欧亚雪盖准2年振荡对中国降水的影响

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东亚和西北太平洋地区气候的准10年尺度振荡及其可能机制

本文基于对气候、大气环流和海表水温的资料分析以及简单的理想化海气耦合模式的分析,研究了东亚和西北太平洋地区气候的准１０年振荡及其可能机制。研究表明,东亚和西北太平洋地区的气候（降水和地面气温等）和大气环流（环流指数和副高活动等）的演变都有明显的准１０年振荡;同赤道太平洋ＳＳＴＡ主要为ＥＮＳＯ循环不同,西北太平洋ＳＳＴＡ主要表现为准１０年尺度的振荡,且同气候和大气环流的准１０年变化密切相关;中纬度海－气相互作用可产生一种甚低频耦合波（１０年左右周期）,它可能是海气系统准１０年振荡的重要机制之一     

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

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.     

Intraseasonal Oscillation of Tropospheric Ozone over the Indian Summer Monsoon Region

Boreal summer intraseasonal oscillation(BSISO) of lower tropospheric ozone is observed in the Indian summer monsoon(ISM) region on the basis of ERA-Interim reanalysis data and ozonesonde data from the World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre. The 30–60-day intraseasonal variation of lower-tropospheric ozone shows a northwest–southeast pattern with northeastward propagation in the ISM region. The most significant ozone variations are observed in the Maritime Continent and western North Pacific. In the tropics, ozone anomalies extend from the surface to 300 hPa; however, in extratropical areas, it is mainly observed under 500 hPa. Precipitation caused by BSISO plays a dominant role in modulating the BSISO of lower-tropospheric ozone in the tropics, causing negative/positive ozone anomalies in phases 1–3/5–6. As the BSISO propagates northeastward to the western North Pacific, horizontal transport becomes relatively more important, increasing/reducing tropospheric ozone via anticyclonic/cyclonic anomalies over the western North Pacific in phases 3–4/7–8.As two extreme conditions of the ISM, most of its active/break events occur in BSISO phases 4–7/1–8 when suppressed/enhanced convection appears over the equatorial eastern Indian Ocean and enhanced/suppressed convection appears over India, the Bay of Bengal, and the South China Sea. As a result, the BSISO of tropospheric ozone shows significant positive/negative anomalies over the Maritime Continent, as well as negative/positive anomalies over India, the Bay of Bengal,and the South China Sea in active/break spells of the ISM. This BSISO of tropospheric ozone is more remarkable in break spells than in active spells of the ISM, due to the stronger amplitude of BSISO in the former.     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 I.资料分析

利用 1 992～ 2 0 0 0年HALOE的观测资料 ,分析了平流层NOx (这里是指NO和NO2 )混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化 ,并与O3混合比的年际变化进行比较。结果表明 :( 1 )在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似 ,从平流层下层向上随高度增加 ,分别在 1～ 2hPa (NO)和 5～ 1 0hPa (NO2 )达到极大值 ,再向上NOx混合比随高度减小。另外 ,NO混合比在 1 0× 1 0 - 5hPa高度附近还有一个极值区。在平流层下层 ,它们的极值区下方 ,NOx混合比基本从热带向两极增大。NO混合比在平流层位于 1～ 2hPa之间有一个高值区 ,在 1 0× 1 0 - 5hPa附近还有一个更大的极值。而NO2 只有一个浓度高值区 ,位置在 5～ 1 0hPa。 ( 2 )NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO)。NO2 的QBO较NO更明显 ,赤道上空的NOx的QBO最明显 ,北半球NOx 的QBO较南半球更明显 ,而 2 0～ 5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显。 ( 3)在热带 30km以上 ,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反 ;而中纬地区及 30km以下的热带 ,它们有一个位相差 ,但不完全相反     

The Moisture Structure of ISO in Western North Pacific Revealed by AIRS

Using the humidity profiles from the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) dataset, rainfall from the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Global Precipitation Index (GPI), and surface winds from QuickSCAT (QSCAT) as well as SST from the Advanced Microwave Scanning Radiometer for NASA's Earth Observing System (AMSR-E), we analyzed the structure of summer intraseasonal oscillation (ISO) over the western North Pacific region in 2003--2004. We find that the signal of 20--90-day oscillations in the western North Pacific originates from the equatorial Indian Ocean, and propagates eastward to Philippine Sea and then moves northwestward to South China. The AIRS humidity data reveal that the boundary-layer moisture leads the mid-troposphere moisture during the ISO propagation. The positive SST anomaly may play an important role to moistening the boundary-layer, which preconditions the ISO propagation.Therefore, the intraseasonal SST anomaly could positively feed back to the atmosphere through moistening the boundary-layer,destabilizing the troposphere, and contributing to the northwestward propagation of the ISO in western North Pacific. On the other hand, the salient feature that the boundary-layer moisture anomaly leads mid-troposphere moisture does not exist in ECMWF/TOGA analysis.     

太平洋年代际振荡的研究进展

作者以太平洋年代际振荡(PDO)现象为重点,系统地回顾了太平洋年代际变率观测、模拟和理论研究的国内外进展.在PDO时空结构方面,总结了PDO的基本观测事实,在PDO成因方面,从海洋大气相互作用观点出发比较了三类PDO形成机制的理论或假说,讨论了现有理论或假说中存在的若干问题,并提出了未来研究的方向和需要解决的关键科学问题.作者也简要介绍了东亚及中国气候年代际变化的特征及其和太平洋海表温度异常的联系,并讨论了东亚大气环流异常在PDO形成中的可能作用.     

New Metrics of the Tropospheric Biennial Oscillation in the East Asian Summer Monsoon and Its Interdecadal Shift

This study designed a simple index for measuring irregular tropospheric biennial oscillation（TBO） activities, which was used to determine that the TBO in the East Asian Summer Monsoon（EASM）, the most important summer precipitation system for China, has strengthened rather than weakened since the late 1970s. The lead/lag correlations between the EASM and tropical Indian-Pacific sea surface temperature（SST） suggest a relationship between interbasin SST and EASM coupling processes and that this alternative correlation pattern is likely related to TBO. Significant correlation occurred only in recent decades, which implies a reinforcement of TBO in the EASM. From records of representative points in the Indian-Pacific, the interdecadal intrinsic SST modes of the areas can be obtained with ensemble empirical mode decomposition owing to its good temporal locality. Statistical results show Indian-Pacific SST interdecadal trends that include out-of-phase and in-phase warming before and after the late 1970s, respectively, which may be responsible for the TBO interdecadal augmentation present since the late 1970s.     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 II.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡 (简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验。模拟中 ,输入纬向风QBO的值 ,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布 ,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比。在第I部分HALOE资料分析的基础上 ,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡 ,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系。结果表明 :模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致 ,并且在纬向风场QBO强迫下 ,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡 ;与臭氧的QBO比较 ,发现在2 8km以下 ,NOx的QBO与臭氧QBO同位相 ,而在 2 8km以上 ,它们则是反位相 ,与HALOE资料的观测结果基本吻合。文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析 ,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性     

IAP9L AGCM中大气季节内振荡的时空特征

根据IAP9LAGCM10年积分850hPa纬向风的逐日输出结果,应用Morlet小波分析方法,研究了该模式中的大气季节内振荡(MJO),结果表明该模式能抓住热带MJO的基本时空特征,模式中MJO的显著周期为36天;另外还分析了16～64天重构信号的时间经度剖面图,发现该MJO为东传,这与实际较一致;最后用EOF方法分析了模式大气中850hPa5天平均速度势,揭示出该MJO在全球表现为行星尺度1波和2波的特征。     

青藏高原地区大气红外探测器（AIRS）资料质量检验及揭示的上对流层水汽特征

上对流层水汽（UTWV）是大气中最重要的温室气体,对全球气候变暖有重要贡献; 而青藏高原被认为是UTWV进入平流层的重要通道,在平流层－对流层水汽交换及平流层水汽变化中扮演着重要角色。首先利用高原探空站资料对大气红外探测器（AIRS）反演的水汽数据在高原地区的质量进行了检验,发现AIRS反演的水汽数据与探空实测数据是相当一致的。其中全年和夏半年AIRS的可信度较好,而冬半年,尤其是上对流层AIRS水汽可信度相对较低,但在缺乏高精密数据时仍部分可用。利用AIRS资料对青藏高原地区UTWV季节变化特征进行了分析,结果表明,高原冬季偏干,而夏季显著偏湿,并且空间分布具有明显的不均匀性。经验正交函数(EOF)分析显示,夏季高原UTWV主要存在三种空间分布型,即全区一致型,高原东西偶极型和南北带状偶极型。一致型分布具有明显的季节变化,而偶极型则以季节内振荡为主。在此基础上,重点研究夏半年高原地区UTWV季节内振荡特征,结果表明,UTWV季节内振荡的显著周期位于10～20天和30～60天。前者主要表现为纬向东传,并且可以越过高原进入我国江淮流域上空;而后者主要向南移动,基本表现为高原局地振荡。最后,进一步探讨了高原UTWV季节内振荡的可能机制,结果表明,高原地区UTWV的低频变化主要与高原热状况、南亚高压活动及其与二者相耦合的对流活动有关。     

Performance of FGOALS-s2 in simulating intraseasonal oscillation over the south Asian monsoon region

The capability of the current version of the air-sea coupled climate model, the Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System model, Spectral Version 2 (FGOALS-s2), in simulating the boreal summer intraseasonal oscillation (ISO) over the south Asian monsoon (SAM) region is diagnosed, in terms of dominant period, propagation direction, and vertical structure. Results show that the coupled model can reasonably simulate the main features of observed ISO propagation compared to the chosen AGCM. These features include the eastward movement of intraseasonal 850-hPa zonal wind over the Arabian Sea and Bay of Bengal, the vertical structure in active phases, and the realistic phase relationship between ISO and underlying SST. However, the eastward propagation cannot be reproduced in the uncoupled model. This suggests that air-sea interaction is important in generating intraseasonal variability over the SAM region. Nevertheless, some deficiencies remain in the coupled model, which may relate to physical processes depicted by the cumulus parameterization and PBL schemes within its atmospheric component.     

基于前春对流层温度和北大西洋涛动的中国夏季降水统计预测模型

本文在分析中国夏季降水典型模态与前期春季对流层中上层温度主要分布类型、北大西洋涛动(简称NAO)之间关系的基础上,提出基于前春对流层温度和NAO的中国夏季降水统计预测模型,并对利用该模型预报的2004～2009年中国160站夏季降水进行检验.结果表明:中国大范围夏季降水多寡主要与5月NAO变化有关,“南多(少)北少(多...     

夏季北极涛动的时空特征

运用NCEP/NCAR SLP再分析月资料,分析研究了北极涛动的季节性差异,着重讨论了夏季北极涛动的时空特征。结果表明,除了强弱的季节差异,夏季北极涛动与冬季北极涛动在空间模态上也存在较大差异,主要表现在夏季北极涛动的中纬度强活动中心从北大西洋地区转移到亚洲大陆上,其亚洲中心只在对流层低层比较明显,强度随高度增加而减小,因而在对流层中呈现出比冬季北极涛动更强的斜压性。这种模态在年际和月际时间尺度上均有所体现。夏季北极涛动在近50年来一直存在稳定的准22年周期,其次为6~7年周期。另外,从1970年左右开始出现准2年周期振荡,而1970年代以前准2年周期不明显。     

区域海气耦合模式模拟的2003年东亚夏季风季节内振荡

评估了一个区域海气耦合模式(由区域环境系统集成模式RIEMS和普林斯顿海洋模式POM组成)对2003年东亚夏季风季节内振荡(ISO)的模拟性能。通过与观测海温驱动单独大气模式结果的比较,分析了海气耦合过程对东亚夏季大气ISO模拟性能的影响。结果表明:耦合模式能够模拟出2003年中国东部地区夏季降水的气候态分布,模拟的中国东部尤其是江淮地区大气ISO活动较单独大气模式更为显著。同时,耦合模式能够较好地再现大气ISO经向上北传的传播特征,模拟的江淮流域降水处于活跃和中断期时西北太平洋地区低频降水和环流异常在强度和空间分布上较单独大气模式都更为合理。相比于单独大气模式,耦合模式对大气ISO模拟的改善,一方面与其对气候态西北太平洋副热带高压和相关对流层底层风场模拟的改善有关,另一方面与其包含海气相互作用,因而对低频降水与海温和水汽辐合位相关系模拟的改善有关。     

陕西降水季节及季节内振荡的气候特征

利用谐波分析、功率谱分析的方法,对陕西82个站点1962~2006年逐日降水资料进行气候平均分析,研究气候平均态下陕西降水季节及季节内振荡的时空分布特征。结果表明,陕西大部分地区降水主要以季节变化(年循环)为主,降水准双周振荡在全省范围都比较显著,降水30~60 d季节内振荡的显著分布区域主要集中在关中和陕南,这种地域分布与副热带高压随东亚夏季风南北移动有很大关系;气候平均态下降水的准双周振荡幅度于4月中旬开始逐渐加强,7~9月振幅最强,10~11月开始逐渐减弱;降水准双周振荡显著时期主要在夏季,而30~60 d季节内振荡在全省全年都存在,夏季比冬季振幅大,陕南和关中地区最大振幅出现在7月初。     

下边界条件对北极涛动影响的数值模拟研究

利用NCAR大气模式CAM3.0探讨了包括山脉和海陆分布等下边界条件对北极涛动(AO)或北半球环状模(NAM)形成的影响.主要进行了控制试验和两个地形敏感性数值试验,对比了控制试验结果与资料分析结果.控制试验和NCEP/NCAR资料分析结果对比指出,CAM3.0模式能够较好地模拟出AO的水平环状结构和垂直相当正压结构.在去除山脉的敏感性试验中发现,AO中纬度北太平洋和北大西洋两个活动中心的强度、范围和位置发生变化.在水球敏感性试验中发现,AO两个大洋上的活动中心被环绕极地主活动中心的环状结构代替.两个敏感性试验共同表明,AO是大气内部某种过程作用的结果,它的存在本身不取决于下边界条件的改变.山脉和海陆分布主要影响的是AO的具体形态.通过控制试验和两个敏感性试验对比,又分析了准定常波和瞬变波对AO的影响.去除山脉和海陆分布热力差异共同强迫的准定常波,AO纬向平均纬向风高纬地区平流层异常最大值活动中心消失,这表明在平流层准定常波和纬向平均流的相互作用与AO活动关系密切.在只有对流层瞬变波作用时,AO仍然存在,表明准定常波不是AO存在的必要条件.平流层准定常波与平均流的相互作用和对流层瞬变波与平均流的相互作用与AO形成之间的具体关系有待通过E-P通量诊断进一步确定.     

热带平流层臭氧准两年周期振荡的特征及数值模拟

利用HALOE的观测资料、对热带地区平流层臭氧垂直分布的年际变化及其准两年周期振荡（QBO）进行研究，并同赤道上空平均的纬向风场的准两年周期振荡进行了模拟研究。资料分析结果表明，平流层臭氧浓度高值区的位置在南北方向上和垂直方向上的有明显的准两年周期，臭氧浓度高值中心的南北移动和上下移动又引起局地臭氧总量的周期性变化和准两年周期振荡南北半球不对称。而臭氧浓度中心位置的准两年周期变化与赤道上空平均纬向风的准两年周期振荡密切相关。资料分析还表明，赤道上空平流层中臭氧浓度QBO的位相随高度变化多次。模拟试验表明，纬向风QBO引起垂直经圈环流的变化，在平流层有三对余差环流圈。它们对O3在不同纬度和高度的输送是引起O3准两年周期振荡的重要动力原因。其中，余差环流在平流层中层（25－35km)的环流圈起着重要的作用。     

Fast-J: Accurate Simulation of In- and Below-Cloud Photolysis in Tropospheric Chemical Models

Photolysis rates in the troposphere are greatly affected by the presenceof cloud and aerosol layers. Yet, the spatial variability of theselayers along with the difficulty of multiple-scattering calculationsfor large particles makes their inclusion in 3-D chemical transportmodels computationally very expensive.This study presents a flexible and accurate photolysis scheme, Fast-J,which calculates photolysis rates in the presence of an arbitrary mix ofcloud and aerosol layers. The algorithm is sufficiently fast to allow thescheme to be incorporated into 3-D global chemical transport models andhave photolysis rates updated hourly. It enables tropospheric chemistrysimulations to include directly the physical properties of the scatteringand absorbing particles in the column, including the full, untruncatedscattering phase function and the total, uncorrected optical depth.The Fast-J scheme is compared with earlier methods that have been usedin 3-D models to parameterize the effects of clouds on photolysis rates.The impact of Fast-J on tropospheric ozone chemistry is demonstratedwith the UCI tropospheric CTM.