摘要:本文利用最近12年的TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星资料, 分析了亚洲季风区积云降水和层云降水的时空分布特征。结果表明: 从多年平均角度看, 亚洲季风区积云降水和层云降水空间分布主要呈现出随纬度变化的特征: 25°N以北的副热带季风区以层云降水方式为主, 其所占比例在50％以上, 而且表现为由南向北层云降水比例逐渐增加的特征; 25°N以南的较低纬度地区则以积云降水为主, 其比例在55％左右, 而且表现为全区比较一致的空间分布特征。积云和层云降水观测数比例的空间分布表明整个亚洲季风区降水云系以层云为主（层云平均占60%以上)。在季节时间尺度上, 东亚季风区特别是25°N以北的副热带季风区, 积云降水和层云降水都表现出显著的季节变化特征（季节变化标准差都在10%以上): 冬季以层云降水为主, 所占比例在85%左右, 随着夏季的到来和季风雨带的向北推进, 层云降水比例逐渐减小而积云降水比例逐渐增加, 并在7、8月份层云降水比例达到最低值55%左右而积云降水比例达到最高45％左右, 此后随着时间的推移, 层云降水比例又逐渐增加而积云降水比例逐渐降低并恢复到冬季的状态; 南亚季风区以及东亚季风区25°N以南的热带季风区, 积云降水和层云降水季节变化特征不太显著（季节变化标准差在3%左右): 一年四季都以积云降水为主, 其比例在50%～65%之间变化。并且, 本文从动力因子和热力因子对上述积云降水和层云降水的时空分布成因进行分析, 其结果表明, 亚洲季风区积云降水和层云降水的时空分布主要受季风环流的风场垂直切变动力因子所支配, 而温度、水汽、相当位温和对流有效位能等热力因子对积云降水和层云降水的强度和范围及其持续时间也起着一定的作用, 并且这些动力因子和热力因子对积云降水和层云降水的时空分布的影响存在一个阈值标准。

摘要:为了揭示2009/2010年冬季云南出现严重干旱灾害的原因, 本文利用NCEP/NCAR 再分析资料以及云南省台站降水资料计算得到的云南冬季降水指数, 讨论了在北半球冬季 (12～2月) 北大西洋涛动 (North Atlantic Oscillation, 简称NAO) 和云南省降水 (旱涝) 之间的联系。分析结果表明, 在1961/1962～2009/2010年间的49个冬季, 冬季平均的云南降水指数和NAO指数的相关系数为0.373 (超过95%信度), 表明NAO和云南省冬季降水之间存在着一定的联系。云南省冬季降水指数和北半球300 hPa位势高度异常场之间的回归结果表明, 和云南冬季降水联系紧密的环流系统可分为南北两个主要部分: 南支槽波列和贝加尔湖高压脊系统。研究表明, NAO可以通过在亚—非副热带急流中传播的准定常波列以及波的反射分别影响这两个系统。因此, NAO和云南冬季降水之间存在一定的联系。同时, 我们的结果还表明NAO和云南冬季降水之间的关系还受ENSO事件的调制。在ENSO为暖位相的冬季, NAO和云南降水关系更为紧密, 而在ENSO为冷位相的冬季, NAO和云南冬季降水的联系则不太显著。

摘要:本文利用1980～1999年卫星资料Microwave Sounding Unit（MSU) 和5种再分析资料（ERA40、JRA25、 NCEP1、 NCEP2、 MERRA), 分析了北半球冬季全球对流层中层和平流层低层温度变化中的ENSO信号, 讨论了ENSO暖冷位相时温度异常的对称性和非对称性, 并以MSU卫星资料为标准, 评估了各再分析资料描述ENSO信号的准确性。结果表明, 在对流层中层, 伴随ENSO暖、冷位相的温度异常的对称分量, 在东太平洋呈典型的“哑铃型” 变暖信号, 太平洋—北美遥相关型显著, 暖异常中心位于赤道东太平洋和北美洲北部地区, 最大值3℃左右; 而北太平洋、南亚、南太平洋为冷异常中心, 最大值在中国西南部, 可达-3.2℃。其非对称分量在北半球中高纬地区较大, 冷暖异常可达±1.5℃。在平流层低层, 伴随ENSO暖、冷位相出现的温度异常的对称分量, 在东太平洋、格陵兰岛及北大西洋为显著冷异常, 最大值出现在北大西洋地区, 为-7℃左右; 在北半球中高纬30°N以北、70°W～70°E之间的地区为较强暖异常, 最大值出现在70°N的俄罗斯东北部, 为6℃左右。温度异常只在北半球高纬度地区表现出较强的非对称性, 最大值可达5.7℃。对比而言, 在东太平洋、南太平洋、北太平洋、中国南部地区、格陵兰岛以及北大西洋部分地区, 平流层—对流层ENSO信号温度异常反号; 北美洲北部对流层—平流层温度变化同号。不同再分析资料的850～300 hPa和100～30 hPa的平均温度, 均能很好地反映对流层中层和平流层低层的ENSO信号特征。

摘要:利用中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学国家重点实验室 （LASG) 发展的区域气候模式CREM, 对中国东部夏季降水的季节内振荡 （ISO) 进行了模拟研究, 通过与格点和卫星观测降水资料及NCEP2再分析资料的对比, 评估了该模式的优缺点。结果表明, 该模式对东部季风区ISO具有较强的模拟能力。模式能够模拟出中国东部夏季降水气候态的季节内振荡 （CISO) 信号, 并能较好地再现其纬向上西传和经向上北传的传播特征, 尽管模拟的CISO强度分布与观测相比大值中心位置偏西北。此外, 模式也能够合理地再现出降水瞬变的季节内振荡 （TISO) 的局地振荡特征以及高频振荡周期, 但模拟的TISO强度较观测偏强, 且在长江流域, 模拟的TISO显著周期较短, 其传播也表现出过强的东传。分析表明, 上述偏差与夏季平均环流场以及ISO对应的辐散场和湿度场自身垂直结构的模拟偏差有关。NCEP2再分析资料的降水产品难以准确描述观测的CISO和TISO特征, CREM的模拟结果相对于再分析资料具有明显的 “增值” 。

摘要:本文利用美国新一代中尺度数值模式WRF, 结合多普勒雷达资料、卫星资料以及美国国家环境预报中心NCEP的再分析资料对发生在2007年9月17日~19日由第13号超强台风 “韦帕” 在浙江省引发的暴雨过程进行分析。结果表明, 本次降水过程主要是由台风外围暖湿的东南风急流和中高纬西风槽带来的北方干冷空气交汇造成的, 前者为降水输送水汽和热量, 后者则为对流的发展提供了动力条件和不稳定能量。 “韦帕” 在登陆期间的降水和环流结构具有明显的不对称特征, 主要的降水和对流活动发生在台风环流的西侧, 台风环流呈现东暖湿西干冷的分布特点。冷暖空气的交汇在浙江沿海地区形成一条很强的能量锋, 这也是对流系统发生最活跃和降水产生最集中的区域。沿着能量锋在对流层低层自北向南排列有多个中小尺度对流云团细胞, 并一起构成了中尺度对流云带。随着台风登陆后向西北移动和北方冷空气的进一步侵入, 对流云带的下风方不断有新的对流云团细胞产生并向下游传播。沿着能量锋上较强的风的垂直切变为对流云团的发展和维持提供了有利的环境场。此外, 北方弱冷空气侵入到低空, 沿着近地面嵌入到暖湿空气的底部, 与有利的地形条件一起对暖湿气团起到了有力的抬升作用, 触发对流性天气的发生。

摘要:本文采用中尺度天气研究预测模式（WRF) 模拟了青藏高原那曲地区的一次强对流过程, 分析了强对流对水汽的垂直输送量及对模式不同云微物理参数化方案的敏感性。通过与实测资料的比较, 发现此次模拟在对流发生时间、 地点、 降水时间等方面均与实际接近。敏感性试验表明: 当对流发生时, 对流区域向上的水汽通量随海拔高度呈先增大后减小的趋势, 该趋势对参数化方案不敏感。24小时总水汽垂直输送量随高度的变化也是如此。成因分析表明, 这与云微物理过程参数化对所模拟云中垂直上升运动的影响有关。由于强对流对水汽的垂直输送作用所引起的对流层上层加湿程度和加湿作用持续时间都对云微物理参数化方案敏感, 当选用不同云微物理方案进行模拟时, 对流层上层水汽混合比的过程最大值可造成20.3%的差异, 使对流层上层加湿所持续的时间从1.5到7小时不等。进行24小时平均后, 对流层上层湿度对云微物理方案的敏感性虽然有所减少, 但方案间的最大差异仍有14.3%。因此, 本文利用WRF对个例的模拟结果表明, 在利用WRF数值模式研究强对流对对流层上层区域湿度的影响时, 云微物理方案的不确定性对结果的影响在一天尺度内仍是不可忽视的。

摘要:对2010年我国夏季降水实况和预测进行回顾, 笔者认为优化多因子汛期降水客观定量化预测方法因子组合中缺少前冬海温和积雪等外强迫因子可能是导致部分地区预测失败的主要原因, 通过2010年夏季降水异常的气候成因诊断分析并结合诊断回报的结果论证了这一判断。同时发现前冬海温和积雪异常的气候背景下, 亚洲夏季风系统各成员均发生不同程度的异常, 其中西太平洋副热带高压异常最为显著, 是造成2010年夏季降水异常的主要原因。最后, 在这一研究基础上笔者提出了改进优化多因子汛期降水客观定量化预测方法的可能途径。

摘要:利用1979～2004年NCEP2再分析资料, 对逐日的北半球 （20°N～90°N) 500 hPa的位势高度进行二维傅里叶的谱展开, 并分析了不同波数下的谱展开系数的频域特征。对全年序列分析的结果表明: 当纬向波数k和经向波数l均为0时, 其谱展开系数表现为显著的低频（10～30天) 变化特征; 当经向波数l=0时, 其谱展开系数的频域特征随纬向波数k的变化较大, 表现为大尺度波动以低频变化为主而小尺度波动则以高频（4～8天) 变化为主; 当纬向波数k=0时, 其谱展开系数的频域特征随经向波数l的变化不大, 均表现为很强的低频特征; 当纬向波数k和经向波数l均不为0时, 其谱展开系数的低频分量主要表现为经向1波（l=1) 的空间结构, 这与中高纬低频环流异常多以经向偶极子的特征出现是对应的。对冬、夏半年序列分别分析的结果与全年序列分析的结果并无显著差别。经典的纬向基流罗斯贝波频散关系可部分解释上述特征。

摘要:利用1951～1998年多种大气和海洋资料, 研究了太平洋和印度洋在南海夏季风爆发中的作用。结果表明, 影响南海夏季风爆发早晚的因素存在着年代际变化: 1951～1970年, 印度洋起主要作用; 1970～1998年西太平洋起主要作用。该年代际变化主要是1970年前后北极涛动（AO) 的跃变以及西太平洋副高强度变化的结果。1951～1970年间, AO指数为负值, 北印度洋出现西风异常, 同时西太平洋副高强度偏弱, 有利于南海夏季风早爆发。此时, 北印度洋纬向风成为控制南海夏季风爆发的主要因素。同时, 南印度洋副热带偶极子（IOSD) 对南海夏季风的爆发也具有一定影响。当IOSD为正偶极子[西南印度洋海表面温度异常 （SSTA) 为正, 印度洋的其它区域为负]时, 北印度洋盛行西风异常, 南海夏季风爆发偏早; 反之偏晚。1970～1998年间, AO指数为正值, 北印度洋盛行东风异常, 同时西太平洋副高强度偏强, 不利于南海夏季风爆发。在此期间, 西太平洋暖池热含量成为控制南海夏季风爆发的主要因素: 当西太平洋暖池热含量为正异常时, 南海夏季风爆发早, 反之偏晚。

摘要:利用我国160站的观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表面温度（SST) 资料, 分析了我国冬季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常和海温异常。结果表明, 在年际变化的时间尺度上, 我国冬季降水主要表现为长江以南地区降水量的一致变化（EOF1) 和华南、西南地区与新疆北部、华北和长江中下游地区降水反位相振荡的变化（EOF2) 两个主模态, 它们分别可以解释年际变化总方差的49.6％和17.3％, 并具有显著的2～4年周期。此外, 这两个模态也有明显的年代际信号, EOF1表现为20世纪80年代中期以前南方地区冬季降水偏少, 1988年之后转为偏多, 而进入21世纪后逐渐接近历史平均值并有再次转为偏少的趋势, 而EOF2表现为1980年至2005年新疆北部和长江中下游地区的冬季降水出现年代际增多, 而华南地区的冬季降水出现年代际减少。进一步通过回归分析表明, 我国冬季降水年际变化的EOF1与ENSO循环以及东亚冬季风强度的变化有密切的关系, 当ENSO处于其暖（冷) 位相的冬季时, 东亚冬季风系统偏弱 （强), 来自孟加拉湾和南海的异常水汽输送在我国南方地区形成辐合（辐散), 从而有利于该地区降水异常偏多（少)。与我国冬季降水年际变化EOF2相联系的环流表现为欧亚大陆上空具有相当正压结构的一个波列, 该波列对应于东亚沿岸的异常北 （南) 风, 进而引起长江中下游地区水汽辐散（辐合) 和华南地区水汽辐合（辐散), 有利于南正（负) 北负（正) 的降水异常分布。赤道中东太平洋和北大西洋挪威海地区的SST异常分别与这两个模态具有紧密的联系, 并对这两个模态具有一定的潜在预报意义。

摘要:利用2006年9月至2009年8月的CloudSat/CALIPSO资料, 分析了东亚季风区（EAMR)、印度季风区（IMR)、 西北太平洋季风区（WNPMR) 和青藏高原地区（TPR) 的云量和云层垂直结构（包括云层的垂直位置、物理厚度、相邻云层间的垂直距离和雷达反射率垂直分布)及其季节变化特征, 进一步分析了亚洲季风区低云量的分布及其与对流层低层稳定性 （LTS) 的相关。有如下结论: （1) 这期间, EAMR、IMR、WNPMR和TPR总云量分别为69%、72%、83%和69%, 其中单层云占56%（IMR和WNPMR) 至77%（TPR), 多层云中二层和三层云合起来占95%以上。IMR的总云量在夏季（>90%) 明显高于冬季（约50%), EAMR和TPR春夏季略高于秋冬季, 而WNPMR总云量的季节变化不大。（2) 同属热带季风区的IMR和WNPMR全年都有底部在10 km以上的冰晶云, 其月平均云量为20% （冬季)～70% （夏季); 海洋边界层云在WNPMR全年较常见（月平均云量为20%～40%), 而IMR的低云主要出现在夏季（20%～40%); 属副热带季风区的EAMR云层主要位于对流层中低层, 10 km以上高云仅在夏季较多（30%左右), 但其发生频率和垂直位置相对IMR和WNPMR的高云（12～16 km高度的云量为60%～70%) 较低; TPR的云主要位于4～11 km, 等高度上云内滴谱较宽。（3) 云顶在4 km以下的低云在亚洲季风区的分布在春秋季相似、夏冬季差异较大, 冬季低云量最多, 主要分布在西北太平洋、中国大陆南部及其以东的洋面和日本附近地区, 低云量为45%～70%; 低云量与LTS的相关性在冬季不强, 而其他季节相关性较好。（4) 这四个地区都以薄云为主, 有30%～40%的云层物理厚度小于1 km, 而且多层云中相邻云层间的垂直距离约有10%小于1 km, 说明现有大气环流模式需要提高垂直分辨率。

摘要:本文使用MIROC3.2_hires模式输出资料作为RegCM3 (The ICTP Regional Climate Model, V3.0) 初边界资料, 对RegCM3中常用的3种积云参数化方案Anthes-Kuo (AK)、 Grell-Fritsch&Chappell (GFC) 和MIT-Emanuel(MIT)方案在青藏高原地区的降水和气温模拟结果进行比较, 检验了不同参数化方案在高原地区气候模拟的敏感性。结果表明, AK方案相对于GFC和MIT方案均较好地再现了气温和降水的时、空分布主要特征, 就偏差大小而言, AK 方案最接近观测, GFC方案次之, MIT相对较差, 但3种方案模拟的温度均存在一个系统性的冷偏差。AK方案在空间分布特征和区域平均的年际变化特征上更接近于观测, 但模拟的多年平均温度在高原大部分地区仍存在一个系统性冷偏差, 尤其在高原主体冷的偏差约达4℃; 而在塔里木盆地和准噶尔盆地则偏高约2℃; 青藏高原南部冷偏差大于北部, 年际变率较观测值略小。降水的模拟结果则表明, 在高原主体部分较观测偏多0～6 mm/d, 高原北部降水模拟偏多而南部偏少, 降水年际变率也略小于观测值。因此, 就年、季、月尺度而言, 积云参数化方案对中尺度区域气候模式的模拟结果产生的差异并不敏感。另外, RegCM3相对MICRO3.2_hires 显著改进了GCM的模拟结果, 尤其对地形复杂的天山、 塔里木盆地、准噶尔盆地、昆仑山、冈底斯山脉和高原东南部地区的温度和降水细节上的刻画要明显好于GCM模拟结果, 表明区域气候模式在青藏高原地区具有较好的降尺度作用。

摘要:在以往研究的基础上, 本文提出一种利用TRMM卫星闪电观测资料改善中尺度数值模式水物质初始场的Nudging同化技术, 这是把物理初始化方法与Nudging同化方法相结合的一种技术。根据TRMM卫星闪电观测水平分布, 对水汽和云凝结物进行Nudging同化, 对积云对流参数化方案进行调整, 改变模式初始水汽和云凝结物场的含量, 以达到提高中尺度数值模式初始场质量的目的。本文把这种Nudging同化技术应用于一次短时降水过程的中尺度数值模拟, 结果分析表明, 这种Nudging同化技术有利于增加模式初始场中水汽和云凝结物含量, 特别是水汽和云水的含量, 实现水汽和云凝结物的合理空间分布, 改善中尺度数值模式短时降水和云凝结物的预报效果, 这在一定程度上验证了该Nudging同化技术的可行性。

摘要:本文采用卤素掩星试验 （Halogen Occultation Experiment, HALOE) 资料探讨了火山活动相对平静期平流层气溶胶与O3、 H2O、 HCl、 NOx、 CH4、 HF等微量气体以及温度的关系。滞后相关分析显示气溶胶与微量气体和温度有显著关系, 不同成分的相关性特征有所差异, 中低纬度上空70～20 hPa高度上气溶胶与温度呈负相关。标准化多元线性回归显示温度变化的直接贡献者主要是温室气体, 气溶胶的直接贡献很有限。本文采用环境重要成分的化学、 辐射和输送模式SOCRATES （Simulation of Chemistry, Radiation, and Transport of Environmentally important Species) 模拟了气溶胶变化对平流层的影响, 微量气体和温度的响应总体上与HALOE资料的分析结果吻合, 温度的变化幅度远小于气溶胶的变化幅度。结果表明: 在气溶胶含量较高的气层内, 气溶胶表面的非均相反应对气溶胶与微量气体的关系有重要影响。不同于火山喷发后的致暖, 在火山活动相对平静期气溶胶的辐射效应为致冷, 这与气溶胶含量较低有关, 气溶胶通过非均相反应引起的间接辐射效应强于其自身的辐射效应, 但总辐射效应对温度变化的贡献很小。

摘要:模式变量初始场误差和模式误差都是制约数值天气预报准确性提高的重要因素, 传统数值预报和变分同化均忽略模式误差的影响。随着研究的深入, 关于模式误差对数值预报影响的研究显得尤为重要。本文从非线性动力方程出发, 推导出在模式存在参数误差和物理过程描绘缺失误差情况下的模式预报误差演变方程及短时间内误差平方均值近似表达式, 并利用Liouville方程推导说明模式误差演变并不服从马尔科夫链分布, 该结论对于任意模式系统均成立; 利用Hopf分岔动力系统及Lorenz系统进行数值实验, 结果表明, 短期内模式预报误差均值随时间呈二次增长; 随着时间增长, 模式预报误差平方均值趋于稳定饱和值; 参数误差和物理过程描绘缺失误差在一定意义下等价。这将为模式预报误差订正及弱约束变分同化研究提供重要理论指导和参考价值。

摘要:本文利用全球海气耦合模式（MIROC3.2_hires) 和区域气候模式（RegCM3) 的模拟结果, 分析了东亚地区夏季降水和大气环流的季节演变特征, 并与NCEP/DOE再分析资料和降水观测资料进行了对比分析。结果表明, 全球和区域气候模式都能反映出中国东部地区夏季平均环流场和降水场气候态分布的基本特征, 但全球模式模拟的雨带范围偏大, 几乎覆盖整个华南地区, 区域气候模式则较好地模拟出华南沿海地区的降水大值中心, 与实际观测更相符。对于季节演变特征而言, 全球模式模拟的华南前汛期和江淮梅雨期的主要降水中心均位于华南地区, 未能反映出北推过程, 而区域模式能够模拟出中国东部地区夏季雨带随时间呈现出的北推过程, 即华南前汛期、江淮梅雨期和华北与东北雨季三个阶段。区域模式对东亚高空急流和对流层低层南风场随时间北移的模拟能力明显优于全球模式, 这可能是区域模式能够改进对降水季节演变模拟的重要原因。