加热率对比及大气加热性质的研究

首先对比分析了气候平均的ERA与NCEP再分析的全球加热率资料，以及两套资料在青藏高原地区的差异。发现在全球范围内，主要差异在于ERA的总加热率比NCEP的总加热率普遍要大，NCEP资料优于ERA资料。再利用NCEP资料分析高原的加热性质及加热的季节变化规律，发现对于青藏高原主体（80-100°E、27．5-37．5°N）而言，平均的辐射冷却全年少变；高原在夏季表现为强大的热源主要由潜热加热引起，感热加热次之，冬季的冷源则以辐射冷却为主，过渡季节的急剧变化主要因感热的变化引起。     

青藏高原四季大气热源气候态特征分析

利用NCEP的CFSR再资料分析了青藏高原上空四季大气热源的水平分布和垂直结构特征.结果表明:在水平分布上,春季和夏季,青藏高原上空大气是分布不均匀的热源,而秋季和冬季是比较均匀的弱冷源;在春季(3—5月),青藏高原主体上空呈现不均匀的弱热源,青藏高原东部边缘和西部边缘、南部边缘地区呈现较强热源,在喜马拉雅山脉一带也呈现强度不均匀的热源区;夏季,热源强度略强于春季,在整个亚洲大陆上最强的热源中心不在青藏高原上,而在青藏高原南侧及孟加拉湾中东部一带,另外高原西侧冈底斯山脉附近和喜马拉雅山脉中东部边缘一带还呈现弱冷源;秋季,青藏高原南部边缘及其以南的大陆地区表现为热源,且存在较强的热源中心,青藏高原东侧边缘也存在小范围的弱热源区;冬季,青藏高原上空大气呈现均匀的弱冷源;在青藏高原西部边缘及喜马拉雅山脉北侧呈现弱热源区;仅在冬季,青藏高原上空感热加热呈现为负值;不区分季节的情况下,青藏高原西南部上空的感热加热强于东北部;青藏高原西侧边缘、南部边缘和东南部上空的潜热加热永远强于青藏高原主体,而青藏高原主体长波辐射加热值大于南部边缘及东南部地区.在垂直结构上,春季和夏季大气整体表现为热源层,春季热源层厚度约为冷源层的3倍,夏季热源层厚度大致为冷源层的6倍;秋季,大气总加热在500 hPa层以下表现热源层,而500～150 hPa表现冷源层,且冷源层强度比夏季较强;冬季,大气总加热整体上表现冷源层,只有675 hPa附近到550 hPa层表现很薄的热源层,冷源层的厚度约为热源层的6倍;不分季节,青藏高原上空700～450 hPa感热加热分量项和大气总非绝热加热垂直廓线分布基本一致,而450～100 hPa潜热加热分量项和大气总非绝热加热垂直廓线分布基本类似;除冬季大气总非绝热加热基本表现为弱冷源外,其余季节低层均表现热源,而高层表现弱冷源,但层级的热状况强度方面仍存在明显的季节性差异.     

南海夏季风强弱年青藏高原地区春季大气的低频振荡特征

利用NCEP／NCAR再分析资料和气象台站逐日地温、气温观测资料,通过带通滤波的方法对南海夏季风典型强弱年,青藏高原地区3—6月大气低频振荡信号分布和传播特征进行了分析研究．指出在春季青藏高原地区的高度场和纬向风场存在30-60d大气低频振荡、准双周和5—7d的大气振荡．揭示了在典型的南海夏季风强、弱年,200hPa,500hPa上低频振荡产生的位置,强度及传播特征各不相同．在典型强季风年份,高原北部形成低频振荡并向北传播;而在弱季风年份,高原地区的低频振荡具有原地振荡的显著特征．在强季风年,高原的非绝热加热削弱高原地区低频波,非绝热加热在高原以外的东西两侧中再现出来,与南北两支急流相联系．在弱季风年份,高原地区的非绝热加热起着加强高原地区低频波的作用;形成了以高原为中心的准南北方向上的振荡特征．     

加热过程对热带气旋生成的数值试验

用Pielke等的中尺度两维原始方程数值模式研究海气相互作用和其它非绝热加热过程对热带气旋生成的作用。进行了7种数值试验,即:(1)只考虑无云情况下的辐射加热作用;(2)考虑辐射加热和不均匀的云量效应;(3)只考虑海气交界面上的潜热和感热通量;(4)大尺度凝结、对流调整、辐射和洋面上潜热感热输送;(5)积云对流凝结加热和云天辐射;(6)积云对流凝结加热和洋面上的潜热感热通量;和(7)积云对流凝结加热、洋面上的潜热、感热通量和云天辐射等全部加热过程。 结果表明:积云对流凝结加热对热带气旋的生成起最重要的作用,大尺度凝结加热和对流调整趋于使低压填塞,而洋面上的潜热、感热通量也起不可缺少的作用。     

对流性垂直运动和凝结加热过程

本文采用小扰动线性化的非绝热模式计算对流的垂直运动,着重讨论非绝热加热过程的垂直分布对垂直运动场的影响,同时也计算了其他因子对垂直运动场的影响的相对重要性。结果表明,非绝热加热过程的强度及其垂直分布对垂直运动的垂直分布及大小是决定性的因子,静力稳定度因子的作用也是重要的,而平均纬向风速的水平及垂直切变则具有一定的作用。     

南海夏季风强弱年东亚地表热力异常特征的合成研究

 利用NCAR/NCEP1948年1月-2002年12月共55 a 660个月的地表感热通量和地表潜热通量以及其它气象场的月平均再分析资料,计算了期间5-6月平均的南海夏季风湿位涡强度指数。由标准化的湿位涡强度指数距平的年际变化曲线,选择距平值大于0.5的年份为季风爆发的强年,距平值小于-0.5的年份为季风爆发的弱年,对强、弱年东亚及其周边地区的地表潜热通量（LHF）距平、地表感热通量（SHF）距平以及海平面气压（SLP）距平的分布特征进行了合成分析。结果表明,在南海夏季风爆发强年和弱年,其前期冬春季的地表潜热通量、感热通量以及海平面气压场的距平分布有很大不同,前冬的差别更为明显。冬季,LHF和SHF在强、弱年的主要差异在海洋上和近海地区,尤其是西太平洋沿岸,合成距平呈现沿海岸线的东北-西南向的带状分布,强年沿岸为正距平,弱年为负距平。LHF和SHF标准化距平叠加之和有同样的区域分布特征。这种强、弱年的距平分布差异,与低层风场在强、弱年的不同有密切关系,强年东亚冬季风偏强,弱年则反之。强、弱年SLP在前冬的距平差异,验证了上述结论。     

中国东部地区NCEP／NCAR再分析地表能量平衡资料的检验

本文通过分析中国东部6个观测站1958-1960年连续3年的地表热量平衡观测资料与相同时段的NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料在逐日、候、旬、月、季节、年等不同时间尺度上的差异,检验了20世纪60年代以前NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料在我国东部地区的可信度,结果表明:各站的NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料基本上能够较好地反映实际地表热量平衡通量的季节变化特征.随着时间尺度从日增大到年,NCEP/NCAR再分析资料与观测资料的误差逐渐减小,再分析资料的可信度随时间尺度的增大而逐渐提高.低纬地区的NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料与观测资料之间的误差较小,再分析资料的可信度较高,对于同一测站而言,再分析的辐射平衡和潜热通量资料比感热通量资料的可信度大,精度较高.与冬季相比,夏季再分析地表热量平衡资料更接近观测.在目前我国地表热量平衡观测资料相当缺乏的情况下,NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料不失为一种较好的用于研究气候变化的补充代用资料.     

华南大尺度空中水资源时空演变特征

用1958—2004年NCEP／NCAR再分析资料和中国160站月降水量资料分析了华南年平均大尺度大气水汽汇的时空变化.结果表明：华南地区年平均水汽汇的主要变异区在华南中、东部地区以及华南西南地区、华南中、东部的年平均水汽汇与该地区的年平均降水一样，存在增加的气候变化趋势，而该地区的蒸发量则有减少的趋势。华南西南部的年平均水汽汇则以年际变化为主。华南中、东部以及西南部的水汽汇偏强（弱）时，东亚沿海上空水汽输送异常强（弱）导致这些地区的垂直积分的水汽通量辐合的增强（减弱）。     

夏季青藏高原潜热分布及其廓线特征

利用热带测雨卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)上微波成像仪(TRMM microwave image,TMI)的观测资料,首次借助卫星遥感对夏季青藏高原地区的潜热水平分布形式、潜热垂直结构及其变化特征进行了分析,并与周边地区进行了比较.潜热的水平分布形式与基于NCEP/NCAR降水资料的结果基本一致,显示了TMI反演资料在高原地区的可用性.研究结果初步揭示了夏季青藏高原上三个比较稳定的潜热加热中心,以及高原潜热廓线较为独特的单峰结构.特别在与周边区域的比较中发现,高原地区仅与印度次大陆潜热廓线的上层结构较为相似,而在6 km高度以上的对流层中高层,高原上整层的潜热加热均高于中国中东部大陆和西太平洋暖池地区,表现为显著的高空热源.     

季节转换期青藏高原西部地区感潜热再分析资料存在的问题及原因

对青藏高原地区干湿季节转换期间NCEP—Ⅰ,AR—Ⅱ及ERA感、潜热通量等再分析资料在高原西部地区的结果进行比较分析,并对3种资料的代表性及其误差的可能原因进行了探讨．研究结果表明：在高原干湿季节转换期间,由于处在地表冻——融日周期循环阶段,土壤水分相变过程对高原西部地区感、潜热通量变化的影响显著．再分析资料的感、潜热通量在青藏高原地区具有不确定性．对高原西部土壤湿度状况模拟能力差是导致季节转换期间其感、潜热资料在该地区可信度较差的主要原因．如何改进和完善数值模式对季节性冻土区和冻土活动层的水文过程的描述可能是提高感、潜热再分析资料在高原地区可信度的一个有效途径．     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影？…

试图建立一个简单海气耦合模式,其中大气垂直分为两层,为一β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的ＣＩＳＫ机制以及蒸发,感热与扰动风扬之间的反馈机制,并考虑了东风区与西风区的不同。     

东亚季风经向环流数值模拟及结果分析Ⅱ．模式性能检测及个例分析

局地径向环流诊断模式性能检验及对1994年5月1日世界时12时东亚季风区局地平均经向环流的模拟分析,分析所用的是经中科院大气物理研究所处理过的NCEP／NCAR再分析逐日资料,结果表明,在现行资料条件下模拟达到了预期的效果,证明该模式对局地经圆环流模拟性能良好,在此基础上,根据线性方程的叠加原理,进一步诊断分析方程中强迫项对向环流所起的作用。对1994年5月1日世界时12时东亚季风区局地平均径向环流而言,模拟出的各项的作用与对天气实况进行理论上的定性分析结果是相吻合的,在东亚季风区的经向环流形成过程,温度平流及绝热加热的作用相当显著,非绝热加热的作用在本文中没有作确切地比较,因其计算受到水汽资料精度和各层辐射资料缺乏的限制,另外,对流中的云物理过程也暂时未加以考虑。     

玛曲地区5-10月水汽通量及强降水水汽来源分析

利用玛曲常规站1967-2008年24 h (20:00-20:00)降水资料、NCAR/NCEP月平均再分析资料,用NOAA HYSPLIT_4(混合单粒子拉格朗日积分)水汽轨迹模型,统计分析了玛曲地区5-10月的平均水汽输送通量和强降水水汽主要来源轨迹.结果表明玛曲地区5-10月水汽主要存在于400 hPa以下,各...     

利用不同资料估算的全球海气间淡水交换量之比较

用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和美国国家环境预测中心(NCEP)提供的再分析资料,根据物理守恒方程,估算了全球大洋上的海气淡水通量交换量.定性比较表明,基于两套资料的估算结果所揭示的全球大洋淡水通量的年均分布型和季节循环特征非常相似.但是,定量比较则发现,在特定海域特别是中、低纬度,两套资料的结果相差较大,极大值甚至超过100 cm/a.文中的一个重要发现是在北大西洋高纬海域存在一条净蒸发带,它主要源自冬季的瞬变扰动.     

大西洋年代际变率对中国气温的影响

大西洋年代际变率(Atlantic Multidecadal Variability,AMV),是指发生在北大西洋区域的海表温度准周期性冷暖异常变化。使用观测资料分析AMV指数及其空间分布。同时使用NCEP/NCAR和欧洲中心的两套再分析资料,对比分析AMV对冬、夏两季中国气温的影响以及与之相联系的环流形势。     

西双版纳地区土地利用/覆盖变化对气温的影响

 应用标准化均方根误差和相关性,分析3种再分析资料在西双版纳地区的适用性.通过相减法(Observation minus Reanalysis,简称OMR)探讨西双版纳土地利用/覆盖变化对气温的影响,结果表明:NCEP-1、NECP-2和ERA-40数据及其距平值和实际观测气温的相关性均达到极显著水平(P＜0.01),均方根误差总体小于1,ERA-40的可信度最高.研究区4个气象站(勐海、景洪、勐仑和勐腊)月平均气温和再分析气温均呈上升趋势.剧烈的土地利用变化显著影响了平均气温变化,对景洪站、勐腊站、勐仑站和勐海站平均气温变化贡献值分别为0.08、0.07、0.01、0.05 ℃/10 a.景洪气象站气温变化受土地利用变化影响最明显.不同年代观测气温和再分析资料差值得到,20世纪80年代土地利用变化对气温影响最大,贡献值为 0.09 ℃.有林地、灌木林地、水田面积的减少,橡胶园和建设用地面积的增加影响了气温变化.     

卫星双通道反演的赤道纬向环流的气候特征

利用1979－1995年共17年卫星观测的OLR,HIRS－Tb12与NCEP再分析的同期资料进行了分析研究,主要包括以下两部分：用OLR,FWV（Flux Water Vapour,是由HIRS－Tb12通过波耳兹曼公式换算得到的6．7um水汽辐射通量密度,以便于与OLR比较）与NCEP再分析的500hPa ω的年气侯平均图进行比较,分析其异同,进一步证明了用卫星观测的红外,水汽双通道（OLR表示上升运动,FWV表示下沉运动）去反演纬向垂直环流是一个极好的途径。定义了卫星双能道反演的纬向垂直环流指数,利用该定义对卫星资料计算并反演了气候平均的全年及四季的纬向垂直环流,详细地讨论了它的气候学特征,并修正了过去的各种观测结果。     

厦门春季大雾演变过程的边界层特征分析

利用厦门站常规气象观测资料、ERA-Interim再分析资料和L波段雷达探测资料,对2007—2016年共160个厦门春季(2～5月)大雾过程进行边界层特征分析。结果表明,厦门大雾类型以雨雾、平流雾及锋前雾为主,多集中在凌晨及夜晚,雨雾日分布特征不明显;大雾发展维持时,有逆温层或等温层结构,逆温层及饱和空气层厚度加大;低层偏南风风速减小,伴随垂直风切变减弱,不利于水汽向四周扩散;低层合适的湍流混合作用,有利于大雾发展维持;大雾发展维持时热量通量绝对值变小,有利水汽凝结,平流雾、雨雾的感热通量、潜热通量平均值向上,锋前雾的平均值向下。     

北冰洋春夏季海洋大气边界层特征的初步研究

采用 1998年北冰洋表面热量平衡 (SHEBA)试验的飞机探测资料 ,分析北冰洋春、夏季海洋大气边界层 (MABL)的特征。结果表明 :春季北冰洋MABL基本为近中性层结 ,夏季为弱稳定层结 ;春季边界层高度高于夏季。MABL垂直结构可分为近地层、云下混合层、云层和逆温层 ;MABL顶的层积云呈块状分布 ,云层内湍流输送活跃 ;通量输送水平不均匀 ,动量、感热通量多向下输送、潜热通量向上输送 ;春季湍流强度随高度呈现双峰型分布     

青藏高原和伊朗高原上空臭氧变化特征及其与南亚高压的关系

采用TOMS、HALOE和SAGEⅡ臭氧卫星观测资料,对青藏高原上空臭氧的垂直结构和变化特征以及伊朗高原臭氧低值中心做了相应的研究,并且对两个高原臭氧低值中心进行了对比.结果表明:夏季伊朗高原同青藏高原一样存在臭氧低值中心;青藏高原和伊朗高原上空臭氧含量的变化与同纬度带其他地区相比,在12～22km或120～30 hPa这个气层中减少最明显,在此气层中伊朗高原上臭氧的减少比青藏高原上的更厉害.进一步采用NCEP/NCAR再分析资料分析了亚洲上空位势场和位温的变化及其与臭氧变化的关系,结果显示青藏高原和伊朗高原上空臭氧含量的变化和南亚高压有着密切的关系.南亚高压正好处在青藏高原和伊朗高原上空,夏季当南亚高压中心偏伊朗高原时,伊朗高原上空臭氧总量比多年平均值低,6、7月份随南亚高压中心位置的变化,伊朗高原上空臭氧总量变化明显,而青藏高原上空臭氧总量变化不是很明显.利用此区域夏季等位温面的变化对上述关系的机理进行了初步的探讨.