2010年第三课题年度总结报告 - 大气所网站大气所网站大气所网站.DOC

国家重点基础研究发展计划（973计划）2010年 项目名称：平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用 课题名称：平流层-对流层动力耦合过程与机理 课题编号：2010CB42860起止年月：2010年1月-2014年8月 ：地址：电话： 承担单位：计划完成情况本课题以大气行星波和重力波作为切入点，以平流层-对流层耦合作为聚焦点，针对前者定量认识的不足和后者机理的不清楚: （1）平流层重力波活动特征及其产生机理研究利用卫星资料和探空资料提取重力波信号，分析东亚地区平流层重力波的时空分布特征，结合中尺度数值模拟分析不同重力波激发源的源区特征，研究重力波对平流层环流的影响。 行星波活动的时空变化特征及其与平流层大气环流的关系研究利用再分析资料和卫星资料，分析北半球平流层和对流层行星波的时空变化特征及其趋势；通过动力诊断和数值模拟，研究平流层行星波与平均环流相互作用的过程，分析北半球行星波活动的异常对平流层大气环流的影响，研究全球增暖和自然变异（如：太阳活动、QBO和ENSO等）对行星波活动和平流层极涡变异的影响。 平流层大气环流异常对对流层天气和气候的影响及其机理研究利用质量环流理论和位涡理论，分析平流层环流异常影响对流层的动力过程；利用再分析资料并结合数值模拟，研究平流层-对流层耦合时空变化特征的形成机理；通过个例诊断和先进的统计分析方法研究北半球平流层大气环流异常影响对流层天气和气候的过程和机理。 2010年2010年作为项目启动年，研究的主要工作集中在： 收集东亚地区探空资料及有关卫星观测资料收集和整理研究所需的东亚寒潮数据集；平流层重力波活动特征及其产生机理初步分析重力波活动的时空变化特征结合数值模拟深入开展台风诱发平流层重力波机制研究行星波活动的时空变化特征及其与平流层大气环流的关系年际尺度与极涡振荡相联系的平流层环流异常的机理平流层大气环流异常对对流层天气和气候的影响及其机理研究 根据平流层极涡的强弱分组，分别统计东亚寒潮活动的异常特征 中层大气环流模式分析 调试和运行WACCM模式，在现有基础上对WACCM模式进行长时间模拟，分析结果，计算NAM指数，区分强弱极涡； 采用SOCRATES模式进行平流层气溶胶气候效应的数值模拟，分析模拟结果，找出气溶胶影响气候的过程和机理。 2010年研究工作的主要进展 获取了美国国家海洋大气管理局资料中心(NOAA/NCDC)提供的高垂直分辨率的无线电探空资料，其覆盖的时间长度为1998～2007共10年；空间区域为135E～55W，14S~71N，包括93个站点。其中在热带西太平洋地区有7个站点，可以用于开展关于东亚地区的研究。 跟踪美国卫星计划TIMED/SABER，收集了自2002年初以来所有的2A级数据文件。TIMED/SABER是一个10通道红外临边探测器，可以获取5-140km高度范围内大气温度、密度、气压、以及多种微量程分（如水汽和臭氧）的垂直廓线分布数据。 收集了加拿大中层大气模式资料同化系统（Canadian Middle Atmosphere Model- Data Assimilation System，CMAM-DAS）正式公布的从2007年3月至2009年3月之间该数据同化系统输出的数据集。该数据集包含u, v, 温度, 海平面气压等常规大气变量，以及18种物质的浓度。CMAM是一个化学、辐射和动力过程耦合的大气环流模式，该模式采用47波三角截断作为谱表达的方案，全球共有96×48个高斯格点，分辨率为3.75°×3.75°；模式在垂直方向伸展到95km高度，采用混合η坐标，共计65层。CMAM—DAS包含127个化学反应方程式，他们描述了与18种化学成分有关的光化学反应。平流层重力波活动特征及其产生机理热带气旋诱发平流层重力波观测资料分析 在此项研究中，以高分辨无线电探空数据为基础，联合使用常规和小波分析方法考察了两个分别位于热带印度洋和热带太平洋的对热带气旋过程中，热带气旋诱发上对流层/下平流层重力波的问题。分析结果显示，现对于区域重力波活动的气候平均值而言，由于热带气旋所贡献的重力波活动能够引起30%总重力波能量的变化，研究工作还给出了多种波动参数的估计值，这些充分显示台风系统相关的重力波显著不同于那些与中小尺度对流系统相关的重力波。研究工作还揭示了行星波活动在调制热带重力波活动方面的特征，其中Hovmoller图显示几乎所有典型热带波动（如周期为3-4天，6-8天以及10-13天）都存在上述调制效应。最后，通过分析还考察了地面最强风速与重力波活动之间的联系，并取得了一定的认识。 台风“麦莎”（Matsa）诱发平流层重力波的数值模拟 本研究利用新一代中尺度预报模式WRF-ARW（V3.0）对2005年台风“麦莎”诱发的平流层重力波进行了数值模拟研