1998年夏季中国降水多尺度振荡特征的区域气候模拟

利用RegCM3对1998年东亚夏季胍气候进行了季节尺度模拟,并利用小波分解方法对比分析了模式对中国各气候区夏季降水多尺度振荡的模拟能力。结果表明：模式能基本准确模拟1998年夏季中国各气候区逐月平均降水的分布和中国东部雨带推进过程,但模拟和观测的逐日降水演变存在明显区别。模式对各气候区低频降水的模拟准确率一般都是最高的,降水模拟误差主要是由模式对其他各周期分量降水振荡模拟误差造成的,一般对降水高频振荡模拟误差都比较大。各区域降水分别存在主振荡类型,模式对1998年夏季华南地区降水主振荡（低频和8d周期振荡）和长江中下游地区降水主振荡（4d周期振荡）模拟较好是这两个地区降水模拟准确率较高的主要原因。     

1991年江淮暴雨与20—25天低频振荡

1991年江淮梅雨期出现了三次暴雨过程，降水呈现显著的20－25天振荡，该周期明显短于海两期40天振荡的气候周期。分析表明，1991年梅雨降水的低频振荡与乌拉尔阻高、西太平洋副高、东亚与印度季风以及500hPa赤道地区向北传播涡列的20－25天振荡有着密切的关系。     

不同纬度天气尺度扰动影响2020年夏季梅汛期降水的数值模拟

利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6,研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响。观测分析表明:2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动,在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传。在此基础上,设计改变不同纬度天气尺度扰动(10 d)输入的侧边界敏感性试验。数值模拟结果表明:从平均环流来看,当中高纬西北侧边界的天气尺度扰动减弱时,大气平均环流动能向天气尺度扰动动能转换的位置发生北移,影响副高北侧纬向西风带北移,使得梅雨期降水中心从长江中下游地区北移到淮河流域;从时间演变来看,当去除中高纬西北侧边界的天气尺度扰动时,850 hPa上E矢量散度南传减弱,低纬纬向风异常能够向北传播。纬向风异常产生的涡度变化有利于副热带高压北抬,使得雨带可以较早北抬到34°N以北,标志江淮地区出梅。低纬南侧边界的天气尺度扰动减弱时,梅雨期降水略有增强,但对雨带的进退影响较小。因此,观测和数值模拟结果表明,2020年夏季梅雨期降水强度和雨带的维持主要与中高纬度天气尺度扰动异常密切相关,中国北部尤其中国西北部到巴尔喀什湖地区天气尺度扰动偏强且南传是此次梅雨强度偏强和雨带维持的重要原因。     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

中国6个CMIP5模式对全球降水年际-年代际变率模拟的定量评估

本文利用美国全球降水气候中心(GPCC)的降水资料和中国参加国际第五阶段耦合模式比较计划(CMIP5)的6个气候模式[BCC_CSM1.1、BCC_CSM1.1(m)、BNU-ESM、FGOALS-s2、FGOALS-g2和FIO-ESM]的历史模拟试验的降水数据,采用可以表征降水变率相对和绝对量级的方法,定量评估了6个模式对降水年际-年代际变率的模拟能力。研究表明,观测降水的年际变率一般占总方差的65%~80%,年代际变率占总方差的10%~35%。在CMIP5历史试验中,6个模式平均的降水年际分量方差对总方差的贡献(超过70%)较观测偏强,模拟降水年代际分量的方差对总方差的贡献较小(约为10%~20%)。模式总体低估了全球平均总降水、年际降水和年代际降水的变率,但是高估了年际降水对总降水的贡献、低估了年代际降水对总降水的贡献。与观测相比,6个模式对东亚和澳大利亚地区的年代际降水的模拟都比较好,模拟与观测年代际降水方差的比值为1左右。在非洲、南美洲和海洋性大陆,BCC_CSM1.1模式模拟的降水年代际变率最接近观测;在欧亚和北美,BNU-ESM模式模拟的降水年代际变率与观测最接近。在欧亚大陆上,BCC_CSM1.1模式模拟的降水年际分量与年代际分量的方差比最接近观测;在非洲和美洲,FGOALS-s2模式模拟的降水年际分量与年代际分量的方差比最接近观测。本文的研究结果有助于理解中国当前气候模式对降水年际-年代际变率的模拟能力,以及未来改进模式。     

p-σ九层C型跳点网格区域气候模式及其模拟性能检验

通过构建C网格的p-σ九层区域气候模式的差分方案,将C型跳点网格引入p-σ九层区域气候模式.通过对东亚地区1月和7月气候平均场及2003年夏季降水进行数值模拟,检验了C型跳点网格对p-σ九层区域气候模式模拟性能的影响.数值试验结果表明,C型跳点网格的p-σ九层区域气候模式对东亚区域气候的模拟能力有一定的提高,其中包括对流层低层风场和气温场的模拟都有了一定程度的改进,对风场的改进尤为明显.由于风场得到了改进,进而对降水的模拟能力也有所提高,为区域气候模式的进一步发展奠定了基础.     

青藏高原低频振荡对2013年夏季长江流域高温热浪的影响

利用1971～2013年台站逐日最高气温、平均气温站点资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,通过小波分析、Butterworth带通滤波、相关分析、合成分析等方法,分析了青藏高原的低频振荡特征及其对长江流域高温热浪的影响。结果表明:2013年夏季,长江中下游地区最高气温、平均气温均存在40～70d和10～20d的两个振荡周期,并且,高原季风变化存在显著的40～70d振荡周期,200hPa上空南亚高压也以40～70d周期变化为主;在40～70d的低频振荡尺度上,高原季风偏强对应600hPa从伊朗高原到青藏高原再到长江中下游地区均为低频气旋环流系统,南亚高压偏强对应200hPa高原主体为低频反气旋系统;长江中下游地区受到高原和东海地区低频系统的影响,近地面气压升高,可能导致温度上升;高原季风的低频分量增大(减小)可能导致滞后其20d的长江中下游地区温度升高(降低),而南亚高压的低频分量增加(减少)可能导致滞后其13d的长江中下游地区温度升高(降低)。     

东亚夏季风时期冷空气活动的位涡分析

通过多时间尺度分析方法, 比较了夏季风时期表征冷空气活动的多种指标, 得到表征夏季风时期冷空气活动的最优指标——位涡。分析表明, 位涡 (potential vorticity, 简称PV) 的低频振荡 (20～80天和40～80天振荡) 在表征冷空气活动中效果最好。利用该指标对东亚夏季风中冷空气的来源和作用进行了研究, 重点分析了梅雨时期中高纬和中高层系统与夏季风系统相互作用的过程和机制。得出几点重要的结论: 中高纬平流层下部和对流层顶的高位涡库以及60°N附近的亚洲大陆东部低层的高位涡库是东亚夏季风系统中冷空气的主要来源。冷空气的侵入路径对不同的雨季表现出不同的特征: 华南前汛期, 有两次冷空气的侵入, 第一次来自东北方向低层, 第二次来自对流层高层的高位涡库; 梅雨期, 爆发时主要来自高层的高位涡库, 中后期鄂霍次克海附近850 hPa的高位涡库是冷空气加强和维持的主要来源; 华北雨季, 冷空气主要来自对流层高层。倾斜等熵面是垂直涡度最易发展的区域, 它也是高层冷空气侵入的路径。特定的位涡分布对应特定的降水类型, 位涡和降水的季节内振荡 (尤其是低频部分) 蕴含了中高纬系统与夏季风系统相互作用的关键信息。     

青藏高原低频振荡对2013年夏季长江流域高温热浪的影响

利用1971~2013年台站逐日最高气温、平均气温站点资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料，通过小波分析、Butterworth带通滤波、相关分析、合成分析等方法，分析了青藏高原的低频振荡特征及其对长江流域高温热浪的影响。结果表明:2013年夏季，长江中下游地区最高气温、平均气温均存在40~70d和10~20d的两个振荡周期，并且，高原季风变化存在显著的40~70d振荡周期， 200hPa上空南亚高压也以40~70d周期变化为主；在40~70d的低频振荡尺度上，高原季风偏强对应600hPa从伊朗高原到青藏高原再到长江中下游地区均为低频气旋环流系统，南亚高压偏强对应200hPa高原主体为低频反气旋系统；长江中下游地区受到高原和东海地区低频系统的影响，近地面气压升高，可能导致温度上升；高原季风的低频分量增大（减小）可能导致滞后其20d的长江中下游地区温度升高（降低），而南亚高压的低频分量增加（减少）可能导致滞后其13d的长江中下游地区温度升高（降低）。      

1998年长江中下游梅雨期间对流层上层斜压波包的传播

利用NCEP/NCAR再分析和中国740站逐日降水资料,对1998年长江中下游梅雨期间对流层上层斜压波的活动进行了研究。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动（周期≤7天）具有明显的下游频散效应,在其东传过程中常组织成局地波包向下游传播。波动起源于里海附近,沿着副热带急流带向下游传播,3天后传至长江中下游地区。斜压波所带来的扰动能量为长江流域暴雨的发生发展提供了必要的能量积聚。对低频扰动场的合成表明梅雨期间有准定常波列的存在,为高频斜压波动的传播提供了有利的背景条件。最后通过与1997年的比较,发现在梅雨降水偏少的1997年没有明显的斜压波动向下游传播。     

THE CHARACTERISTICS OF LOW-FREQUENCY OSCILLATIONS OVER THE SOUTH CHINA SEA

Using 1975-1993 (with 1978 missing) data of the outgoing longwave radiation (OLR), characteristics of seasonal variation of low-frequency oscillations in the South China Sea and its relation to the establishment and activity of the summer monsoon there are studied. As is shown in the result, the low-frequency oscillation in the South China Sea is much stronger in the period of summer monsoon than in that of winter monsoon and the summer monsoon there usually begins to set up in a negative phase of the first significant low-frequency oscillation for the early summer. The study also reveals that the circulation for the low-frequency oscillation during the summer monsoon in the Sea is embodied as north-south fluctuations of the ITCZ and east-west shifts of western ridge point of the West Pacific subtropical high, suggesting close correlation between the low-frequency oscillation and the active and break (decay) of the South China Sea monsoon. In the meantime. the work illustrates how the low-frequency oscillation in the South China Sea are superimposed with the seasonal variation of the general circulation. so that the summer inonsoon covers the establishment of the I^st, intensification of the 2^nd and 3^rd the low-frequency oscillations and decay of the 4^th oscillation.     

东亚夏季风的低频振荡及其与500hPa角动量输送变化的关系

本文用谱分析和经验正交函数分析了1986年夏季风时期亚洲高空越赤道气流和低空赤道西风的低频振荡特征。高低空两支季风气流的30—50天滤波序列的主要经验正交函数能较好地反映亚洲夏季风低频振荡的空间特征。根据EOF1时间序列的振荡位相可以确定东亚夏季风活跃/中断的具体时间。后延相关揭示出北半球500hPa中低纬角动量输送的经向交换同东亚夏季风的低频活动有密切关系。      

降水和大气环流距平年际预测的一个高效的修正方案

该文基于夏季降水异常存在准两年振荡的特征 ,提出了预测年际降水异常和大气环流距平的一个有效的新方法 ,其预测效果显著优于通用的传统方法 ,因而具有较好的应用价值 .而对大气环流有关变量的预测效果的改进尤其显著 .     

南、北极海冰的时空演变特征

利用海水面积指数,分析了南、北极海冰年际时间尺度的时空演变特征。结果表明：南极海冰具有明显的年际振荡。南极夏季海水年际异常具有一定的整体性,秋、冬、春季海冰年际异常则表现出较强的区域性。北极海冰也具有显著的年际振荡。北极冬、春季海冰年际异常主要发生在格陵兰海、巴伦支海和喀拉海,夏、秋季海冰年际异常主要发生在东西伯利亚和海和波旨特海。     

A STUDY ON THE CHARACTERISTICS AND EFFECT OF THE LOW-FREQUENCY OSCILLATION OF THE ATMOSPHERIC HEAT SOURCE OVER THE EASTERN TIBETAN PLATEAU

There has been a lot of discussion about the atmospheric heat source over the Tibetan Plateau （TP） and the low-frequency oscillation of atmospheric circulation. However, the research on low-frequency oscillation of heat source over TP and its impact on atmospheric circulation are not fully carried out. By using the vertically integrated apparent heat source which is calculated by the derivation method, main oscillation periods and propagation features of the summer apparent heat source over the eastern TP （Q1ETP） are diagnosed and analyzed from 1981 to 2000. The results are as follows： （1） Summer Q1ETP has two significant oscillation periods： one is 10-20d （BWO, Quasi-Biweekly Oscillation） and the other is 30-60d （LFO, Low-frequency Oscillation）. （2） A significant correlation is found between Q1ETP and rainfall over the eastern TP in 1985 and 1992, showing that the low-frequency oscillation of heat source is likely to be stimulated by oscillation of latent heat. （3） The oscillation of heat source on the plateau mainly generates locally but sometimes originates from elsewhere. The BWO of Q1ETP mainly exhibits stationary wave, sometimes moves out （mainly eastward）, and has a close relationship with the BWO from the Bay of Bengal. Showing the same characteristics as BWO, the LFO mainly shows local oscillation, occasionally propagates （mainly westward）, and connects with the LFO from East China. In summary, more attention should be paid to the study on BWO of Q1ETP.     

夏季西太平洋副热带高压的振荡

本文用1965年,1976—1985年夏季(6—8月)500hPa逐日西太平洋副热带高压脊线位置的复经验正交函数(CEOF)展开讨论了夏季西太平洋副热带高压的振荡特征。发现西太平洋副热带高压主要存在15—20d以及10d左右的振荡周期,它们一般都是从西太平洋的东部(180°E)向西部(110°E)传播的,其速度为5—7long./d。西太平洋副热带高压10d以下的短周期振荡一般自西(110°E)向东(180°E)传播。其东西部的振荡呈反位相。15—20d周期的振荡能量主要集中在西太平洋东、中部(150—170°E),而10d左右周期的振荡能量主要集中在西太平洋的西部(120一140°E)。一般6月下旬至7月中旬是西太平洋副热带高压的低振荡能量期,而7月中旬以后有一段高振荡能量期。     

近百年东亚季风长期变化中主周期振荡的奇异谱分析

运用海平面气压场资料，计算１８７３—１９９０年的东亚冬、夏季风强度指数，并利用奇异谱分析方法（ＳＳＡ）对这百年的东亚季风长期变化的周期活动进行了研究。研究表明：东亚冬、夏季风都存在准２ａ（ＱＢＯ）、３—６ａ（ＬＦＯ）的年际振荡，１６—１８ａ（ＩＤＯ）的年代际振荡和长期变化趋势。各振荡分量都具有年代际的差别，这种特征ＱＢＯ表现得最典型。冬季风的ＱＢＯ在１９２０年代前振幅较小，且大约呈现１２ａ的大振幅和６ａ的小振幅波状的周期变化；夏季风的ＱＢＯ振幅变化与冬季风相反，且大约呈现６ａ的大振幅和３ａ的小振幅波状的周期变化。夏季风中的年代际变化影响较小。     

A NUMERICAL STUDY OF SHORT-RANGE CLIMATIC OSCILLATION WITH VARIOUS TIME SCALES FORCED BY EL NINO DURING THE NORTHERN SUMMER

The normal mode method is adopted to decompose the differences between simulations with SST(seasurface temperature)anomahes over centra-eastern Pacific and normal SST by use of a nine-layer global spec-tral model in order to investigate short-range climatic oscillation with various time scales forced by ElNino during the northern summer.Investigation shows that El Nino may have the following influence onatmosphere on various space-time scales.Extra-long wave components of Rossby mode forced by convectiveanomaly over equatorial western Pacific resulting from El Nino produce climatic oscillation on monthly(sea-sonal)time scale in middle-high latitudes of Southern and Northern Hemispheres;extra-long wave componentsof Kelvin mode forced by SST anomalies propagate along the equator,resulting in 30—60 day oscillation oftropical and subtropical atmosphere;and its long waves move eastward with westerly,resulting in quasi-biweekoscillation.     

THE ROLES OF BOUNDARY-LAYER DYNAMICS ON THE DEVELOPMENT OF MADDEN-JULIAN OSCILLATION

In this paper,a tropical atmospheric model of relevance to shorts-term climate variations(Wang and Li 1993)is util-ized for study of the development of Madden-Julian oscillation.The model contains an interactive process ofboundary-layer Ekman convergence and precipitation heating.The model is solved by expanding dependent variables interms of parabolic cylindrical functions in the meridional direction and truncating three meridional modes n=0,2,4 forequatorial symmetric solutions.The free wave solutions obtained under long-wave approximation are induced as aKelvin wave and two Rossby waves.After considering the effect of boundary-layer dynamic process,the modifiedKelvin wave becomes unstable in long-wave bands with a typical growth rate on an order of 10~(-6) s~(-1)and an eastwardphase speed of 10 m s~(-1);the most unstable mode is wavenumber one.These theoretical results are consistent with the ob-served Madden-Julian oscillation in equatorial area.For the two modified Rossby waves,one with a smaller meridionalscale(n=4)decays except for extra long-waves;the other with a larger meridional scale(n=2)grows in short-wavebands.This may be relevant to explaining the westward propagation of super cloud clusters in the Madden-Julianoscillation.The theory suggests that the boundary-layer dynamic process is an important mechanism in the develop-ment of the Madden-Julian oscillation.