赤道移动性热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40—50天振荡

本文利用P－σ混合坐标系的五层原始方程模式研究了赤道移动性对流热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40－50振荡的关系。数值试验表明由Wave－CISK机制引起的移动性热源在沿赤道东移过程中可以引起亚洲夏季风环境、降水、赤道东－西纬向环流、季风经向环流和越赤道气流的位相振荡现象，其振荡周期与移动热源的移动速度有关。模拟结果进一步表明热带、付热带大气对赤道移动热源的响应可以激发出东传的Kelvinr波和东传的Rossby波，引起纬向差值气流和和戏向差值气流垢东传现象，以及扰动的北传现象。本文最后还讨论了东传的大气强迫波通过Walker环流和Hadley环流的影响而引起亚洲夏季风的40－40天振荡的机制。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响Ⅱ.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响.控制试验结果表明,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力.在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布.南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响,另一方面它又通过持续异常期的波列传播,即能量的传播,不仅影响我国长江流域降水,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构.这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化.     

南海夏季风活动及其影响

资料分析及其同南亚（印度）夏季风的比较,指出建立的突发性和经向分量的重要性是南海夏季风活动的两个最基本特征。根据南海夏季风经向分量与纬向分量同样重要的特征,并考虑南海地区大气环流的基本形势,提出了用对流层高低层散度差构成季风指数,它可以更好地描写南海夏季风的活动。资料分析和大气环流模式（GCM）数值模拟试验都清楚地表明南海夏季风年际异常对大气环流和气候有极为重要的影响,不仅影响东亚地区,而且通过东亚-太平洋-美洲（PJ或称EPA）波列影响美国的天气气候变化。     

正压大气球面行星波螺旋结构变化的机制

本文就正压大气球面行星波螺旋结构的发展变化机制进行探讨。当经向波数是时间t的缓变函数时,得到波的平方涡度,波能量和波振幅的三个不同增长条件。球面螺旋波只和具有较差转动的基本气流交换能量和平方涡度。分析表明,旋转大气的球面效应是十分重要的。β效应随纬度的变化,通过对波的传播发生影响,使波的结构发生变化,在北半球,它总是有助于中纬地区东北——西南向槽脊的形成;在南半球,则有助于中纬地区西北——东南向槽脊的形成;使波的角动量涡动输送指向两极;从而有助于低纬东风,中高纬西风的维持。实例计算表明,理论分析和实况较为一致。     

有蒸发-风反馈和海-气相互作用的CISK开尔文波——热带季节内振荡机制的进一步研究

将波动－CISK（积云对流加热反馈）、海－气相互作用和蒸发－风反馈都引入一个简单理论模式，研究了他们在驱动热带大气季节内振荡（ISO）中的作用。其结果表明：波动－CISK在减慢激发波的位相速度以接近观测到的热带ISO的移速过程中起主要作用；而蒸发－风反馈的主要作用是使激发波不稳定；海－气相互作用在减慢激发波的移速方面也有一定作用。因此，波动－CISK和蒸发－风反馈可认为是热带ISO的主要动力学机制。本研究还表明，由于蒸发－风反馈和海－气相互作用的影响，激发波是一种频散波，这种频散性可以更好地解释热带大气中ISO的活动特征。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响II.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验 ,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响。控制试验结果表明 ,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化 ,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统 ,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力。在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下 ,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布。南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常 ,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响 ,另一方面它又通过持续异常期的波列传播 ,即能量的传播 ,不仅影响我国长江流域降水 ,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构。这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整 ,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化。     

南亚高压在长、中、短期天气预报中的应用

一、前言 100毫巴平均图上,夏季北半球中低纬度是一个2波超长波系统,超长波脊位于两个大陆上空,超长波槽位于两个大洋上空。其中,亚洲南部上空,以青藏高原为活动舞台的高空反气旋,我们称之为南亚高压。它是夏季北半球上空一个强大而稳定的系统,具有独特的温压结构和垂直环流,是夏季对流层上部的一个大气活动中心。它的活动与北半球的环流形势,特别是副热带地区流型的调整有联系,也与东亚地区的天气有密切关系。南亚高压的分析研究工作,在我国开始于1964年。1973年四川省成都中心气象台的工作,在推广应用南亚高压科研成果上起了很重要的作用。自1973年后,南亚高压的分析研究工作一直是     

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。     

1979年5月东南亚夏季风的建立和青藏高原的作用

东南亚夏季风开始于5月,它是大气环流向夏季环流过渡的一个重要阶段。本文用FGGE-IIIb全球网格点资料,分析1979年4月26日到5月25日,大范围（40°S～50°N,30～160°E）温度、湿度和风场变化特征,计算了垂直速度、辐散风场、热源和水汽汇收支,研究了东南亚夏季风的性质和来源,其中着重分析了青藏高原的热力和动力作用与东南亚夏季风建立的关系。东南亚夏季风建立的主要因素是中纬度的环流形势,来自热带海洋的西南气流和青藏高原的作用。东南亚夏季风开始时,高空大气环流发生调整,青藏高原上空为波脊,两侧为波槽。低空东南亚夏季风区的辐合气流有四个来源:1）同经度范围的偏南辐散风,2）高原南侧的偏西辐散风,3）高原东侧的偏北辐散风,4）西太平洋上的偏东辐散风。分析表明,东南亚夏季风降水受高原西南侧的中纬度西风带波动影响。低空西南气流来源于80～120°E的南半球热带地区,西南气流输送水汽并且加强低空辐合。主要的热源位于东南亚,主要是潜热释放形成的,它是驱动东南亚夏季风环流的主要机制。整个分析期,青藏高原是一热源,抬升的感热加热和动力作用形成和维持了高原上空的高压脊和两侧的波槽,从而有助于东南亚夏季风的建立。     

南亚夏季风对珠穆朗玛峰北坡地面风场的影响

喜马拉雅山区毗邻南亚季风区,其陡峭的地形和复杂的地表状态在强烈太阳辐射条件下形成了特殊的局地环流系统.为了正确理解该环流系统与南亚天气气候过程的可能关联,本文利用HEST2006珠穆朗玛峰绒布河谷强化实验期间获得的2006年5～6月的地面观测资料和实时的大气环流资料,对该地区地面风场与南亚夏季风的关系进行了研究.研究表明,南亚夏季风间歇期,喜马拉雅山区以晴空天气为主,太阳辐射强烈,绒布河谷地区地面盛行沿河谷方向的偏南下行气流;南亚夏季风强盛期,喜马拉雅山区多为云雨天气,太阳辐射减弱,地面风场强度明显减弱.结果表明,喜马拉雅山地区山谷内部的地面环流系统几乎不受其高层大气环流的影响,而与太阳辐射通量及南亚夏季风指数关系密切.因此,我们认为南亚夏季风对喜马拉雅山区地面环流的影响,主要是通过改变该地区的大气热力和辐射状况完成的.     

珠峰北坡绒布河谷地面风场变化的比较研究

利用2007年6月强化观测实验期间获得的大气观测资料和同时期的NCEP/NCAR大尺度再分析资料,结合2006年同期的分析结果,进一步研究了珠峰北坡绒布河谷地区的地面风场状况及其对南亚夏季风的响应,并与2006年的结果进行了比较.结果表明,2007年6月绒布河谷地区的风场也存在强弱变化,其逐日变化也与南亚夏季风指数有一定关系:在绒布河谷弱风期间,南亚夏季风强盛,在孟加拉湾和阿拉伯海地区形成的强烈涡旋可以把暖湿气流向西北方向输送,从而在河谷地区形成温度和湿度高值;在局地强风期间,南亚夏季风季风指数变化较大,此时绒布河谷地区的风场变化对季风的响应很小,可能主要为大气热力驱动.比较2006年和2007年的观测结果表明,南亚夏季风可以通过改变局地辐射和热力状况的改变而影响珠峰北坡绒布河谷地区地面环流的变化,但其影响程度随季风的强弱可能有所不同.     

南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响

利用NCAR的全球大气模式CAM3,模拟了南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响.结果表明:晚春时期,南亚地区黑碳气溶胶强烈吸收太阳辐射,加热低层大气,造成孟加拉湾及沿岸地区雨季的提前,可能导致南亚夏季风提前爆发.夏季,被加热的大气沿青藏高原南坡爬升,在高空形成一个稳定的加热层.高空的持续加热,引起局地的深对流活动,使得印度洋和南亚大陆之间产生一个北升南降的经圈环流,导致印度洋洋面上的向北运动加强,从而使南亚夏季风的强度增大.但是,南亚地区黑碳气溶胶通过影响表面气压、垂直运动、降水和850 hPa风场等减弱了东亚夏季风,且导致西太平洋副热带高压北移西伸,使我国梅雨带位置向东北方向移动.     

南海夏季风槽的年际变化和影响研究

南海夏季风槽是南海夏季风的重要组成部分，它的活动不仅对大气环流和气候有明显影响，其本身也具有明显的年际变化特征。首先定义了一个描写南海夏季风槽强度的指数，然后分别对强、弱南海夏季风槽年的例子进行了合成分析。分析结果表明，对应强、弱不同的南海夏季风槽年份，在大气环流背景、对流活动以及海温背景场方面都有很明显的区别，说明南海夏季风槽的异常不是偶然的，有其十分明显的大背景。合成分析的结果还表明，南海夏季风槽的强弱异常不仅对中国夏季降水有重要影响，还会通过遥相关过程影响北半球的其他区域。     

CISK 影响下的线性和非线性惯性重力波

利用板对称的大气动力学方程组，考虑线性和非线性两种CISK加热过程，由行波法和非线性常微分方程定性理论，讨论了CISK影响下的线性和非线性惯性重力波的稳定性，以及CISK对惯性重力孤波强度和宽度的影响。结果指出，线性CISK既影响孤立波的强度，又影响孤立波的宽度，而非线性CISK只影响孤立波的强度。     

论Rossby波在东、西风带中传播与频散Ⅱ——球面Rossby波方程与诊断分析

从球坐标(Spherical coordinate)非地转、正压水平无辐散大气运动微扰方程出发,推导出球面Rossby波方程,证明球面Rossby波的物理机制仍然是绝对涡度守恒与卢效应,但基本气流以涡度形式参与了卢效应。因球面Rossby波偏微分方程不存在经向-纬向传播的"双向简谐波(传统Rossby波)"解,则将它做经向-纬向求导分离,从而得到关于球面经向风扰动的二阶偏微分方程及与之相应的仅作纬向传播的简谐波解,但待解的二阶偏微分方程不归于数理方程中的任何特殊函数,即证明不存在以连带Legendre函数为通解的Haurwitz波。采用传统Rossby波两个通解,当作球面Rossby波两类特解,做诊断分析表明,传统Rossby波正确反映球面Rossby波的(β-平面近似)"线性部分",但球面Rossby波及其纬向波速和群速都带有地球曲率性,并且存在奇点,其中,球面谐波扰动Rossby波仍然保持槽与脊纬向对称性,但"正弦扰动"与"余弦扰动"Rossby波有一定差别,而球面指数扰动Rossby波槽与脊不具备纬向对称性,后者可以解释东、西风带槽与脊一般为纬向非对称,还可以解释台风的纬向非对称结构。     

南亚夏季风爆发的统计动力分析

作者对南亚(印度)夏季风爆发作了统计动力分析,即将南亚夏季风爆发前后的高低层风场看作一个整体,并以南亚夏季风爆发日为基准,作了经验正交函数(矢量)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了季风爆发前后大规模的风系变化,其时间系数直接体现了南亚夏季风的爆发,在爆发日前后该模态反映的偏差风系有剧烈变化,这表明季风爆发时大气环流有突变发生;第二模态反映了具有5～7天振荡周期的中纬天气尺度波系及其对低纬季风区的影响;第三模态反映了热带、副热带地区呈准双周振荡的低频扰动.     

地形对大气环流影响的数值试验

本文利用北半球正压原始方程模式和理想初始场，加入北半球实际的平滑地形的作用，对北半球超长波2波型、3波型、长波4波型、5波型，分别进行了240小时的积分计算。从考虑地形和不考虑地形的四组结果对比中，发现地形对上述四种波型的演变有很大的影响，证实了地形作用确系影响大气环流、形成某些天气气候特征的重要因素之一；同时发现，在地形的动力作用下，北半球大气形成了一些重要的环流系统。例如，极涡向北欧偏移，东亚、北美大槽和阿拉斯加脊的维持，都与地形有密切关系。在地形作用下:（1）北太平洋西槽东脊，而北大西洋西脊东槽。（2）阻塞和切断形势的出现更为频繁、典型。（3）在欧亚大陆上，m=4时出现倒Ω流型，而m=5时，出现两槽一脊型。     

南亚高压季节内变化与热带季节内振荡之间的关系

采用观测分析和数值试验等方法,分析夏季南亚高压与热带季节内振荡（ISO）之间的关系,并对两者之间的相互作用进行量化诊断,探讨其物理过程。主要结果表明:南亚高压ISO与热带ISO活动关系密切,当热带ISO处于印度洋位相（第1、2、3位相）,则南亚高压东脊点位置偏西,当ISO处于太平洋位相（第5、6、7位相）,则南亚高压东脊点位置偏东。与热带ISO关系最密切的是南亚高压东部附近区域,即东亚—西太平洋地区（15°～25°N,110°～140°E）,该关键区也是南亚高压ISO最显著区域。在热带ISO的调制下,关键区对流层大气垂直结构产生斜压性异常变化,导致高层南亚高压东脊点的东伸（西退）对应中低层西太平洋副热带高压西脊点的东退（西伸）。在南亚高压与热带ISO之间关系中,主要是热带ISO对南亚高压的影响,南亚高压东部关键区ISO强度40%来源于热带ISO的贡献,而南亚高压对热带ISO平均强度的影响很弱。热带ISO影响南亚高压的物理过程如下,热带ISO从印度洋向东传播至西太平洋时,强对流产生分支,部分由于东亚—西太平洋的有利夏季风背景转为向北传播,ISO向北传播过程中对流强度进一度加强,这就相当于存在一个赤道非对称热源。在热源的作用下,大气产生异常响应,在热源的西北侧,即东亚—西太平洋地区,对流层低层为气旋性环流异常、位势高度负异常,对流层高层为反气旋性环流异常、位势高度正异常,从而导致南亚高压东脊点偏东。而当热带ISO处于印度洋位相时,大气异常响应与上述相反,南亚高压东部位势高度降低,南亚高压东脊点西撤。     

论Rossby波在东、西风带中传播与频散I——谐波扰动Rossby波和指数扰动Rossby波

传统Rossby波最初求解于局地直角坐标系（Cartesian coordinate）准地转、准水平无辐散正压大气运动微扰方程,在所谓“β平面”近似下,归于求解一个关于经向风扰动的二阶常微分方程,它存在可在β-平面经向-纬向传播的简谐波解,其物理机制是,扰动气流在科氏参数随纬度变化（所谓“β效应”）作用下的绝对涡度守恒。本文先讨论传统Rossby波二阶常微分方程“经向谐波扰动-纬向简谐波”（谐波扰动Rossby波）通解,指出传统Rossby波只被描述为谐波扰动Rossby波,即在扰动区内形成谐波扰动可在扰动区外作经向-纬向简谐波的连续传播;又讨论数学上存在的“经向指数扰动-纬向简谐波”（指数扰动Rossby波）另一通解,并且分析与比较两个通解的纬向波速与群速诊断方程。认为,谐波扰动和指数扰动“传播”与“频散”可以在相邻边界上保持为分段“零阶”连续且为有界。从而Rossby波定义为：大气运动受到连续或分段“零阶”连续谐波扰动和/或指数扰动和/或其它函数扰动、在β效应与绝对涡度守恒作用下、可以在全球（东、西风带）传播与频散的波动,作“纬向简谐波”传播是Rossby波的唯一识别特征。最后,作为对传统Rossby波的补充,单纯用指数扰动Rossby波波速和群速方程,对西风带中的长-中-短波槽脊传播、阻塞高压建立与后退、大槽建立与寒潮,以及气候上的遥响应,做出新的解释,更对东风带中的东风波（倒槽）与台风传播、副热带高压西进与东退,做出传统Rossby波尚不能解释的初步解释。     

长波物理机制经典论断新探

本文通过对经典罗斯贝长波理论,斜压大气环流实验室模拟研究成果的重新归纳与分析,以及相应于上述理论和实验系统的简化数学物理模型的分析与比较,揭示出在大尺度旋转斜压自由流体系统中,β效应的存在与否,虽然可以修正波动的性质,但不影响波解结构与波动振幅演变方程的同构性质;发现β效应也不足以解释冬3夏4天气事实,而且也不足以描写冬夏波型转换机理;同时还发现在均匀旋转斜压流体系统中,存在一个可以解释冬夏波型现象的斜压非线性波长波型确定与转换机制. 本工作建议,关于大气长波本质上就是罗斯贝波,形成大气长波的物理机制是β效应的经典论断,有必要重新考察.本文认为,形成大气长波的物理机制是与地球大气南北温差相关联的斜压非线性效应.