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AAS出版纪念叶笃正先生诞辰百年专刊
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2017-08-21 | 【 【关闭】

  为纪念中国现代气象学的主要奠基人之一叶笃正先生诞辰100周年,由中国科学院大气物理研究所主办的期刊《大气科学进展》(Advances in Atmospheric Sciences, AAS)特组织专刊,纪念叶先生对中国气象学和气象人才培养的卓越贡献。   

  AAS主编、大气所所长朱江研究员为专刊撰写了前言,回顾了叶先生70余年的开创性工作:建立了青藏高原气象学;创立了东亚大气环流和季节突变理论、大气长波能量频散理论,为现代大气长波的预报提供了理论基础;发展了大气运动的适应理论,在天气预报业务上有重要的应用;开拓了全球变化科学新领域,提出了有序人类活动、适应气候变化理论框架等一系列科学思想。     

  这期纪念专刊由五篇综述、五篇原创文章组成。中科院黄荣辉院士、吴国雄院士、符淙斌院士、香港中文大学Gabriel Lau教授、美国夏威夷大学Bin Wang教授、美国纽约州立大学Wei-Chyung Wang教授、美国佛罗里达大学Ming Cai教授、广州中山大学吕建华教授、大气所黄刚研究员等叶先生生前学生、同事、好友,与叶先生神交已久却只有一面之缘的英国剑桥大学Michael McIntyre教授,以及素未谋面、学术思想却有共鸣的美国加州理工学院Tapio  Schneider教授倾情撰写,全面反映了叶先生的贡献、影响和学术思想的发展。    

  专刊于20178月上线 https://link.springer.com/journal/376/34/10/ 。敬请阅读! 

  

 专刊封面 

  专刊目录及摘要: 

  Preface 

  Jiang ZHU 

  The Pioneering Works of Professor Duzheng YE on Atmospheric Dispersion, Tibetan Plateau Meteorology, and Air-Sea Interaction  

  Ngar-Cheung LAU 

  这篇文章回顾了叶笃正教授的开创性工作对过去几十年作者所做的一系列观测和模式研究的影响. 这些工作的主要内容包括大气能量频散, 青藏高原陆气相互作用和东亚地区与厄尔尼诺相关的海气耦合过程. 

  本文阐述了观测中与东亚寒潮事件相伴随的大气扰动的频散过程. 韩国和中国华南地区的寒潮爆发与下游地区槽脊的持续发展同时发生. 这是因为波包的群速度明显快于单个槽脊的位相传播速度. 在更广泛的研究内容中, 滞后遥相关和交叉谱表明10-30天尺度上观测和模式模拟的位势高度变率也体现出频散特征. 

  利用一个高分辨率大气环流模式的数据, 本文计算了青藏高原大气能量收支中凝结潜热, 感热和辐射加热的相对贡献; 描述了与亚洲季风系统发展相关的对流层上层青藏高原反气旋和东亚梅雨降水带的快速变化过程. 

  本文还指出在厄尔尼诺事件发生期间中国东南部和菲律宾海地区海平面气压, 地表风场, 降水和海表温度出现明显的异常; 评估了厄尔尼诺遥强迫和局地海气相互作用对这些异常发生的相对贡献. 

  On Multi-Level Thinking and Scientific Understanding  

  Michael Edgeworth McINTYRE 

  20世纪60年代后期当我还在麻省理工学院师从Jule CHARNEY教授和 Norman PHILLIPS教授做博士后的时候, 就已经熟悉叶笃正教授的名字. 心怀巨大的喜悦, 我终于在1992年于北京见到了叶教授本人. 他对如何最好地发展科学和正确地运用科学的关注以及对人类有序活动的思考, 使我不但联想到作为科学家所需要的交流技巧, 更让我思索科学本身的多层面特性. 在这篇文章里, 我想谈论1)什么是科学;2)为什么多层面思考, 也即采取多重视角看待问题, 对科学以及其他形式的人类理解如此重要;3)在一个深层意义上, 科学理解以及与外行和跨专业领域人士对科学理解的交流究竟意味着什么. 我希望叶教授能够同意我的观点. 

  From Climate to Global Change: Following the Footprint of Prof. Duzheng YE's Research  

  Congbin FU 

  为纪念叶笃正教授百年诞辰, 本文回顾了叶先生以及他的团队在过去30多年里对气候变化到全球变化研究领域的贡献, 主要包括 : 1) 气候变化在全球变化中的角色; 2) 全球变化的关键时间尺度和可预报性; 3) 全球变化的敏感区气候和生态系统的过渡带; 4) 有序人类活动及对全球变化的适应, 聚焦于主动适应策略的发展. 

  Formation and Variation of the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau and Its Climate Effects  

  Guoxiong WU, Bian HE, Anmin DUAN, Yimin LIU, Wei YU 

  值叶笃正先生诞辰100周年之际, 为了纪念他在青藏高原气象学方面的研究工作, 和创造性的开启了青藏高原气象学这一门学科的伟大贡献, 我们撰写了这篇研究综述文章, 主要回顾了对近几十年来青藏高原大气热源研究的评估工作. 这些工作基于多种资料源, 包括局地的台站观测资料, 卫星遥感资料, 和各种再分析资料. 本文指出了这些热源资料的不确定性和可用性. 对高原大气热源形成的分析表明, 热源本身不仅仅是大气环流变化的诱因, 并且它同时也是大气环流变化的结果. 基于一系列数值试验, 本文指出了海陆热力差异仅仅是亚洲夏季风形成的部分原因, 而青藏-伊朗高原的热力强迫作用对亚洲夏季风的形成具有至关重要的作用: 它不但将海洋的水汽从对流层低层抽吸到大陆上空对流层高层, 而且在角动量守恒的约束下, 它还导致了副热带经向季风环流的形成, 这给亚洲夏季风的发展提供了大尺度背景.  

  Evolving Perspectives on Abrupt Seasonal Changes of the General Circulation  

  Jianhua LU, Tapio SCHNEIDER 

  叶笃正教授对大气环流的季节突变的观点领先于他所处的时代数十年. 这体现在他所提议的一个模式实验, 该模式实验试图用于验证大气环流的季节突变是否可能仅仅通过环流内部的反馈就可以产生, 而无须依赖于下垫面性质的非均一性. 在这里, 我们首先简单介绍叶笃正教授于195060年代关于大气环流的见解, 并总结叶笃正、陶诗言和李麦村(1959)关于季节突变的主要结果及对其机理的猜想和实验建议. 然后我们综述对季节突变理解的最近进展, 尤其集中于那些通过由叶笃正先生等建议的模式实验所得到的理解. 模式实验显示环流反馈本身确实能够导致环流季节性突然转折的产生. 在这样的转折中, 源于中纬度的大尺度涡旋及其与纬向平均环流和热带经圈翻转环流的相互作用起着关键作用. 

  Modeling Aerosol Climate Effects over Monsoon Asia: A Collaborative Research Program  

  Wei-Chyung WANG, Guoxing CHEN, Yangyang SONG 

  20世纪80年代初, 叶笃正教授在美国能源部与中国科学院签订的气候科学合作研究协议书的起草和签订中做出了重要贡献. 本文介绍近年来在该协议下进行的合作研究项目亚洲季风区气溶胶气候效应的模拟的最新进展. 我们首先介绍该项目的理论基础和研究方法, 合作单位, 以及近些年的研究动态, 然后介绍讨论当前的研究结果和相关科学问题, 以及后续研究的重点. 

  Differences and Links between the East Asian and South Asian Summer Monsoon Systems: Characteristics and Variability  

  Ronghui HUANG, Yong LIU, Zhencai DU, Jilong CHEN, Jingliang HUANGFU 

  东亚夏季风和南亚夏季风是亚洲夏季风的重要组成部分, 两者既有区别又有联系. 本文从气候态特征和时空模态两方面, 分析了两个季风区夏季降水和水汽输送之间的差异和联系. 结果表明北半球夏季, 两个季风区纬向风和径向风垂直切变和水汽输送均不同, 这造成了两个季风区层云和季云降水的特征有所差异, 表现为东亚季风区降水表现为层云和积云降水的贡献相当, 而南亚季风雨以季云降水为主. 同时, 在年际和年代际时间尺度上, 东亚季风区和南亚季风区夏季降水变异的时空特征也不同. 但是, 两个区域降水变化的主导模态之间仍存在显著的负相关关系. 这种联系可能是由于在亚洲大路上存在由印度向中国北部经向遥相关型(南亚东亚遥相关)而造成的. 在叶笃正先生诞辰100周年之际, 作者们谨以此文纪念叶笃正先生对大气动力学发展的卓越贡献. 

  Equatorial Wave Expansion of Instantaneous Flows for Diagnosis of Equatorial Waves from Data: Formulation and Illustration  

  Cory BARTON, Ming CAI 

  本文提出EWEIF (Equatorial Wave Expansion of Instantaneous Flows) 方法, 用于将即时气流场以赤道β平面浅水模式的线性自由波为基函数来展开,从而分析任意时刻所观测到的赤道波水平空间分布。在已知流体等效深度的前提下,EWEIF方法无需事先对气流场进行时间和空间上的滤波,从而保证仅用即时气流场,即可得到该时刻各类赤道波动的水平空间分布。对不同时刻气流场分别做EWEIF分析,便可得到各类赤道波动的时空连续演变特征,包括东西传播,振幅强弱, 发生,发展,和消失等变化。 

  本文用三组示例来演示EWEIF分析。第一组示例用于评估EWEIF是否能够还原按赤道波理论解的时空演变所构造出的理想波场中的赤道波频散关系,同时阐述了使用错误流体等效深度对EWEIF分析结果的影响。后两组示例分别使用赤道?-通道浅水模型结果和ERA-Interim再分析资料,演示EWEIF方法能够在无需假定数据中存在哪些波动的前提下,得到其中各类赤道波的时空演变序列。第二组示例的资料取于赤道β通道浅水模型结果而第三组取于ERA-Interim再分析资料。需要特别指出的是,第三组示例所演示的结果是首次从观测资料中得到平流层中各类赤道波随时空连续演变,并证实了QBO理论所预测的,平流层中各类赤道波的振幅强弱变化确实与背景纬向风场QBO振荡同步。 

  Variable and Robust East Asian Monsoon Rainfall Response to El Niño over the Past 60 Years (1957-2016)  

  Bin WANG, Juan LI, Qiong HE 

  2016年夏季, 2015 超强厄尔尼诺事件减弱到正常状态时, 中国南北方均发生了严重的洪涝灾害.然而, 2016年夏季(六-八月)平均降水并没有呈现明显异常.这表明东亚夏季平均降水对于洪涝灾害的表征具有局限性.通过进一步分析最近60年间16次厄尔尼诺事件, 我们发现四种强度不同类型的厄尔尼诺事件引起的东亚降水异常的空间分布与季节演变相差甚大, 导致共同信号不显著, 给预报带来困难. 这是由于厄尔尼诺的强度和演变过程差异显著, 加之东亚夏季降水异常所独具的季节内北进使得夏季平均降水量失去代表性.唯一共同显著的信号表现在厄尔尼诺发展阶段的夏季中国北方中部地区的降水偏少.在厄尔尼诺衰退的夏季, 区分强弱厄尔尼诺事件对于东亚降水的影响非常重要. 只有强厄尔尼诺事件能激发异常西太反气旋, 它通过与印度-西太暖池异常海温的相互作用得以维持, 增强自厄尔尼诺冬季至次年夏季东亚副热带锋区降水.弱厄尔尼诺事件也会加强东亚次年夏季降水, 但其物理过程不同, 那是由于东太平洋迅速降温而导致西太异常反气旋重新生成.结果表明, 准确的东亚夏季陆地降水预报要求动力模式不仅能对厄尔尼诺强度和演变做出准确预报, 还需要模式有能力预报出东亚异常雨带的季节内北进. 

  Evolution of Surface Sensible Heat over the Tibetan Plateau Under the Recent Global Warming Hiatus  

  Lihua ZHU, Gang HUANG, Guangzhou FAN, Xia QU, Guijie ZHAO, Wei HUA 

  本文利用常规地面气象观测资料及NCEP/DOE再分析数据集, 探讨了青藏高原中东部地区地表感热在全球变暖停滞期的演变. 结果表明: 高原中东部地区自1980年代后持续减弱的地表感热在全球变暖停滞期有所恢复; 高原感热的这一变化主要由地表风速的减弱停滞及地气温差的增加导致; 在全球变暖停滞期, 一方面, 东亚中高纬地区经向温度梯度的改变使前期持续减弱的高原地表风速有所恢复, 另一方面, 夜间总云量的增加通过加强大气逆辐射, 减弱地面有效辐射, 进而导致地温及地气温差的显著增加. 全球变暖停滞期云-辐射反馈效应在高原温度乃至感热的变化中具有重要的作用, 该期间地气温差(尤其是夜间的地气温差)的变化是除地表风速以外影响高原感热变化的另一重要因素. (编辑室供稿) 

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