热带大气季节内振荡的一个数值模拟研究

文中分析了中国科学院大气物理研究所全球气候谱模式ALGCM (R4 2L9) 12a(1978～ 1989年 )积分的逐日输出结果 ,并与 1978～ 1989年的逐日NCEP资料对照 ,以此对热带季节内振荡 (30～ 6 0d振荡 )进行数值模拟研究。分析表明 ,该模式在热带地区可以模拟出明显的季节内振荡 (ISO)的准周期信号 ,并抓住了热带ISO的基本传播特征 ,能较好地再现东、西半球传播速度的差异 ,同时模式模拟存在东传要好于西传 ,冬、春季的模拟要好于夏、秋季的现象。该模式模拟的热带ISO的强度较许多大气模式明显提高 ,尤其是对 2 0 0hPa上ISO动能强度的模拟。模式基本模拟出了ISO低层辐合、高层辐散的水平风场特征。模式较好地再现了热带ISO纬向风的垂直结构。此外 ,观测资料表明热带ISO在冬、春强 ,而夏、秋弱的季节性倾向与ISO的年际变化相联系 ,模拟的ISO在季节性倾向偏差上表现为冬、夏相对强 ,而春、秋相对弱。垂直速度、散度、水汽等物理量的配置同NCEP资料的结构特征仍有明显差异 ,模拟的ISO空间分布也不太理想 ,表明要很好模拟ISO结构和空间分布特征 ,还须做不少工作。     

热带季节内振荡与南海热带气旋活动的关系

利用1949—2009年台风年鉴和NCEP/NCAR再分析资料分析了热带季节内振荡(ISO)与南海热带气旋活动的关系。主要结论包括:(1) 针对南海地区定义了纬向风指数,经验证该指数能较好描述南海大气ISO的具体特征;(2) CPC120指数反映的对流空间尺度相对于南海小尺度海域太大,且不能很好判明南海地区气旋活动归属于活跃与否两类,这从反面证明了纬向风指数对南海地区热带ISO活动的适用性;(3) 利用纬向风指数把热带ISO活动划分了8个位相,发现其位相变化与南海热带气旋活动有较好的对应关系:不活跃期(第4～6位相)时,气旋在南海生成和登陆均明显减少,而在活跃期(第7～3位相)时情况相反;(4) 合成分析表明,热带ISO东传时,伴随对流中心位置的东移,南海气旋活动表现也不同,其活跃期以第2位相特征最明显,此时南海地区对应强对流和气旋式切变,同时副高强度较弱位置偏东,这些均有利于南海气旋的生成和发展;不活跃期则情况相反,以第6位相特征最明显;(5) 进一步从能源供应角度来探讨发现,南海地区的水汽凝结加热中心、强对流中心及水汽通量散度均配合一致。此外,活跃位相时整层热源垂直剖面均反映南海上空为强上升运动和中层加热;不活跃位相则情况相反。因此,热带ISO东传也会影响南海上空加热配置,从而影响热带气旋活动。      

南海和南亚大气季节内振荡月异常对夏季风活动及中国东部夏季降水的影响

利用ECMWF逐日再分析资料(1961—2000年),中国气象局国家气候中心提供的1961—2000年中国160个站降水资料,探讨了夏季逐月南海和南亚ISO的强弱对南海和南亚夏季风及中国东部降水的影响。研究表明,夏季各月南海和南亚ISO异常对夏季风活动及中国东部降水的影响存在显著的差异,有分月进行讨论的必要。夏季各个月南海大气ISO的异常对南海和南亚夏季风活动的影响在6、7月有些相似,都表现为ISO强(弱)与南海地区和南亚地区气旋性(反气旋性)环流相对应,而8月截然相反,ISO强(弱)与仍南海地区气旋性(反气旋性)环流对应,而南亚地区表现为反气旋性(气旋性)环流。南亚大气ISO异常对夏季风活动的影响与南海地区有较大差异,6月和8月南亚大气ISO强(弱)与南亚地区气旋性(反气旋性)环流对应,而7月ISO的强(弱)对应于南亚地区反气旋性(气旋性)环流。6月南亚大气ISO强(弱)对应于南海地区气旋性(反气旋性)环流,而7、8月无论是南亚大气ISO强年还是弱年,南海地区都表现为反气旋性异常环流。从降水来看,夏季6、7月南海大气ISO偏强(弱)年,长江以南大部分为正(负)距平而江淮流域降水基本上为负(正)距平。而8月南海大气ISO强弱年,长江以南与江淮流域这种反相的降水特征并不明显。7月南亚大气ISO强(弱)年,长江以南降水大部分为负(正)距平而江淮流域为正(负)距平,而6月和8月南亚大气ISO的强弱对中国东部降水的影响并不如7月表现明显。     

夏季南亚高压与川渝地区降水的关系研究

利用我国160个测站中川渝地区的代表站及NCEP/NCAR再分析资料,研究了盛夏川渝地区降水与南亚高压东西振荡关系及其可能产生的影响.结果表明:川渝降水变化存在与南亚高压相适应的时间尺度,即准5年尺度、准10年尺度.在准5年尺度上,20世纪90年代中期以前,南亚高压东西振荡表现的位相与盆地东部降水变化位相相反,与盆地西部降水变化呈正位相,90年代末期以后与川渝地区降水变化位相趋势一致,但与四川西部高原降水的位相关系对应不明显.在年代际尺度,川渝盆地东、西部和川西高原三地降水变化存在与南亚高压东西振荡相一致的位相,说明年代际尺度变化中,当南亚高压长期表现为东伸模态,川渝降水呈总体偏多趋势.同时,川渝地区的降水变化与100hPa上高压两侧及中低层四川上空风场变化有显著的遥相关,在"东涝西旱"年份,南亚高压16800 gpm线位于四川与重庆交界上空,在"西涝东旱"年份,南亚高压16800 gpm线位于湖北西部上空,在两地降水差异显著年,南亚高压东西振荡主要表现在川渝盆地上空摆动,用16800 gpm线定义的东西振荡指数对认识川渝地区降水异常有很好的指示意义.     

夏季南亚高压两类东—西振荡过程的联系及其天气效应对比

夏季南亚高压（SAH）中心呈青藏高原和伊朗高原双模态分布,表现为东—西振荡的形式。同时,SAH的东缘还存在规律性的向东亚地区东伸或西退至青藏高原,表现为另一种形式的东西振荡。本文利用NCEP1逐日再分析资料、APHRODITE逐日降水数据以及印度地区逐日降水数据,研究了SAH这两类东—西振荡的联系以及它们对亚洲地区环流和天气影响的差异。结果表明,SAH中心的双模态东—西振荡位相可显著影响其东缘东伸/西退的发生及其幅度。尽管在SAH中心呈青藏高原和伊朗高原模态时,均可以出现SAH东缘的向东亚东伸,但青藏高原模态下发生东伸的频率明显高于伊朗高原模态;在伊朗高原模态时则更容易出现SAH东缘的西退。而且,在青藏高原模态下发生的SAH东缘东伸的幅度也比伊朗高原模态时更大。进一步研究发现,SAH中心的双模态东—西振荡主要与印度北部及整个青藏高原地区的降水异常型密切联系,并与异常降水有关的热力和动力作用变化相耦合。而SAH东缘的东伸/西退则通过引起西太副高的西进/东退,与东亚地区偶极子型的降水异常（青藏高原中东部、长江与黄河之间的中下游地区的降水异常与长江以南地区的相反）相联系。此外,SAH中心为青...     

全球变暖背景下热带大气季节内振荡的变化特征及数值模拟

利用欧洲中期数值预报中心的ERA40再分析逐日的200 hPa风场资料,选取1958-1977年和1980-1999年各20年,对比分析了在全球变暖背景下前后两个时段热带大气季节内振荡(ISO)的特征及其变化.研究表明: 近20 a来,原来在赤道中太平洋上活跃的ISO减弱,而在中印度洋、孟加拉湾地区ISO变得活跃;全球变暖背景下,ISO的强度变化幅度加大,表明ISO更加活跃,且季节变化明显,冬、春季强,夏、秋季弱;对流层上层的纬向风能量更集中于1-3波,ISO的频率有加大的趋势.还利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的耦合气候系统模式FGOALS-1.0g中的控制试验及其二氧化碳浓度加倍试验结果,分别对应实测资料的前后20年进行对比分析.发现模式对ISO的空间结构模拟较好,但低估了ISO的强度;时空谱分析表明模式结果中包含有更多的纬向风的高频成分,由于能量的分散,导致对ISO活动强度的低估.但通过对模式的控制试验和温室气体增加试验结果的对比分析,发现耦合模式还是较好地反映出在全球变暖背景下ISO在中印度洋、孟加拉湾地区变得活跃、频率加大等变化特征.     

南亚高压季节变化中的正斜压环流转换特征

利用１９５８～１９９７ 年的 Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ 再分析资料,采用将大气环流在垂直方向分解为正压和斜压环流两个分量的方法,讨论了南亚高压季节演变中的正斜压环流的转换特征。指出（１）夏季,南亚高压以斜压性为主,其斜压分量约占 ７０ ％ 的比重,冬季以正压性为主,其正压分量约占 ７０ ％ 的比重;（２）由冬季的正压性高压向夏季的斜压性高压的季节演变中,南亚高压是在其斜压分量环流的引导下移动的,即其斜压分量环流的变化超前于其自身的变化;（３）由夏季的斜压性高压向冬季的正压性高压的季节演变则相反,南亚高压是在其正压分量环流的引导下移动的。     

热带季节内振荡研究新进展

季节内振荡既是热带大气活动的强信号，也是热带海洋中较为普遍的现象。本文叙述了热带大气和热带海洋季节内振荡研究的进展，包括热带大气季节内振荡的观测研究、机制研究以及热带海洋季节内振荡方面的研究；讨论了海气相互作用、不同尺度间相互作用对季节内振荡的影响；在总结上述研究成果的基础上提出了热带季节内振荡研究进一步的发展方向。     

热带季节内振荡与北大西洋涛动年际变化的关系

运用K均值聚类法将冬季北大西洋及欧洲地区的天气流型分为4种不同的流型。研究了不同阶段8种不同位相的热带季节内振荡（MJO）与这4种流型的年际变化的关系。通过一系列的对比试验发现,K均值聚类法划分得到的不同位相的北大西洋涛动（NAO）的天数能很好地反映NAO指数;无论是在1978～1990年（简称为P1阶段）还是在1991～2010年（简称为P2阶段）,MJO第3（6）位相影响NAO正（负）位相;但在P1阶段存在NAO的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由弱的负位相转换为正位相,当MJO处于第6位相时, NAO由正位相转换为负位相;而在P2阶段NAO并没有明显的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由偶极子结构转换为波列结构。     

亚洲两个季风区大气季节内振荡的比较分析

本文利用ECMWF逐日再分析资料(1961～2000年),主要从结构和水平传播包括经向传播和纬向传播方面对南海和南亚两个季风区的30～60天振荡进行了比较分析.研究结果发现,两个季风区的大气季节内振荡都存在明显的年际变化,但并没有出现同相或反相的变化关系.两个季风区ISO在结构上既有相似的地方也有不同点,在垂直结构上都...     

东亚夏季风的季节内振荡研究

利用动力学因子和热力学因子结合的方法,将东亚夏季风区的西南风与OLR进行了综合处理,构造成东亚季风指数(IM).研究结果表明,该指数既可很好地反映东亚季风区的风场、高度场的环流特征,又能较好地描述我国长江中下游地区夏季降水和气温的变化.通过功率谱和带通滤波结合的方法研究东亚夏季风中的季节内振荡,东亚夏季风区内低频振荡在夏季主要是以30～60天周期的振荡为主;东亚夏季风的季节内振荡在东亚沿海呈波列的形式,并表现为随时间向北传播的季风涌;由于该季节内振荡的波动,造成了东亚热带夏季风在东亚热带和副热带地区活动的反位相关系.     

热带风场季内振荡强度与海表温度异常关系研究

利用NCEP/NCAR逐日风场及英国气象局逐月海表温度资料,研究了对流层高低层风场季内振荡强度季节变化特征,探讨了其年际及年代际异常特征与海表温度异常的关系。热带印度洋、热带西太平洋是高低层风场季内振荡终年均活跃的区域。对流层高低层风场季内振荡强度异常与海表温度异常均不存在确定的局地关系。风场季内振荡能量异常与海表温度异常在年代际尺度上具有良好对应关系,20世纪70年代中后期以来,赤道东太平洋海温异常升高,Walker环流减弱,导致亚洲区域季风季内振荡强度减弱,赤道太平洋区域200hPa（850hPa）风场季内振荡在赤道东太平洋增强（减弱）,在印度洋东南部—印尼—中西太平洋的暖池区域减弱（增强）,促进了ElNino事件的增强。对流层高低层风场季内振荡强度年际异常与ElNino事件关系密切,这一特征在低层（850hPa）风场表现更显著。在事件发展初期,热带中西太平洋区域850hPa风场季内振荡异常增强并东移,事件发生之后这些区域能量减弱。大气季内振荡可能是ElNino事件的激发因素。     

A GCM Study on the Tropical Intraseasonal Oscillation

The ability of AGCM to simulate the tropical intraseasonal oscillation (ISO) has been studied using the output of global spectral model (ALGCM (R42L9)) of the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, and the outoput is compared with the results from NCEP/NCAR reanalysis for the year 1978-1989. The model displays an evident periodic signal of the tropical ISO. Basic propagating characters of the tropical ISO are captured, and changes in phase speed between Eastern and Western Hemispheres are also well presented, and the simulation of eastward propagation is better than that of westward propagation. This model has increased the ability to simulate the strength of the tropical ISO, especially at 200 hPa, and basically simulates the horizontal structure of wind characterized by the convergence in low-level and divergence in upper-level. The vertical structure of the zonal wind is also well reproduced. Moreover, observed results show that the representing of seasonal preference to form strong ISO in winter and spring is related to ISO's interannual variability, but it is shown in this model with strong ISO in winter and summer and weak ISO in spring and autumn. Structures of some physical elements such as vertical velocity, divergence, specific humidity, etc., and the special distribution of ISO have also differences with these from NCEP reanalysis data, which make it clear to develop this model to simulate the structure and spatial distribution of the ISO.     

南海夏季风季节内振荡的年际变化研究

利用NCEP/NCAR风场、 垂直速度再分析资料和NOAA的逐日向外长波辐射 (简称OLR) 资料, 运用Butterworth带通滤波方法, 对南海夏季风季节内振荡 (简称ISO) 的特征和年际变化情况进行了初步研究。气候平均状况下ISO在亚洲季风区存在5个活动中心, 其中包括南海南部地区 (5°N～15°N, 110°E～120°E)。气候平均状况下南海ISO在5～9月有三次比较明显的活跃过程。以850 hPa风在西南方向上的投影 (Vsw) 经30～60天带通滤波后的绝对值在南海区域的夏季平均定义了当年南海夏季风ISO活动指数, 以此确定了南海夏季风ISO活跃年和不活跃年, 并由此提取了两者在逐日序列和水平分布场特征上的差异。通过对南海夏季风ISO活跃年与不活跃年ISO信号差别的研究发现: 在南海夏季风ISO活动较活跃年份的一个完整周期的8个位相合成中, 低频对流中心从热带印度洋西部东传到达南海后, 受Walker环流和西太平洋副热带高压底层东风气流阻挡等其它动力和热力因素的影响转向东北传。春季南海地区较强的Walker环流和对流活动有可能作为南海夏季风ISO活跃的前期信号。     

谱模式SAMIL对南亚季风区大气季节内振荡向北传播的模拟

基于与NCEP资料结果的比较,研究了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的大气环流模式SAMIL对夏季南亚季风区季节内振荡（ISO）向北传播特征的模拟,并结合目前对ISO北传机制的理解对模拟结果进行了分析讨论。SAMIL在夏季南亚地区模拟出相当强度的季节内振荡的活动,并且模拟的ISO也表现出与NCEP资料相似的从赤道向北传播的特征,但传播的速度要慢于NCEP资料的结果。模拟的北传ISO具有与NCEP资料相似的结构特征,涡度和水汽场明显的呈经向不对称,涡度和水汽的正异常位于ISO对流的北面,最大的上升运动和最强的行星边界层辐合也位于ISO对流的北面。ISO 结构的经向不对称性正是模式模拟的ISO具有向北传播特征的原因;而模式对夏季南亚季风区高低层风场和行星边界层水汽的合理模拟起了关键的作用。同时,根据关于ISO北传机理的已有研究,模式的结果也表明南亚地区夏季风场的垂直结构是那里ISO向北传播的重要机制。     

Sensitivity of the Simulated Tropical Intraseasonal Oscillation to Cumulus Parameterizations

The sensitivity of the simulated tropical intraseasonal oscillation or MJO （Madden and Julian oscillation） to different cumulus parameterizations is studied by using an atmospheric general circulation model （GCM）--SAMIL （Spectral Atmospheric Model of IAP LASG）. Results show that performance of the model in simulating the MJO alters widely when using two different cumulus parameterization schemes-the moist convective adjustment scheme （MCA） and the Zhang-McFarlane （ZM） scheme. MJO simulated by the MCA scheme was found to be more realistic than that simulated by the ZM scheme. MJO produced by the ZM scheme is too weak and shows little propagation characteristics. Weak moisture convergence at low levels simulated by the ZM scheme is not enough to maintain the structure and the eastward propagation of the oscillation. These two cumulus schemes produced different vertical structures of the heating profile. The heating profile produced by the ZM scheme is nearly uniform with height and the heating is too weak compared to that produced by the MCA, which maybe contributes greatly to the failure of simulating a reasonable MJO. Comparing the simulated MJO by these two schemes indicate that the MJO simulated by the GCM is highly sensitive to cumulus parameterizations implanted in. The diabatic heating profile plays an important role in the performance of the GCM. Three sensitivity experiments with different heating profiles are designed in which modified heating profiles peak respectively in the upper troposphere （UH）, middle troposphere （MH）, and lower troposphere （LH）. Both the LH run and the MH run produce eastward propagating signals on the intraseasonal timescale, while it is interesting that the intraseasonal timescale signals produced by the UH run propagate westward. It indicates that a realistic intraseasonal oscillation is more prone to be excited when the maximum heating concentrates in the middle-low levels, especially in the middle levels, while westward propagating disturbances     

Sensitivity of the Simulated Tropical Intraseasonal Oscillation to Cumulus Parameterizations

The sensitivity of the simulated tropical intraseasonal oscillation or MJO (Madden and Julian oscilla tion)to different cumulus parameterizations is studied by using an atmospheric general circulation model (GCM)-SAMIL(Spectral Atmospheric Model of IAP LASG).Results show that performance of the model in simulating the MJO alters widely when using two different cumulus parameterization schemes-the moist convective adjustment scheme(MCA)and the Zhang-McFarlane(ZM)scheme.MJO simulated by the MCA scheme was found to be more realistic than that simulated by the ZM scheme.MJO produced by the ZM scheme is too weak and shows little propagation characteristics.Weak moisture convergence at low levels simulated by the ZM scheme is not enough to maintain the structure and the eastward propagation of the oscillation.These two cumulus schemes produced different vertical structures of the heating profile.The heating profile produced by the ZM scheme is nearly uniform with height and the heating is too weak compared to that produced by the MCA,which maybe contributes greatly to the failure of simulating a reasonable MJO.Comparing the simulated MJO by these two schemes indicate that the MJO simulated by the GCM is highly sensitive to cumulus parameterizations implanted in.The diabatic heating profile plays an important role in the performance of the GCM.Three sensitivity experiments with different heating profiles are designed in which modified heating profiles peak respectively in the upper troposphere(UH), middle troposphere(MH),and lower troposphere(LH).Both the LH run and the MH run produce eastward propagating signals on the intraseasonal timescale,while it is interesting that the intraseasonal timescale signals produced by the UH run propagate westward.It indicates that a realistic intraseasonal oscillation is more prone to be excited when the maximum heating concentrates in the middle-low levels,especially in the middle levels,while westward propagating disturbances axe more prone to be produced when the maximum heating appears very high.     

Research Progress in China on the Tropical Atmospheric Intraseasonal Oscillation

Tropical intraseasonal oscillation (including the Madden-Julian oscillation) is an important element of the atmospheric circulation system. The activities and anomalies of tropical intraseasonal oscillations affect weather and climate both inside and outside the tropical region. The study of these phenomena therefore represents one of the frontiers of atmospheric sciences. This review aims to synthesize and summarize studies of intraseasonal oscillation (ISO) by Chinese scientists within the last 5-10 years. We focus particularly on ISO's mechanisms, its numerical simulations (especially the impacts of diabatic heating profiles), relationships and interactions with ENSO (especially over the western Pacific), impacts on tropical cyclone genesis and tracks over the northwestern Pacific, and influences on the onset and activity of the South and East Asian monsoons (especially rainfall over China). Among these, focuses of ongoing research and unresolved issues related to ISO are also discussed.     

热带大气季节内振荡的进一步分析

利用ＥＣＭＷＦ的格点资料对热带大气季节内振荡作了进一步分析研究,表明热带大气季节内振荡既有Ｋｅｌｖｉｎ波型扰动,也有Ｒｏｓｓｂｙ波型扰动;影响热带大气季节内振荡移动的主要因素有扰动波型和积云对流活动的异常;伴随ＥｌＮｉｎｏ事件的发生,热带大气季节内振荡的动能急剧减小,而准定常扰动动能急剧增大,既反映了热带大气季节内振荡对ＥｌＮｉｎｏ的激发作用,也说明了在ＥｌＮｉｎｏ期间热带大气季节内振荡偏弱的原因。     

热带对流和环流季内振荡强度与海表温度关系对比研究

利用外逸长波辐射(OLR）、风场和海表温度(SST)资料, 研究了热带大气季节内振荡(ISO)强度的季节变化特征, 发现热带印度洋和热带西太平洋区域是OLR和风场季内振荡最主要的共同活跃区。对比分析了OLR和风场季内振荡强度与海表温度异常之间的年际异常关系, 发现OLR季内振荡强度异常与海表温度异常之间存在显著局地正相关关系, 即在热带中东太平洋区域、热带西北太平洋区域和热带西南太平洋区域, 当海表温度正(负)异常时, OLR季内振荡增强(减弱),特别在冬春季节这一关系更清楚。除个别区域外, 风场季内振荡强度异常与海表温度异常不存在类似OLR的局地关系。OLR和风场季内振荡强度异常与海表温度异常之间局地和非局地关系的差异, 体现了两种要素特性的本质差异。但两种要素季内振荡强度在El Niño事件发展过程中的变化基本一致, 即在气候场中季内振荡活跃的区域, 事件发生之前季内振荡会增强, 并逐渐向东传播, 事件发生之后这些区域振荡减弱。