《大气科学学报》院士文选

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  • 1  2014-2016年超强El Niño事件的发生发展过程与机理分析
    丁一汇
    2016, 39(6):722-734. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161028003
    [摘要](1921) [HTML](0) [PDF 5.22 M](11717)
    摘要:
    本文主要分析了2014-2016年超强El Niño事件的发生发展过程与机理。结果表明,整个El Niño生命期长达2 a左右(2014年4月-2016年5月),其演变过程可划分为4个阶段:1)早期的西风连续爆发(2013年12月-2014年4月)。连续三次西风爆发不但改变了热带中东太平洋长期盛行的偏东信风,同时也开始改变了中东太平洋长达12 a的平均冷水状态,使海表温度开始增暖,在2014年初春超过0.5℃,标志着一次新的El Niño事件可能在赤道中太平洋发生。2)交替的减弱与增强期(2014年6月-2015年8月)。赤道西太平洋继续发生了6次西风爆发,不但维持和增强了赤道中东太平洋的增温,而且通过了两次(2014年5-8月与2015年1-3月)海洋增暖的减缓期或障碍期,使初生的El Niño事件不但未夭折,而且明显的增强为一次强El Niño事件。Niño3.4区海温指数在2015年8月达到2℃。相应,赤道太平洋次表层中也观测到有6次暖Kelvin波东传,其正的热含量距平不但维持了赤道中东太平洋的连续增暖,也使El Niño的类型由中部型向东部型过渡。3)发展的鼎盛期(2015年9月-2016年2月)。西风出现2次更强的爆发,相应中东赤道太平洋对流活动异常强盛,Niño3.4区快速增温,在2015年11月达到3℃,增强到其超强阶段。4)快速衰减阶段(2016年3-5月)。El Niño迅速从Niño3.4区的2℃减少到0.5℃。以后很快开始向冷海温过渡。2016年7-8月,Niño3.4区海温已接近-0.5℃。这种快速转换是延迟振子理论的一种体现。通过本文分析,可以得到,这次El Niño发生发展与冷暖位相转换的观测事实与目前的理论结果(如充电振荡与延迟振子理论)是一致的。正因为如此,基于这些理论的El Niño预报也是相当成功的。这清楚地表明El Niño理论研究的成果对于相关业务预报发展具有明显的科学支撑力。
    2  华北汛期大尺度降水条件的年代际变化
    刘海文 丁一汇
    2011, 34(2):146-152.
    [摘要](1254) [HTML](0) [PDF 1.79 M](2943)
    摘要:
    利用中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,分析了华北汛期大尺度降水条件的年代际变化。结果表明:以1978年为界,华北汛期异常水汽先由南边界和西边界供应,后改变为由北边界和东边界供应;水汽收支由异常辐合和盈余,改变为辐散和亏损;先前能够到达华北北部甚至接近华北最北边界的暖湿气团,改变为后来只能抵达黄河南岸;并且沿着太行山走向的冷暖空气的相互作用也由强变弱;华北上空由异常上升运动,改变为异常下沉运动;区域平均的对流层涡度的垂直分布,由先前的两层结构(低层正涡度、高层负涡度)改变为后来的三层结构(对流层中低层负涡度、中高层正涡度和高层负涡度),整层涡度效应值也由大变小。尽管华北区域平均的散度和垂直速度,在垂直方向上的结构没有发生明显的年代际变化,但是整层散度效应值和垂直速度值均由大变小。
    3  植被覆盖变化对区域气候影响的研究进展
    李巧萍 丁一汇
    2004, 27(1):131-140.
    [摘要](1269) [HTML](0) [PDF 414.19 K](2155)
    摘要:
    陆面植被覆盖变化作为全球及区域气候变化的重要影响因素之一,在近几十年来逐渐受到科学家们的关注,特别是通过大量的数值模拟研究了不同陆面覆盖状况对大气和气候变化的影响,取得了重要进展。研究结果普遍认为,植被覆盖变化通过改变地表反照率、粗糙度和土壤湿度等地表属性,从而影响辐射平衡、水分平衡等过程,最终可以导致区域降水、环流形势及大气温度、湿度等气候变化。总结了近十年国内外的相关研究及初步成果,尤其是植被变化对中国区域气候的影响,大部分研究认为,大范围植被退化使我国地表温度升高,东亚夏季风环流减弱,降水减少,使华北干旱加剧。同时指出了研究中存在问题及今后的工作重点。
    4  近几年我国霾污染实时季节预测概要
    尹志聪 王会军 段明铿
    2019, 42(1):2-13. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20181224001
    [摘要](1568) [HTML](0) [PDF 2.36 M](3145)
    摘要:
    近些年,中国东部经历了严重的霾污染,对人体健康、交通安全、生态系统以及社会经济有巨大的危害。在1周以内的霾污染预报之外,季节尺度的霾污染预测可以给减排治污措施的制定提供更长时间尺度的科学支撑。本文以年际增量为预测对象,选取前期外强迫因子为自变量,分别针对京津冀和长三角区域建立逐月的冬季霾日数季节尺度预测模型,并开展了实时的季节预测。总体来看,京津冀和长三角区域预测模型的性能大体处于相似的水平,均方根误差在2 d左右,对距平符号的捕捉率在80%以上,对霾日数变化的长期趋势具有很好的再现能力。在2016/2017年冬季京津冀霾日数实时预测中,模型预测的结果相对于常年值的定性结论全部准确,相对于前一年污染状况的结论大多数准确。在2017/2018年冬季长三角霾日数实时预测中,12月和1月的预测误差较小,2月的预测误差在2 d左右。
    5  2015/2016冬季北极世纪之暖与超级厄尔尼诺对东亚气候异常的影响
    贺圣平 王会军 徐鑫萍 李靖祎
    2016, 39(6):735-743. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161008002
    [摘要](1773) [HTML](0) [PDF 3.11 M](3071)
    摘要:
    利用1980-2016年美国国家海洋与大气管理局气候预测中心的ENSO指数和NCEP/NCAR再分析资料,研究了2015/2016年冬季北极增暖和超级厄尔尼诺对东亚气候的影响。2015/2016年冬季热带中东太平洋爆发了超级厄尔尼诺事件,尽管大气环流出现了对ENSO的响应特征(如西北太平洋反气旋异常,东亚南部南风异常),但东亚(尤其是我国东北、华北地区)1月的气温却明显偏低。分析表明,此次东亚气温偏低现象可能与2016年1月北极显著增暖有关。1980-2016年1月再分析资料的统计诊断分析结果显示,巴伦支海-喀拉海气温的升高会引起局地大气的上升运动异常,之后在下游(70~90°E附近)向南运动,并在西伯利亚地区(60~100°E,50~70°N)下沉,使得西伯利亚高压增强,其东侧的北风异常导致东亚气温偏低。基于Niño3.4指数、北极温度指数,采用多元线性拟合所得到的2016年1月东亚气温的回报结果与观测气温之间的空间系数为0.71,表明2016年1月北极增暖以及热带中东太平洋的厄尔尼诺事件能够从一定程度上解释东亚气温偏低的现象。
    6  南京地区紫外辐射初步研究
    郑有飞 石广玉 何金海 柯耀文
    2000, 23(2):235-341.
    [摘要](842) [HTML](0) [PDF 485.42 K](2049)
    摘要:
    采用简化型辐射传输模型计算了南京地区到达地表的太阳紫外辐射(UV辐射),同时根据地面紫外辐射的观测资料分析了南京地区紫外辐射的年变化、晴天与阴天的变化规律及与太阳总辐射的关系。
    7  2009年和2010年夏季我国及周边地区STE模拟与对比分析
    曹治强 吕达仁
    2016, 39(3):300-308. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140427001
    [摘要](887) [HTML](0) [PDF 4.11 M](2086)
    摘要:
    夏季是深对流多发的季节,深对流在STE(Stratosphere Troposphere Exchange,对流层-平流层交换)过程中起着重要作用。对2005-2012年夏季我国及周边地区的深对流统计发现,2009年深对流发生的次数较少,2010年深对流发生的次数较多。通过拉格朗日输送模式对2009年和2010年夏季的大气运动状态进行模拟并统计分析,发现30°N以南和以北的地区具有明显不同的平流层-对流层交换特征,30°N以北我国及周边地区TST(Troposphere to Stratosphere Transport,对流层向平流层输送)和STT(Stratosphere to Troposphere Transport,平流层向对流层输送)较为活跃,30°N以南远没有30°N以北地区活跃,但其净输送量却大致相当。在30°N以南,6-8月净输送是对流层向平流层输送。在30°N以北,6月净输送是平流层向对流层输送,7-8月净输送是对流层向平流层输送。比较深对流出现较少的2009年夏季和深对流出现较多的2010年夏季的TST和TST-STT,发现2010年6-8月这3个月的TST和TST-STT总量都超过2009年,表明2010年夏季我国及周边地区对流层向平流层的输送和净输送都强于2009年,与深对流活动的多少可能表现出正相关。
    8  地基遥感大气水汽总量和云液态水总量的研究
    刘朝顺 吕达仁 杜秉玉
    2006, 29(5):606-612.
    [摘要](1277) [HTML](0) [PDF 1.76 M](2132)
    摘要:
    介绍了地基微波辐射计遥感反演大气柱中的水汽总量和云液态水总量的辐射传输原理和反演方法。给出了实用的有气候代表性的北京地区4个季节的反演公式,并对反演公式进行了数值检验,分析了反演精度:春、夏、秋、冬4季水汽总量反演的相对标准偏差分别为3.1%、1.6%、2.2%和2.4%。用反演公式反演在香河探测的NASA微波辐射计资料发现:微波辐射计反演的水汽总量平均比探空测量值偏大0.21 cm,二者的线性相关系数为0.988,均方根误差为0.16 cm;云液态水总量除降水云天外,值均在0.1 mm以下。
    9  9914号台风降水云系雨强的三维结构初探
    钟敏 吕达仁 杜秉玉
    2006, 29(1):41-47.
    [摘要](814) [HTML](0) [PDF 931.62 K](2023)
    摘要:
    利用TRMM卫星的测雨雷达资料,研究了9914号台风降水云系在3个不同时次雨强的水平和垂直结构。结果表明:3个时次层状云降水在像素数量上及对总降水量的贡献上均比对流性降水大;3个时次层状云降水和对流性降水的平均雨强均随台风强度加强有较大的增幅;对流性降水与层状云降水的雨强的垂直廓线有明显的差别,但两类降水廓线本身在3个时次差别不大。对流性降水廓线按斜率不同大致分为3段,雨强均随高度减小,5~6 km高度段减速最快。层状云降水廓线大致分为4段,在4.5 km高度附近出现明显的亮带结构。
    10  大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生
    李崇银 杨辉 赵晶晶
    2019, 42(3):321-333. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20190302001
    [摘要](1210) [HTML](0) [PDF 6.67 M](2109)
    摘要:
    根据2008年1月我国南方发生的持续严重雨雪冰冻灾害、1998年长江流域的特大洪涝灾害和2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的分析结果,再次强调指出,对于一些小概率的极端天气气候事件的发生,大气环流系统的组合性异常起着极其重要的作用。对于2008年的严重雨雪冰冻灾害的发生,多个大气环流系统的组合性异常包括:乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,这为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印-缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强共同使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生,为冰冻造成了条件。对于1998年夏季长江流域的特大洪涝的发生,多个环流系统的异常包括:夏季西南季风涌的活动,西太平洋副热带高压活动,北方冷空气活动和青藏高原对流系统东传的共同作用。对于2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的发生,多个环流系统的异常包括:对流层高层中东地区副热带西风急流减弱,影响Rossby波的活动,不利于青藏高原-孟加拉湾槽的建立;西太平洋副热带高压偏强、位置略为偏南,对低层水汽输入云南起到抑制作用;NAO的负异常所导致的遥相关波列异常,使得东亚北方冷空气活动偏东,不易到达云南地区,还使得南支槽偏弱,暖湿气流也不易到达云南地区。ENSO虽然对中国天气气候变化有相当重要的影响,但并非每次异常天气气候事件的发生都是它的直接影响。对于ENSO影响必须具体分析,才能决定它在异常事件、特别是极端天气气候事件中的确切作用。
    11  IPCCAR4中海气耦合模式对中国东部夏季降水及PDO、NAO年代际变化的模拟能力分析
    顾薇1,2,李崇银2,3
    2010, 33(4):401-411.
    [摘要](2015) [HTML](0) [PDF 1.30 M](3317)
    摘要:
    利用1880—1999年中国东部35站的观测降水资料、英国Hadley中心的海温和海平面气压资料以及IPCC第4次评估报告(AR4)中20世纪气候模拟试验(20C3M)的模式输出结果,对IPCCAR4中22个耦合模式所模拟的我国东部夏季降水的年代际变化情况以及太平洋年代际涛动(PDO)和北大西洋涛动(NAO)的年代际变化情况进行了分析。结果显示,这些模式对20世纪我国东部夏季降水年代际变化的模拟结果并不理想,但对降水在20世纪70年代中期前后的突变具有一定的模拟能力。其中IAP_FGOALSL_0_G可以大致模拟出20世纪70年代中期前后降水型的突变特征,而BCCR_BCM2_0和UKMO_HadGEM1则可以模拟出华北地区降水在20世纪70年代中期之后减少的现象。对于引起我国东部夏季降水年代际变化的重要因子PDO和NAO,模式对它们年代际变化的模拟效果略好于降水。多数模式都可以模拟出PDO和NAO的空间模态,其中CNRM_CM3和UKMO_HadGEM1对PDO年代际变化(8a以上)的模拟与实际情况比较相似,并可以模拟出20世纪70年代中期之后PDO由负位相转变为正位相的情况,而模式UKMO_HadGEM1也对NAO的年代际变化以及1980年以来不断加强的趋势模拟较好。
    12  国外大尺度动力过程研究和中期数值天气预报的进展
    吴国雄
    1986, 9(3):305-313.
    [摘要](766) [HTML](0) [PDF 738.21 K](1392)
    摘要:
    第二次世界大战后,随着观测资料的增多、探测手段的改善、计算技术的发展以及数学、物理等学科的推进,动力气象学在资料分析、理论研究和数值模拟三个不同方向齐头并进、蓬勃发展。到六十年代中期,人们对大气活动的认识已深化到如此的程度,以至能够而且必须对经典的动力气象学从资料和理论的不同角度加以总结。Palmen,E.和Newton,C.(1969)的“大气环流系统”及Lorenz,E.(1967)的“大气环流的性质和
    13  主振荡型(POP)分析方法原理
    章基嘉 丁锋 王盘兴
    1995, 18(1):93-99.
    [摘要](1405) [HTML](0) [PDF 446.53 K](2160)
    摘要:
    对离散化场的时间序列,详细推导了主振荡型分析方法的两个导出量:主振荡型(POP)及其伴随相关型(ACP).通过热带太平洋SST距平场时间序列POP及相应区域850hpa风场ACP的计算例子,给出了它们的实际算法。
    14  厄尔尼诺年和反厄尔尼诺年北半球500hPa非绝热热流量场的特征
    章基嘉 李跃清 雷兆崇 孙照渤
    1991, 14(3):251-260.
    [摘要](848) [HTML](0) [PDF 708.03 K](1995)
    摘要:
    本文应用谱方法,诊断、计算了1964—1985年间,6个厄尔尼诺年和6个反厄尔尼诺年北半球月、季大气非绝热热流量距平场。结果表明:厄尔尼诺现象对大气非绝热热流量距平场具有显著影响,大气的响应表现为低纬和中高纬非绝热热流量正负距平中心有组织的优势排列,其位相或强度存在低频振荡,并且差值中心表现为双月周期。反厄尔尼诺年,大气具有分布不变,但距平中心基本上为反位相的响应形式。最后,通过海气相关分析,指出了海温异常是决定大气非绝热热流量异常的最重要的原因。
    15  阻塞个例的动力学诊断分析
    章基嘉 徐浩
    1991, 14(2):135-142.
    [摘要](877) [HTML](0) [PDF 596.16 K](1908)
    摘要:
    本文利用欧洲中心球面网格点资料,对1981年10月4-27日维持于乌拉尔山区域的阻塞进行了初步的动力学分析。结果表明,本例中,位于阻塞上游的涡旋活动,类似于两大洋风暴路径后期处于衰弱期的涡旋,具有逆梯度的传输性质;类似于两大洋阻塞,涡动强迫过程同样存在于乌山阻塞的维持中;同时,乌拉尔山地形的作用也是不可忽视的。所以,在乌拉尔山区域涡动强迫作用和山脉地形影响一起维持阻塞。
    16  北半球阻塞形势的统计分析
    章基嘉 徐浩
    1991, 14(1):1-9.
    [摘要](796) [HTML](0) [PDF 2.64 M](1981)
    摘要:
    本文利用1951—1988年,逐月北半球500hPa月平均高度场资料,从月平均的角度对北半球阻塞形势进行了统计分析。功率谱、交叉谱分析表明,方案C、D的结果是相似的;对各区面积指数时间序列2年半(30个月左右)、1年半(18—20个月)和2—5个月的周期都是比较重要的;Ⅰ区和Ⅱ区具有较好的同位相负相关;在长、短周期段均有凝聚显著的周期存在。
    17  我国的主要气候灾害及其对农业生产的影响
    章基嘉 周曙光
    1990, 13(3):259-265.
    [摘要](731) [HTML](0) [PDF 532.92 K](1997)
    摘要:
    本文对我国的主要气候灾害--干旱、雨涝、冷害的时空分布特征及其对我国农业生产的影响作了初步探讨,并对主要气候灾害的成因作了简要分析。
    18  海洋加热尺度对热带大气垂直环流圈结构的影响
    巢纪平 王彰贵
    1991, 14(1):10-17.
    [摘要](819) [HTML](0) [PDF 515.66 K](1951)
    摘要:
    应用Gill本征模的浅水运动方程,在非长波近似下,研究了海洋加热(热源)尺度对热带大气垂直环流圈结构的影响。指出,当热源的纬向尺度小时,大气运动的结构与Gill的长波近似解一致,即在热源中心西侧的Rossby波区,与Walker环流相联系的Hadley环流是热力性的正环流,而在热源中心以东的Kelvin波区,经圈速度的垂直分布与Rossby波区的相反。在低层是向极气流,在高空是向赤道的气流。但当热源尺度大于某一临界值后,经圈环流在Rossby波区和Kelvin波区的大部分地区都是正的Hadley环流。这样一个大尺度正的Hadley环流,将把大量从海洋中得到的热量和能量输送到副热带地区,使那里的大气环流发生异常变化。这一理论结果除与统计事实相符合外,也是对Bjerknes提出的遥相关现象的一个支持。
    19  大气运动不稳定的变分原理
    曾庆存
    1990, 13(2):123-157.
    [摘要](874) [HTML](0) [PDF 1.87 M](1996)
    摘要:
    本文利用非线性基本方程组和变分原理研究旋转大气运动的不稳定性问题。文中所用方法是普遍适用的,对各种可能的基流模型都可获得其不稳定性判据。例如:适合于正压或斜压、分层或连续模型以及准地转模式或原始方程组;基流可以是带状或非带状的(即平行流或非平行流)、定常的或非定常的。虽然基流具有多样性,但它们在由相应的不变泛函所决定的空间内都是驻点(临界点)。如果在相应的泛函中将角动量守恒包括进去,那么基流可以是非定常流。无论线性或非线性二阶变分都给出不稳定性判据。但尤其值得一提的是,本文第一次得到关于非定常基流、地形扰动流和非地转流的不稳定性判据。同时本文也指出了线性理论和我们发展的变分原理所得到的不稳定性判据之间的差别,该差别说明用非线性基本方程组的重要性。在最后一节,将该理论推广到流体不具有有限能量,因而变分原理不能直接应用的情况,如β-平面,然而广义的Liapounoff函数仍然可以在变分考虑下得到。
    20  中国海域MODIS气溶胶光学厚度检验分析
    邓学良; 潘德炉; 何冬燕; 孙照渤;
    2009, 32(4):558-564.
    [摘要](1131) [HTML](0) [PDF 744.90 K](2530)
    摘要:
    利用MODIS的Collection005版本(MODIS_C005)数据的气溶胶光学厚度(AOT)产品,与我国海域多个AERONET观测站点太阳光度计测量得到的AOT结果进行了对比分析,对MODIS_C005数据的气溶胶产品在我国海域进行了验证,并对验证方法进行了探讨。结果表明,MODIS_C005的AOT在我国海域与AERONET站陆基观测到的AOT具有非常好的一致性,相关系数达到0.9以上。通过尝试不同的验证方法,发现验证数据的空间采样窗口大小的选择对于验证效果具有较大的影响,在中国海域可以使用30km×30km的空间采样窗口。通过MODIS_C005的AOT与AERONET站观测值在中国各个海区的比较,证明MODIS_C005的AOT在550nm满足美国NASA的设计要求,误差控制在±0.05±0.05τ,适用于我国海域,可以用于中国海域的气象和海洋等科学研究。

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