准定常行星波对大气中臭氧输运的动力作用

本文从拉格朗日平均环流观点讨论了行星波对大气中O3的输运作用。理论分析表明，当行星波是定常保守时，行星波对大气中O3没有输运作用；而非定常的行星波对大气中O3有明显的输运作用，它可以强迫出一个正的输运环流，即从热带上升，而从高纬下沉的环流；此外，只有当耗散的行星波传播到平流层才会在平流层强迫出输运环流。为了说明行星波对大气中O3输运的动力作用，本文还利用一组34层波—流相互耦合球坐标原始方程谱模式计算了地球大气中行星波对O3变化的作用，其计算的O3变化与实际观测到的O3分布变化很相似。     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究──Ⅰ．常定流的情况

本文构造了一个３４层球坐标原始方程波－流相互耦合谱模式，利用此模式从拉格朗日平均环流的观点研究了在常定流下行星波对臭氧的输运作用。研究结果表明，行星波对臭氧的输运有明显的季节变化，在北半球冬季，由于行星波上传到平流层而大大增强了中高纬地区向极地向下的Ｏ３输运；并且还表明，热带纬向风的ＱＢＯ不仅通过影响东、西风切变而引起热带Ｏ３分布的年际变化，而且通过影响行星波的传播引起了行星波对Ｏ３输运的年际变化，这表现为当热带纬向风处于东风位相时，中高纬地区行星波对Ｏ３的输运比西风位相时强。     

半半球冬季行星波的传播及其输运作用

利用变换欧拉平均方程讨论了行星波动力学，观测和模拟结果都表明，在北半球冬季准定常行星波的经向传播存在两支波导。一支为高纬度波导，另一支则为低纬度波导。这些结果与理论分析相当一致。通过对EP通量进一步的研究表明，平流层爆发性增温是沿高纬度波导传播的异常行星波与平均气流相互作用的结果。而热带风场的准两年周期振荡（QBO）是低纬度平流层下层大气纬向平均流的一个重要年际变化，它可以影响行星波沿低纬度波导的传播；此外，由一个行星波－平均流耦合模式模拟的结果表明，这个热带风场的变化还可以通过波流相互作用调制行星波沿高纬度波导的传播。行星波对臭氧的输运作用在中也进行了分析，行星波强迫出的剩余平均环流表明，耗散的行星波有强的输运作用；向北的涡动热量输送可以强迫出一个正的输运环流，其在低纬度上升并在高纬度下沉。同时研究还表明，热带风场的QBO对行星波传播的调制对输运环流也有重要影响，模式结果表明，在QBO的东风位相期间行星波引起的输运作用明显增强，其结果可用于解释平流层高纬度臭氧的年际变化。     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究 I. 常定流的情况

本文构造了一个34层球坐标原始方程波-流相互耦合谱模式，利用此模式从拉格朗日平均环流的观点研究了在常定流下行星波对臭氧的输运作用。研究结果表明，行星波对臭氧的输运有明显的季节变化，在北半球冬季，由于行星波上传到平流层而大大增强了中高纬地区向极地向下的O3输运；并且还表明，热带纬向风的QBO不仅通过影响东、西风切变而引起热带O3分布的年际变化，而且通过影响行星波的传播引起了行星波对O3输运的年际变化，这表现为当热带纬向风处于东风位相时，中高纬地区行星波对O3的输运比西风位相时强     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究 II. 波流相互作用的情况

本文利用一个34层球坐标波-流相互耦合原始方程谱模式，从拉格朗日平均环流的观点出发讨论了非常定流下行星波对O3的输运作用。计算结果表明：该耦合模式能较好地模拟中层大气纬向平均流场及准定常行星波的基本变化特征。通过计算行星波对臭氧的输运，我们得到了与观测基本一致的O3的季节变化。此外，计算结果还表明，非常定流下行星波对O3输运的年际变化与常定流下的结果是类似的，都是在热带纬向风为东风位相下的输运作用比西风位相下强，但是在波-流相互作用情况下，中高纬地区行星波对O3输运的年际变化大大增强。     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究：Ⅱ.波流…

本文利用一个３４层球坐标波－波相互耦合原始方程谱模式，从拉格朗日平均环流的观点出发讨论了非常定流下行星波对Ｏ３的输运作用。计算结果表明：该耦合模式能较好地模拟中层大气纬向平均流场及准定常行星波的基本变化特征。     

北半球冬季行星波的传播及其输运作用

利用变换欧拉平均方程讨论了行星波动力学。观测和模拟结果都表明,在北半球冬季准定常行星波的经向传播存在两支波导。一支为高纬度波导,另一支则为低纬度波导。这些结果与理论分析相当一致。通过对EP通量进一步的研究表明,平流层爆发性增温是沿高纬度波导传播的异常行星波与平均气流相互作用的结果。而热带风场的准两年周期振荡（QBO）是低纬度平流层下层大气纬向平均流的一个重要年际变化,它可以影响行星波沿低纬度波导的传播;此外,由一个行星波一平均流耦合模式模拟的结果表明,这个热带风场的变化还可以通过波流相互作用调制行星波沿高纬度波导的传播。 行星波对臭氧的输运作用在文中也进行了分析。行星波强迫出的剩余平均环流表明,耗散的行星波有强的输运作用;向北的涡动热量输送可以强迫出一个正的输运环流,其在低纬度上升并在高纬度下沉。同时研究还表明,热带风场的QBO对行星波传播的调制对输运环流也有重要影响,模式结果表明,在QBO的东风位相期间行星波引起的输运作用明显增强,其结果可用于解释平流层高纬度臭氧的年际变化。     

经圈环流对定常波传播的影响

在一般斜压大气中，基本气流中包含经圈环流时，定常波传播不仅能穿过东风带，而且明显增强。在基流含有经圈环流的情况下，北半球中纬度地形强迫可引起低纬大气的显著响应，这表明经圈环流在中低纬定常响应的相互联系中起着重要作用；北半球中纬度热力强迫可产生类似北半球夏季季风环流的波列分布，这说明经圈环流在夏季季风环流的形成中起着一定的作用；在赤道东太平洋加热强迫情况下，在冬半球可引起ＰＮＡ型的定常波传播波列，而在夏半球却没有明显的ＰＮＡ特征。这表明经圈环流对冬、夏半球的定常波传播路径有着显著的影响。     

平流层大气对对流层大尺度热力强迫的线性、定常响应

本文采用一个关于大气定常波的16层线性化原始方程三维谱模式,研究了冬季平流层大气对于对流层各种定常大尺度热力强迫的响应。研究结果表明,对流层中的热力强迫作用对于冬季平流层中垂直向上传播的行星定常波的维持有显著的贡献,平流层中强迫扰动的水平结构及其与对流层中扰动的差异与加热场的垂直结构有密切的关系。相对于强度和空间结构相同的强迫源而言,中纬强迫对于平流层的作用比低纬强迫更为显著。     

冬季平流层热源及其对环流的影响

本文采用一个可用于大气定常波数值试验的线性化原始方程三维谱模式,研究了平流层环流对平流层内各种定常大尺度加热分布的响应.相对于北半球冬季纬向对称的基本状态,讨论了大尺度加热分布对冬季平流层大尺度运动的影响.发现平流层大气除受到对流层的热力强迫作用外,还将受到平流层内热源的影响,由于这种热力强迫作用,在平流层出现了1-2波的环流,但对对流层的环流影响却不大.引入臭氧加热率,使我们进一步证实了臭氧做为平流层中重要的增温因子所起的作用.数值试验的结果表明,臭氧对平流层环流的形成和维持,有着重要的贡献.     

区域酸性沉降的数值研究：Ⅱ.个例模拟和试验

利用建立的区域酸性污染物沉降模式，配合中尺度模式ＭＭ４预报的气象场，以１９９１年６月１２￣１４日淮河流域的一次降雨过程作为实例，对我国东半部及其相邻地区的酸沉降进行了数值模拟和试验研究。结果表明，模式基本上能够模拟出区域酸性沉降的特征，具有良好的综合模拟性能和广阔的应用前景。     

北半球冬季平流层温度和Brewer-Dobson环流对11 a太阳循环的响应

采用北京气候中心大气辐射模式(BCC-RAD)、日本气象厅JRA-55月平均再分析资料,研究了北半球冬季低纬度平流层上、下两个温度异常区对太阳周期的响应及其机制。结果表明,太阳活动偏强年,低纬度的上平流层温度暖异常是由臭氧短波加热异常引起的,它在中纬度的上平流层激发出异常强西风,阻碍行星波正常上传,由波破碎驱动的Brewer-Dobson环流也减弱,该环流上升支减弱的动力加热作用导致了低纬度的下平流层暖异常。     

行星波波动对平流层剩余环流的影响

利用ECMWF/ECR-40全球再分析资料,通过计算剩余速度,分析了剩余环流的分布特征,同时利用位势高度场资料做了行星波的谐波分析,计算了行星波1波振幅以及2波振幅.最后通过合成分析、谐波分析等方法,分析了行星波活动强弱不同时期剩余环流的变化以及波动发生转化过程中剩余环流的变化.结果表明,行星波1波、2波振幅与剩余速度三者之间有很好的相关性,2波与剩余速度的相关性要好于1波.此外,波动振幅与(v)*的位相比较一致,超前于(w)*大约1～2个月.当波动较强时,剩余环流也较强.当行星波由1波转化为2波后,剩余环流在平流层50 hPa以下是增强的,在30 hPa以上却是减弱的.当2波转化为1波以后,平流层30 hPa以下的剩余环流减弱,但20 hPa以上却是增强的.     

Numerical Modelling of the Effects of Ozone on the Summer Atmospheric Circulation

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅＥｆｆｅｃｔｓｏｆＯｚｏｎｅｏｎｔｈｅＳｕｍｍｅｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＷａｎｇＱｉａｎｑｉａｎ（王谦谦）；ＷａｎｇＹｉｎｈｕｉ（汪迎辉）；ＳｏｎｇＹｕ（宋煜）（Ｎａｍｉｎｇｉｎｓｔ...     

Anthropogenic changes in the Walker circulation and their impact on the extra-tropical planetary wave structure in the Northern Hemisphere

A robust change in the tropical circulation induced by anthropogenic warming in CMIP3 models is a weakening of the Walker circulation. This weakening affects the upper tropospheric divergence thereby modifying the propagation of Rossby waves from the tropics into the extra-tropics. It can be modeled by the barotropic vorticity equation forced with a Rossby wave source that is computed from the upper tropospheric divergence. Using the BVE as a diagnostic tool it is demonstrated for the CMIP3 models that the weakening of the Walker circulation has a significant impact on the extra-tropical planetary wave structure and to a large extent explains the projected changes in the mid tropospheric meridional wind in the CMIP3 models. The dominant response is a wave number five pattern similar to the circumglobal waveguide pattern. This analysis implies that a correct simulation of the Walker circulation and its response to anthropogenic changes are crucial for a correct simulation of the anthropogenic change in the extra-tropical planetary wave structure. Structure and intensity of the Walker circulation of the CMIP3 models show significant deviations from the Walker circulation as diagnosed from the ERA-interim and NCEP/NCAR reanalysis. Improving the simulation of the Walker circulation is a prerequisite to narrow the uncertainty in the projected anthropogenic change in the extra-tropical planetary wave structure.     

稳定的和不稳定的斜压行星波

本文采用两层模式,初步地应用“时空同化”的自然观,引进空间不稳定性观点,把空间不稳定性和时间不稳定性结合起来,研究振幅随纬度变化的斜压行星波的存在范围和其稳定性;得出了稳定的和不稳定的斜压行星波及其空间不稳定判据,并对传统的斜压行星波不稳定理论和判据作出鉴定,重新提出了斜压行星波时间不稳定判据,并讨论其物理含义;还得出了高层和低层斜压行星波相互强迫振动的机制以及不同纬度间扰动振幅的关系。     

用线性化全球原始方程谱模式研究地形强迫行星波垂直传播特征

本文用线性化全球原始方程谱模式来研究地形强迫行星波的垂直传播过程及演变特征.模式的积分结果表明:行星波的能量沿两支波导进行传播,在波从对流层向平流层传播中,极地波导起着主要作用.由于重力波破碎的阻尼作用,地形强迫的行星波无论它的波作用量或振幅都呈现振荡状态.