Strengthening of the boreal winter Hadley circulation and its connection with ENSO

Empirical orthogonal function (EOF) analysis is carried out for the year-to-year variability of the boreal winter (DJF) mass stream function of the mean meridional circulation (MMC) during the period 1948—2005. The results demonstrate that it is dominated by the equatorially asymmetric and symmetric modes. Further analysis shows that the former mode is linked with the boreal winter Hadley cell mainly on the decadal time-scale, and the latter on the interannual time-scale. The asymmetric mode index (AMI) with a clear upward trend contributes to the decadal strengthening of the boreal Hadley circulation, and is closely correlated with the tropical SST warming, especially in the region of Indo-west Pacific warm pool (INWP). Furthermore, the AMI also contributes to the abrupt change of the correlation coefficient between the boreal Hadley circulation and ENSO after 1976. The symmetric mode index (SMI) with robust and stable linkage with ENSO shows a significant interannual variability, suggesting that the variability of the Hadley circulation is mainly associated with ENSO on the interannual time-scale.     

Strengthening of the boreal winter Hadley circulation and its connection with ENSO

Empirical orthogonal function (EOF) analysis is carried out for the year-to-year variability of the boreal winter (DJF) mass stream function of the mean meridional circulation (MMC) during the period 1948—2005. The results demonstrate that it is dominated by the equatorially asymmetric and symmetric modes. Further analysis shows that the former mode is linked with the boreal winter Hadley cell mainly on the decadal time-scale, and the latter on the interannual time-scale. The asymmetric mode index (AMI) with a clear upward trend contributes to the decadal strengthening of the boreal Hadley circulation, and is closely correlated with the tropical SST warming, especially in the region of Indo-west Pacific warm pool (INWP). Furthermore, the AMI also contributes to the abrupt change of the correlation coefficient between the boreal Hadley circulation and ENSO after 1976. The symmetric mode index (SMI) with robust and stable linkage with ENSO shows a significant interannual variability, suggesting that the variability of the Hadley circulation is mainly associated with ENSO on the interannual time-scale.     

冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系

利用1957-2001年冬季的北极海冰资料、中国160站气温资料以及NCEP再分析的大气环流资料分析了冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系.过去44年来,北极海冰面积总体上具有减小趋势(鄂霍次克海是例外,那里海冰面积有增加趋势),相应地北极涛动趋于增强,我国大部分地区趋于增暖.叠加这种趋势变化之上的是年际变化.在年际时间尺度上,冬季海冰变化的主要空间型表现为格陵兰海和白令海的海冰异常总是和鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常符号相反,并且与500 hPa高度场上的EU和WP型遥相关对应.当冬季格陵兰海和白令海的海冰异常偏少,而鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常偏多时,西伯利亚高压和阿留申低压都偏弱,冬季风减弱,东亚西风增强,我国冬季大部分地区温度升高;反之亦然.     

Hadley环流上升支特征及其与东亚臭氧变化的关系

 利用NCEP/NCAR再分析风场资料和TOMS臭氧总量资料以及ECMWF臭氧混合比资料,用叠加计算方案分析了1992~2002年整10 a的平均经圈环流(MMC)气候态特征;在此基础上定义了Hadley环流上升支强度指数(HAI),研究Hadley环流上升支与东亚地区臭氧的相关关系.结果表明:南、北半球的2个Hadley环流圈的公共上升支具有明显的季节特征;冬、夏HAI(WHAI/SHAI)均表现出明显的年变化,WHAI在2月最强,SHAI在8月最强,WHCI与其所处高度的负相关性较夏季好.分析还指出,Hadley环流上升强度越强,同期东亚相对应的Hadley环流上升极值高度处对流层臭氧浓度越小.     

北半球Hadley环流与臭氧气候演变规律及其相互关系

 利用欧洲中心(ECMWF)1957年9月到2002年8月共540月的ERA-40的经向风和臭氧质量混合比月平均资料,通过定义一系列Hadley环流指数来分析研究Hadley环流与臭氧的气候演变规律及其相互关系.分析指出:①在定义的几个Hadley环流指数中,北半球Hadley环流强度指数(NHCI)与臭氧的相关最好,全球Hadley环流指数(HCI)次之.因此进一步运用功率谱和凝聚谱方法对NHCI与臭氧的变化做出周期分析;②南半球臭氧的时间序列与Hadley环流各指数的相关关系最好,赤道次之,北半球相对小一些;③NHCI与臭氧之间的相关关系总体表现为明显的纬度带分布,说明了不同的纬度,平均经圈环流(MMC)对臭氧的输送作用不同.④NHCI与臭氧的季节变化都十分显著,二者之间有很多显著的共振周期,最突出的约为5~6个月,1 a的共振周期是各自变化的显著周期.臭氧的变化落后于NHCI振荡,且不同的纬度带落后时间长度不同.     

冬季Hadley环流活动与大气臭氧变化的关系研究

 利用1957年9月到2002年8月,共540个月的ECMWF的经向风和臭氧质量混合比资料,分析研究了冬季Hadley环流强弱特征的变化对臭氧变化的影响.分析指出在冬季伴随Hadley环流的增强,其中心南移,高度升高,臭氧在对流层增加,平流层减少,臭氧总量呈现出减少的趋势.Hadley环流的增强,中心南移,高度升高以及臭氧在对流层的增加对全球变暖是正反馈,而平流层臭氧减少,臭氧总量减少对全球变暖是负反馈.因此Hadley环流的强弱对臭氧的影响明显.     

东亚和西太平洋地区Hadley环流对对流层臭氧分布的影响

 采用了后向轨迹方法,利用臭氧混合比ρ₃和风场资料,来探讨东亚和西太平洋地区上空Hadley 环流对对流层臭氧分布的影响,文中对所研究关键点上7月份对流层高、中、低三层的轨迹进行分向统计后,计算方向概率与ρ₃的相关系数,得出了东亚和西太平洋地区Hadley 环流水平平流作用对臭氧分布的影响.结果表明:①青藏高原地区上空对流层低层Hadley 环流水平平流作用将会使臭氧混合比减少,而对应的高层南半球Hadley环流下沉支,其总体效果则是使臭氧增加;②在西太平洋地区上空对流层低层,北半球Hadley环流上升支其作用是使臭氧混合比减少,对应的高层南半球Hadley环流下沉支,其影响较弱;③另外,东亚季风的水平平流作用似乎和臭氧的分布也有联系,这还有待于进一步研究.     

渤海典型余环流及其影响因素研究

以大阪大学海湾模型（ODEM）,三维斜压水动力模型研究了渤海夏、冬季节典型余环流结构及其控制园子的影响．浅析了不同计算工况下余流结构对海域不同部分水交换能力的影响．通过分析渤海中部流速的垂向分布,探讨了潮汐、季风和表面热交换对杂环流的贡献．从表面和底层的潮余流结构可以看出渤海的余环流由多个而不是一个旋涡构成,海域的地形和海岸线形状是控制沿岸潮余流结构的主要因素．渤海典型风向下的夏季风和冬季风对余环流的影响差异较大;区域性热盐效应导致的密度流不管是否引起层化现象都会对凤生流和潮余流产生较大的影响．     

Changes in annual accumulation retrieved from Geladaindong ice core and its relationship to atmospheric circulation over the Tibetan Plateau

Annual accumulation records covering 1935 to 2004 were reconstructed using Geladaindong ice core in the source of Yangtze River. A significant positive correlation between annual accumulation and precipitation from nearby meteorological stations was found, suggesting ice core accumulation could be taken as a precipitation proxy in the region. In the past 70 years, precipitation in the Geladaindong region was low from 1930s to early 1960s, and the lowest value occurred in the later 1950s. Since 1960s, precipitation increased dramatically and reached the maximum around 1980s, then decreased slightly in 1990s. By using Mann-Kendall rank statistical test method, a change point for precipitation was determined in 1967. Analysis of the atmospheric circulation over the Tibetan Plateau suggested that, compared with the southwest wind during the low precipitation period （before 1967）, it extended about 2 latitudes northward during high precipitation period （after 1967）. Moreover, during the high precipitation, the trough over the Bal Karshi Lake was also enhanced, and both the meridional wind and vapor transporting displayed a remarkable aggrandizement.     

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     

宁夏冬季气温变化与大气环流异常的关系

利用1961~2015年冬季(12月到次年2月)宁夏20个气象站月平均气温资料,NCEP/NCAR发布的500 h Pa位势高度场和海平面气压场,200 h Pa、850 h Pa风场月平均再分析资料,运用线性倾向估计、M-K法及合成分析等方法,在研究宁夏冬季平均气温的年际变化及年代际变化特征的基础上,分突变前后的冷、暖期时段进一步分析大气环流场不同影响因子与宁夏冬季气温异常的关系,揭示宁夏冬季气温异常的成因。结果表明:(1)宁夏冬季平均气温由冷变暖的趋势非常显著,在1985年之前为冷期,1985年以后为暖期;冬季平均气温年代际变化在20世纪增暖趋势显著,21世纪后上升趋势趋于平缓。(2)不仅500 h Pa位势高度场的乌拉尔山高压脊和西太平洋副高是影响宁夏冬季气温异常的主要系统,海平面气压场的西伯利亚高压也是影响宁夏冬季气温异常的关键系统;高低空的偏北气流和偏南暖湿气流异常流场也对宁夏冬季气温变化造成一定影响。     

基于海洋石油平台的海冰监测系统

【目的】有效监测渤海辽东湾海冰状况,指导破冰船破冰,保障冬季冰期海洋石油平台的安全生产。【方法】在辽东湾石油平台上构建海冰测量系统,利用视频测冰技术、视频冰速测量技术及气象观测多种手段,在2011—2015年度连续4年冬季冰期观测平台周边海冰形貌、范围、运动轨迹,并对监测数据进行分析,给出24h海冰预报。【结果】基于海洋石油平台的海冰监测系统对海冰冰量、冰厚、冰速、冰类型监测数据准确,通过数据分析可以对海冰实施年、月、周、24h预报,短期预报与实际情况基本相符合,其中24h预报准确率在95%以上。【结论】基于海洋石油平台的海冰监测系统是一套运行可靠的监测系统,能准确地观测海冰的运行趋势,为冬季渤海辽东湾的抗冰活动提供指导。     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

基于SPH方法的渤海海冰动力学数值模拟

简要介绍了光滑质点流体动力学 (smoothed particle hydrodynamics,简称SPH) 方法的基本原理,并将此方法应用到渤海海冰动力学数值模拟中. 在对海冰动力学方程和粘弹塑性本构方程进行SPH处理的基础上,对渤海海冰的动力演化过程进行了48 h的数值模拟,得到了海冰厚度、密集度、速度和主应力的演化过程及分布规律,同时对模拟的海冰厚度等值线分布与卫星遥感图像进行了对比分析. 数值模拟结果表明,SPH能够精确地模拟海冰分布规律以及冰缘线的位置,具有很高的计算精度和稳定性,是一种有效的海冰动力学数值模拟方法.     

基于GIS/RS的东海南部渔场海表温度与中上层鱼类渔获量的关系

根据1998～2005年东海区渔获数据以及同期NOAA/AVHRR资料反演的海表温度数据,分析了我国东海南部中上层渔获量与海表温度和梯度的关系。该区域的渔汛在7～9月,捕捞量约占全年的87.9%。渔区温度集中分布在27.5～30.0℃,温度梯度主要分布在0.5～3.0,1.5～2.0为鱼类最适范围。在该研究海域,反映出渔获量随温度升高而增加,渔获量高值所对应的平均温度较高而温度梯度则相对较低。该区域温度与渔获量比温度梯度与渔获量的相关性略低,可见,温度梯度对东海南部的渔业资源有着更重要的影响。但是,两者的相关性都不明显,这是因为影响鱼类资源的因素除了表温外,还有底层的温度、盐度及饵料生物量等多种环境因子。文中的计算都是在自主开发设计的"海洋渔场渔情分析预报软件系统"中进行。     

航海雷达识别与跟踪海冰试验

在辽东湾某座石油平台上安装了监测海冰的航海雷达。首先对该雷达探测与识别海冰的效果进行了试验。结果表明,它可识别莲叶冰、平整冰、粗糙冰与冰脊,其识别能力主要与雷达性能、天线高度以及海冰表面粗度有关;为了增大雷达对海冰的探测距离,在平台顶部架设了天线塔,使天线高度达到５５ｍ;该雷达系统有对海冰连续跟踪的能力,可为研究海冰生消和运动规律提供依据,同时也是局部海冰实时监测与海冰管理的有力手段。     

南海夏季风活动激发的大气遥相关型

北半球夏季,南海地区是全球大气热状况变化最为激烈的区域之一,而南海夏季风则是该地区最为活跃的天气事件,它的演变必将导致其它地区大气环流的响应．通过相关计算、合成分析等手段,揭示与南海夏季风活动相关联的北半球大气遥相关型的存在．该波列状的遥相关型与东亚地区相连,经北太平洋延伸至北美西岸．最高的相关位于西太平洋副热带高压区域,因而它可能对我国旱涝天气产生重要影响．     

西北太平洋环流和海温数值模拟

基于Ecom-si建立了一个西北太平洋海洋数值模式,综合考虑了侧边界通量、海表面风应力、热通量、蒸发和降水等因素,模拟并分析了西北太平洋环流和海温的基本特征.模式验证结果表明,模式计算的海温与日本2008年西北太平洋实测温度走航断面资料吻合良好.模式再现了低纬度海区表层自东向西流动的北赤道流、强西边界流黑潮、东海的台湾...     

Mean sea surface heights of the South and East China Seas from ocean circulation model and geodetic leveling

The mean sea surface heights (sea surface topography) of the South China, East China, Yellow and Bohai Seas are derived from an ocean general circulation model and surface air pressure. The circulation model covers the global oceans, with fine grid (1/6°) covering the East Asian marginal seas and coarse grid (3°) covering the rest part of the global oceans. The result shows that the China 1985 National Altitude Datum is 24.7 cm above the mean sea surface height of the world oceans. The mean sea surface in the coastal ocean adjacent to China is higher in the south than in the north. Intercomparison of the model results with the geodetic leveling measurements at 28 coastal tidal stations shows a standard deviation of 4.8 cm and a fitting coefficient of 95.3%. After correction through linear regression, the standard deviation is reduced to 4.5 cm. This indicates that the accuracy of model results is sufficient for practical application. Based on the model results, the mean sea surface heights for the study area with a resolution of 1/6 degree are given. This result also links the mean sea levels at islands with those on the mainland coast and gives the mean sea surface heights at tidal stations in the Taiwan Island, the Dongsha Islands, the Xisha Islands and the Nansha Islands relative to the China 1985 National Altitude Datum.