冬季格陵兰高原对北半球定常行星波形成的作用

本文应用包括Rayleigh摩擦、Newton冷却和水平涡旋热量扩散的定常、准地转、34层球坐标模式来研究北半球地形强迫所产生的定常行星波. 由模式所计算的结果表明:冬季在高纬度的地形——如格陵兰高原,在北半球地形强迫所产生的定常行星波中起着重要作用.     

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.     

夏季西藏高原与落基山脉对北半球定常行星波形成的动力作用

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却与水平涡旋热力扩散准地转34层球坐标模式来研究夏季西藏高原与落基山脉地形强迫对于夏季北半球定常行星波形成的作用. 计算结果表明:夏季北半球地形强迫所产生的定常行星波的振幅与位相分布与冬季的分布是很不一样的,夏季地形强迫所产生的定常行星波主要集中在亚热带的对流层,并且可以发现纬向波数k=1与k=2的振幅在高纬度存在着第二峰值.计算结果还表明了夏季西藏高原与落基山对于夏季定常行星波的形成起了重要作用.     

定常条件下感热和地形影响的Rossby波

通过在非绝热准地转线性模式中引入波动形式解,并确定适当的定解条件,用正交模方法求得了感热波的波动解。结果表明由于感热加热集中于近地层附近,其波动解具有与山脉波类似的波动垂直结构,波动等位相线随高度向西倾斜,波动能量向上传播。对NCEP/NCAR资料的分析验证了理论推导结果的合理性。大尺度大气定常波随纬度和季节有明显变化。热带地区定常波主要受潜热加热影响,副热带地区大气波动常表现为地形、潜热和感热加热的综合效应,而中纬度地区大气定常波则主要由地形和感热加热决定。     

大气中定常行星波的Eliassen-Palm通量与波折射指数的关系

本文研究了β平面近似下波作用量守恒,得到波作用通量——Eliaaen-Palm通量的一般形式.本文还利用WKBJ方法求得球面大气中定常行星波的Eliassen-Palm通量与波折射指数的关系. 本文还用一个准地转34层球坐标模式计算了冬季北半球地形与定常热源强迫所产生的定常行星波的Eliassen-Palm通量,证明了冬季受迫定常行星波在垂直及侧向传播中存在着两支波导,从而证明了理论上所得到的关系.     

切变气流中地形强迫激发的非线性长波

经推导得到了包括地形和耗散的ＦＫｄＶ－Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,利用数值解讨论了地表强迫激发的弧波演变以及移动性孤波与地形的相互作用,结果显示,对于α〉０或α〈０,不论是在气旋式切变气流还是反气旋式切变气流中,地形都能在强迫激发出定常孤波,在其下游产生调制椭圆余弦波列的背风波,当α＝０时,在反气旋式切变气流中强迫区产生的是大振幅定常孤波,气旋式切变气流中强迫区产生的是复杂的非定常孤波,地形强迫产生的ｍ＝     

冬季北半球地形与定常热源强迫所产生的定常行星波及其动量通量、热量通量的计算

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、牛顿冷却、水平涡旋热量扩散、定常、准地转、34层球坐标模式来研究冬季北半球地形与定常热源强迫所产生的定常行星波。 本文计算了强迫所产生的定常行星波引起的动量通量与热量通量。计算结果与观测结果比较一致。 计算结果表明:最大向北的动量通量与热量通量位于平流层。     

大地形对Rossby波波射线的影响

本文利用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法计算了大地形对定常、非定常低频Ｒｏｓｓｂｙ波波射线的影响，计算结果显示，地形对Ｒｏｓｓｂｙ波波射线有重要影响。对位于地形上游的波源，定常波波射线在传播过程中，遇到地形时，会绕过地形偏向高纬度传播并加密波射线，地形起阻挡屏障作用；波源位于地形中心时，东西走向的地形使波射线发生分支现象，南北走向地形没有这种现象产生。文中还计算了地形存在下，周期为５０ｄ的低频Ｒｏｓｓｂｙ波波射线。结果显示，地形对低频波波射线的影响似乎更复杂。     

模式大气对于大尺度地形动力强迫作用的线性响应

本文利用一个包含了Newton冷却Rayleigh摩擦以及▽~4水平扩散等耗散作用的定常、斜压、线性初始方程三维谱模式,研究了中、高纬度理想化的大尺度地形以及北半球实际地形的动力强迫作用对于行星尺度的大气定常波的影响。计算结果证实了简化的β平面正压理论的定性结论。地形动力强迫作用所导致的大气定常波具有相当正压的垂直结构,其对应的扰动流场在中、高纬地区旋转(无辐散)分量占据主导地位,而辐散(无旋)分量则主要集中在低纬区域。北半球实际地形所强迫的大尺度扰动,主要表现为纬向波数为2的行星波,其中青藏高原的贡献具有头等重要的意义,相对而言,落基山和恪陵兰高原的贡献则是第二位的。     

青藏高原大地形对华南持续性暴雨影响的数值试验

利用新一代中尺度数值预报模式WRF3.2及NCEP/NCAR 逐日4次1°×1°的FNL再分析资料,通过有、无青藏高原以及将高原高度降低到临界高度的数值试验,研究了青藏高原大地形对我国华南地区2010 年5 月一次持续性暴雨过程的影响。试验结果表明:高原大地形对降水的影响显著,随着高原高度的升高,降水增多,高原以东地区的雨带也由北向南移动;高原地形的机械阻挡作用使迎风坡一侧的近地面层附近为强上升运动,背风坡为下沉运动,并分别对应降水的峰值和谷值区;高原对西风气流的爬流、绕流作用明显,高原升高后爬坡作用减弱,以绕流作用为主;高原的加热作用使气流过高原时南支减弱,北支加强,并加强了高原及其东部地区低层的正涡度和高层的负涡度,使高原上空为强烈的上升运动;高原的热力作用使西太平洋副热带高压位置偏南、偏西并稳定维持;高原大地形对形成稳定的高原季风环流圈有重要作用;高原地形高度的作用有利于定常波的形成,波动中心对应强上升运动,形成降水的大值区,稳定维持的定常波使得降水持续集中在同一地区,造成持续性暴雨。     

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。     

大地形和外源激发的定常和非定常的行星波动

利用包括地形和外源的涡度方程，讨论了大地形和外源产生的定常和非定常行星波动，结果显示，在西风带，地形和外源都能激发出定常和非定常行星尺度波型扰动，在东风带只能产生地形和外源附近的衰减型扰动，对非定常流场，西风带中只能在地形或外源的下游激发行星波动，在地形和外源的上游没有扰动流场产生，当时间ｔ≥ｘ／ｕ时，在下游可得到稳定的行星波动，小于这一时间，行星波动处于建立过程中；在东风带，地形和外源激发的衰减     

强迫二维Rossby波传播特征的数值试验

Bjerknes提出了大气对外界强迫响应的概念。大量研究已证明这一遥响应机制的存在,且大气对强迫源的遥响应及其低频活动的共同特征都表现为类似大圆路径的波列,Hoskins的理论研究揭示了这现象的实质,他把叶笃正所提出的Rossby波的频散理论推广到球面上。黄荣辉曾利用波折射指数平方与EP通量系统地研究了北半球冬夏准定常行星波的传播规律。邹晓蕾、叶笃正、吴国雄提出了中高纬的相关链、定常地形波链,并指出北美与东亚相关型的差异与两区域地形准定常波在不同纬向流中传播的差异有关。观测分析亦表明,青藏高原是大气低频振荡的强迫源,且在此区域可产生向北、向南或向东、向西传播的波列。     

全球定常波对大尺度地形的线性响应

本文应用一个定常态线性原始方程三维谱模式模拟出全球200 hPa定常波的结构特征。同时还考察了模式大气对大尺度地形的线性响应。     

线性准地转模型中副热带感热加热强迫的定常波

通过求取定常线性准地转位涡模式的解析解,研究了感热加热强迫所激发的副热带定常波的结构特征,讨论了基本流、牛顿冷却及地面摩擦等对定常波振幅和位相的影响。结果表明,东风时定常波在垂直方向上表现为上、下层反位相的第一斜压结构,且地面系统远强于中高层;西风时定常波呈现出向上的传播特征,在高层,随着风速增大振幅随高度的升高有增大趋势。在近地层,东风时气旋（反气旋）主体位于加热西（东）侧;西风时气旋（反气旋）主体位于加热东（西）侧,近地层以上相反。此外,发现东、西风基本流的作用具有对称特征,这与潜热加热显著不同。研究结果还表明,牛顿冷却对定常波有重要影响,基本流越弱影响越显著。在静止大气中,感热加热强迫下无斯韦尔德鲁普（Sverdrup）解,考虑牛顿冷却时,感热强迫在热源范围内的近地层和中高层分别激发出气旋式和反气旋式环流,气旋中心位于加热中心略偏西的位置。在非静止大气中,牛顿冷却项使地面系统中心向上风方向移动,东风时向东移。牛顿冷却对高、低层系统均有削弱作用。地面摩擦则明显不同,它总会使低层系统减弱,高层系统增强。     

条件不稳定湿大气中三维理想地形上空对流的动力学特征

条件不稳定湿大气情况下,气流经过三维地形可以形成不同性质的对流系统以及不同特征的地形流结构,其对流系统、地形流的性质主要取决于地形上空的对流触发、对流-地形流-重力波三者之间的相互作用,同样这些过程对于地形降水的性质、分布起重要的作用.根据不同湿Fr数(Froude number),湿条件不稳定大气经过三维小尺度山地上空时其对流和地形流动存在4种不同的流域(flow regirnes):(1)下游传播对流模态;(2)上游传播和下游传播共存对流模态;(3)山峰附近准静止和下游传播共存对流模态;(4)下坡稳定和下游传播对流共存模态.地形上空对流系统主要可以通过两种不同机制形成:(1)地形直接的抬升或减速作用;(2)在地形流形成后,由于地形流本身特性(如上游分离、背风涡旋和下坡重力波破碎)触发.在较大的Fr数情况下,地形上空对流生成后反过来可以破坏上、下游的地形流结构,但对背风坡的重力波破碎影响较小.不同初始对流有效位能(CAPE)不仅可以影响对流系统的传播、发展,而且可以影响整体地形流性质.较低的初始CAPE有利于地形流的形成,此时对流对地形流结构特征的影响相对较小,其流场性质与低Fr数流域性质相似.     

时间平均基流中准定常波的传播及多向折射

应用几何光学中的射线理论，直观地讨论了准定常波在时间平均基流中的传播，解释了定常 传播的纬向非均匀性。结果表明：折射指数平方可表示为基流绝对对基流流函数的微商，定常波的传播路径与折射指数平方的空间分布有着密切的关系。     

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。     

加热场的三维结构对亚洲夏季风环流的影响

本文利用原始方程线性波模式考察了加热场的三维结构对夏季定常行星波特性的影响;比较了不同加热方式对亚洲夏季风坏流的形成及维持所起的作用。指出与低纬深厚积云对流相联的凝结加热对亚洲夏季风环流所起的重要作用和大气定常行星波响应对加热场的垂直结构的敏感性。     

地形对大气低频振荡影响的数值研究

使用五层全球谱模式研究地形对月、季尺度低频振荡的影响。该模式为三角形截断，截断波数为１０，并含有较为完善的物理过程参数化，对分别用有地形和无地形模式来模拟的低通滤波资料进行了分析和比较。结果表明，地形强迫产生的月、季尺度低频波列有明显的季节特征。北半球夏季由地形影响产生的热带热源是南北半球低频波列的源。模拟结果进一步指出北半球地形强迫产生的波列扰动可以引起赤道纬向流的异常，这种纬向流的瞬变强迫可以