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.     

2010年第8期科技期刊亮点

重建近500年南极涛动指数 北京师范大学减灾与应急管理研究院地表过程与资源生态国家重点实验室张白银等重构了公元1500年以来南半球夏季（当年12月至次年2月）的南极涛动指数,该指数能反映年际一年代际变率,且与其他研究给出的南极涛动指数有较好的一致性。     

夏季西太平洋副热带高压的年代际变化及其与南半球环流的联系

根据19582002年的再分析资料,研究了夏季西太平洋副高的年代际变化及其与南半球环流变化的联系．20世纪70年代末之后,副高偏向西南,强度增强,但这种变化趋势在6—8月间逐渐趋弱．从全球范围看,最显著的变化发生在南半球,南极涛动趋于正位相,索马里急流偏强,致使副高偏向西南,强度增强．同时,由于副高在夏季期间向北移动,南半球环流变化对副高的影响在6-8月间逐渐减弱,这与副高的变化趋势相吻合．     

夏季西太平洋副热带高压的年代际变化及其与南半球环流的联系

根据1958-2002年的再分析资料,研究了夏季西太平洋副高的年代际变化及其与南半球环流变化的联系.20世纪70年代末之后,副高偏向西南,强度增强,但这种变化趋势在6-8月间逐渐趋弱.从全球范围看,最显著的变化发生在南半球,南极涛动趋于正位相,索马里急流偏强,致使副高偏向西南,强度增强.同时,由于副高在夏季期间向北移动,南半球环流变化对副高的影响在6-8月间逐渐减弱,这与副高的变化趋势相吻合.     

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．      

南极臭氧洞对全球气候影响的数值试验

采用ＩＡＰ九层全球大气环流模式进行了南极臭氧洞气候效应的数值试验．试验和分析表明,南半球高纬和极地平流层臭氧含量的减少,不仅对南半球气候有明显影响,而且影响到北半球,使全球气候产生明显变化．     

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。     

皮纳图博火山喷发对气候影响的数值试验

用俄勒冈州立大学（ＯＳＵ）的两层大气环流模式，研究１９９１年６月中旬菲律宾的皮纳图博（Ｐｉｎａｔｕｂｏ）火山喷发对短期气候的影响．数值试验的结果表明：①火山喷发引起低纬太阳辐射减少，导致次年１，２月模式大气的北半球主要大气活动中心（阿留申低压、冰岛低压、东亚冷高压、北美冷高压等）的强度明显减弱，亚洲和北美大陆中高纬度大部分地区的地面气温明显上升．模拟结果与实况相当一致．皮纳图博火山喷发对北半球中高纬许多地区（如前苏联的西伯利亚的中西部、中国北方地区、日本和西欧以及美国等地）１９９２年１，２月所出现的异常暖冬天气有重要的作用．②火山喷发引起的热带太平洋海平面气压场变化有利于南方涛动的减弱．     

一个改进的海气耦合模式及其数值模拟

基于“线性统计修正”同步耦合方案,把中国科学院大气物理研究所两层大气环流模式同具有较高分辨率的热带太平洋环流模式耦合起来,长期数值积分表明,模式不但能够模拟出真实合理的平均气候状态及其季节变化,还能模拟出与观测接近的年际气候变率,这种年际变率在热带太平洋表现为海温在次表层达到其是大值并一在赤道上的沿斜晶层自西向东传播而在赤道两侧则自东向西传播,从而构成了主周期为４ａ左右的循环过程。     

2010年1月渤海海冰成因分析

通过对2009—2010年冬季大气环流资料的分析发现:①混合厄尔尼诺年西太平洋高压减弱,东亚大气经向型环流的加强,冬季冷空气活跃气温降低,北方雨雪偏多,是渤海冰情加重主要原因。②极涡的变化是影响我国冬季天气气候特征变化的重要因素,北极涛动负相位将极地冷空气挤向中纬度地区;对渤海气温降低及海冰生成起着直接作用。③混合厄尔尼诺和"拉马德雷""、冷位相"加强了北半球的经向环流,使西太平洋副高减弱,导致极地冷空气长期影响东亚地区;1月渤海有负距平中心,冷空气长时间控制渤海地区,导致渤海严重冰灾。     

全球地形影响大气和海洋经圈环流的耦合模式研究

利用气候系统模式(CESM1.0)研究陆地地形改变对大气?海洋经圈环流的影响。模式首先给出真实海陆分布及陆地地形情况下的大气?海洋气候态, 然后给出平板陆地情况下(陆地海拔均匀10 m)的气候态。与真实世界相比, 平板陆地情形下大气?海洋经圈环流发生重大改变: 首先, 年平均大气对流中心南移到赤道附近, 使得大气哈德雷环流相对于赤道对称; 其次, 海洋的经向翻转流变强, 大西洋经向翻转流完全消失, 取而代之的是在太平洋出现强大的经向翻转流及热盐环流。在平板陆地情形下, 北半球中高纬度大气抬升减弱, 向北的大气热量输送减少, 北半球温度降低, 大气对流中心因而向赤道迁移; 同时, 海洋向极地的热量输送也减弱, 中高纬度海洋变冷, 北太平洋海水密度增加很多, 北大西洋海水密度降低, 导致海洋经向翻转流从大西洋转移到太平洋。     

ENSO影响热带大气季节内振荡的年代际变化特征

为了研究厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)现象影响热带大气季节内振荡(ISO)的年代际变化特征,利用奇异值分解(SVD)、小波分析和经验正交函数分析(EOF)等方法对热带大气ISO强度指数、赤道中东太平洋海温及热带大气环流场进行了分析。计算结果显示,20世纪70年代中期以前,ENSO对热带大气ISO的影响较弱;70年代中期以后,ENSO对热带大气ISO的影响加强。造成上述年代际变化的原因与热带大气环流的年代际变化有关,因此,ENSO对热带大气ISO的影响也存在年代际变化。     

“98.7.21”武汉特大暴雨大气环流特征分析

对“98.7.21”武汉特大暴雨发生时大气不同尺度的环流的特征进行了分析研究，指出亚欧中高纬度经向环流的持续发展、西太平洋副热带高压持续的异常偏南及其内部强度变化的不均、中层短波槽系统的东移阻滞和与暴雨相伴而生的β中尺度强涡旋系统，是这次暴雨过程大气环流的典型特征。还对直接造成武汉特大暴雨的强对流云团、β中尺度强涡旋系统的部分动力和热力结构进行了分析。     

基于平流层环流变化的夏季长江下游强降水频数气候预测模型

采用相关分析方法,研究了6~8月长江下游强降水频数与前期冬季12~2月全球50 hPa纬向风的关系;并研制了基于KLM滤波的夏季长江下游强降水频数气候预测模型。结果表明,存在3个显著的相关区:北极附近,北太平洋中纬度和南半球高纬度地区。用这些前期12~2月全球平流层关键区的纬向风建立KLM预测模型进行预测试验,发现它对近10年6~8月长江下游地区强降水频数的变化具有较好的预测能力,明显优于多变量的线性回归预测;其中与北极附近和南半球高纬度地区平流层纬向风相关稳定,而与北太平洋中纬度纬向风的相关存在一定程度的不稳定。基于平流层环流变化的夏季长江下游强降水频数KLM模型可以为短期气候预测业务预报提供重要参考。     

春季大气南北涛动年际变化及其与中国气候的联系

结合NCEP/NCAR月平均再分析资料以及我国地面站点观测资料,分析了春季大气质量南北涛动(IHO)的年际变化特征及其与我国春季气候的联系.研究发现春季IHO表现为明显的两半球中高纬地区大气质量间的"跷跷板"分布,且有相一致的垂直环流结构.对去除AO(北极涛动)、AAO(南极涛动)信号后的纬向平均地表气压作EOF分析,发现其第一特征向量IHO特征明显,其对应的时间系数与IIHO相关系数高达0.93.春季IHO与我国同期气候变动联系密切.我国站点地面气压、地面温度以及相对湿度均与IIHO有较好相关.我国西北地区尤其与青海、甘肃、陕西及内蒙地区春季沙尘暴的发生与IHO联系密切.正位相IHO有利于西伯利亚高压的加强,此时60°E至150°W的纬向风存在着由北极延伸至南极的经向遥相关结构,导致亚洲地区出现正的西风异常,对我国春季气候产生影响.     

春季大气南北涛动年际变化及其与中国气候的联系

结合NCEP／NCAR月平均再分析资料以及我国地面站点观测资料,分析了春季大气质量南北涛动（IHO）的年际变化特征及其与我国春季气候的联系．研究发现春季IHO表现为明显的两半球中高纬地区大气质量间的“跷跷板”分布,且有相一致的垂直环流结构．对去除AO（北极涛动）、AAO（南极涛动）信号后的纬向平均地表气压作EOF分析,发现其第一特征向量IHO特征明显,其对应的时间系数与IIHO相关系数高达0．93．春季IHO与我国同期气候变动联系密切．我国站点地面气压、地面温度以及相对湿度均与IIHO有较好相关．我国西北地区尤其与青海、甘肃、陕西及内蒙地区春季沙尘暴的发生与IHO联系密切．正位相IHO有利于西伯利亚高压的加强,此时60°E至150°W的纬向风存在着由北极延伸至南极的经向遥相关结构,导致亚洲地区出现正的西风异常,对我国春季气候产生影响．     

大气环流与世界气候的划分

论述了大气环流的形成、性质及其对世界气候的影响．     

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。     

全球气候变暖背景下的大气环流基本模态

利用NCEP/NCAR REANALYSIS1948年1月～2001年2月1000～100hPa的高度场资料研究全球纬圈平均大气环流的变化.EOF1显示全球纬圈平均大气高度场在高纬度和低纬度地区呈明显的反向变化,这一变化特点解释了总方差的一半左右.从时间系数上看,近53年低纬度高度上升,高纬度高度下降.这表明20世纪60年代以后,特别是20世纪80年代中期以后,对流层中纬度西风有明显的加强趋势.与全球平均地面气温变化比较证明这种大气环流的变化与全球平均地面气温的变化有显著的相关.用观测海温强迫运行大气环流模式积分两个50年(1900～1950年和1950～1999年),EOF1与再分析资料所得的EOF1特征十分相似,解释的方差大小也基本一致.伴随着近20年的全球气温的剧烈上升,低纬度高度场升高,高纬度高度场降低,两个半球中纬度西风显著加强成为全球大气环流变化的最主要特征.     

海拉尔樟子松年轮生长与北大西洋涛动/北极涛动的联系

目的研究蒙古高原东部海拉尔樟子松年轮宽度与大尺度气候驱动北大西洋涛动/北极涛动的关系。方法使用相关系数分析方法探讨树轮宽度年表、实测气象数据及北大西洋涛动指数/北极涛动指数的相互作用;使用功率谱分析周期信号。结果 11年滑动平均后,海拉尔樟子松年轮宽度与北大西洋涛动/北极涛动相关关系在1960s发生转变,由显著负相关(1873~1957)变为显著正相关(1958~2003)。树轮宽度与北大西洋涛动指数/北极涛动指数在实测时段内均与年平均温度和年降水总量显著相关。北大西洋涛动/北极涛动对树木径向生长和区域降水的影响存在显著的滞后效应。谱分析表明树轮宽度年表和北大西洋涛动指数/北极涛动指数具有相近的准周期信号。结论十年尺度上,北大西洋涛动/北极涛动通过温度和降水显著影响蒙古高原东部海拉尔樟子松的径向生长。