射而导致洋面降温的响应需要3个月;而在NWP区,则是海温超前于层积云云量,其相关于超前1个月时有最大负值,这可能是由于从5月份开始海温低于气温,且有暖空气平流,有利于随后层积云、层云和雾的形成.
比较ISCCP D2层积云云量的季节平均图后发现:除了大洋东部常年有层积云外,北太平洋夏季也存在一片大值区.在副热带东北太平洋和中纬度西北太平洋各取一个10°×10°的区域,分别记为NEP和NWP.利用OI-SST、NCEP/NCAR再分析资料和ERBE资料,通过相关和气候分析,提出了新的物理意义明确的稳定度判据,比较了NEP和NWP两个区的夏季层积云云量与海温、大气热力过程的异同.结果表明:夏季,NEP和NWP都有正的稳定度,有利于层积云的形成和维持.NEP区和NWP区夏季的海气温差、感热通量、潜热通量有明显的差异.从海温和夏季层积云云量的相关分析发现:在NEP区,海温滞后于层积云云量,其相关于滞后3个月时有最大负值,这可能是由于海洋有较大的热惯性,对层积云遮蔽太阳辐射而导致洋面降温的响应需要3个月;而在NWP区,则是海温超前于层积云云量,其相关于超前1个月时有最大负值,这可能是由于从5月份开始海温低于气温,且有暖空气平流,有利于随后层积云、层云和雾的形成.
2005, 10(3): 638-648.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.30
摘要:
就大气环流模式中如何有效处理云系,我们的目标:建立能考虑各种尺度和各种过程之间相互作用的多重尺度云系动力学(下称:云系超级参数化),并应同时考虑如下云的几何学与辐射传输两个问题:1)云的几何学,考虑如何描写云内结构的三维不均匀性和表面特征的几何不光滑性;2)云的辐射,考虑复杂云结构的辐射计算问题,并最终在大气环流模式中具体实现.本研究是理论部分,主要论述云系超级参数化框架和计算方法问题,主要结论如下:1)阐明了从多重尺度角度研究大气模式中云系的超级参数化方案是完全必要的.2)本云系超级参数化方案是3维完全Euler流体方程组,保留了全Coriolis力,Ertel全PV守恒,考虑声波等对云和降水微物理过程的影响.该云系超级参数化方案需要与大气大尺度动力学方程组进行耦合.3)关键问题为确定云系局部解的存在时间长度,不必考虑整体解.因为在实际大气中各物理量的不光滑,甚至不连续和间断,是有充分的物理意义的.大气中的间断除粘性和热传导等不可逆过程外,同时伴随着成云致雨的相变过程.4)在可积性和连续性条件下,证明了特征线的存在性;在Lipshitz条件下,证明了特征线的存在性和唯一性.5)给出了特征线积分的Picard方法的具体计算步骤,并同时给出了特征线积分稳定步长的具体条件.6)沿着特征线,初始场随着时间的推移,将发生平移、旋转与纯变形三种位移的几何和,这就是球面上平流方程的保形问题.
就大气环流模式中如何有效处理云系,我们的目标:建立能考虑各种尺度和各种过程之间相互作用的多重尺度云系动力学(下称:云系超级参数化),并应同时考虑如下云的几何学与辐射传输两个问题:1)云的几何学,考虑如何描写云内结构的三维不均匀性和表面特征的几何不光滑性;2)云的辐射,考虑复杂云结构的辐射计算问题,并最终在大气环流模式中具体实现.本研究是理论部分,主要论述云系超级参数化框架和计算方法问题,主要结论如下:1)阐明了从多重尺度角度研究大气模式中云系的超级参数化方案是完全必要的.2)本云系超级参数化方案是3维完全Euler流体方程组,保留了全Coriolis力,Ertel全PV守恒,考虑声波等对云和降水微物理过程的影响.该云系超级参数化方案需要与大气大尺度动力学方程组进行耦合.3)关键问题为确定云系局部解的存在时间长度,不必考虑整体解.因为在实际大气中各物理量的不光滑,甚至不连续和间断,是有充分的物理意义的.大气中的间断除粘性和热传导等不可逆过程外,同时伴随着成云致雨的相变过程.4)在可积性和连续性条件下,证明了特征线的存在性;在Lipshitz条件下,证明了特征线的存在性和唯一性.5)给出了特征线积分的Picard方法的具体计算步骤,并同时给出了特征线积分稳定步长的具体条件.6)沿着特征线,初始场随着时间的推移,将发生平移、旋转与纯变形三种位移的几何和,这就是球面上平流方程的保形问题.
2005, 10(3): 649-657.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.31
摘要:
将复杂陆面模式(CLM3)耦合到中期数值预报模式YHMPT106中,替换原来的简单3层陆面过程参数化方案.对比分析表明,较为复杂的陆面过程模式CLM3与中期预报业务模式YHMPT106的耦合是成功的,耦合模式可稳定运行,其预报效果也好.这个试验亦为将来气候预测模式中使用精细的大气环流模式提供了有用的经验.
将复杂陆面模式(CLM3)耦合到中期数值预报模式YHMPT106中,替换原来的简单3层陆面过程参数化方案.对比分析表明,较为复杂的陆面过程模式CLM3与中期预报业务模式YHMPT106的耦合是成功的,耦合模式可稳定运行,其预报效果也好.这个试验亦为将来气候预测模式中使用精细的大气环流模式提供了有用的经验.
2005, 10(3): 658-668.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.32
摘要:
基于经验正交函数(EOF)和奇异值分解(SVD)方法,作者对IAP9L-AGCM后报的东亚季风区1984～2003年共20年的跨季度夏季降水距平场进行回归订正,并对订正前后降水距平场与实测场间的空间相似性、强度、以及年际变化相关性进行分析.结果表明这两种订正方案均能明显提高夏季降水距平预报场与实测场间的空间相似性和年际变化相关性;而基于EOF的订正方案对强度的订正效果要优于基于SVD的订正方案.此外,在此基础上,我们进一步提出多种订正方法集合的思想.
基于经验正交函数(EOF)和奇异值分解(SVD)方法,作者对IAP9L-AGCM后报的东亚季风区1984～2003年共20年的跨季度夏季降水距平场进行回归订正,并对订正前后降水距平场与实测场间的空间相似性、强度、以及年际变化相关性进行分析.结果表明这两种订正方案均能明显提高夏季降水距平预报场与实测场间的空间相似性和年际变化相关性;而基于EOF的订正方案对强度的订正效果要优于基于SVD的订正方案.此外,在此基础上,我们进一步提出多种订正方法集合的思想.
2005, 10(3): 669-683.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.33
摘要:
在中尺度气象模式最新版本MM5V3.7的基础上,通过与一个起沙模式的耦合,建立了一个新的中国科学院大气物理研究所(IAP/CAS)沙尘天气数值预测系统(IAPS 2.0).该系统与IAP原有的沙尘天气数值预测系统(IAPS 1.0)最主要的差异在于气象模式中陆面过程模式的改进.利用改进前后两个版本的预测系统对2002年4月发生在我国北方地区的两次较强沙尘(暴)过程进行了数值模拟,并与观测实况进行了比较,结果表明改进的系统对沙尘天气的预测能力比改进前的版本有显著的改进,这主要是由于新的陆面模式改善了地表土壤湿度的模拟,进而改进了决定起沙与否的关键因子临界摩擦速度的模拟,从而提高了预测系统对起沙范围和强度的模拟效果.总的说来,采用了更为先进的Noah陆面模式的IAP沙尘(暴)天气数值预测系统对中国北方春季沙尘(暴)天气过程具有更好的模拟能力.
在中尺度气象模式最新版本MM5V3.7的基础上,通过与一个起沙模式的耦合,建立了一个新的中国科学院大气物理研究所(IAP/CAS)沙尘天气数值预测系统(IAPS 2.0).该系统与IAP原有的沙尘天气数值预测系统(IAPS 1.0)最主要的差异在于气象模式中陆面过程模式的改进.利用改进前后两个版本的预测系统对2002年4月发生在我国北方地区的两次较强沙尘(暴)过程进行了数值模拟,并与观测实况进行了比较,结果表明改进的系统对沙尘天气的预测能力比改进前的版本有显著的改进,这主要是由于新的陆面模式改善了地表土壤湿度的模拟,进而改进了决定起沙与否的关键因子临界摩擦速度的模拟,从而提高了预测系统对起沙范围和强度的模拟效果.总的说来,采用了更为先进的Noah陆面模式的IAP沙尘(暴)天气数值预测系统对中国北方春季沙尘(暴)天气过程具有更好的模拟能力.
2005, 10(3): 684-699.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.34
摘要:
利用野外观测资料,考察了通用陆面过程模式(CLM)对东亚地区3种典型下垫面(高原稀疏植被下垫面、森林、水田)的模拟能力.验证结果表明,在高原稀疏植被下垫面,CLM模拟的地表气温跟实测较为接近,同时CLM还可以较好地模拟出土壤温度随时间和深度的变化特征,但模式模拟的地面温度的幅值跟观测相比显著偏小;对于能量通量而言,除感热通量外,CLM所模拟出的其它能量通量的变化均与观测实况比较一致.对于淮河流域的森林下垫面,CLM所模拟出陆气间的各能量通量均与实测较为接近,尤以夏季(8月份)的模拟性能最好.对于水田下垫面,CLM模式较好地模拟出了各能量通量的主要变化特征及其季节差异,如水田的净辐射以及潜热通量夏季最大,而感热通量则是秋季最大等.
利用野外观测资料,考察了通用陆面过程模式(CLM)对东亚地区3种典型下垫面(高原稀疏植被下垫面、森林、水田)的模拟能力.验证结果表明,在高原稀疏植被下垫面,CLM模拟的地表气温跟实测较为接近,同时CLM还可以较好地模拟出土壤温度随时间和深度的变化特征,但模式模拟的地面温度的幅值跟观测相比显著偏小;对于能量通量而言,除感热通量外,CLM所模拟出的其它能量通量的变化均与观测实况比较一致.对于淮河流域的森林下垫面,CLM所模拟出陆气间的各能量通量均与实测较为接近,尤以夏季(8月份)的模拟性能最好.对于水田下垫面,CLM模式较好地模拟出了各能量通量的主要变化特征及其季节差异,如水田的净辐射以及潜热通量夏季最大,而感热通量则是秋季最大等.
