自由大气非定常扰动对大气边界层的内参数的影响

本文用大气边界层运动方程的数值积分方法,研究了当自由大气(边界层顶)风作非定常的周期扰动时,对非中性层结的大气边界层的内参数u*/G(u*为摩擦速度,G为自由大气风速)和角α(地面风与自由大气风向的夹角)的影响。并将其结果与中性层结大气边界层的相应结果作了对比。最后对斜压大气情形也作了相应讨论。说明了大尺度模式中边界层的参数化的结果应考虑层结、斜压性与非定常过程的共同作用。     

斜压大气中的地形扰动

本文主要讨论地形对天气系统的影响,研究了斜压大气中地形背风气旋的问题。用小参数法简化基本运动方程,利用青藏高原和落基山脉的实际地形,采用FFT的数值方法,考虑了不同地形、风切变、大气层结等诸因素对地形扰动的影响。结果表明:青藏高原和落基山脉东侧的地形扰动与统计结果较一致;层结对地形扰动的影响较敏感。     

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.     

地形驻波与地形瞬变波

本文用二层准地转截断谱模式,解析地指出,在一定的条件下,地形强迫作用能够激发出地形驻波或地形瞬变波.给出了地形驻波的表达式并初步讨论了地面摩擦、垂直向及水平向内摩擦在地形驻波形成中的作用.地形瞬变波振荡频率的解析表达式及有关计算表明,两周左右的中期波振荡,就其动力学性质而言,有些是自由的斜压波,有些是受地形强迫影响的地形瞬变波.Charney曾解析地讨论了正压大气中一种地形驻波的稳定性,本文将此扩展到斜压的情况,所得的结果基本上是一致的.     

斜压气流的中尺度稳定性 Ⅰ.对称不稳定

本文是“斜压气流的中尺度稳定性”的第一部份,讨论斜压基流对平行型中尺度扰动的稳定性,寻找弱稳定层结大气中出现带状中尺度扰动的可能性及其对深厚对流云系的启动和组织作用。 用非弹性近似(anelastic assumption),导出适于用广义矩阵法及打靶法解特征值问题的理想大气扰动方程,并在线性风,双曲正切型风及飑线发生前的实测风分布下,计算出中尺度不稳定谱及特征扰动结构,通过能量分析,说明斜压性在产生这种非地转惯性对流中的作用。     

大气静力稳定度的铅直分布和不同风速铅直廓线对天气系统发展的影响

采用一个准地转三层模式,对于高低空不同层结及不同风速铅直廓线下的斜压不稳定性问题进行了分析和讨论。指出:(1)大气层结特征对斜压不稳定的影响不仅表现在对不稳定临界波长和临界风速切变的制约上,而且其铅直分布的不均一性决定了大气的各个层次对斜压不稳定的贡献大小;扰动的斜压发展主要取决于静力稳定度较小的那些层次内的热力、动力学条件,在这些层次内,扰动也最为明显。(2)高低空风速比中空为大的“高低空强风型”风速铅直分布最有利于扰动的不稳定发展,在这种风速铅直廓线下,不稳定波波谱较宽,不稳定波临界波长和最不稳定波波长也较短。     

波射线变形及其影响因子的探讨

本文采用简化数学模型,定性分析了科氏参数、西风廓线、大地形结构一阶与二阶经向变率(即(d~2f/dy~2),u″,h″s)对于波射线路径影响问题。本文研究表明,上述影响因素的二阶经向变率的存在条件对于“大圆路径”形成起了重要作用。类似实际大气西风廓线特征可能导致波射线呈“正弦波型”路径。本文还讨论了西风切变、β因子、大地形坡度对于波射线“大圆半径”尺度、波射线“转向点”以及遥相关波列扰动振幅的影响。另外,本文探讨了拦截波临界风速廓线特征。     

试用湿斜压大气不稳定理论对一次西南低涡迅速发展的分析和探讨

应用斜压大气不稳定理论解释中高纬气旋的发生发展效果显著。而对于西南低涡这类水平尺度一千公里左右暖湿的次天气尺度系统就不完全适用。谢义炳教授指出,湿斜压大气不稳定,能使扰动波长缩短。本文试用湿斜压大气不稳定理论,对1977年7月16—22日一次西南低涡扰动迅速发展进行分析和探讨。     

小地形对于气流的影响

本文总结了小地形对于气流的影响。文中着重地指出和讨论了过去背风波理论中的矛盾。作者认为这些矛盾是由于山的大小选择和上界边界条件的选择而引起的。当山的宽度的一半l≈(L_S/2π)时(L_S=u/(g/θ αθ/αz)(1/2)),和当大气中有一个固定的盖或不连续面存在时,背风波出现。 在第一种情况下,山的强迫振动与大气中的自由振动共鸣;在第二种情况下,只具有某些滤长的振动可以存在,这波长就是背风波的波长。这样的讨论背风波的物理意义就清楚了。     

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。     

论青藏高原隆起作用于大气的临界高度

在以前工作的基础上，从大气动力学、热力学及气候学的角度，进一步论证了在青茂高原隆起过程中存在一个临界高度ｈｃ（－１．５－２ｋｍ）。当高原隆起突破这一临界高度时才开始对大气产生强烈的作用，从而造成大气环流、大气热力结构、亚洲区域以及全球气候等一系列巨大转变。     

大地形与正压扰动的移行

本文研究了坡度为常数的大地形对于正压扰动移行的影响,并且讨论了周晓平、顾震潮两人所得的结果。     

我国东南海岸线分布对9216号台风暴雨增幅影响的数值研究

利用一个三重水平结构，双向嵌套的台风数值模式，以１９９２年８月２９日１２冒为初始场，根据模式中地形插值时遇到的问题，设计了实际海岩线与扩展海岸线两种方案，对９２１６号登陆台风及其暴雨进行了对比模拟试验。结果表明：地形动力抬升形成的对流陈水是台风暴雨增幅的一个重要原因。     

风速垂直切变对于对流的发展和结构的影响

本文分两个部分。在第一部分中,分析了具有速度垂直切变的盛行风,对于对流发展强度的影响。指出,风速垂直切变对于对流的发展是否有利,决定于对流流场的结构。对于一种特定的流场,通过扰动增长率的计算,定量地讨论了风速垂直切变和不稳定层结对扰动发展的相对重要性。 在第二部分中,进一步求得了考虑风速垂直切变影响后的非线性对流运动方程组在边界热源作用的解,对解的数值计算表明,由于风速垂直切变的作用,对流流场的结构与静止大气中的情况不同,不再是轴对称的,而主要由两个顺时针流动的涡环组成,这种流场结构,与一般移动的雷阵雨云中的流场结构很相似。     

初始扰动对冰雹云发展影响的数值研究

在水平均一的初始场中触发对流的发生可采用热力扰动和强迫抬升两种方法,但扰动的方式、强度和范围的不同对模拟的对流云的发展有着重要的影响。本文利用一次冰雹云发展前期的实测探空资料,对热力扰动的强度、范围进行了数值试验,结果表明：在同样的层结条件下,随着扰动强度、厚度的增加,所模拟的冰雹云的强度也增加,且以湿热泡扰动触发的冰雹云最强,其次是湿泡,而热泡扰动最弱。但无论以何种方式启动,只要模拟的冰雹云的云顶高度相当,云体的宏微观特征差异就不大。     

海陆分布对于大气环流的地形与热力的影响

关於海陆分布对大气环流的影响,有两派意见.一派著重於热力的影响,另一派则着重於动力的影响.对海洋而言,在冬季大陆可以看作冷源,在夏季则好似一热源.由於海洋上与大陆上受热不同的结果,冬季在西伯利亚可长期维持着一强大高压.关於冬夏季风的产生,一般也都认为是由於海陆受热不同的效果.     

青藏高原隆升作用于大气临界高度的数值研究

利用Ｐ－σ混合坐标系全球大气环流模式研究了青藏高原隆升作用于大气临界高度问题,通过对数值试验结果的分析进一步证实了在高原隆升的过程中存在着一个临界高度,这个高度在夏季约为１５００～２０００ｍ。当高原总体平均高度超过临界高度后,高原周围地区的气流主要以绕流为主,爬坡气流的速度较小,稳定的高原季风开始形成,高原地区范围内为强大的上升运动区,高原南侧和中国东部地区出现一条明显的雨带,随着高原隆升高度的增高,雨带内的降水量逐渐增加,同时高原西侧附近地区形成一个稳定的感热通量大值带     

南京雨量日变化之分析

南京每小时雨量纪录始于民国十七年岁首,终于二十六年十二月,为期不足十年,而民国十七年一年之中,观测地点尝有迁移,实际完整之纪录仅八年,今为统计方便计,断自十九年,迄于二十三年, 虽为期甚短不规则之变化,未能尽行消除,然高低之所在,已跃然于纸上矣。以五年各小时平均总量而论,最高点在下午六时,次高点在上午八时;最低点在正午,次低点在子夜后一时,二低点雨量之差甚微,最高点与次高点则相差22粍之多,全日较差即最高点与次高点之差为44粍,各季平均之雨量日变化大致亦与年平均者相似,惟最高与最低     

局地积云降水过程对云结构的影响

本文考虑了降水过程中水滴对空气的拖带作用和降温作用,并考虑到含水量变化时,由于水滴对空气拖带力的变化,而对垂直运动产生的反馈影响,导出了局地积云的运动方程、热力方程和含水量方程,并由此研究在降水过程中云中空气垂直运动、云内外温差和含水量结构的变化。计算结果指出,局地积云在降水过程的影响下,云中空气的垂直运动、云内外温差和含水量都要明显变小,并且很快地由下向上逐渐出现下沉运动,云也由下向上逐渐消散。计算结果与实际观测现象是基本相似的。本文共做了五个不同条件的个例数值计算,并由此分析比较了不同降水强度、不同稳定度、不同云中初始条件和不同云外环境所起的不同作用。     

论大气模式的设计

文中提出了设计大气模式的原则：包含有可能达到目的的有关制约大气过程的物理因子和物理机制;模式整体性质合理;计算稳定,精确;有合适的网格和分辨率;适当的计算域和模式各部分之间协调。并分别对它们进行了讨论。最后,特别强调了设计目的和模式的一致,还对各不同预报模式中所考虑的因子、物理过程的相对重要性进行了讨论。