摘要:

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摘要:基于1951—2012年逐月海洋和大气多种要素的再分析资料,分析了与两类El Nino相伴的IOD(Indian Ocean Dipole,印度洋偶极子)事件盛期的海洋和大气异常特征,并进一步对比了与不同类型El Nino相伴的IOD事件的季节演变及对应的海气耦合过程.结果表明:两类IOD事件盛期时,暖海温强度和位置有显著差异.发生在东部型El Nino期间的IOD事件(简称EP-IOD)盛期,正(负)SSTA中心出现在热带西北(赤道东南)印度洋,强度相当,对应的热带印度洋—海洋大陆异常Walker环流强度较强、范围较大;与中部型CP El Nino相伴的IOD事件(简称CP-IOD)的正SSTA相对较弱,且偏于南印度洋,异常Walker环流较弱、较窄.在季节演变中,两类IOD事件期间的局地海气过程差异显著,伴随着西印度洋西南季风减弱和东印度洋异常东风加强,EP-IOD事件的发展以西正东负的偶极型异常海温的出现及加强为主要特征;而CP-IOD事件的发生发展则与西北印度洋异常冷海温的生消及南印度洋暖水的堆积相伴,表现为"-+-"三极型SSTA的出现并转为西正东负偶极型的过程,夏季时出现在东印度洋的异常东风以及赤道中印度洋低层负涡度异常水平环流对其发展具有重要作用.

摘要:为了定量评估北京气候中心(BCC)发展的BCC_CSM对当代全球海表温度和混合层深度的模拟能力,以WOA09(World Ocean Atlas 2009)观测资料作为检验模式的气候态实况场,提取包括BCC_CSM在内的CMIP5中的17个海气耦合模式的模拟结果,评估BCC_CSM模拟的全球海表温度和混合层深度的气候平均态并分析造成偏差的可能原因.结果表明:BCC_CSM模拟的海表温度在北半球中高纬的误差较大,而在其余纬度的模拟性能较佳.偏差的产生主要归因于海洋环流偏差.BCC_CSM模拟的最深混合层在北半球中高纬和南半球高纬地区的误差较大,同时这些区域也是多模式模拟差异最大的区域;其模拟的最浅混合层在南半球中高纬的偏差较大.冬季大西洋经向翻转环流的模拟在北大西洋下沉的位置偏南导致北半球高纬地区海表温度偏冷.由此认为包括BCC_CSM在内的许多海气耦合模式需重点改进对南、北半球深对流海域物理过程的描述,以提高气候预测的可信度.

摘要:利用逐月OISST、ERSST及NCEP2表面风场等资料探讨了南印度洋偶极子(Southern Indian Ocean Dipole,SIOD)的结构特征、形成原因及其与ENSO的关系.结果表明:在南印度洋,偶极子形态的年际海表面温度异常在10—12月出现,次年2月达到极值,随后的4—6月消亡.SIOD的形成主要是风场、潜热通量和短波辐射通量起作用,混合层深度异常加厚或变浅有助于SIOD的形成.近30 a资料表明,SIOD的盛期超前ENSO 9～10个月,且具有季节锁相特征.20世纪70年代中期发生年代际气候突变后,SIOD与ENSO的相关关系显著增强.正SIOD事件之后一般都有El Niño事件发生,负SIOD事件之后都有La Niña事件发生.

摘要:基于西太平洋副热带高压的异常活动与亚洲夏季风系统其他成员之间存在着密切联系的天气事实,运用交叉小波的非线性时滞相关分析方法,对东亚夏季风系统成员与西太平洋副热带高压形态和变异的相互影响的基本事实和物理特征进行研究,得到了西太平洋副热带高压与主要的亚洲夏季风系统成员之间基本的关联结构和演变示意图.研究结果揭示了不同的季风子系统对西太平洋副热带高压的影响不同:影响西太平洋副热带高压强度和脊线位置异常变化的是亚洲夏季风系统中的印度夏季风子系统的5个主要成员;而影响西太平洋副热带高压西脊点异常变化的则是亚洲夏季风系统中的另一个子系统——东亚夏季风子系统的5个主要成员.研究揭示了副热带高压与亚洲夏季风系统主要成员之间的时延特征与统计关联特性,为相应的机理研究提供了事实依据.

摘要:利用NOAA逐日海表面温度(sea surface temperature,SST)资料、NCEP/NCAR逐日风场和比湿资料以及中国国家气象信息中心提供的逐日降水资料,研究了西北太平洋气候SST的低频周期,进一步分析了夏季西北太平洋SST季节内振荡与中国东部同期降水异常的关系.结果表明:夏季西北太平洋季节内SST异常影响中国东部同期季节内降水最显著的三个区域为:长江中游及华南沿海;江淮流域;华北大部.其影响途径主要是通过西北太平洋季节内海温与850 hPa环流场之间相互作用,在东亚沿岸自南向北逐渐形成气旋—反气旋—气旋(反气旋—气旋—反气旋)的波列结构,引起东亚沿海局地水汽的辐合辐散,使得中国东部夏季季节内雨带从江淮流域向华北推进(从华北南撤到长江中游及华南沿海地区).

摘要:以Lorenz系统为例,推导出集合平均所定义的完整动力方程(均值方程),将初值的集合平均问题作为一个广义的动力系统问题来进行研究;对于双初值和多初值的均值方程,利用定性理论分析了其吸引中心的位置和个数,并使用数值试验进行了验证,结果表明平均值的吸引子的结构与原解的吸引子位置、数量和结构均有不同.对均值方程的特征矩阵分析表明,定点附近的稳定性与原方程相同,而且特征方程所对应的特征值也与原方程相同.均值方程对应的相流散度为负值且数值上与原系统相同,因此其在相空间中的体积收缩速度和原系统相同,最终趋向一个低纬曲面,均值方程的这个性质使得Lorenz系统的集合平均解趋于一个吸引子.均值方程可以保持原方程的耗散特性、吸引子特性,但稳定点位置和个数发生了变化,非定点处的Jacobian矩阵特征值与原系统也有不同.简而言之,一旦使用了集合平均方法,那么集合数值解并不是原系统的解,仅保持了原系统的部分特征,因而集合平均是否有效需要根据具体问题和其他外部限定条件才能确定.

摘要:敏感性试验表明集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)方法在混合(Hybrid)同化过程中易受观测资料数量变化的影响而产生较大程度的协方差震荡,从而可能导致系统不稳定.为设计一种简便、稳定的Hybrid同化系统,构建了一种基于物理控制变量扰动及多物理参数化方案的Hybrid同化及预报系统.本系统随着循环的进行,不断对Hybrid同化分析场进行控制变量扰动得到集合成员初始场,并且对各集合成员采用不同物理参数化方案以更合理地表征背景场的误差特征.连续10 d的循环同化及预报试验表明,本文同化方案效果明显优于三维变分方案,动力场的整体同化和预报效果与ETKF方案基本相当.本方案相比于ETKF方法不受观测波动影响,在没有经任何参数调试情况下,取得了良好同化和预报效果,为Hybrid同化的便捷运行提供了一种稳定可靠的手段.

摘要:基于贝叶斯理论,建立了将确定性预报向概率预报转换的基本模式,并利用TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF)地面气温预报资料及地面气温观测资料,对概率化后的预报进行了评估与释用.结果表明,概率化后的预报结果不但能提供丰富的预报产品,而且所提供的预报均值优于原始的确定性预报.应用贝叶斯模式平均法(BMA)将中国气象局(CMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)和ECMWF 3个模式的预报结果进行多模式集成,得到了更为合理的概率分布,其中分布的均值可作为模式的预报结果,方差和置信区间反映了预报量的可变范围.因此,基于贝叶斯预报模式的概率预报相对于确定性预报,不但能够提供更高精度的预报,而且能提供更全面的预报信息.BMA集成预报结果不但优于集合平均预报,而且还能定量描述预报的不确定性.利用ECMWF预报中心51个预报成员进行集成贝叶斯概率预报试验,发现BMA预报融合了各成员对预报不确定性的描述,还对概率预报的均值进行了调整,使之与观测值更为接近.BMA预报的概率密度分布更能反映大气的真实分布情况.

摘要:在基于集合卡尔曼变换(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)方法的适应性观测系统的基础上,考虑湿度因子作用并增加对流层低层的大气运动信息,发展了更加适用于我国中尺度高影响天气系统敏感区识别的优化方案.针对环北京夏季暴雨和冬季降雪的高影响天气个例,分别设计4组试验进行观测敏感区识别试验,考察了优化方案目标观测敏感区识别质量,并对分析和预报结果进行了评估.结果表明:优化方案的目标观测敏感区识别效果最佳,对环北京夏季暴雨和冬季降雪天气的目标观测敏感区质量有明显改善,湿度因子可使最强观测敏感区更加集中,对夏季降水敏感区的影响比冬季降雪天气更加明显.低层大气信息的引入对最强观测敏感区的准确识别也具有重要的积极作用.目标观测敏感区的目标资料对分析和短期预报质量具有明显的正贡献.

摘要:利用1978—2012年NCEP/NCAR逐月再分析资料,对夏季贝加尔湖南侧环流异常的前兆信号进行分析.结果表明:前期冬季印度尼西亚到西太平洋地区对流与夏季贝加尔湖南侧反气旋式环流异常存在一致的变化,为预测夏季贝加尔湖南侧环流异常的前兆信号之一.即当前期冬季印度尼西亚到西太平洋地区对流活动偏强时,夏季对流区北抬至青藏高原西侧,进而有利于贝加尔湖南侧反气旋式环流异常的发生和维持.但是,进一步研究表明,夏季西印度洋对流活动异常将干扰青藏高原及其西侧的对流上升运动对贝加尔湖环流的影响.当夏季西印度洋对流偏强时,前期冬季印度尼西亚到西太平洋对流和夏季青藏高原西侧对流变化表现出不一致.偏强的西印度洋对流将干扰青藏高原及其西侧的对流上升运动对贝加尔湖环流的影响,进而不利于贝加尔湖南侧反气旋式环流异常的形成.当夏季西印度洋对流异常弱时,前期冬季印度尼西亚到西太平洋地区的对流可能引起夏季贝加尔湖南侧环流异常,两者呈现一致的变化;但当夏季西印度洋对流强盛时,将可能改变上述两者的变化关系.

摘要:针对均匀水体假设的海水透明度经验计算公式不具有普适性的缺点,将海水在垂直方向上分为若干光学性质相近的均匀层,推导出非均匀水体中目标对比度传输方程,在此基础上,建立了海水透明度的计算模型.利用BROKE_WEST_ACS实测的海水固有光学性质数据和透明度盘观测数据,对计算模型进行了数值试验和效果分析.结果表明:模型计算值与透明度盘实测值平均相对误差为9.1%;该模型既克服了透明度盘测量易受天气状况和人眼差异影响较大的缺点,又突破了均匀水体透明度计算方法的局限性.

摘要:针对政府间气候变化专业委员会历次报告中"表层—深层"海水间碳通量的差异,利用改进的"上升—扩散"(upwelling-diffusion,UD)模式模拟海洋碳循环状态.除了改进模式结构外,还建立了直接计算海洋溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)δ¹³C分布的控制方程.区别于目前广泛采用的深度参数的方法,直接利用沉积物捕获器的观测计算分解流量,减少了参数的引用.为更加符合海洋生物地球化学循环,采用地球化学海洋断面研究计划GEOSECS(Geochemical Ocean Sections Study)的海洋磷酸盐分布来标定两个深海动力参数:垂直扩散系数3 000 m²/a和上涌速率3.5 m/a,从而得到温跃层平均深度为860 m,这些参数都在直接观测和其他模式标定的结果之间.通过复原稳定状态下DIC分布并与GEOSECS的观测进行对比,得出自产业革命到20世纪70年代中期的海洋吸收大气CO₂约为78 GtC(Gigatonnes Carbon,1 Gt=1×10¹⁵ g),与其他的模式估计及观测计算结果相吻合.模式模拟的"混合层—深层"海水间的碳通量为46 GtC/a,远小于IPCC第四次报告(101 GtC/a)而与第三次报告(42 GtC/a)的估算相一致,但仍小于δ¹³C质量守恒法确定的范围(60～80 GtC/a).

摘要:大型浅水湖泊的水体势能异常和层化对水生生态环境演变、局地天气及气候系统有着重要的影响.基于2009年8月11—22日和3月17—28日的气象数据及水温廓线,探讨了太湖水体势能异常和表层混合层深度的变化规律及其机制.结果表明:太湖水体势能异常呈现明显的日变化特征,晚间水体势能异常消失,而白天逐步凸现出来;水—气之间的热量交换是影响水体势能异常和水体层化程度的关键性因子;夏季水体势能异常和层化程度远强于春季,其主要原因是夏季风场引起的混合作用比春季弱,而夏季水—气热量交换对水体势能异常的增强作用比春季强;水体势能异常程度与表层混合层深度存在显著的指数关系.

摘要:根据波动和风场辐合辐散与登陆台风强降水密切相关的特点,利用高分辨率的数值模拟资料,采用分别表征强降水区波动特征和辐合辐散特征的两个动力参数——位势散度波作用密度和散度垂直通量,对登陆台风"凤凰"的强降水过程做诊断分析;同时结合波扰动和辐合辐散两特征,发展了一个新的物理量——热力切变散度参数,并据此对台风"凤凰"的强降水过程做进一步诊断分析,结果表明在整个研究时段内,地面雨区被热力切变散度参数的异常值区始终覆盖,二者具有较一致的空间分布和时间演变趋势.基于GFS(Global Forecast System)预报产品的动力释用分析表明,利用数值预报场计算的热力切变散度参数的强信号出现在强降水区,而弱信号出现在非降水区,该参数对强降水落区有较好的指示作用.

摘要:利用国际协同强化观测期(CEOP)在中国半干旱区退化草地站——通榆站的观测资料,对一个较为完善的陆面过程模式NCAR_CLM4.5(Community Land Model 4.5)的模拟性能进行检验.模拟结果与观测资料的对比表明,CLM4.5能很好地模拟出观测站点的辐射通量、水热交换、土壤温湿的空间分布和时间变化特征.但地表吸收的辐射模拟值略低,土壤湿度偏低,地表吸收的辐射及土壤温度等日变化略大;大气强迫变量处于某些特定的形势下时,模拟存在较大误差,如8月底的模拟.此外,冬季辐射通量、水热交换以及土壤温湿的模拟均存在较大误差,说明CLM4.5模式在冬季地表物理过程的参数化方案上需要进一步改进.

摘要:以2010年8月发生在太湖地区的一次雷暴过程为例,利用WRF模式进行48 h的短期天气模拟,分析两个陆面参数化方案(Noah方案和RUC方案)对雷暴过程模拟的影响.对比模式结果与实况降水以及太湖地区两个站点的近地面要素表明:雷暴过程对陆面参数化方案的选取较为敏感,不同陆面参数化方案可影响雷暴发生的时间、地点及强度,两种方案的降水中心值差达40 mm以上,其中Noah方案所模拟的降水与实况更为接近.通过对两个方案模拟的物理量场的对比分析发现,RUC方案中对流发展滞后于Noah方案2 h;这表明陆面过程对雷暴等中尺度对流过程有显著的反馈作用,不同陆面参数化方案的使用影响雷暴发生的动力和热力作用,并改变雷暴的时空分布特征.陆面过程通过改变地面热通量输送影响边界层结构,使得水平和垂直方向上的风和温度等发生变化并产生辐合辐散,进而影响对流的启动时间和对流发展强度.由于对不同植被的参数化处理的差异,Noah方案对下垫面特征的描述能力优于RUC方案,尤其是对城市下垫面的处理,这也使得之后该方案模拟的雷暴发生时间更加接近于实况且雷暴过程更加强烈.

摘要:"候"作为时间单位,在科技论文中时常出现,但关于"候"的表达存在不规范现象,本文以GB 3101—1993和GB/T 7408—1994为依据,给出了有关"候"的规范表达.作为时间的单位,"候"应与天(d)等一样使用,图表中标目为"时间/候"或"t/候";作为日期,"候"可参照年份、月份等使用,图表中标目为"候序数";文中第1次出现日期"候"时,应交待"候"的日期范围.