冬季平流层大气环流平均槽脊的形成

本文利用一个π坐标的3层模式描写对流层和平流层的大气运动。由线性化方程的解,讨论了大尺度地形和加热分布的控制作用和定常扰动。 结果得到:(1)地形和对流层热源的超长波扰动,可以传播到平流层中,扰动振幅向上增强,地形波的位相近于垂直,而热源波的位相随高度向西倾斜。(2)地形和热源对平流层平均槽脊的形成都是重要的。但对流层和平流层大气的热源、热汇对30mb阿留申高压的形成起了主要作用。(3)平流层扰动的强大振幅主要是由于平流层大气密度很小所造成的。     

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。     

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。     

关于大尺度地形对平均温度场形成作用的一个讨论

本文根据两层斜压模式得到大尺度地形对1000—500mb 平均温度场的常定扰动.结果得到大地形对温度槽脊的形成具有一定的作用,而地形所造成的高度槽在垂直方向上没有倾斜现象.     

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。     

大地形和热源的动力控制与超长波活动关系的初步研究

考虑静力稳定度在垂直方向上的不均匀性,给出一个简单的讨论对流层中层、平流层下层运动的一参数模式。在线性化下研究了大地形和热源对超长波活动的控制作用: (1)地形和热源可使超长波在固定的地理区域摆动和加深,说明一些大槽和阻塞高压易于在一定的地区维持。 (2)超长波振幅变化存在10—30天的周期,长短决定于大气运动的尺度、结构和地球自转。 (3)在一定的大气参数保持不变的情况下,扰动在极长时间中建立了定常状态。计算表明,在对流层中层所观测到的平均槽脊正是地形和热源所造成的定常超长波系。     

β效应和移动性CISK波与南亚夏季风槽脊的活动

本文采用简单的纬向对称的两层线性模式研究了存在β效应情况下Ekman-CISK扰动的动力特征,结果发现在β效应和对流凝结加热的共同作用下大气中可以产生一种移动性的CISK波.在取南亚夏季风区平均大气参数情况下的计算结果表明,这种移动性CISK波可以解释南亚夏季风槽脊活动的一些基本特征.因此,可以初步认为β效应和CISK机制对南亚夏季风槽脊的活动具有极其重要的作用.     

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.     

地形对长波和超长波不稳定发展的影响

图3.2.1—3.2.5表示了地形对长波和超长波移动和发展影响的一般规律。如以地形脊对东移西风冷槽的影响为例,当地形相当涡度和扰动涡度的振辐比a_m/a_(20)较小时,在它越过地形脊时,首先流场槽减弱而温度槽加强,减弱的流场槽以较快的速度移动,而温度槽则相对减慢,越过地形脊后,流场槽又重新增强。 我们根据地形的影响,初步讨论了一锢囚气旋在向风坡填塞,在背风坡又重新产生的物理过程。超长波的斜压不稳定的不能发展,是由于温度场东进和流场西退造成的。根据地形脊对超长波脊移动的影响,可以推测,在两个地形超长波脊之间的地区,最有利于超长波脊的不稳定发展。阻塞脊出现频数的地理分布的观测结果和理论推测有很好的一致性。     

地形与热源强迫在亚洲夏季风形成与维持中的物理作用

本文利用变换的欧拉平均运动方程组及一个准地转34层球坐标模式来讨论地形与热源强迫对亚洲夏季风形成与维持的物理作用。 通过地形以及地形与热源强迫所产生的准定常行星波E—P通量的散度,强迫经圈环流及扰动地转风速的计算,表明了青藏高原东南部上空夏季的非绝热加热对于亚洲夏季风形成与维持起着重要作用,它远大于地形的动力作用。 计算结果还表明:地形与热源对亚洲夏季风形成与维持的物理作用中,它通过强迫经圈环流的作用要大于强迫波E—P通量的散度的作用。     

夏季青藏高原动力和热力的强迫定常扰动

本文应用一个球面和σ坐标原始方程线性定常模式,模拟夏季青藏高原的动力和热力强迫作用下的定常扰动.计算得到的定常扰动,在对流层上层槽脊分布和实况基本相符,但南亚高压的位置稍偏东,中太平洋高空槽较弱.在对流层中层计算的扰动振幅较实况强,特别是西太平洋副高.对偏差的可能原因进行了讨论.文中比较了不同基本气流、热源的垂直分布和热力耗散的影响,结果表明不同的热源垂直分布可以影响定常扰动的位相分布;还指出线性模式中,随高度增强的热力耗散机制对解释定常扰动的位相和结构可能是重要的.     

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。     

地形及冷热源扰动不同分布对南沙海域西南大风形成过程影响的数值试验

利用一个p-σ混合坐标五层原始方程模式，进行了地形及冷热源扰动的不同分布对南沙海域西南大风过程形成作用的数值试验。结果表明，亚洲南部特殊的地形及海陆分布是形成南沙海域西南大风过程的基本条件，但它造成的最大风速只能达8m/s，比观测值要小。试验中发现，在有地形作用的前提下，澳大利亚冷空气的向北爆发及菲律宾附近热源扰动的作用均可各自在南沙海域形成12m/s以上的大风过程，而孟加拉湾附近的热源扰动则对南沙海域西南大风过程的形成无明显作用。     

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.     

青藏高原大地形对夏季东亚大气环流的影响

本文采用有限区域五层原始方程模式,以多年月平均的纬向场作为初始场,利用实际资料计算得到的1979年7月东亚地区的平均加热场作为理想加热场,进行了四类不同方案的数值试验。通过模拟得到的温压场及流场等结果,讨论了青藏高原大地形及其加热场的作用。分析结果表明:1.在大尺度地形的纯动力作用影响下,在对流层中、下层,西风气流过高原仍是以绕流为主,这种地形扰动在中纬度(40°N以北)表现得比低纬度明显,在对流层下层比对流层中层明显,300mb上动力扰动已很不明显。2.青藏高原产生的热源(例如,青藏高原感热源和潜热源以及孟加拉地区的潜热源),对于夏季100mb和300mb的强大的亚州反气旋的形成,对500mb以下印度低槽的加深及南亚副热带高压(以下简称南亚副高)带的断裂都有重大贡献。3.夏季,东亚地区的流场受加热场的影响比温压场更为明显,比如500mb以下与海洋地区相通的强大南风通道和加热场有密切关系。4.夏季,在东亚地区50°N以南存在着一个天气尺度的季风环流系统——“季风流管”,这一流管在考虑了加热场的影响后,被很好地模拟出来了。相反,在纯动力作用的试验中,它却始终没有出现,在高原以及南部被Hadley流管所占据。从分析结果来看,孟加拉地区热源对“季风流管”的中段与南段贡献较大。孟加拉地区热源     

北半球E-P通量分析及其与副热带高压的关系

利用北半球1951－2000年冬季（1月）200hPa,500hPa的月平均资料，计算出E－P通量，并根据平均环流的E－P通量剖面图，研究了北半球冬季在大地形作用下，波动对基本气流的作用，以及波流相互作用下行星波的传播。北半球冬季平均E－P通量的辐合辐散与地形作用形成的大槽大脊相对应，其强度也与槽脊的强度相一致。另外，根据多年夏季（7月）的月平均高度场、风场及降水资料得到E－P通量和副热带高压的关系，进一步得到E－P通量与异常天气的关系。     

夏季西藏高原对北半球定常行星波形成的热力作用

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却与水平涡旋热力扩散的准地转34层球坐标模式来研究西藏高原对夏季北半球定常行星波形成的热力作用. 计算结果表明夏季位于西藏高原上空的热源对于北半球夏季定常行星波形成的热力作用要比高原地形的动力作用大得多. 本文还计算了夏季北半球地形与热源强迫所产生的定常行星波与等高面上定常扰动系统的分布,其计算结果与由实际观测所得到的分布比较一致.     

北半球阻塞高压的维持Ⅱ:瞬变扰动强迫和平均流位涡平流的形成

着重探讨大西洋阻高和东亚阻高个例中瞬变扰动位涡（涡度）输送强迫和太平洋阻高中平均流位涡平流的形成机理。结果表明，扰动在阻高西南部西风分流区因形变而产生的扰动拟能向更小尺度串级过程，并不是扰动位涡输送强迫形成的必要机理。扰－流相互作用在阻高西（北）部非分流气流中也十分显著。数值试验表明，这一相互作用也可能是扰动强迫作用形成的机理。而青藏高原和附近海陆对比的强迫作用则可能是太平洋阻高中平均流的位涡平流形成的重要因素。对比分析表明，阻高维持机制的地域性差别可能与其上游（如青藏高原地区、落基山脉）地形和热源强迫作用不同有关。     

波状基本气流中的若干扰动动力学问题

纯粹的平直西风是非常少见的。在平均图上大槽大脊非常清楚。这些平均槽脊表示在大气中有着位置比较稳定不变的大型扰动。波谱分析的研究证实了这一点。因此环流的最基本状态是波状的西风带,而不是平直西风带。本文就是研究波状西风带中扰动动力学。由扰动方程中可以看出通过西风带中的基本波动,不同波长的扰动有了相互制约的关系。以平直西风为基本气流的扰动方程中不出现这种现象。 本文给出了若干扰动相互制约的规则,并研究了初值为一单波的扰动在波状西风带中的演变过程。理论计算给出了若干符合于观测事实的现象,尤其是一个槽的加深过程颇似Bjerknes辐散槽的模式。     

地形和热源对冬季定常行星波形成的影响

本文用二层非线性原始方程谱模式，并在方程中考虑了Rayleigh摩擦、Newton冷却和温度水平扩散，在伟向均匀的初始场下，积分４０天，分别模拟了地形、热源单独作用和共同作用对冬季定常行星波形成的影响，尤其考虑了不同尺度地形和非定常热源的影响。