非线性波 波相互作用对准２０ａ气候年代际振荡的影响

从简单海气耦合相互作用的非线性方程组出发,导出描述大气和海洋运动的无量纲准地转涡度方程．对准地转涡度方程引入双时间尺度后,在准共振条件Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３ ＝０和ω１ ＋ω２ ＋ω３ ＝Δω下,求得大气和海洋波－波非线性相互作用的２组耦合方程,其中大气耦合方程中含有海洋强迫作用项．由这２个耦合方程组求得大气和海洋波动能量变化周期的近似解．结果表明：在考虑非线性效应的情况下,由波动共振引起的大气和海洋波动能量变化在中纬地区具有准２０ａ的周期,说明非线性效应对海气耦合也具有调制作用,从而确定准２０ａ气候年代际振荡形成的新机理．     

湿Q矢量表达式及其应用

考虑了大气中凝结潜热作用,提出湿Ｑ矢量概念并推导出非地转的湿Ｑ矢量表达式以及用湿Ｑ矢量散度作强迫项的ｗ方程。利用常规气象资料作实例分析,结果表明在低纬度地区湿Ｑ矢量分析优于准地转Ｑ矢量分析。     

潜热在准地转ω—方程中的作用

本文讨论准地转ω—方程在中低纬地区的应用问题,认为考虑了潜热加热的湿ω—方程可以比干ω—方程更好地反映大尺度垂直运动的概况。在湿ω—方程中,同时考虑三维平流的加热作用比只考虑垂直平流的加热作用效果好,尤其能较好地确定出与降水有关联的较强的上升和下沉运动的区域和量值。      

大气行星尺度运动的动力特性

本文首先利用尺度分析方法分析了行星尺度运动的动力特性,指出第二种地转运动方程——Burger方程只能描述经向度很大的而不能描述经向度较小的行星尺度运动. 本文还利用一个包含涡旋粘性、Newton冷却的β平面近似准地转模式,计算了中纬度地形与热源强迫所产生的准定常行星波,并且与用Burger方程的计算结果相比较,表明了准地转模式适用于经向度不太大的行星尺度运动,而Burger方程则不能正确描述这类行星尺度运动.     

准地转Q矢量分析及其在短期天气预报中的应用

本文介绍了准地转Q矢量分析理论和方法,给出用Q矢量散度表示强迫项的准地转ω方程和Q矢量的物理意义。 用Q矢量分析方法诊断了1987年8月4日在辽宁出现的一次强对流天气过程,并与数值预报结果进行了比较,结果表明,这种方法能够较清楚地揭示强。对流天气过程中大尺度环境场的变化。可以为业务预报提供一些有参考价值的信息。     

副热带天气尺度和次天气尺度系统短期演变的一般机制

将包含水汽潜热和摩擦因子的平衡模式ω方程适当简化,形式上与准地转方程相似,在简单谐波分布的假定下,由此求得各标准气压层上垂直运动和涡度倾向的近似解析解,它是包含所有各气压层上涡度源变和温度源变(或称“广义平流”)以及地形强迫作用的一组线性多项式。各项的系数分别表现出该项源变或地形强迫作用对某一气压层上垂直运动或涡度倾向的影响。针对几种典型情况,计算出这些影响系数,这有助于定性地诊断天气尺度和次天气尺度系统短期演变的物理过程,适用于副热带情况。     

非地转湿Q矢量的改进及其应用

在完全考虑非绝热加热项作用的前提下,从原始方程出发,推导出改进后的非地转湿Q矢量(Qq),以及用其散度作强迫项的ω方程,将其应用于一次梅雨锋暴雨诊断分析,结果表明:改进后的非地转湿Q矢量对同时刻地面降水的反映能力较岳彩军改进的湿Q矢量(QM)、原非地转湿Q矢量(Q*)、非地转Q矢量(Q#)有显著的提高;在整个梅雨锋暴雨过程中,500 hPa高度上的Qq矢量散度辐合场的辐合强度及其辐合中心位置对同时刻的降水强度及雨区位置有非常好的指示作用;Qq矢量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,暴雨位于次级环流的上升支附近.     

准平衡和非平衡流对台风百合（2001）内中尺度深厚湿对流的影响

利用台风百合(2001)的高分辨率模式资料, 应用PV－ω反演方法, 在分析台风准平衡和非平衡垂直环流基本特征的基础上, 诊断研究了热力和动力强迫对台风深厚湿对流结构的影响, 结果指出: 准平衡流能够描述台风中具有较长生命史过程的中尺度对流系统的环流结构, 中层大振幅垂直运动主要由准平衡ω方程中凝结潜热释放的热力强迫所决定; 台风低层由动力辐合强迫产生的弱对流, 对眼墙区深厚湿对流的形成起到触发作用; 而高层动力强迫产生的下沉运动则削弱了凝结潜热项的影响, 抑制了垂直运动向高层伸展。非平衡垂直环流结构上呈现的短波振荡和快时间尺度调整的时空分布特征表明, 它是与重力快波频散过程相联系的非定常环流。分析台风中深厚湿对流形成的物理模型可知, 准平衡动力强迫引起的低层弱对流达到一定振幅, 则会引起中层水汽相变引起的凝结潜热反馈, 使得准平衡和非平衡流叠加形成了眼墙区上升运动的大值中心, 加上非平衡垂直环流对动量和热量起到的补偿和调整作用, 构成了台风内中尺度深厚湿对流的组织化过程。     

一种适用于中国夏季暴雨系统诊断的非地转Q矢量ω方程

根据中国夏季暴雨系统的有关特点,导出一种适用于低层（８５０ ｈ Ｐａ 附近）单层ω诊断的非地转ω方程,它有别于迄今各种以“平衡方程”约束的非地转 ω方程。其中还适当地隐含非绝热作用,也包含了低层摩擦强迫。整个强迫场仍可写成一种简洁直观的矢量（ Ｑ）散度形式,以便应用于一般气象台业务分析预报中。     

用测风资料预报强降水的一种方法

(式中ω、f、g、p、v、ξ、z分别表示垂直速度、地转参数、重力加速度、气压、水平速度矢量、相对涡度、高度,下同。)可以看出,在绝热、准地转条件下,大气中产生垂直运动的因子有两个:(1)涡度平流随高度的变化,(2)温度平流的水平分布。     

修改的Q矢量表达式及其应用

推导出垂直p坐标修改的Q矢量表达式以及用其散度作强迫项的ω方程。用常规气象资料作实例分析的结果表明在低纬度地区修改的Q矢量分析化于准地转Q矢量分析．     

准地转理论基本问题回顾与讨论

准地转理论是大气动力学的中心问题之一,它提供了从大气动力学基本原理入手分析大尺度天气系统演变的方法。准地转理论有助于预报员理解中高纬度大尺度天气系统的三维结构,分析、预报天气系统的发展和移动,因此被称为短期天气预报的理论基础。准地转理论具有完整的理论体系,它包含了较多的基本假定,故容易导致对其中的一些基本问题的理解有混淆。本文从基础的动力学知识出发,对准地转理论的基本概念、基本近似、核心理论及其在实际天气预报过程中的应用作了回顾和讨论。内容包括:准地转运动与准地转近似定义、准地转运动理论的范畴、天气图上的大尺度运动、准地转运动理论与短期天气预报的关系、由斜压二层模式下的准地转理论对高空槽脊和地面气旋发展与移动的判断等。     

Petterssen锋生函数的推广及其与垂直运动强迫项的关系

Petterssen 的锋生方程,建立了水平位温梯度大小的拉格朗日变率(称为锋生函数)与水平速度场中运动学不变属性间的关系式。根据标量锋生函数的空间分布推断锋区中垂直环流的存在,在天气业务中是不罕见的。另一方面,Hoskins 及其同事引入了一种准地转ω方程,其中动力强迫项与 Q 矢量的水平散度成正比。所谓 Q 矢量,定义为矢量水平位温梯度沿地转气流的拉格朗日变率。Q 矢量的形式,启发我们把 Petterssen 锋生函数推广成适用于矢量水平位温梯度的情况。这种推广后的锋生函数称为矢量锋生函数,包括新引入的水平位温梯度方向的拉格朗日变率表达式。     

边界层动力学中的Ekman动量近似

自由大气中,大气运动的基本状态是地转风,近年来发展的地转动量近似,是为了进一步研究非均匀地转流的动力学问题,然而,在边界层大气中,运动的基本状态是经典的Ekman流,所以对边界层运动来说,地转动量近似是不合适的,需作一推广。本文提出了一种所谓Ekman动量近似,它相似于自由大气中的地转动量近似,并讨论了Ekman动量近似的物理基础,对边界层的风场结构及边界屋顶部的垂直速度也作了详细分析。     

正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。     

大气垂直运动方程若干问题讨论

本文对大气垂直运动方程的尺度分析和小量可否忽略重新进行了讨论，认为如同存在水平地转平衡一样，在大气垂直方向应当存在垂直地转平衡。并提出在大气垂直方向可能存在更高阶平衡：一级平衡为静力平衡，二级平衡为静力偏差和垂直柯氏力的垂直地转平衡，可能还存在第三级平衡，即垂直地转偏差和重力异常的平衡，最后，重力异常偏差的最级有可能与大气行星波垂直加速度和引潮力垂直分量已处于同一量级。     

准地转Q矢量的计算及其在强天气预报中的应用

一、前言在强天气的诊断分析和预报中,常常要了解上升运动、锋生函数及非地转运动等物理量的分布与强度,由于计算这些物理量所需求的资料量较大,给日常的应用带来不便。Hoskins等提出的“Q矢量分析方法”就是用Q矢量来描述这些物理量的分布和强度,其形式简单,物理意义清楚,能弥补传统准地转ω方程的缺点,而且计算简便,资料需求量少。Barnes     

半地转近似下的非线性波

本文应用半地转的概念分析和求解了正压和斜压的大气运动。指出:(1)在水平无辐散或准地转条件下求单波解无法表现非线性作用的困难,可以应用半地转的假定来解决。为了避开上述困难,不得已仅保留部分非线性项,但为了准确表征大尺度运动,最好应用半地转假定,保留全部非线性项。(2)准地转的假定可以滤去快速波动,半地转的假定同样也可以滤去快速波动,而且半地转条件下的Rossby波具有充分的非线性特征。所以,它为讨论非线性问题提供了一个途径。     

地形强迫超长波在大气中传播的时间特性

本文用中纬度β平面准地转模式模拟地形强迫的超长波在大气中传播的时间特性。结果表明,超长波的垂直传播能力随着波长的增大而增强。在冬季的基本气流条件下,纬向波数1至3的超长波都能上传到平流层,而波数4以上的波只在对流层中才显著。结果还表明,地形强迫的超长波在形成一定时间后,将围绕某固定经度作东西向摆动,这种水平移动的准静止性是地形的动力控制作用的结果。这些结果与观测及其它理论研究的结果都较为一致。     

季风环流的正压低阶截谱模式

本文用正压浅水方程和低阶截谱模式研究季风环流的动力机制,得出地转运动、地转偏差本身之间,地转和非地转运动之间以及地转运动或地转偏差与重力位势场之间的波与波非线性相互作用过程和大尺度外源强迫可能是季风环流维持的主要动力机制。