平流层全球重力波活动的气象电离层及气候卫星观测

利用从2007年1月~2013年2月的COSMIC(constellation observation system for meteorology ionosphere and climate)温度数据,分析了平流层(20~35 km)的全球重力波活动及其随纬度、高度和季节的变化特征,揭示了平流层不同纬度重力波活动的中期变化规律;以及重力波振荡周期随纬度的变化。赤道地区重力波全年活动很强,且存在明显的准两年振荡(quasi-biennial oscillation,QBO)。在20°S~20°N的重力波势能极大值区与强对流区域保持一致。中高纬地区重力波主要表现为冬季强夏季弱。中纬地区,两个半球冬季陆地上重力波活动强于海洋,且南美洲南部安第斯山每年除夏季外,都有较明显的重力波活动。高纬地区,南半球冬季重力波分布保持稳定,而北半球则在某些区域增强,某些区域较弱,这一现象可能是与SSW(stratospheric sudden warming)相关。通过LS谱图分析,发现QBO主要出现在平流层低纬地区,AO(annual oscillation)和SAO(semiannual oscillation)则主要出现在平流层中高纬地区。     

北半球冬季准定常行星波传播的年代际变化

通过利用NCEPNCAR再分析资料对1958—2004年共46个冬季北半球大气准定常行星波传播的年代际变化进行分析，发现气候态意义下的准定常行星波沿高纬度由对流层向平流层的传播和在对流层内向低纬度的传播之间存在显著的反相振荡关系. 进一步的研究还表明，准定常行星波传播的年代际变化与北极涛动有密切的联系；北极涛动的正位相对应于在对流层有异常强的从中高纬度向低纬度对流层顶附近的波动传播，同时通过极地波导向平流层的传播明显减弱.其结果不仅说明大气内部的准定常行星波与纬向平均流相互作用可以产生年代际尺度的变化；而且提供了平流层变化影响对流层大气环流长期变化的一种动力学机制.     

青藏高原对全球大气温度和水汽分布的影响

利用耦合的气候模式CESM, 定量研究青藏高原对全球大气温度和水汽分布的影响。通过对比采用真实地形的参考实验(Real)和去掉青藏高原的敏感性实验(NoTibet)发现, 去掉青藏高原会使北半球大气变冷、变干, 对南半球的影响不明显。北半球中高纬度从地表至平流层均有强烈降温, 地表的降温中心在北大西洋, 年平均降温幅度达5ºC, 高空的降温中心在100 hPa的平流层, 年平均降温幅度达2ºC。北大西洋和南亚地区湿度减少, 南大西洋和东非地区湿度增加。北半球变冷主要是海洋向北经向热量输送减少的结果, 一方面增强了北半球的经向温度梯度, 导致Hadley环流增强, 加强了中低纬地区向北的大气热量输送, 部分补偿了海洋向北减少的热量输送, 维持了北半球中低纬度的能量平衡; 另一方面, 使得北半球中高纬度蒸发作用减弱, 大气中水汽含量减少, 北半球变得寒冷干燥。初步的研究表明, 青藏高原对北半球气候有重大影响, 影响范围可达北半球高纬度地区。     

全球平流层、对流层质量交换的季节变化特征

用1958年到2001年44 a ECMWF资料,P坐标系下Wei公式诊断了全球对流层、平流层交换的季节变化.结果表明:印尼、孟加拉湾以及南美中西海岸附近是物质由对流层向平流层输送的主要通道.中高纬度地区同时存在向上、向下的通量,大尺度槽区伴随着平流层向下的输送.一年中,秋、冬季向下的输送强,春、夏季较弱.东亚地区存在很强的平流层向下的输送,且中心位置移动不大;只占北半球5.6%面积的东亚,其多年平均质量净交换量却占到北半球的15.83%,这说明东亚地区对流层与平流层之间的质量交换对北半球乃至全球对流层、平流层交换研究的重要性.从1958年到2001年,穿越对流层顶的空气都是更多地从平流层进入对流层,这与同化数据本身存在系统性偏差以及对流层顶高度44a来始终升高有关.南、北半球质量交换量以及质量交换通量对所占纬度带的贡献都是从赤道向两极逐渐增大,且北半球的贡献比南半球要大得多.高纬度地区单位面积上的质量交换量以及质量交换通量比低纬度要大,说明高纬度地区质量交换的效率要比低纬度更高.     

平流层全球重力波活动的COSMIC观测研究

本文利用从2007年1月到2013年2月的COSMIC（Constellation Observation system for Meteorology,Ionosphere and Climate)温度数据,分析了平流层（20-35 km）的全球重力波活动及其随纬度、高度和季节的变化特征,揭示了平流层不同纬度重力波活动的中期变化规律。以及重力波振荡周期随纬度的变化。赤道地区重力波全年活动很强,且存在明显的准两年振荡(quasi-biennial oscillation,简称QBO)。在 〖20〗^° S-〖20〗^° N 的重力波势能极大值区与强对流区域保持一致。中高纬地区重力波都主要表现为冬季强夏季弱。中纬地区,两个半球冬季陆地上重力波活动强于海洋,且南美洲南部安第斯山每年除夏季外都有较明显的重力波活动。高纬地区,南半球冬季重力波分布保持稳定,而北半球则在某些区域增强,某些区域较弱,这一现象可能是与SSW（Stratospheric Sudden Warming）相关。通过LS谱图分析,我们发现QBO主要出现在平流层低纬地区,AO（annual oscillation,简称AO）和SAO（semiannual oscillation,简称SAO）则主要出现在平流层中高纬地区。     

重庆地区秋季连阴雨气候特征及前兆信号分析

根据1961—2012年重庆地区34个气象观测站的逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析数据集中的高度场格点资料和NOAA的海温逐月资料,分析了重庆地区秋季连阴雨的气候特征、气候背景与前兆信号.结果表明:近52年来重庆地区秋季连阴雨频数呈线性增多趋势.重庆地区秋季连阴雨偏多(偏少)同期环流对应乌拉尔山地区高度场偏低(高),欧亚中高纬度地区盛行经向(纬向)环流,赤道东太平洋区域海温偏低(偏高).前期春季、夏季孟加拉湾地区、我国南海地区500hPa高度场、赤道中东太平洋地区海温,特别是Nio3.4区的海温异常变化是重庆地区秋季连阴雨出现异常偏多(少)值得关注的前兆信号.     

大气对流层顶的臭氧时空分布变化

 利用1958~2001年的臭氧垂直分布和NCEP资料,计算出全球对流层顶的气候场,并对其空间分布、季节、年际和年代际演变进行了分析.结果表明:①对流层顶臭氧质量比呈纬向分布的特征明显,南北半球中纬度和南极为高值区,赤道和北极为低值区,且与对流层顶高度和温度场有对应关系;②从400~70 hPa的温度和臭氧质量比垂直经向剖面中,显现出对流层顶的上层和下层由于具有不同的物理和化学过程导致垂直分布存在差异;③对流层顶臭氧质量比纬向距平场的年代际变率具有不同位相的时空演变尺度,南半球的时空差异比北半球大,南极最不稳定,低纬和赤道地区幅度变化较小,但时间尺度较大;④极地各季节对流层顶的臭氧分布和高度场特征相似,低纬则与温度场分布较一致;⑤对流层顶断裂带中臭氧质量比最大值出现在春季,秋季为最小值,其对应的纬度存在明显的季节空间经向波动,夏季达到最高纬度,冬季到达最低纬度;⑥对流层顶臭氧质量比纬向距平的季节变率表现出准半年变化趋势,且两半球变化趋势相反.     

全球地表温度大气遥相关路径研究

基于复杂网络方法,分析不同区域地表温度之间存在的相关关系及其时滞,建立了体现大气遥相关的全球地表温度网络,进而给出地表温度网络遥相关路径．研究表明:网络连接的空间距离在3 500和7 000 km处有1个峰值,这与大气Rossby波的1/2和1倍波长一致．地表温度网络中,影响传播的主导节点在北半球分布在东亚、向西延伸的北太平洋、美国东海岸及邻接的北大西洋地区;在南半球分布在50° S纬度带．遥相关现象在南半球比北半球更显著,典型遥相关路径与不同的环流作用有明确对应:1）北太平洋中部到墨西哥的连接反映了西风带的作用;2）北大西洋传播到非洲北部、格陵兰岛到里海的连接,均属于连接北大西洋到欧亚大陆的跨欧亚波列的一部分;3）俄罗斯喀拉海到北太平洋的连接与北大西洋涛动（NAO）密切关联;4）南半球的连接反映了大气西风带和Rossby波的影响．大气遥相关路径分析有利于深化对地表温度变化的认识,可为减缓气候全球变化提供理论基础．      

大西洋热盐环流减弱对热带太平洋气候平均态及年际变率的影响

利用一个完全耦合的海气模式, 通过对比分析两组试验中海表温度、盐度、风应力等气候态变化特征以及ENSO强度和频率的变化, 研究热带太平洋气候平均态及年际变率对热盐环流减弱的响应。在北大西洋高纬地区注入1 Sv淡水后, 大西洋经向翻转流(AMOC)减弱约90%, 这直接导致向北的经向热量输送减少, 使北大西洋有明显降温, 南大西洋略有升温。这些变化会经过大气和海洋的远程传播以及局地海气反馈作用, 影响热带太平洋气候平均态: 赤道东西太平洋的SST都略有增温, 但纬向温度梯度和纬向风应力并没有太大变化, 赤道太平洋温跃层的深度和倾斜度也基本保持不变。相应地, ENSO强度和频率也没有明显变化。由此得出结论: 热盐环流减弱会引起全球气候平均态的变化, 但对热带太平洋的年际变率没有太大影响。     

大气臭氧准两年周期振荡

对全球网格点大气臭氧总量的卫星观测数据进行了分析，结果表明：大气臭氧总量有明显的准两年周期振荡（ＱＢＯ），且准两年周期振荡从低纬度地区向高纬度地区传播；大气臭氧的ＱＢＯ存在一定的纬圈结构，局部地区的ＱＢＯ有从高纬度地区向低纬度地区传播的现象．     

Southern Hemisphere mean zonal wind in upper troposphere and East Asian summer monsoon circulation

1 Introduction Variability of the East Asian summer monsoon (EASM) has been detected by considering roles of El Nino and Southern Oscillation (ENSO) cycle, snow cover over Eurasia and Tibetan Plateau, and signals from the soil (namely, the soil temperatur…     

Positive feedback of winter ocean-atmosphere interaction in Northwest Pacific

Associated with East Asia Trough in the upper layer in winter, the Aleutian Low is the predominant atmos- pheric activity center in North Pacific. Previous re- searches on interannual or decadal variability of Aleu- tian Low[1―4] found that the Aleutian …     

Introduction and systematic assessment for IAP numerical annual climate prediction system

The IAP numerical annual climate prediction system has been presented in this paper. In order to evaluate this annual prediction system, annual ensemble hindcast experiments over a 21-year period from 1980 to 2000 have been done. Systematic assessment shows that this annual prediction system has higher predictability for summer climate in tropic than in extra-tropic area, and higher predictabilities over ocean than over land for the fields of precipitation, sea level pressure and surface air temperature; for 500 hPa geopotential height field, the predictability assuming a zonal distribution decreases from tropic to middle-high latitudes, and in China it is the highest among those of all fields. Correlation analysis shows that the prediction ability of IAP annual prediction system to summer temperature is higher than that to precipitation, and the prediction skill can be remarkably improved by the correction system. Furthermore, the comparison between annual and extraseasonal hindcasts indicates that precipitation hindcasted extraseasonally is better than that done annually, and the major discrepancy exists in middle-high latitudes.     

南京地区夏季暴雨年际变化的主要模态及其与大气环流的联系

EEMD(集合经验模态分解)方法在处理非线性及非平稳时间序列时表现出了很大的优势和应用潜力。利用EEMD方法研究南京地区夏季暴雨年际变化周期,对55年(1946-2000)的南京地区夏季暴雨频数进行分解,分别得到一系列模式,其中包含有2-3年周期分量和7年周期分量,而且2-3年周期分量幅度较大,变化特征与暴雨频数原始数据变化具有很高的相似性。不同于传统方法,EEMD方法给出了暴雨频数在不同时间尺度上各自分离的变化特征.这两种时间变化模态对应于不同的200hPa环流型,前者主要作用区域在南亚和欧亚大陆到西太平洋的副热带地区,而后者相关区域在西太平洋热带和亚洲中纬度地区。     

Response of the East Asian climate system to water and heat changes of global frozen soil using NCAR CAM model

Under the condition of land-atmosphere heat and water conservation, a set of sensitive numerical experiments are set up to investigate the response of the East Asian climate system to global frozen soil change. This is done by introducing the supercooled soil water process into the Community Land Model (CLM3.0), which has been coupled to the National Center of Atmospheric Research Community Atmosphere Model (CAM3.1). Results show that:(1) The ratio between soil ice and soil water in CLM3.0 is clearly changed by the supercooled soil water process. Ground surface temperature and soil temperature are also affected. (2) The Eurasian (including East Asian) climate system is sensitive to changes of heat and water in frozen soil regions. In January, the Aleutian low sea level pressure circulation is strengthened, Ural blocking high at 500 hPa weakened, and East Asian trough weakened. In July, sea level pressure over the Aleutian Islands region is significantly reduced; there are negative anomalies of 500 hPa geopotential height over the East Asian mainland, and positive anomalies over the East Asian ocean. (3) In January, the southerly component of the 850 hPa wind field over East Asia increases, indicating a weakened winter monsoon. In July, cyclonic anomalies appear on the East Asian mainland while there are anticyclonic anomalies over the ocean, reflective of a strengthened east coast summer monsoon. (4) Summer rainfall in East Asia changed significantly, including substantial precipitation increase on the southern Qinghai-Tibet Plateau, central Yangtze River Basin, and northeast China. Summer rainfall significantly decreased in south China and Hainan Island, but slightly decreased in central and north China. Further analysis showed considerable upper air motion along ~30°N latitude, with substantial descent of air at its north and south sides. Warm and humid air from the Northeast Pacific converged with cold air from northern land areas, representing the main cause of the precipitation anomalies.     

华北地区1972年和1997年干旱特征及其影响系统分析

利用华北地区实测的月降水量资料,美国NCAR/NCEP 850 hPa的矢量风5、00 hPa和850 hPa的位势高度等再分析资料,分析了华北地区1972年和1997年这2个干旱年干旱的空间分布、强度分布和持续时间,以及西太平洋副热带高压变化、季风进退和欧亚大气环流异常情况.结果表明:1972年是季风正常年,但该年亚洲大陆高压偏强且持续存在、西太平洋副热带高压持续偏弱,导致了干旱的发生与持续;而1997年由于持续偏强的亚洲大陆高压、持续偏弱的季风和西太平洋副热带高压造成该地区严重干旱.     

西太平洋海温和北极海冰异常对大气环流的影响

利用九层菱形截断１５波的全球大气环流谱模式,对赤道西太平洋海表温度,北极海冰及综合异常精形在北半球夏季大气环流中的作用进行了一系列数值试验和分析。结果表明：赤道西太平洋海表温度的异常变化与北极海冰面呼焦异均可显著影响大气环流,但海冰异常对低纬大气环流的影响远小于西太平洋的海温异常的影响。对全球大气环流异常形成机制的讨论,表二维Ｒｏｓｓｂｙ波开的传播及外强迫引起的大气内部动力学过程虽夏季大气环流异常     

Interdecadal change of summer precipitation over Eastern China around the late-1990s and associated circulation anomalies, internal dynamical causes

Observational study indicated that the summer precipitation over Eastern China experienced a notable interdecadal change around the late-1990s. Accompanying this interdecadal change, the dominant mode of anomalous precipitation switched from a meridional triple pattern to a dipole pattern, showing a "south-flood-north-drought" structure (with the exception of the Yangtze River Valley). This interdecadal change of summer precipitation over Eastern China was associated with circulation anomalies in the middle/upper troposphere over East Asia, such as changes in winds and corresponding divergence, vertical motion and moisture transportation (divergence), which all exhibit remarkable meridional dipole structures. Furthermore, on the internal dynamic and thermodynamic aspects, the present study investigated the influence of the midtroposphere zonal and meridional flow changes over East Asia on the interdecadal change around the late-1990s. Results suggested that, during 1999-2010, the East Asia subtropical westerly jet weakened and shifted poleward, forming a meridional dipole feature in anomalous zonal flow. This anomalous zonal flow, on one hand, induced changes in three teleconnection patterns over the Eurasian continent, namely the "Silk Road" pattern along the subtropical upper troposphere westerly jet, the East Asia/Pacific (EAP) pattern along the East Asian coast, and the Eurasia (EU) pattern along the polar jet; on the other hand, it brought about cold advection over Northern China, and warm advection over Southern China in the mid-troposphere. Through these two ways, the changes in the zonal flow induced descent over Northern China and ascent over Southern China, which resulted in the anomalous "south-flood-north-drought" feature of the summer precipitation over Eastern China during 1999-2010.