各层北半球环形模态异常与地面大气温度的关系研究

文中研究了不同气压层的北半球环形模态异常时,与之相应的北半球地面大气温度的变化及其月际变率特征。为衡量温度变化的程度,使用偏最小二乘回归方法定义了一个新的耦合指数。该指数定义为对地面气温距平场和北半球环形模态指数做偏最小二乘回归分析的第1主分量。分析表明,该指数可以较准确地表现出北半球环形模态异常时相应的整个温度场变化程度。通过该指数序列分析和环形模态异常时地面气温合成分析,比较了处于不同气压层面的北半球环形模态异常与地面大气温度异常的不同关系。(1)不同层面的北半球环形模态异常与同时期的地面温度关系比较:1月对流层中高层的北半球环形模态异常与1月地面温度异常关系最密切,密切程度超过其他气压层的北半球环形模态异常,与2月地面温度关系较显著的是1月平流层低层的北半球环形模态异常;(2)环形模态异常与地面气温耦合关系的月际变率分析结果:1月位于对流层中高层的北半球环形模态异常与1月地面气温耦合关系最强烈,与其他各月地面气温的耦合逐月递减,4月之后变得不明显;1月平流层低层的北半球环形模态异常除了与1月气温关系密切外,还与2、3月地面气温关系密切,4月之后不明显。     

1月中国地温异常与北半球500hpa高度场异常关系的合成分析

在对中国区域１月份０．８ｍ月平均地温距平场进行ＥＯＦ分析的基础上，研究了中国地温异常与北半球５００ｈＰａ高度异常的关系。结果表明：地温异常与大气环流有一定的关系；与地温异常同月和前一月的大气环流距平分布相似，而与后一月的大气环流不同。进一步分析表明，前一月的大气环流异常至少部分地激发了１月份的地温异常，反过来地温又影响大气环流。     

热带太平洋上空大气热源、水汽汇的年际变化及其与海温异常之间的联系

利用ECMWF(1979～1993年)的再分析资料计算分析了热带太平洋上空大气热源及水汽汇的年际变化及其与海表温度异常之间的联系。通过SVD的分析,发现大气热源的垂直积分〈Q1〉和水汽汇垂直积分〈Q2〉异常与SST异常有着较高正相关关系的热带太平洋区域主要集中在170 E以东的5 S～5 N之间的一个狭长带中。分析大气热源和水汽汇的空间结构,则发现在赤道太平洋中、东部地区,除了最低层(962.5 hPa)和最高层(85 hPa)以外,对流层其余各层Q1、Q2异常与SST异常都存在较高的正相关关系;而在赤道西太平洋地区,850 hPa层以下,Q1异常与SST异常为负相关关系,在962.5 hPa相关系数甚至为 -0.59,其余各层Q1、Q2异常与SST异常也只有很弱的正相关关系。     

海河流域夏季降水与北半球环流异常的相关

使用1981—2013年6—8月的月平均海河流域站点降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,采用SVD方法分析了北半球高度场环流异常与海河流域夏季降水的关系。结果表明夏季海河流域的一致型降水异常主要受热带地区高度场异常的影响,而北半球中高纬的高度异常分布对海河流域东南部降水异常有重要作用。热带及中高纬地区的高度场异常与副热带西风急流和流域上空的水汽输送有一定的对应关系,急流强度和位置的变化以及水汽辐合异常造成海河流域降水异常,尤其中高纬高度异常的这种对应关系更加明显,并且两个地区的高度异常分布对应的海河流域异常水汽输送有不同来源。     

关键海区海温异常的变化与中国区域降水和气温的关系

利用 １９５１年到 １９９８年的月平均海温资料及同时期中国 １６０个测站的降水和气温的月平均资料,选用海温异常的变化趋势一变温,讨论了关键海区海温异常的变化与我国降水和气温的关系,旨在探讨变温因子与我国降水和气温的关系与海温距平与降水和气温的关系有什么不同,用变温因子能否降低降水预报的不确定性。结果表明：降水异常对海温异常两种变化趋势的响应不完全相同,说明分别讨论同一种海温异常态的两种变化趋势对降水的影响比单独讨论海温距平对降水的影响更有效一些,有助于降低预报的不确定性;除西太平洋海区外,气温异常对各海区海温异常两种变化趋势的响应较一致。降水异常对变温的响应与对海温异常的响应,有一致之处,也有不同之处。     

1998年长江流域洪水与海温异常关系的数值模拟研究

用IAP／LASG GOALS模式对1998年长江流域洪水与太平洋和印度洋海表温度异常之间的关系进行了数值模拟研究。利用观测的全年海表温度，模式能再现1998年夏季长江流域的暴雨，模式也能再现观测的1998年夏季西太平洋副高异常的基本特征。设计了一系列不同海区和不同时段的海温异常的敏感性试验。试验结果表明：印度洋海温异常是造成1998年长江流域洪水的主要因子；印度洋和西太平洋海温异常与西太副高的异常有更紧密的关系；夏季海表温度异常对1998年长江流域暴雨和西太副高异常的作用与冬春海温异常的作用相比要大得多。     

斯堪的纳维亚遥相关对我国西南西部深秋降水的影响

使用中国台站降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了1961~2012年深秋斯堪的纳维亚遥相类型(SCA)与同期我国西南西部降水的关系,以及SCA型环流异常影响西南西部降水的具体物理过程。结果表明:SCA型遥相关与西南西部降水存在显著的负相关关系,且具有非对称性:SCA正位相时西南西部降水偏少,而SCA负位相与西南西部降水的关系不显著。SCA正位相年西南西部的降水偏少与该地区对流层中下层的异常下沉运动有关。垂直运动方程诊断结果表明该异常下沉运动主要是由冷平流异常维持。气候态风场对温度异常场的平流在西南西部的冷平流异常中起主要作用。SCA正位相时,西南西部地区的东侧有暖异常,而其西侧的印度半岛北部及伊朗高原地区为冷异常,在平均西风作用下,西南西部有冷平流异常,造成该地区的异常下沉运动,从而降水偏少。     

盛夏四川盆地西部地区降水年际变化及其对应的环流异常

利用7、8月全国756站站点降水资料、NCEP/NCAR再分析资料的月平均资料,研究了盛夏四川盆地西部地区降水年际变化的基本特征及其对应的环流异常,并分析了该地区与江南地区降水年际变化的关系及其对应的700 hPa环流异常。结果表明:四川盆地西部地区盛夏降水偏多年,四川盆地上空为显著的南风异常,说明西南涡较常年活跃,同时西太平洋副热带高压偏北;而降水偏少时,上述环流异常符号相反,但更加明显,说明西南涡明显弱于常年,西太平洋副热带高压偏南。此外,四川盆地西部盛夏降水年际变化和我国西北、华北地区降水呈明显的正相关关系,而与江南地区降水有明显的负相关关系。这些关系与对流层低层环流异常有关。     

索马里急流与印度夏季降水关系的年代际变化

利用1958—2014年印度热带气象研究所的全印度降水量、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）、日本气象厅（JRA-55）及美国环境预报中心与国家大气预报中心（NCEP/NCAR）的再分析资料,研究了索马里急流（SoMali Jet,SMJ）与印度夏季降水的相关关系。结果表明：1983年之前,SMJ与印度夏季降水有显著的正相关关系,这跟以往的认识一致,但在1983年之后两者的正相关关系显著减弱。研究进一步发现,在1983年之前,南印度洋及索马里沿岸有越赤道气流正异常,阿拉伯海、印度西北地区存在西南风正异常,异常强的SMJ对应着异常强的阿拉伯海西南季风,从而增加印度夏季的水汽输送,进而加强季风降水,且SMJ与南亚高压联系密切;但在1983年后,阿拉伯海北部及印度西北地区的西南风正异常减弱了,特别是在印度西海岸的西南风正异常显著减弱了,而且其与南亚高压的关系也显著减弱了,从而导致SMJ与印度夏季降水的正相关关系显著减弱。另外,在印度夏季降水与ENSO、SMJ相关关系减弱的同时,初步显示它与东亚/太平洋遥相关型（EAP）的相关关系却有所加强。     

盛夏四川盆地西部地区降水年际变化及其对应的环流异常

利用7、8月全国756站站点降水资料、NCEP/NCAR再分析资料的月平均资料,研究了盛夏四川盆地西部地区降水年际变化的基本特征及其对应的环流异常,并分析了该地区与江南地区降水年际变化的关系及其对应的700 hPa环流异常。结果表明：四川盆地西部地区盛夏降水偏多年,四川盆地上空为显著的南风异常,说明西南涡较常年活跃,同时西太平洋副热带高压偏北;而降水偏少时,上述环流异常符号相反,但更加明显,说明西南涡明显弱于常年,西太平洋副热带高压偏南。此外,四川盆地西部盛夏降水年际变化和我国西北、华北地区降水呈明显的正相关关系,而与江南地区降水有明显的负相关关系。这些关系与对流层低层环流异常有关。     

Ensemble of sea ice initial conditions for interannual climate predictions

Polar climate studies are severely hampered by the sparseness of the sea ice observations. We aim at filling this critical gap by producing two 5-member sea ice historical simulations strongly constrained by ocean and atmosphere observational data and covering the 1958–2006 and 1979–2012 periods. This is the first multi-member sea ice reconstruction covering more than 50 years. The obtained sea ice conditions are in reasonable agreement with the few available observations. These best estimates of sea ice conditions serve subsequently as initial sea ice conditions for a set of 28 3-year-long retrospective climate predictions. We compare it to a set in which the sea ice initial conditions are taken from a single-member sea ice historical simulation constrained by atmosphere observations only. We find an improved skill in predicting the Arctic sea ice area and Arctic near surface temperature but a slightly degraded skill in predicting the Antarctic sea ice area. We also obtain a larger spread between the members for the sea ice variables, thus more representative of the forecast error.     

多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

渤海海冰数值模式的研究进展

根据渤海海冰冰情,从热力和动力两个方面综述了渤海海冰数值模式的研究进展。从热力参数方案和气候特点上,展望新一代渤海中小尺度短期海冰热力模式;从海冰动力模式中3种常用数值方法的主要特点和实际应用情况上,论述SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在渤海海冰短期预报的发展前景。在此基础上,结合海洋气象的发展,讨论海冰短期预报的关键技术。将海冰数值预报模式与传统的中长期海冰统计预报有机地结合起来将是渤海海冰模式未来的发展方向。     

Fog Detection over China’s Adjacent Sea Area by using the MTSAT Geostationary Satellite Data

A fog threshold method for the detection of sea fog from Multi-function Transport Satellite (MTSAT1R) infrared (IR) channel data is presented.This method uses principle component analysis (PCA),texture analysis,and threshold detection to extract sea fog information.A heavy sea fog episode that occurred over China’s adjacent sea area during 7 8 April 2008 was detected,indicating that the fog threshold method can effectively detect sea fog areas nearly 24 hours a day.MTSAT-1R data from March 2006,June 2007,and April 2008 were processed using the fog threshold method,and sea fog coverage information was compared with the meteorological observation report data from ships.The hit rate,miss rate,and false alarm rate of sea fog detection were 66.1%,27.3%,and 33.9%,respectively.The results show that the fog threshold method can detect the formation,evolution,and dissipation of sea fog events over period of time and that the method has superior temporal and spatial resolution relative to conventional ship observations.In addition,through MTSAT-1R data processing and a statistical analysis of sea fog coverage information for the period from 2006 to 2009,the monthly mean sea fog day frequency,spatial distribution and seasonal variation characteristics of sea fog over China’s adjacent sea area were obtained.     

Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究

全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF（Polar Weather Research and Forecasting）模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内（海冰密集度小于50%）考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。     

The effect of Antarctic sea ice on the Southern Hemisphere atmosphere during the southern summer

This study examines the influence of Antarctic sea ice distribution on the large scale circulation of the Southern Hemisphere using a fully coupled GCM where the sea ice submodel is replaced by a climatology of observed extremes in sea ice concentration. Three 150-year simulations were completed for maximum, minimum and average sea ice concentrations and the results for the austral summer (January?CMarch) were compared using the surface temperatures forced by the sea ice distributions as a filter for creating the composite differences. The results indicate that in the austral summer the polar cell expands (contracts) under minimum (maximum) sea ice conditions with corresponding shifts in the midlatitude Ferrell cell. We suggest that this response occurs because sea ice lies in the margin between the polar and midlatitude cells. The polarity of the Southern Hemisphere Annular (SAM) mode is also influenced such that when sea ice is at a minimum (maximum) the polarity of the SAM tends to be negative (positive).     

冬季北极海冰运动主模态的构成及其与海平面气压变化的关系

利用国际北极浮冰运动观测资料（IABP）（1979-1998）以及NCEP／NCAR月平均海平面气压再分析资料（1960-2002）,通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵,研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系。冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成,与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区。尽管北极涛动（北大西洋涛动）通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动,但是,北极涛动（北大西洋涛动）并不是决定海冰运动主模态的关键性因素。     

台湾海峡西岸海雾研究现状与未来发展方向

台湾海峡是一个海雾多发的交通要道,海雾灾害往往会导致人员和财产损失。对当前有关的海雾研究现状进行总结,以海峡西岸为代表,比较台湾海峡海雾和其他海域的大雾研究进展状况,主要包括海雾发生时的天气气候学特征、监测手段、微物理特征研究和海雾数值预报研究等。结果表明,台湾海峡西岸在天气气候学方面已经取得了一定的成果;监测手段随着科学技术的发展,也不断的完善,但在如何对卫星遥感监测结果进行反演方面还需进一步研究;海雾的微物理特征研究有助于海雾模式的改进和卫星遥感海雾反演技术的提高,但台湾海峡西岸尚未开始研究,是下一步的研究重点;台湾海峡海雾数值模拟工作较少,伴随观测技术的不断进步、动力统计方法的不断完善,可通过数值预报产品与传统的天气学方法相结合,提高台湾海峡海雾预报水平。     

The Response of Arctic Sea Ice to Global Change

The sea ice-covered polar oceans have received wider attention recently for two reasons. Firstly, the global conveyor belt circulation of the ocean is believed to be forced in the North and South Atlantic through deep water formation, which to a large degree is controlled by the variations of the sea ice margin and especially by the sea ice export to lower latitudes. Secondly, CO₂ response experiments with coupled climate models show an enhanced warming in polar regions for increased concentrations of atmospheric greenhouse gases. Whether this large response in high latitudes is due to real physical feedback processes or to unrealistic simplifications of the sea ice model component remains to be determined. Coupled climate models generally use thermodynamic sea ice models or sea ice models with oversimplified dynamics schemes. Realistic dynamic-thermodynamic sea ice models are presently implemented only at a few modeling centers. Sensitivity experiments with thermodynamic and dynamic-thermodynamic sea ice models show that the more sophisticated models are less sensitive to perturbations of the atmospheric and oceanic boundary conditions. Because of the importance of the role of sea ice in mediating between atmosphere and ocean an improved representation of sea ice in global climate models is required. This paper discusses present sea ice modeling as well as the sensitivity of the sea ice cover to changes in the atmospheric boundary conditions. These numerical experiments indicate that the sea ice follows a smooth response function: sea ice thickness and export change by 2% of the mean value per 1 Wm^-2 change of the radiative forcing.     

广东沿岸海雾决策树预报模型

利用汕头、珠海和湛江地面观测站2000-2008年1-5月的海雾历史观测资料和NCEP/NCAR FNL再分析资料,采用分类与回归树(CART)方法对海雾及其生成前24 h的海洋气象条件进行分类分析,建立了海雾决策树预报模型;并根据现有的海雾理论认识,对海雾预报规则包含的物理意义进行讨论.10次交叉检验的结果表明:采用...