摘要:本文利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站的观测资料, 首先定义了季节平均的北太平洋涛动 (NPO) 指数, 在此基础上分析了不同季节中NPO的时空变化特征, 特别对冬季和春季NPO与我国气温、降水异常的关系作了研究。结果表明, 作为北太平洋地区海平面气压 (SLP) 年际变化的第二模态, NPO具有相当正压的结构, 在地面表现为阿留申群岛附近和夏威夷群岛西北部附近SLP场的反相变化, 在对流层中层的结构与西太平洋型遥相关类似。随着季节的变化, NPO的两地面中心有一定的移动, 其中南部中心在东西方向的移动较明显, 而北部中心在南北方向的移动较明显。在年际变化的时间尺度上, 当NPO处于正 (负) 位相时, 东亚副热带急流轴向北 (南) 偏移, 并伴有急流出口区向下游东北 (东南) 方向的伸展。分析NPO与我国冬、春气候的关系表明, 当冬季NPO处于正 (负) 位相时, 东亚沿岸的北风有较显著的减弱 (加强), 异常的偏南 (北) 气流会带来暖湿 (干冷) 的空气, 从而导致我国东部的大部分地区显著升温 (降温), 同时江淮、长江以南地区以及西北部分地区的降水也有显著增加(减少)。而在春季, 当NPO处于正 (负) 位相时, 受到华南地区异常西南 (东北) 气流以及东亚急流入口区异常次级环流引起的上升 (下沉) 运动的共同作用, 华北地区降水会显著增加 (减少), 而气温则略有下降 (升高)。进一步分析表明, 前期冬季的NPO与我国春季的气候异常间存在紧密的联系, 若冬季NPO处于正 (负) 位相, 则在随后的春季, 我国西南部地区和北方大范围地区的气温会显著偏高(低), 而西北地区的降水会显著增加(减少), 因此, 冬季NPO对我国春季气候异常有一定的预测意义。

摘要:本文讨论数值积分过程中截断误差和舍入误差的分离方法和理论, 解析地给出某些数值计算方法的理论截断误差, 并以此来分离计算结果中的误差。然后引入参考解的办法, 用来分离更为一般的微分方程求解过程中的截断误差和舍入误差。以参考解算法为基础, 对一个偏微分方程的数值解进行计算, 所得结果与采用理论截断误差得到的结果进行了对比, 发现：(1) 当使用迎风差和中央差格式时, 理论截断误差和近似截断误差在数值上高度一致, 说明了参考解方法的正确性; (2) 对于一阶的波动方程, 迎风差和中央差格式的理论截断误差在形式上也具有波动的周期特征, 振幅的大小与计算参数有关; (3) 理论截断误差可以适用于任意t时刻, 而近似截断误差的适用时间范围为一个有限的时间段, 不过它可以很容易的获取一般微分方程的截断误差, 而不需要复杂的理论推导。

摘要:利用1954～2009年中国台站雨凇和雾凇日数统计分析了中国冰冻日数的气候及变化特征。中国的冰冻主要出现在新疆、 西北东部、内蒙古东部、东北、华北、淮河流域及江南一带, 年均冰冻日数一般有1～5天, 5天以上的重冰区主要分布在新疆北部、 陕西南部、 东北中部、 华北东部、 秦岭、 云南东北部、 贵州等地。雨凇大都出现在我国南方地区, 而雾凇主要出现在我国北方地区。冰冻主要发生在11月至次年3月, 尤其是冬季。中国冰冻、 雨凇和雾凇日数在1954～2009年间出现了显著减少的变化趋势, 并在1990年代初突变减少, 雾凇的减少趋势较雨凇明显。中国冰冻、雨凇和雾凇日数的减少与气温的显著上升及相对湿度和风速的显著减小关系密切。另外, 冰冻 (雨凇、 雾凇) 日数与亚洲极涡的面积和强度, 乌拉尔山和贝加尔湖阻塞高压的强度及西太平洋副高的面积、强度和位置均具有显著的相关关系。1954－2009年间, 亚洲极涡面积显著减小且强度减弱, 乌拉尔山和贝加尔湖阻塞高压显著增强, 西太平洋副高面积缩小、 强度减弱并明显西伸。这些变化可能引起了我国冰冻 (雨凇、 雾凇) 日数的大幅减少。

摘要:利用1959～2006年西南地区东部20个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料, 分析了夏季青藏高原大气热源特征, 指出了影响西南地区东部夏季旱涝的热源关键区域, 并就关键区大气热源对该区域夏季旱涝的影响进行了诊断, 得出了以下主要结论: 西南地区东部夏季降水与高原主体东南部的热源变化关系密切, 当该区域 (该区域的平均大气热源值定义为热源指数) 大气热源偏强时, 西南地区东部夏季降水偏多的可能性大。当夏季青藏高原关键区大气热源值偏强 (偏弱) 时, 西太平洋副高和南亚高压脊线位置偏南 (偏北), 东亚夏季风偏弱 (偏强), 出现有利于西南地区东部夏季降水偏多 (偏少) 的环流形势; 同时西南地区东部夏季水汽输送增强 (减弱), 水汽辐合上升运动也增强 (减弱), 因此, 该地区夏季降水容易偏多 (偏少), 出现洪涝 (干旱) 的可能性大。

摘要:利用位于低纬高原主体的云南省境内94个台站1961～2008年汛期 (5～10月) 的逐日降雨量资料, 以≥25 mm为标准, 研究了近50年来低纬高原汛期强降水事件的年代际变化规律及其成因。结果表明: 低纬高原区汛期强降水事件气候平均的空间分布与年总降水量的分布一致, 具有明显的年代际变化特征。其中, 20世纪60年代和20世纪末至21世纪初为强降水事件多发期, 20世纪70年代至90年代初期为强降水事件的稀发期。低纬高原区汛期强降水事件的年代际变化不仅体现在强降水发生的总次数上, 也体现在发生的密集度上。多发期强降水每年发生15～20站次和20站次以上的频率可达13.0%和4.4%, 而稀发期的则为0%。西太平洋和东印度洋暖池海温状况可能是造成低纬高原汛期强降水事件发生的重要原因。

摘要:西北太平洋是全球唯一一年四季都有热带气旋生成的海域, 同时, 我国沿海紧临该海域, 是受热带气旋影响最为严重的国家之一。本文通过建立海气耦合模式, 以西北太平洋西边界流系源区为研究区域, 通过对“格美”台风的数值模拟结果分析, 研究海气相互作用对热带气旋发展的影响, 对提高台风的数值模拟及预报水平有重要意义。研究表明: 耦合作用引起的海表面温度 (SST) 降低减弱了台风强度, 在模拟前期与实况台风强度更为吻合, 在后期弱于实况, 而台风移动路径受耦合作用的影响不大。台风移动速度及强度决定了SST降温幅度, 降低幅度最大可达4℃以上, 但SST对大气的响应具有一定的滞后性, SST下降区在台风移动方向上落后于高风速区。台风中心附近大风的抽吸及挟卷作用引起深层低温海水上涌使得SST降低, 该冷尾过程至少持续54小时以上。SST的改变决定了热通量的输送, 在SST不变的情况下, 近地面层风速影响了热通量的分布。垂直上升对流的加强、 减弱与台风强度息息相关, 42小时之前不断加强的上升对流运动是台风达到最强的原因, 此后下沉运动不断加强, 导致台风强度减弱。耦合作用增加台风内部涡度的非对称性, 但减弱了中心涡度向高层扩展趋势, 这可能是耦合作用通过热力因子间接影响动力结构的途径。

摘要:云—气候反馈是热带海气相互作用的重要过程, 同时也是气候模拟的难点。本文利用IPCC AR4提供的耦合模式20世纪模拟试验结果和观测资料, 通过滤波和经验正交展开 (EOF) 的方法将热带太平洋海表温度的年际变化和年代际变化信号分别提取出来, 然后再分别计算观测和模式在年际和年代际时间尺度上云—辐射和热通量反馈特征, 发现在上述两个时间尺度上, 耦合模式模拟的云—辐射和热通量的反馈都要比观测和再分析资料的偏弱。反馈偏弱的可能原因是模式中热带大气对流和云对海表温度变化的敏感性比真实大气要偏弱。值得注意的是, 尽管耦合模式热带太平洋年代际热力反馈偏弱, 但是耦合模式模拟的热带太平洋南北纬10°之间海表温度的年代际增温趋势与观测相当。进一步分析表明, 只用年代际热力反馈来解释热带太平洋的气候变化是不够的, 还必须考虑动力反馈对于海表温度变化的调节作用。

摘要:利用最近发展的MITgcm (麻省理工学院通用环流模式) 海冰—海洋耦合模式, 以NCEP (美国国家环境预测中心) 再分析资料为大气强迫场进行了1992年1月至2009年12月北极海冰数值模拟。结果表明, 此模式能很好地模拟卫星观测的北极海冰季节和年际变化, 具备很好的北极海冰数值模拟能力。以此为基础, 对2009年7月和10月北极海冰消融和增长两个例分别进行了4组后报试验研究。试验分别以NCEP再分析气候场、 NCEP GFS (全球预报系统) 预报资料为大气强迫场, 并采用了两种不同的融合SSM/I (专用微波成像仪) 海冰密集度的初始化方案。预报结果与SSM/I的对比, 以及预报技能分析表明, 此模式具备对北极海冰的短时预报能力。大气强迫场的不同对海冰预报的改善不显著, 而初始化考虑SSM/I海冰密集度以减少初始误差的预报能更好地模拟出海冰的消融和增长。此外, 模式模拟的海冰密集度略为偏高, 对海冰冻结过程的模拟能力要优于消融过程。

摘要:采用2008年7～9月份观测的中国干旱—半干旱区实验观测协同与集成研究资料, 将我国北方干旱—半干旱区根据气候类型和地理位置划分为西北干旱区、 黄土高原区和东北冷区三个区域, 分析了干旱—半干旱区陆面热量平衡和辐射平衡日变化的区域差异。结果显示: 不同气候区域的地表辐射和能量过程差异明显, 而这种差异主要源于大气和土壤中可利用水分的不同, 因而区域差异的分析也可归结于探讨陆面辐射和能量过程对不同强弱干旱气候的响应特征。在辐射平衡的比较方面: 晴天的总辐射在各区域呈现随纬度上升而递减的趋势; 反射辐射在东北冷区最小而在西北干旱区最大; 大气逆辐射在东北冷区最明显, 在黄土高原区最弱; 地表长波辐射在西北干旱区最强而在东北冷区最弱。在能量平衡方面: 西北干旱区的地表可利用能量的70%左右用于加热大气, 小部分消耗于蒸发和加热土壤; 黄土高原区可利用能量中用于加热大气的能量占30%, 蒸发水分的消耗能量约50%; 东北冷区接近一半的可利用能量用于蒸发, 另一半的大部分消耗于加热大气。

摘要:本文利用1954～2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 分析江淮夏季降水季节内振荡 (ISO) 的年际变化, 并讨论了异常年的海气背景特征。诊断分析的结果表明： (1) 当江淮夏季降水ISO活跃时, 江淮流域、 孟加拉湾、 南海及其以东海域和日本南部海区上空大气都表现出显著的季节内振荡特征。在江淮夏季降水不活跃年, 上述区域的ISO都相对较弱, 而赤道印度洋和赤道西太平洋上空大气的ISO则较活跃年更显著。 (2) 降水ISO活跃年降水极端位相, 低层大气中从南海延伸至高纬度的低频Rossby波列非常显著, 中心位于南海、 日本以东海区和阿拉斯加湾。而高层大气也在中高纬度地区表现出类似Rossby波列形势分布, 中心分别位于乌拉尔山附近、 贝加尔湖北部、 鄂霍次克海北部和库页岛东部海区。活跃年大气中的低频波列振幅较强, 位相特征显著, 传播路径清晰。而在ISO不活跃年, 高空和低空大气中的低频Rossby波列都非常不清晰。 (3) 江淮流域夏季降水ISO强度与前期黑潮和同期南海SST存在显著的正相关。数值试验的结果表明： 前期黑潮 (或同期南海) 显著的SST正异常会增强大气中的季节内振荡, 并通过低频Rossby波列向外输送, 致使该Rossby波列振幅增强, 位相特征更为清晰。此外, 江淮流域夏季降水ISO在ENSO次年存在显著的增强。

摘要:本文利用热带测雨卫星 (Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM) 搭载微波成像仪 (TRMM Microwave Imager, TMI) 的探测及反演结果, 结合微波辐射传输模式, 就2004年17号台风暹芭 (Chaba) 过程, 对AREM (Advanced Regional Eta-coordinate Model) 模式和WRF (Weather Research and Forecasting) 模式的水凝物模拟能力进行了检验。分析表明, 两个模式模拟的台风路径与实际台风路径基本一致, 模拟的降水与TMI反演降水也基本相同。在此基础上, 以AREM和WRF模式模拟的大气结构和水凝物结构作为微波辐射传输模式的输入参数, 计算了相应大气层顶的微波亮温, 通过对比该模拟亮温和TMI实测亮温的异同, 尝试了对AREM和WRF模式水凝物结构的间接检验; 最后, 利用TMI水凝物反演产品直接检验了AREM、 WRF模拟的水凝物结构。研究结果表明, AREM模拟的云水含量稍偏高, 降冰含量稍偏低; WRF模拟的液相粒子分布范围较小, 对冰粒子的模拟能力要好于AREM模式; 两个模式对水汽的模拟都比较好。

摘要:基于天气雷达的临近降水预报是雷达短时预报业务系统的重要组成部分, 本文在回顾雷达临近降水预报技术发展的基础上, 充分考虑新一代天气雷达高时间、 空间分辨率的优点, 提出两个相邻时刻雷达回波具有最大重叠率的移向、 移速是与降水系统整体的移向、 移速密切相关的论点, 再用此移向、 移速对当前雷达回波进行平移, 最后采用九点平均的回波生消模型进行订正, 形成逐次外推预报, 利用时间权重合成法对每6分钟的逐次外推预报合成1小时的临近降水预报场。文中使用合肥、 厦门和南昌雷达站的数据进行计算、 预报和检验, 结果表明: 两个时刻的最大重叠率移向、 移速可以反映降水系统整体的移动特征, 移向、 移速的计算结果和熟练预报员的主观预报相一致; 利用生消模型对平移后的降水回波进行订正可以反映实际降水中心和分布情况; 采用时间权重合成法, 对每6分钟的降水预报合成的1小时的降水分布场和实际的降水分布场也具有较好的一致性。

摘要:本文分析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 (LASG) 发展的快速耦合模式FGOALS_gl对低纬太平洋区域水汽温室效应 (Ga) 和云辐射强迫特征的模拟能力, 讨论了模拟偏差的成因。结果表明, FGOALS_gl能合理再现Ga、 云辐射强迫的气候态空间分布特征, 但也存在明显的偏差。模式低估了冷舌区和西北太平洋Ga的强度, 原因在于表层海温 (SST) 和对流层 (特别是中层) 水汽的模拟偏差。模式总体上高估了云长波辐射强迫(Cl) 和云短波辐射强迫 (Cs) 的强度, 未能合理再现副热带北太平洋的Cl低值中心和东南太平洋的Cs大值中心。模式对Cl(Cs) 的模拟偏差主要来自高云量 (总云量) 的偏差, 云辐射强迫的模拟偏差还与云垂直结构和光学厚度的模拟偏差有关。从对El Niño型海温强迫的反馈来看, 模式能基本再现低纬太平洋区域Ga正反馈、Cl正反馈和Cs负反馈的空间分布, 但较之观测, 反馈大值区过于西伸。Ga正反馈的偏差主要源自低纬太平洋SST年际异常的强度和空间型, 及水汽对ENSO响应的偏差。高云量 (总云量) 对ENSO响应的偏差是导致Cl正反馈 (Cs负反馈) 的主要原因, 同时, 在部分区域云顶高度和云光学厚度对云辐射反馈的模拟偏差亦有影响。

摘要:本文利用发展的RIEMS对硫酸盐气溶胶第一间接辐射强迫及其气候效应进行了研究。同卫星观测和其它模式模拟结果对比表明, RIEMS能比较好地模拟云和辐射过程。东亚地区硫酸盐气溶胶的第一间接辐射强迫为负并有明显的季节变化, 各季节分别为: 冬季-0.88 W/m2, 春季-2.27 W/m2, 夏季-2.41 W/m2, 秋季-1.47 W/m2, 年平均为-1.75 W/m2。云滴有效半径空间分布与MODIS有一致性, 都表现出海洋 (6～15 μm) 大于陆地 (4～10 μm), 从中国东南地区向西北地区递减的趋势, 但模拟结果总体上小于MODIS反演结果。硫酸盐气溶胶的间接辐射效应总体上使地表温度降低, 夏季和秋季平均降温幅度在重庆市及周边地区最大可达1.5℃。水汽在冬春季由于地表温度降低主要表现为减少, 夏秋季由于水汽输送变得复杂, 其变化也表现得复杂, 既有增加也有减少。降水的变化与水汽变化相似, 冬春季中国东部大部分地区降水减少 (0～60 mm), 冬季为0～30 mm, 而夏季和秋季降水变化比较复杂, 夏季在四川盆地、 长江中下游地区和长江以南大部分地区, 降水是增加的 (0～150 mm), 而东北大部、 华北部分地区的降水是减少的 (0～90 mm)。硫酸盐间接气候效应的分区平均显示, 除了夏季东北地区是增温 (0.2℃), 其他分区平均都是降温, 最大降温出现在秋季华中地区, 可达0.5℃。各区域冬季降水变化最小 (-0.1～0 cm), 夏季降水变化最大, 其中东北地区区域平均累积降水减少可达1.7 cm, 而华中地区平均降水增加了约0.2 cm。

摘要:本文基于实时的热带大气季节内振荡(MJO)指数和中国台站降水资料, 研究了MJO对中国华南前汛期 (4～6月) 降水的影响。结果表明, 随着MJO的活跃中心从印度洋进入西太平洋, 华南地区的降水由偏多转为偏少。最显著的降水正负异常分别位于第4位相和第7位相, 其区域平均的最大正负异常值相对于气候平均值的变化约为17%和11％。与降水异常相对应, 大尺度背景场, 如西北太平洋副热带高压、水汽和垂直速度也发生了季节内变化。当MJO的活跃中心位于印度洋(第4位相), 副高加强西伸, 华南地区的水汽增加, 上升运动亦加强, 降水偏多。当MJO的活跃中心位于西太平洋 (第7位相), 副高减弱东撤, 华南地区的水汽减少, 上升运动亦减弱, 降水偏少。

摘要:植被动态冠层模型Interactive Canopy Model (ICM) 考虑了生态系统中较完整的碳氮循环过程, 能够较为客观真实地描述较短时间尺度上植被的动态变化特征。本文在ICM原有碳氮分配方案基础上, 考虑了植物花、果实等新生组织对碳氮分配的影响, 假设新生组织碳库是花期以后植物的主要碳汇之一, 并利用物候模型ForcSar预测花期, 调控碳氮分配过程; 用卫星观测的LAI (Leaf Area Index) 产品对模拟的北半球中高纬度地区植被的季节和年际变化过程进行了对比分析。结果表明, 改进后的ICM能够更好地模拟北半球中高纬植被的季节变化过程。7月前后是模拟的植被生长最旺盛的时间, 与实际情况更为一致, 从而较好修正了原方案中模拟的植被生长落后于实际观测的问题; 模拟与观测值的季节变化相关系数有了显著提高, 各类型植被的模拟误差也都不同幅度减小。改进后模拟与观测的年际变化相关性也有了一定程度的提高, 但年际变化趋势的改进效果稍弱。模拟的LAI变化改变了地表能量平衡和水汽收支状况, 对于美国东部温带落叶阔叶林来说, 植被吸收太阳辐射、 叶面和地面的感热、 潜热通量在植被生长前期的变化量最大, 说明改进后的ICM将会引起模拟下垫面物理状况的改变。