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大气科学 2017年第6期41卷 1141-1155页

作者：苑俐肖子牛中国气象科学研究院北京100081 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029

利用英国哈德莱中心(Hadley Center)1949~2014年表层海温资料,将黑潮延伸体海区海温经向梯度的大值区域的平均值定义为黑潮延伸体及其北部海洋锋强度指数(KEFI),利用数据分析方法研究了各季节KEFI的变化特征及其与北太平洋风暴轴的关系... 详细信息

利用英国哈德莱中心(Hadley Center)1949~2014年表层海温资料,将黑潮延伸体海区海温经向梯度的大值区域的平均值定义为黑潮延伸体及其北部海洋锋强度指数(KEFI),利用数据分析方法研究了各季节KEFI的变化特征及其与北太平洋风暴轴的关系。分析表明,各季节的KEFI存在明显的年际和年代际变化特征,同时在冬季与北太平洋瞬时方差有显著正相关,两者在风暴轴主体位置的相关性最为显著,并且这种相关性在KEFI超前一个月时就所显现,同时对后期风暴轴也有一定影响,即冬季黑潮延伸体海区海洋锋的强度会影响风暴轴区域瞬时方差的变化。之后主要分析了这种影响的可能机制,发现在冬季KEFI高值年,由于海洋锋两侧的热量输送差异更加明显,导致海洋锋附近的近表面气温经向梯度增强,维持了近表面的斜压性,促进涡动热量的向极输送和海洋锋南侧的向上输送,有利于瞬时涡旋的发展。另外大尺度环流场与冬季黑潮延伸体海洋锋也有关系,具体表现为,在海洋锋强年,阿留申低压加深,副热带高压略有加强,对应的对流层低层位势高度场在40°N以北有负变高,以南有正变高,同时高空极锋急流加强,副热带西风急流减弱加宽北抬,海洋锋偏弱年的变化则相反。因此,冬季黑潮延伸体及其北部的海洋锋主要通过两侧海表热量输送差异不断产生气温梯度,进而维持斜压性以促进上层风暴轴的发展。

关键词：黑潮延伸体海洋锋风暴轴

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强迫Lorenz系统的可预报性研究

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物理学报 2017年第6期66卷 31-38页

作者：李保生丁瑞强李建平钟权加中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球科学学院北京100049 成都信息工程大学高原大气与环境四川省重点实验室成都610225 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 全球变化研究协同创新中心北京100875

根据非线性局部Lyapunov指数方法,分别以常数强迫Lorenz系统和准周期强迫Lorenz系统为例,研究了在外强迫存在的条件下混沌系统可预报性的改变.结果表明:外强迫会影响混沌系统的可预报性,两种不同类型的强迫Lorenz系统的可预报期限都随... 详细信息

根据非线性局部Lyapunov指数方法,分别以常数强迫Lorenz系统和准周期强迫Lorenz系统为例,研究了在外强迫存在的条件下混沌系统可预报性的改变.结果表明:外强迫会影响混沌系统的可预报性,两种不同类型的强迫Lorenz系统的可预报期限都随着外强迫的增强而增加,但是大小相等方向相反的外强迫对系统可预报性的影响不同,其中正值强迫比负值强迫作用下的可预报期限更长,并且这种差异随着强度的增加而增大;不同形式的外强迫对可预报性的影响也不同,常数强迫的影响主要体现在误差增长的线性阶段,准周期强迫的影响除了线性阶段还必须考虑到非线性阶段;当强度相等的常数强迫和准周期强迫驱动Lorenz系统时,常数强迫作用下的系统可预报性更高.本文基于混沌理论模型的研究,对于实际大气的可预报性研究具有一定的启示意义.

关键词：非线性局部Lyapunov指数可预报性外强迫 Lorenz系统

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耦合模式中北太平洋和北大西洋海表面温度年代际可预报性和预报技巧的季节依赖性

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地球科学进展 2017年第4期32卷 382-395页

作者：容新尧刘征宇 Liu Yun 段晚锁中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 Department of Atmospheric and Oceanic Sciences & Center for Climatic Research University of Wisconsin-MadisonMadison Wisconsin 北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

利用一个全球耦合环流模式在理想模式框架下进行了3组动力预报试验,研究了北太平洋和北大西洋海表面温度异常(SSTA)的年代际可预报性和预报技巧。结果表明北太平洋年平均SSTA在年代际尺度上可预报性和预报技巧表现较低,明显弱于北大西... 详细信息

利用一个全球耦合环流模式在理想模式框架下进行了3组动力预报试验,研究了北太平洋和北大西洋海表面温度异常(SSTA)的年代际可预报性和预报技巧。结果表明北太平洋年平均SSTA在年代际尺度上可预报性和预报技巧表现较低,明显弱于北大西洋。通过分析不同季节平均SSTA的可预报性与预报技巧,发现北太平洋中西部区域冬季平均SSTA的年代际可预报性和预报技巧显著高于其他季节,其量值和北大西洋相当,表现为明显的季节依赖性;北大西洋SSTA的可预报性和预报技巧也显示了随季节变化的特征。进一步分析表明,北太平洋SSTA年代际可预报性和预报技巧的季节依赖性归因于北太平洋冬季SSTA的年与年之间再现机制,这一再现机制源于北太平洋混合层显著的季节变化;而北大西洋SSTA的可预报性和预报技巧的季节依赖性则可能与其他过程(如大西洋年代际涛动)的季节变化有关。研究结果表明,对于年代际气候预报,如果考虑所关注指标的季节平均,则可能在某些季节获得比年平均更高的预报技巧。

关键词：北太平洋北大西洋年代际预测季节依赖性耦合模式

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闪电初始阶段和尺度判别方法及其特征

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应用气象学报 2017年第4期28卷 414-426页

作者：张志孝郑栋张义军陆高鹏中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室北京100081 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

基于LMA三维闪电定位数据,对2004年10月5日发生于美国新墨西哥州的一次超级单体过程的闪电初始及其尺度特征进行研究,提出闪电初始阶段自动判别及其特征参量提取方法,并给出参量分布特征。结果显示:闪电初始阶段上行负先导(下行负先导)... 详细信息

基于LMA三维闪电定位数据,对2004年10月5日发生于美国新墨西哥州的一次超级单体过程的闪电初始及其尺度特征进行研究,提出闪电初始阶段自动判别及其特征参量提取方法,并给出参量分布特征。结果显示:闪电初始阶段上行负先导(下行负先导)的持续时间中值为13.5 ms(7.5 ms),三维位移中值为1.4 km(1.0 km),三维平均位移速度中值为9.2×10~4m·s^(-1)(1.2×10~5m·s^(-1)),上行负先导速度随时间递减,下行反之,二者与垂直方向夹角的中值分别为40°和54°。表征闪电尺度的闪电凸壳面积和闪电总长度的概率密度呈负幂函数分布,在小值方向分布更为集中。闪电水平延展距离中值为6.1 km,垂直延展距离中值为4.3 km,约83%的闪电其水平延展距离大于垂直延展距离;闪电的持续时间中值为271.0 ms。分析发现,以水平延展为主的闪电起始高度分布峰值位于8.5 km,以垂直延展为主的闪电起始高度分布峰值位于11 km。闪电初始阶段位移方向越接近水平,对应闪电垂直延展越小,说明闪电初始段的传播方向对于闪电垂直延展具有重要影响。

关键词：超级单体闪电起始闪电尺度

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当前重大厄尔尼诺事件对我国春夏气候的影响

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中国科学院院刊 2016年第2期31卷 241-250页

作者：刘屹岷刘伯奇任荣彩段安民毛江玉中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室中国气象科学研究院

2015年秋冬季发生了21世纪以来最强的厄尔尼诺事件。文章在介绍厄尔尼诺事件的定义、特征、成因和影响东亚季风的物理过程的基础上,指出了厄尔尼诺事件对印度洋海温变化的影响,阐述了厄尔尼诺次年我国主雨带华南春雨和夏季主汛期(华南... 详细信息

2015年秋冬季发生了21世纪以来最强的厄尔尼诺事件。文章在介绍厄尔尼诺事件的定义、特征、成因和影响东亚季风的物理过程的基础上,指出了厄尔尼诺事件对印度洋海温变化的影响,阐述了厄尔尼诺次年我国主雨带华南春雨和夏季主汛期(华南前汛期、江淮梅雨期、华北东北雨期和华南后汛期)将出现降水增加,并给出2015年12月我国东部大范围环境污染与厄尔尼诺事件的联系和对2016年我国主雨带的预测分析。

关键词： 2015/2016重大厄尔尼诺事件印度洋海温变化华南春雨东部夏季主汛期雨带

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西北太平洋热带气旋可预报性研究

西北太平洋热带气旋可预报性研究

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第十八届全国热带气旋科学讨论会

作者：钟权加丁瑞强李建平张立凤中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 中国科学院大学地球科学学院北京10049 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 中国人民解放军国防科技大学气象海洋学院南京 211101

非线性局部 Lyapunov 指数(NLLE)方法为定量估计大气可预报性提供了一个有效的方法.在本文研究中，主要采用美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的IBTrACS热带气旋最佳路径数据集，然后利用NLLE方法定量研究了西北太平洋热带气旋路径及其强... 详细信息

非线性局部 Lyapunov 指数(NLLE)方法为定量估计大气可预报性提供了一个有效的方法.在本文研究中，主要采用美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的IBTrACS热带气旋最佳路径数据集，然后利用NLLE方法定量研究了西北太平洋热带气旋路径及其强度(中心气压和风速)的可预报性.结果表明：西北太平洋热带气旋路径的总体平均可预报期限为～108小时(约4.5天)，而且强度可预报期限与路径相当，中心气压和风速的可预报期限分别为～102 小时(约4.25 天)和～108小时(约4.5天).热带气旋可预报期限的空间分布可以发现，西北太平洋热带气旋路径(强度)的可预报期限大约在 48-120(24-120)小时，而且两者的空间分布具有较高的相似性，其可预报期限从东南向西北逐渐降低.进一步研究发现，热带气旋的可预报性随源地、持续时间及强度的变化而有一定的差异.此外，南海生成的热带气旋可预报期限最小，随着源地自西向东可预报期限逐渐增大，西北太平洋东部源地的可预报期限最大;短生命史的热带气旋可预报期限最小，随着生命史的增长，可预报期限逐渐增大;热带低压的可预报期限最小，热带风暴和台风的可预报期限大小相当，强台风的可预报期限最大，即强度越大，其可预报期限可能越大.上述研究结果有助于深入认识和了解热带气旋路径可预报性及其可能影响因子，对进一步完善目前的热带气旋数值预报模式和提高热带气旋的预报水平有重要科学意义.

关键词：非线性局部lyapunov指数(NLLE) 热带气旋可预报性

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华北汛期降水分离时间尺度降尺度预测模型的改进

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大气科学 2016年第1期40卷 215-226页

作者：阮成卿李建平中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 全球变化研究协同创新中心北京100875

本文采用偏相关预报因子挑选法和条件降尺度法,对已有的华北汛期（7~8月）降水时间尺度分离（TSD）降尺度模型进行了改进。利用偏相关法,找到一个新的影响华北汛期降水年际分量的前期预报因子,即6月北大西洋—欧亚遥相关（AEAT）。该因... 详细信息

本文采用偏相关预报因子挑选法和条件降尺度法,对已有的华北汛期（7~8月）降水时间尺度分离（TSD）降尺度模型进行了改进。利用偏相关法,找到一个新的影响华北汛期降水年际分量的前期预报因子,即6月北大西洋—欧亚遥相关（AEAT）。该因子将扰动信号储存于北大西洋三极子结构,并在7~8月释放出来影响下游贝加尔湖低压系统的发展,从而影响华北汛期降水。利用6月Ni？o3指数和AEAT指数,本文建立了条件TSD统计降尺度模型,即按照预报因子的强度进行逐年分类,对于每个分类设计相应的预报模型,从而避免信息较弱因子的干扰。条件TSD降尺度方法显著改善了华北汛期降水的预测技巧,在独立检验阶段,预报降水与观测降水的相关系数由原模型的0.61提高到0.77,符号一致率从70%提高到87%。

关键词：华北汛期降水分离时间尺度偏相关条件降尺度

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基于能量学的热带气旋气候学研究进展和展望

基于能量学的热带气旋气候学研究进展和展望

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第十八届全国热带气旋科学讨论会

作者：李建平汪秋云李艳杰张净雯北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京 100875 全球变化研究协同创新中心北京 100875 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京 100875 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京 100029 成都市气象局四川成都 610072

本文以西北太平洋为重点回顾了从能量学角度对热带气旋(TCs)活动和变化的气候学研究进展。从低层正压能量转化、斜压能量转化、非绝热加热等角度综述了能量过程对TCs发生频数、生成源地的影响。从现有的 TCs 强度的能量指标以及气旋的... 详细信息

本文以西北太平洋为重点回顾了从能量学角度对热带气旋(TCs)活动和变化的气候学研究进展。从低层正压能量转化、斜压能量转化、非绝热加热等角度综述了能量过程对TCs发生频数、生成源地的影响。从现有的 TCs 强度的能量指标以及气旋的变性方面回顾了能量学在 TCs 强度变化中的应用。在回顾已有研究进展和分析存在的薄弱环节的基础上，阐述了扰动位能(PPE)在TCs能量学研究的重要性，并以季节内尺度的印-太对流涛动(IPCO)为例探讨了其在TCs活动与变化研究的可行性。最后以此为契机对未来基于PPE的TCs活动与变化的相关能量学研究方向进行了展望。

关键词：能量学热带气旋(TCs) 扰动位能(PPE) 印-太对流涛动(IPCO) 非绝热加热

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扰动位能在东亚夏季风变化中的作用研究现状及展望

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地球科学进展 2016年第2期31卷 115-125页

作者：李建平赵森李艳杰汪雷孙诚北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 全球变化研究协同创新中心北京100875 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 国家海洋环境预报中心北京100081

东亚夏季风变化对中国气候有显著影响,从能量学角度探讨季风环流的动能来源对认识季风变率及其机制至关重要。在回顾传统有效位能理论的相关研究的基础上,阐述了其在应用于区域环流有效能量转换问题分析上的局限性,介绍了适用于研究区... 详细信息

东亚夏季风变化对中国气候有显著影响,从能量学角度探讨季风环流的动能来源对认识季风变率及其机制至关重要。在回顾传统有效位能理论的相关研究的基础上,阐述了其在应用于区域环流有效能量转换问题分析上的局限性,介绍了适用于研究区域环流能量循环和转换的大气环流扰动位能(PPE)理论,阐述了PPE理论在研究非绝热加热和局地动能转化的优越性,总结了PPE在区域环流异常与能量转换及其在夏季风变化中的作用相关研究进展,并指出未来利用PPE研究东亚夏季风变化的重要科学问题:东亚季风区季节—年际尺度上PPE的时空变化特征、主导模态及其与东亚夏季风及下垫面强迫的关系;如何建立以PPE为纽带的东亚夏季风环流变化的能量学理论;下垫面加热如何通过PPE转换为东亚夏季风环流的扰动动能;寻找东亚夏季风的前期PPE信号,解释相关机制,探讨可预报性等。

关键词：扰动位能动力学东亚夏季风下垫面强迫可预报性区域能量循环和转化

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基于能量学的热带气旋气候学研究进展和展望

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北京师范大学学报（自然科学版） 2016年第6期52卷 705-713,I0010页

作者：李建平汪秋云李艳杰张净雯北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 北京师范大学全球变化研究协同创新中心北京100875 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 成都市气象局四川成都610072

以西北太平洋为重点回顾了从能量学角度对热带气旋(TCs)活动和变化的气候学研究进展.从低层正压能量转化、斜压能量转化、非绝热加热等角度综述了能量过程对TCs发生频数、生成源地的影响.从现有的TCs强度的能量指标以及气旋的变性方面... 详细信息

以西北太平洋为重点回顾了从能量学角度对热带气旋(TCs)活动和变化的气候学研究进展.从低层正压能量转化、斜压能量转化、非绝热加热等角度综述了能量过程对TCs发生频数、生成源地的影响.从现有的TCs强度的能量指标以及气旋的变性方面回顾了能量学在TCs强度变化中的应用.在回顾已有研究进展和分析存在薄弱环节的基础上,阐述了扰动位能(PPE)在TCs能量学研究的重要性,并以季节内尺度的印-太对流涛动(IPCO)为例探讨了其在TCs活动与变化研究的可行性.最后以此为契机对未来基于PPE的TCs活动与变化的相关能量学研究方向进行了展望.

关键词：能量学热带气旋（TCs）扰动位能（PPE）印—太对流涛动（IPCO）非绝热加热

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