大尺度热源、热汇和地形对西风带的常定扰动(二)

本文第二部分根据简单的两层斜压模式,用小扰动分别解出地形、热源的常定扰动和地形与热源的共同扰动.作者得到西藏高原对于东亚平均槽、脊的形成具有一定的作用.洛矶山加上格林兰高地后更能解释北美槽、脊的形成.在夏季由于西风带的北移,只有地形作用也使得平均槽的强度和位置发生变化.热源的扰动作用对平均槽的生成具有更显著的作用,冬季的西风急流和夏季小槽的生成都和热源扰动更有直接的关系.考虑了热源和地形的共同作用后所得的扰动流型更接近了实现.由此作者提出热源和地形作用通过动力过程在大气环流中相互制约的统一性.     

正压大气中扰动的演变

本文应用WKBJ方法研究正压准地转模式中小扰动的演变过程,提出扰动发展的判据应是扰动总能量和平均振幅同时增长。理论推导给出:正压扰动发展时波长变长,衰减时波长变短。文中详细地讨论了基本气流为平直西风的情况,得出急流南导波、急流北曳波为发展型,发展过程中槽线渐趋南北指向;急流北导波、急流南曳波为衰减型,槽线日渐趋于东西向。文中还讨论了基本气流为非平直气流情况,指出所谓“超长波后退”过程在一些情况下是发展型槽东移和波长变长所致。     

斜压西风带中大地形有限扰动的动力学

本文指出,对于无黏性的、绝热的斜压大气的大尺度常定有限扰动,可以用一个三维的Helmholtz 方程来描写.在地形存在的边界条件下,获得了该方程的解答.用西藏高原(包括亚洲山系)和洛矶山的实际地形作了数值计算,计算结果表明,地形扰动可以解释西风带平均槽脊的位置,但扰动的强度与实况有一些出入.计算结果亦表明,大地形对西风带的扰动随高度很快阻尼,因此看来大地形对西风带的扰动在对流层低层更为重要.     

东亚加热场和大地形对大气环流季节变化影响的数值试验

众所周知,地球的地貌以及由其引起的热力差异对于大气活动中心和平均槽脊的形成及其季节变化有很重大的影响。为了研究这种影响,我们最近用钱永甫等人设计的 P—σ二层原始方程模式和姚兰昌等人计算的1979年1—12月东亚大气平均冷热源进行了一些数值试验。试验共分两类,一类是有地形无冷热源,一类是有地形有冷热源,都做了12个月。试验的主要结果是(1)大尺度地形产生的扰动及其年变化和实测的西风带平均槽脊形势及其年变化是相似的。(2)大地形扰动的强度和西风带的强度成正比,可是大地形扰动的季节变化主要是与急流的位置变化有关。(3)加热场的一个主要作用在于加深东亚大槽和减弱高原北面的地形脊。(4)无论冬夏加热场作用总能使最大西风有所增加。加热场对对流层急流位置的季节变化有所贡献。(5)东亚的加热场对盛夏南亚高压的建立有重大贡献。还需指出的是看来热源处在对流层平均风速很小的东西风交界处是南亚高压生成的必要条件。     

探空资料的应用(一)

上一讲讨论了高空测风的应用,我们看到从单站测风可以推测不少温压场空间分布状况。这一讲将讨论探空资料的应用。从探空资料也可以推测一些温压场空间分布情况,从而用于天气预报。这里讨论主要适用于中纬度带,其它地区可以参看。 一、中纬度大气的一般运动状态 中纬度是处于西风带,所谓西风带并非一直都是吹西风,西风带上存在着许多扰动——槽、脊,有时这些槽脊的振幅较小,有时很大,甚至可以闭合成     

贵州“9.17”暴雨成因及对策（摘要）

1991年7月上旬的贵州持续性大暴雨过程是建国以来我省雨水最集中的一次，造成了贵州经济最发达的黔中一带的特大洪涝灾害。1暴雨期环流特征是东亚阻塞形势。在高纬度东西伯利亚地区为阻塞高压，平均位势高度距平值为＋21位势什米，维持11天之久，形成了高纬度稳定的异常形势。其西侧欧亚到阻塞高压南面为宽阔的西风槽区，在槽西面的乌拉尔山以西也维持一高脊，平均位势高度距平值为＋13位势什米，此脊对稳定西亚槽及脊前的偏北气流将冷空气自槽后东南移，对加深大槽起决定性的作用。由于大槽东面阻塞高压的稳定存在，西风带分支，南支偏南，…     

纬向非对称加热对大气环流影响的模型实验

利用实验室内实验方法,在一旋转圆盘内模拟各种形式加热场对大气环流的作用。本文总结了各种形式扰动热源作用下环流特点。在实验室内进一步证实热源在平均槽脊形成中的作用。并发现在非常定情况下热源对槽脊移动的影响,甚至引起整个环流发生骤变,促使流场的各种波型相互调整。     

包括大地形作用的大气环流模式的长时期性状

本文用一个两层斜压原始方程模式研究了包含大地形作用的大气环流模式的长时期性状.首先以刚体旋转为初值条件,用绝热无摩擦的两层斜压模式作了一个月的数值积分,研究了模式大气对纯粹地形强迫的响应.结果发现积分至第15天以后,中纬度西风渐弱,使得积分前期由地形强迫产生的槽脊难以辨认.本文通过不同模式之间的比较,对500hPa高度场上的球谐分析以及对动量方程的诊断,认为它是一种确定的动力学现象,而不是计算紊乱.在模式中引入纬向对称型加热和地面摩擦过程后,即使将模式积分长达5个月以上,由地形强迫激发的扰动所形成的槽脊仍可长久地维持,但它不是简单意义下的定常波,位相分析表明只有二波分量近似驻波,与转盘实验结果相似.     

斜压大气中地形扰动过程的一个数值试验

本文应用了考虑地形边界的三层模式对一个纬圈环流的初始理想场进行了60小时地形扰动过程的数值计算。试验结果表明地形扰动影响具有一定的时滞性(扰动过程在48小时后才趋于相对稳定状态)。其次,西藏高原对带状流的强迫分支(绕流现象)在计算结果中有较明显的反映。在半球范围内形成的地形槽脊位置基本上亦与环流平均槽脊位置较为相似,这表明模式中所取边界条件的基本适用性。     

山东春季降水前期环流特征分析

西风带环流总是由纬向转为经向,再由经向转为纬向这样循环往复地变化着,因而西风指数也由高值到低值,再由低值到高值的变化。这种环流经向和纬向之间的转换,表现为西风带急流向南扩张及向北“收缩”的交替过程,急流向南扩张长波槽脊发展加深,振幅加大,西风指数减小;急流向北 “收缩”长波系统减弱,振幅减小,西风指数增大。这种环流变化的前期环流特征和后期的天气变化特点存在着内在的联系。为此,我们选前期环流指数和春季降水建立关系。这里西风环流指数是在500毫巴月平均图上,范围为45—65°N、60—     

正压大气中长波的演变

本文研究正压大气中非均匀气流(特别是非平直基流)上扰动的演变过程,对[1]进行了推广,对迭加于超长波基流之上的长波扰动和迭加于超长波或长波基流之上的中、短波的扰动的演变特性进行了统一的处理。结果表明:当小槽、小脊的波长变长时,其振幅(能量)增大,扰动发展;波长变短时,振幅变小,扰动衰减。当小扰动已经发展成长波的时候,或者当我们一般地研究长波的演变过程的时候,则上述规律更为明显,即长波发展时,波长变长更为明显;长波衰减时,波长变短也更为明显。利用这些结果,可以解释大气中槽、脊发展时总是伴随着扰动加宽,而槽、脊收缩时,波长很快减小。其次,扰动发展与否完全由扰动的结构所决定,其中主要是由扰动轴线的方向及其与基流的相对位置所决定。北半球发展型扰动的轴线是:在急流以北呈东北—西南向,急流南呈西北—东南向;而衰减型的轴线是:急流北呈西北—东南向,急流南呈东北—西南向。这些结论和角动量传送理论结果以及天气实际都是符合的。     

大气非线性波动方程的解

本文从非线性大气运动方程出发,用比较简洁的方法,求得了大气非线性惯性波、非线性重力内波和非线性Rossby波的周期解,这些解反映了非线性大气波动的特色。分析指出:对有限振幅的惯性波和重力内波,振幅大的波传播越快,而有限振福的非线性Rossby波,振幅大、波长长的波传播越慢;本文还分析了这些解的某些可能的实际意义。 这些非线性波的研究提供了解非线性方程的新的途径,而且,它可以与大家熟悉的线性波动进行比较。对于天气预报和大气湍流的研究都有一定的意义。     

大连地区主汛期多、少雨年同期大气环流场的差异

大连地区主汛期降水异常是该地区大气环流异常直接影响的结果,本文用1961~2000年各层大气环流场资料来分析对比多、少雨年同期大气环流的情况。揭示出大连地区主汛期多雨年和少雨年同期的海平面气压场、850 hPa大气环流场、500 hPa西风带槽脊和高度场都存在显著差异。多雨年较少雨年该地区低层的辐合上升运动加强,850 hPa盛行西南气流,水汽输送旺盛。同时,500 hPa西风带的槽脊波动加深,高空西风急流增强。     

简单热带海气耦合模型中不同扰动形式间的耦合作用

在局地热平衡情况下研究了简单热带海气耦合模式中不同扰动形式间的耦合，依次讨论了由大气准定常Kelvin波与海洋R0ssby波、大气准定常Rossby波与海洋Kelvin波、大气准定常Kelvin波与海洋KelVin波、大气准定常Rossby波与海洋Rossby波组成的耦合系统的性质，并研究了存在于其中的耦合扰动的特征。     

水汽空间分布对大气船舶重力波影响的数 值试验

利用中尺度数值模式ARPS模拟研究了水汽在山脉重力波和大气船波的产生和演变中的作用。研究发现水汽和非绝热效应对大气船波的影响与水汽的空间分布有关,大气船波的产生和演变对水汽的空间分布具有极端的敏感性,在一定条件下水汽的引入有可能减少大气船波的活动。对于3层模式结构的气流过山而言,如果初始的水汽分布在中层大气,则水汽和非绝热效应对大气船波的影响较小,而如果初始的水汽分布在中下层大气,则引入水汽后减少了大气船波的强度,但是如果初始的水汽分布在整个模式大气层,则水汽的引入减少了大气船波的活动。     

长波的垂直結构和它的移动与发展的关系

本文利用线性两层模式討論了对流层上部和下部扰动的发展和移动,以及它們之間相互关系。有以下主要結果: 1.一般常用的“溫度波落后于气压波,扰动发展”这一規則,对于超长波(波长大于10000公里)只适用于对流层上部,对于波长为7000公里左右的长波自对流层中部以上皆可应用,对于較短的长波整个对流层皆可应用。 2。当槽线或脊线随高度向西傾斜时,扰动的上层发展,下层阻尼;向东傾斜时,上层阻尼,下层发展;当时,上下层同时发展. 3.溫度波和高度波的移速可以不同,甚至方向可以相反;无論在上层或下层,当脊移进輻散区或槽移进輻合区时,扰动发展;当脊移进輻合区或槽移进輻散区时,扰动阻尼. 4.扰动的振幅和移速随时間而变,它不仅决定于基本流場的参数和扰动的波长,同时决定于扰动本身的上下結构. 5.周期性变化的稳定波在发展时期,其振幅的发展一天可达两倍半以上.因此日常所观測到的环流的巨大变化是否都属于一般所謂的西风带不稳定的現象值得深入研究.     

Advances in research on atmospheric energy propagation and the interactions between different latitudes

Early theoretical analyses indicated that the tropics and extratropics are relatively independent due to the existence of critical latitudes. However, considerable observational evidence has shown that a clear dynamical link exists between the tropics and midlatitudes. To better understand such atmospheric teleconnection, several theories of wave energy propagation are reviewed in this paper: (1) great circle theory, which reveals the characteristics of Rossby waves propagating in the spherical atmosphere; (2) westerly duct theory, which suggests a “corridor” through which the midlatitude disturbances in one hemisphere can propagate into the other hemisphere; (3) energy accumulation-wave emanation theory, which proposes processes through which tropical disturbances can affect the atmospheric motion in higher latitudes; (4) equatorial wave expansion theory, which further explains the physical mechanisms involved in the interaction between the tropics and extratropics; and (5) meridional basic flow theory, which argues that stationary waves can propagate across the tropical easterlies under certain conditions. In addition, the progress made in diagnosing wave-flow interaction, particularly for Rossby waves, inertial-gravity waves, and Kelvin waves, is also reviewed. The meridional propagation of atmospheric energy exhibits significant annual and interannual variations, closely related to ENSO and variation in the westerly jets and tropical upper-tropospheric troughs, amongst others.     

大气能量传播及不同纬度间大气相互作用的研究进展

早期的理论分析认为大气中临界纬度的存在使得热带-热带外的大气活动互不影响。然而,大量的观测事实表明中低纬度大气运动存在着明显的动力联系。为了帮助人们更好地理解大气中的遥相关现象,在大量文献的基础上,综述了几种波能量传播理论:(1) 大圆理论指出了罗斯贝波在球形大气中的传播特征;(2) 西风通道理论发现了中纬度瞬变扰动越赤道传播的“走廊”;(3) 能量堆积-波列发射理论揭示了热带扰动影响到更高纬度大气活动的可能过程;(4) 赤道波侧向膨胀理论则利用转折纬度的概念更进一步解释了这种中低纬度大气相互作用的物理机制;(5) 经向基本流理论则认为在一定的条件下定常波可以穿过热带东风带传播到另一半球。此外,文中还回顾了在波-流相互作用诊断方面的研究进展,尤其是关于罗斯贝波、惯性重力波和赤道开尔文波。大气能量的经向传播具有显著的年变化和年际变化,这与ENSO、西风急流、大洋中部槽等的变化密切相关。     

Wave-Mean Flow Interaction: the Role of Continuous-Spectrum Disturbances

Traditionally, “eddy feeds zonal flow” in the atmosphere is considered as a result of decaying unstable waves. We show that disturbances made of non-modal solutions-the continuous-spectrum disturbances-can also effectively transport zonal angular momentum and interact with the zonal basic flow. These disturbances, though stable, eventually decay, losing their energy to strengthen the westerly jets in the atmosphere.Calculations with observational data illustrate that the atmospheric zonal flow is maintained primarily by continuous-spectrum disturbances rather than by unstable waves. Angular momentum transport by continuous-spectrum disturbances is one order of magnitude larger than that by all kinds of normal modes (referred as discrete-spectrum disturbances) including unstable waves.     

东西风廓线特征与大气运动平衡态定常波的相关关系及共振条件的研究

本文采用简化数学模型探讨了东、西风廓线特征与外源强迫下大气环流平衡态定常波结构的相关关系。文中采用实际观测资料研究了西风廓线特征与大气环流型季节特征之间的联系。研究表明,西风廓线冬、夏季节差异与中、高纬度西风槽“冬三夏四”波数差气候特征有关,且低纬强东风切变可作为赤道东风波周期振荡成因之一。冬夏西风廓线季节特征可导致大地形强迫效应、海陆加热因子影响作用的显著季节差异。研究还揭示了大气环流型优势波转换的基流特征影响效应,并导出了流场与纬向加热强迫源共振状态的西风廓线特征函数与临界曲线。