用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式综述：中间型和混合型模式     

张荣华 《海洋与湖沼》2024,55(1):1-23

厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)是地球气候系统中最强的年际变率信号, 起源于热带太平洋海气相互作用过程, 并对全球的天气和气候等产生显著的影响。过去几十年来, 广泛、深入而细致的海气相互作用研究致力于发展和改进海气耦合模式以用于ENSO模拟和预测, 各种类型的海气耦合模式应运而生。经过半个多世纪的努力, ENSO数值模式及其应用已经取得了巨大进展, 包括已发展了一些高度理想化的概念(concept)模型来解释ENSO准周期性循环(包括正负反馈机制等); 同时也已发展了几类复杂程度不同的海气耦合模式并用于对ENSO的真实模拟和实时预测等研究, 尤其是已能提前6个月或更长时间对ENSO事件的发生和发展等进行有效的实时预测。其中最为复杂的模式是基于原始方程组的大气环流模式(Atmospheric General Circulation Models, AGCMs)与海洋环流模式(Oceanic General Circulation Models, OGCMs)等所组成的环流型耦合模式(Coupled General Circulation Models, CGCMs), 这类模式变量取为完全变量的形式(如总的海表温度场, 其可以分解为气候态部分和年际异常部分), 还考虑了尽可能详尽的物理过程及其参数化方案。中间型耦合模式(Intermediate Coupled Models, ICMs)是一类介于高度理想化概念模型与复杂的环流型耦合模式之间的简化模式, 其对应的控制方程组采用距平形式, 直接取大气和海洋年际异常场作为预报变量(如海表温度年际异常), 而相应的气候平均态部分则由对应的观测资料来给定; 大气与海洋模式间的耦合采用异常耦合(anomaly coupling)。混合型耦合模式(Hybrid Coupled Models, HCMs)是另一类简化的海气耦合模式, 其中海洋或大气模式有一个分量模式采用了简化的距平类模式(类似于ICMs),而另一个分量模式则采用环流型模式(General Circulation Models, GCMs); 如可采用统计的大气风应力年际异常模式与OGCM间的耦合而构建一种HCM_OGCM,也可采用简化的海洋距平类模式(如ICM中的海洋分量模式)与AGCM间的耦合而构建另一种HCM^AGCM。历史上, ICMs、HCMs和CGCMs等这几类耦合模式都在ENSO理论体系的发展、数值模拟和实时预测等方面都起到了重要作用。本文主要回顾作者与合作者所研发的ICMs和HCMs的构建、特点和应用例子等。  相似文献   

Extensive Cold-Precipitation-Freezing Events in Southern China and Their Circulation Characteristics   总被引：2，自引：0，他引：2  

Jing-Bei PENG  Cholaw BUEH  Zuo-Wei XIE 《大气科学进展》2021,38(1):81-97

Concurrence of low temperature,precipitation and freezing weather in an extensive area would cause devastating impacts on local economy and society.We call such a combination of concurrent disastrous weather“extensive coldprecipitation-freezing”events(ECPFEs).In this study,the ECPFEs in southern China(15°?35°N,102°?123°E)are objectively defined by using daily surface observational data for the period 1951?2013.An ECPFE in southern China is defined if the low temperature area,precipitation area and freezing area concurrently exceed their respective thresholds for at least three consecutive days.The identified ECPFEs are shown to be reasonable and reliable,compared with those in previous studies.The circulation anomalies in ECPFEs are characterized by a large-scale tilted ridge and trough pairing over mid-and high-latitude Eurasia,and the intensified subtropical westerlies along the southern foot of the Tibetan Plateau and the anomalous anticyclonic circulation over the subtropical western Pacific.Comparative analysis reveals that the stable cold air from the north and the warm and moist air from the south converge,facilitating a favorable environment for the concurrence of extensive low-temperature,precipitation and freezing weather.  相似文献   

WP和NAO对中国东南部冬季温度的协同影响   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

施春华  孙伟佳  郭栋 《大气科学学报》2021,44(3):394-404

利用NCEP/NCAR和ERA-Interim再分析资料,通过多元线性回归等分析方法,研究了西太平洋遥相关型(Western Pacific teleconnection, WP)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)的不同配置对中国东南部冬季气温的影响。结果表明:WP正位相年,中低纬太平洋被异常暖性高压控制,其局地作用使得中国东南部温度偏高;NAO正位相年,其遥相关作用通过南、北两支波列,分别调控南、北支槽系统,协同作用使得中国东南部30°N附近温度偏低。考虑这两种遥相关型的共同作用,当WP和NAO同位相时,两者作用部分抵消,中国东南部温度变化不显著;当WP正位相、NAO负位相时,两者同步的加热效应使得中国东南部显著暖异常;当WP负位相、NAO正位相时,两者同步的冷却效应使得中国东南部显著冷异常。  相似文献   

秋行夏令:2021年10月初北方致灾性持续暴雨及水汽极端性分析          下载免费PDF全文

车少静  李想  丁婷  高辉 《大气科学学报》2021,44(6):825-834

2021年10月3—6日,我国北方地区经历了历史罕见的持续性极端强降水过程,暴雨中心稳定维持在陕西中部、山西、京津冀、辽宁等地南部和山东北部,给上述地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。基于台站观测降水、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料诊断了本次降水过程的极端性。结果表明,本次暴雨过程无论是降水强度、持续时长还是经向水汽输送均表现出典型北方夏季暴雨和大气环流配置特征。上述五省二市区域平均的过程累计雨量强度远远超过秋季其他暴雨个例,即使在夏季也位列第二。本次过程的极端性与强降水中心稳定在上述地区密切相关。上述五省二市区域平均降水连续4日均超过15 mm,这在秋季历史上从未出现过。除过程的极端性强外,9月山西等地降水异常偏多对10月初秋涝也起到了叠加作用。本次秋涝对应的大气环流呈现出典型的北方夏季主雨季环流型,表现为西太平洋副热带高压（副高）偏西偏北,副高西侧的经向水汽输送异常强盛,同时10月4—6日北方地区发生一次强冷空气过程,冷暖气流交汇在上述地区。水汽收支计算表明,本次过程的经向水汽输送强度为秋季历史之最,甚至超过了盛夏时期北方大部分暴雨过程水汽输送强度。上述分析结果表明,即使在仲秋时节亦可产生有利于北方极端持续暴雨的环流形势和水汽输送,并导致秋涝发生。  相似文献   

1979—2013年北太平洋海表面盐度变化及其与淡水通量的关系          下载免费PDF全文

魏翔  智海  方祝骏 《大气科学学报》2021,44(5):754-763

利用海洋再分析资料,对北太平洋海表面盐度（Sea Surface Salinity,SSS）变化及其与淡水通量（Fresh Water Flux,FWF）的关系进行研究。结果表明：1914—2013年SSS存在增大趋势,且有25～30 a的周期变化;1979—2013年SSS存在先减小后增大趋势,且有7～12 a的周期变化。北太平洋SSS变化的活跃区域位于黑潮及其延伸区（A区）和北太平洋中部偏东地区（B区）。A区和B区SSS在2000年之前存在减小趋势,在2000—2009年出现明显增大趋势。A区和B区SSS变化与北太平洋FWF变化显著相关,其中A区SSS受局地FWF影响较大（最大相关系数出现在FWF超前16个月）,B区SSS受局地FWF影响较小（最大相关系数出现在FWF超前20个月）。北太平洋FWF与A区SSS的相关表明：它们存在较大范围的正相关区,正相关区主要位于黑潮延伸区（A区东部）,且正相关大值区随着FWF超前时间缩短而向东移动。对应于北太平洋温度年代际变化,SSS也存在显著的年代际变化,并且北太平洋关键区盐度变化能够表征北太平洋气候变率,它可以作为北太平洋气候变率的替代指数。  相似文献   

西太平洋暖池对夏季华东海面日最大风速变化的影响          下载免费PDF全文

韩雪  徐经纬  刘杨珂 《大气科学学报》2021,44(5):727-736

利用1979—2018年ERA Interim地面10 m风场、位势高度场、温度场和风场,Hadley中心HadISST再分析海温资料,采用SVD分析、合成分析等方法,研究了夏季（6—8月）西太平洋暖池关键海域海表面温度（Sea Surface Temperature,简称SST）对华东海域夏季10 m日最大风速变化的影响关系。SVD分析结果表明,夏季华东近海风速变化与菲律宾以东海域SST有明显负相关,第一模态左、右空间向量的时间系数相关达0.58,通过了置信度为95%的显著性检验。当西太平洋暖池SST正异常时,暖池海域SST增高,西北太平洋副热带高压（以下简称副高）加强,副高脊线北进（西北太平洋副高脊线纬度位置与暖池SST相关系数达到0.46,通过置信度为95%显著性检验）。此时华东近海正处于副高控制,近海下沉运动增强,大气温度垂直剖面有普遍增温现象,10 m风场有偏北风异常,海面风速减小约占40 a平均风速的约30%;当暖池SST负异常时,副高东撤南退,华东近海冷空气活动加强,温度垂直剖面存在显著降温现象,华东近海风速增加占40 a平均风速的20%以上。本研究进一步说明了暖池SST异常是一个有效的预报因子,可用于华东近海海面风速预测预报。  相似文献   

西北太平洋热带气旋路径的历史模拟          下载免费PDF全文

郑倩  孙艺迪  高猛 《大气科学学报》2021,44(6):862-874

基于IBTrACS提供的热带气旋最佳路径数据集,在统计分析历史热带气旋的发生年频次、发生位置、路径移动及强度变化等的基础上,建立了西北太平洋热带气旋轨迹合成模型。模型包括生成模型、移动模型、消亡模型及强度模型4个部分,并从地理轨迹密度、年登陆率、登陆风速分布三个方面,对模拟的气旋路径与历史气旋路径进行比较,以验证模型的准确性和可靠性。结果表明,构建的西北太平洋热带气旋全路径统计模拟模型稳健可靠,可进一步应用于研究区热带气旋的定量精细化的风险评估,能提高气旋风险灾害评估的可信度。  相似文献   

北太平洋冬季西部发展型天气尺度涡旋对平均流的影响          下载免费PDF全文

刘丽  谭言科  夏淋淋 《大气科学学报》2019,42(2):174-183

在中纬度北太平洋大气强斜压区,存在频繁的天气尺度涡旋活动,通过水分、动量和能量输送维持大气环流。为了进一步研究天气尺度涡旋发生发展与大尺度环流之间的联系,利用1981—2013年再分析资料,筛选出西部发展型天气尺度涡旋114个偏强日和87个偏弱日,给出了西部发展型天气尺度涡旋异常导致的动力和热力强迫的变化,同时从能量转换的角度分析了西部发展型天气尺度涡旋与平均流之间的相互作用,并探讨了其与西太平洋遥相关型的关系。结果表明:西部发展型天气尺度涡旋通过动力强迫和热力强迫影响平均流,其中动力强迫主要造成北太平洋中纬度上空的西风气流加速并向北移动;热力强迫的作用则是减弱中纬度大气斜压性。同时,强西部发展型天气尺度涡旋有利于西北太平洋上空对流层低层斜压有效位能向扰动动能的转化增大和扰动动能向平均流的转化增大,有利于中纬度地区对流层高层平均流向扰动动能的转化增大。此外,西部发展型天气尺度涡旋通过与平均流的作用,对维持西太平洋遥相关型的负位相有一定影响。  相似文献   

秋季北极海冰对EP型ENSO的非线性响应          下载免费PDF全文

祁莉  马威威  何金海  耿新 《大气科学学报》2019,42(1):117-128

利用1961—2015年Hadley中心逐月海表温度资料、海冰密集度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,探讨了秋季北极海冰对于EP型ENSO事件的异常响应,并进一步研究了这种异常响应的可能原因。结果表明,秋季北极海冰对EP型ENSO的响应具有非线性,特别是喀拉海海域(60°～90°E,70°～80°N)海冰无论在EP型El Ni?o或是La Ni?a位相,均表现为显著的负异常。进一步研究发现,不同ENSO位相造成该区域海冰异常偏少的机制有明显不同。EP型El Ni?o年秋季菲律宾附近海域对流活动被抑制,所激发的经向波列在高纬地区形成异常反气旋环流,其南风分量向喀拉海输送暖平流,造成海冰异常偏少。而EP型La Ni?a年喀拉海海域则主要受到来自大西洋开放性海域西风异常的影响,合成结果和个例年均显示EP型La Ni?a年秋季北大西洋上空存在一个显著的西风急流中心,有利于北大西洋开放性海域较暖海水向下游输送,进而影响喀拉海海冰。这些结果表明,热带外地区大气环流场对EP型ENSO的非线性响应导致了喀拉海海冰对EP型ENSO事件的响应也表现出明显的非线性。  相似文献   

南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系          下载免费PDF全文

张萌萌  管兆勇  张奔奔 《大气科学学报》2019,42(1):36-45

利用美国NOAA卫星观测的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)资料以及NCEP/NCAR、CMAP月平均资料,采用相关分析等方法,研究了南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系。结果表明:南方涛动具有显著的年际变化特征,这种年际变化对夏季亚澳季风区及海洋性大陆区域的环流、降水及温度异常有重要影响。当SOI正位相时,赤道以南的澳大利亚东部地区以及西北太平洋海域高层为气旋,低层为反气旋,赤道地区的东部太平洋低层为辐散中心,高层为辐合中心,有利于下沉运动维持;加里曼丹岛附近低层辐合,高层辐散,有利于上升运动维持;海洋性大陆地区降水为显著的正异常,东亚地区降水存在较弱的正异常;海洋性大陆地区以及我国青藏高原到东海一带温度为正异常,孟加拉湾及印度半岛区域温度为负异常。  相似文献