大地形与正压Rossby孤立波——弱二次切变基本气流

基本气流的经向切变对Rossby孤立波的形成具有重要的作用,不同强度的切变形成不同的孤立波流型;可变坡度地形也是形成Rossby孤立波的重要因子。弱切变基本气流和坡度变化不大的地形形成的主要是经向波数为1和2的孤立波。     

斜压罗斯贝波非线性问题的研究

本文利用两层斜压准地转模式，讨论了波－流相互作用问题，得到以下结论：（１）当大气中基本流切变较大时，波流间能量交换明显。切变较小时，波幅变化较小；（２）在较小的基本流切变下，波动可出现稳定的平衡态，此平衡态多为相当正压状态；（３）斜压波在发展过程中，温度场和流场之间具有制约关系     

大地形与正压Rossby孤立波

文中讨论了地形对正压Rossby孤立波的影响,指出,当基本气流没有切变时,地形是产生Rossby孤立波的重要因子;不同高度的地形,其作用有很大的不同;计算得到了两类不同的孤立波流型。     

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＝     

低涡切变影响下河湟谷地两类强降水环境条件及成因对比

利用2018—2020近三年青海河湟谷地低涡切变影响下强降水天气个例地面观测、NCEP 1°×1°再分析、FY-2G云图相当黑体亮温温度、模式及雷达拼图等资料,对比分析相同环流背景影响下不同类型强降水环境条件和成因差异,以及初步评估模式预报能力。结果表明:伴有雷暴、冰雹、雷暴大风等混合性强降水天气称为强降水Ⅰ型,以纯短时强降水为主的强降水天气称为强降水Ⅱ型。低涡切变是两种类型强降水的影响系统,强降水Ⅰ型400～300 hPa高空冷平流入侵促使低涡切变系统加强东移,地面冷锋发展在河湟谷地形成锢囚锋。强降水Ⅱ型受副热带高压西进阻挡,低涡切变系统和地面冷锋减弱消失;强降水Ⅰ型主要具有较强的高空干冷急流、高的下沉对流有效位能,较高的700 hPa和400 hPa温差以及强的垂直风切变均为强对流发生提供动力条件,产生的强天气以风雹类为主,而强降水Ⅱ型具有较高的0℃层和-20℃层高度、较高的抬升凝结高度,产生的强天气以短时强降水为主;强降水Ⅰ型云图特征主要表现为午后发展起来组织化程度高的冷涡云系,相当黑体亮温(TBB)初始中心数值在-45～- 35℃,发展阶段TBB下降至-75～-40℃,强降水Ⅱ...     

基于CRA空间检验技术的西南地区东部强降水EC模式预报误差分析

CRA(contiguous rain area)空间检验技术是将连续雨区作为目标进行检验。通过设定降水量阈值,识别、分离及平移降水目标,将预报偏差分解为落区、强度和形态误差,该方法可避免传统TS评分的双惩罚效应。利用CRA空间检验技术对2011—2014年5—9月西南地区东部EC细网格模式36 h预报时效119个降水目标的预报误差进行分析,并按照环流形势和影响系统对强降水个例进行分型,分为西南地区东部低涡切变型、西南地区东部-江淮切变型、南风型,分别对上述三类不同类型强降水个例的落区和强度误差进行了对比。得到如下结论:西南地区东部降水预报形态误差占比最大,为60%左右,其次是落区误差,为30%左右,强度误差最小,约为10%;落区平均偏西0.7°,经向偏差不明显;模式对于水平尺度较小的降水目标漏报可能性较大,而对于天气尺度降水目标模式预报面积偏大,总降水量偏大,雨强偏小;西南地区东部低涡切变型和西南地区东部-江淮切变型降水强度预报误差类似,模式预报雨区面积均偏大,降水尺度越大,偏大的概率越大,实况平均降水强度越强,模式预报强度越偏弱;南风型预报强降水面积和平均强度均偏弱,出现漏报的概率较大;而对于最大降水量,三种类型模式预报的最强降水均较实况偏弱;西南地区东部低涡切变型模式预报落区偏西,江淮至西南地区东部切变型模式预报落区偏西偏北,南风型模式预报落区偏西偏南。     

三层模式中风场对背风波的影响

为了研究风场对背风波的影响,针对边界层附近为弱稳定层结的背风波,建立了一个三维三层的理论模型和线性计算模式,分析了各层中风速和风向的变化对背风波特征的影响,揭示了气流过孤立山脉产生背风波的有利风场条件。结果表明：背风波的波长、振幅等特征对各层风速和风向的变化具有相当的敏感性,波长随着低、高层风速的增大而增大,随着中层风速的增大先减小后增大;振幅随着低、中层风速的增大先增大后减小,随着高层风速的增大而增大。此外,风速和上下层风向切变的增大均使背风波的形态逐渐由横波型转为辐散型,但是上下层风向的切变对背风波形态的影响比风速更为显著。     

平均流变化对波反馈的A-B混合方程理论及应用

从两层模式的基本方程出发,推导了描述平均流对波振幅反馈的A-B混合方程,并通过适当变换把混合方程转化为洛仑兹系统,用于研究平均流对边缘波扰动振幅增长的反馈机制,以及在中性廓线附近边缘波的稳定性问题。这是对研究波流相互作用的E-P通量理论的一个重要扩充。同时,作者还指出了A-B混合方程理论在研究大气中的波流相互作用及对流方面有相当应用前景。     

副高与阻高形成的Rossby孤立波理论I:不存在临界层

针对不存在临界层情况下非均匀纬向流中的Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，从正压、无辐散、准地转自由大气涡度方程出发，经过变量替换，用小参数展开法，得到流函数的各阶近似方程，推导出振幅函数满足的ＫｄＶ方程及修正ＫｄＶ方程（ＭＫｄＶ），并给出它们的孤立波解。对不同风速分布下伴随这些孤立波而出现的流场进行了近似计算，分别得到了副高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波流场、阻高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波流场及偶极子型流场，它们移动的规律性与实际大气的流场移动情况较一致。     

基本气流的垂直切变对热带行星尺度大气波动的影响

通过一个赤道β平面上的绝热无摩擦的两层模式,讨论了线性垂直切变的纬向基本气流对热带行星尺度大气波动的影响。在长波近似下,当有纬向基本气流垂直切变时,可得到与东传Kelvin波和西传Rossby波对应的不稳定模态。对不稳定的Kelvin波模态,其相速受垂直切变的影响不大,而对不稳定的Rossby波模态,切变越大,西传速度越小。基本气流的垂直切变主要影响热带Rossby波。     

EFFECTS OF TOPOGRAPHY ON SOLITARY ROSSBY WAVES IN A BAROTROPIC ATMOSPHERIC MODEL

The influences of topography on solitary Rossby waves are discussed by using a barotropic atmosphericmodel.The results show that the topography is an important factor exciting solitary Rossby waves,and itseffects are different with different height scales.Two different patterns of solitary Rossby waves are obtainedby using numerical calculation.     

INFLUENCES OF TOPOGRAPHY ON BAROCLINIC SOLITARY ROSSBY WAVES IN A MULTILEVEL MODEL

The KdV equation with topography included in an N-level model is derived. It is shown that if the topography ex-ists. the KdV equation may describe the solitary Rossby waves in the case of basic current without vertical shear, and itis no necessary to introduce the MKdV equation. The results of calculations show that the change of horizontal shearpattern of basic flow may cause an important change of the streamline pattern of the solitary waves with the oddmeridional wavenumber m, and has no effect for the even meridional wavenumber m. The vertical shear increases thesteepness of the barotropic solitary modes, and it has a complicated effect on the baroclinic modes. The influences oftopographic slope on the solitary waves are very great. The southern and northern slopes of topography may cause dif-ferent solitary wave patterns, with the effect of northern slope greater. The effect of Froude number on the solitarywaves is generally to steepen the solitary waves, however, the effect also depends on the meridional wavenumber m andthe modes of solitary wave.     

副高与阻高形成的Rossby孤立波理论Ⅱ:存在临界层

研究了存在临界层的非均匀纬向流中的Ｒｐｓｓｂｙ孤立波。在求出振幅函数满足的ＫｄＶ方程或修正ＫｄＶ方程（ＭＫｄＶ）后，选择Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式作为展开基函数，用假谱方法，求解本征值和本征函数。对理想风场的计算表明，在临界层存在与否两种情况下，都能得到在东西风界面处的反气旋式副高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，同副高有一致的演变规律：当东风带相对强于西风时，向西移动；当西风相对强于东风时，则向东移动。在西风带，则得到阻高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，与阻高也有同样的演变规律。另外，我们还用连续谱方法计算了临界层附近的连续谱及离散谱，也得到与假谱方法较一致的结论。     

切变基本纬向流中赤道Rossby包络孤立波

利用多重尺度摄动法，从描写赤道Rossby波的正压大气位涡度方程中推导出在切变基本纬向流中非线性赤道Rossby波包演变所满足的非线性Schrodinger方程，并得到其单个包络孤立子波解，分析基本流切变对非线性赤道Rossby波动的影响。     

热带大气运动的Rossby孤波

广东热带海洋气象研究所     

Equatorial solitary waves of tropical atmospheric motion in shear flow

Starting from the primary equations, the author derives the KdV equation which describes solitary Rossby waves in the tropical atmosphere, and indicates that, because these waves are ageostrophic, they differ from the quasigeostrophic solitary Rossby waves studied by Redekopp et al. Owing to nonlinear action, these waves are also different from traditional linear waves of the tropical atmosphere. The author believes that the stationary tropical atmospheric waves reflect the characteristics of solitary waves in that the energy does not disperse.     

The domain of validity of the KdV-type solitary rossby waves in the shallow water β-plane model

The Domain, where the necessary and sufficient conditions for the existence of the KdV-type solitary Rossby waves are satisfied is defined in the shallow water β-plane model. The KdV-type solitary Rossby waves are the Rossby waves whose time-longitude dependence is determined by the KdV equation. As far as an appropriate amplitude and an appropriate ratio of the scales of the east-west and north-south directions are given, the KdV-type solitary Rossby waves can exist for every basic zonal flow. This result suggests the large validity of the soliton model in geophysical fluid dynamics. The KdV-type solitary Rossby waves are classified into four categories: (1) shear solitons studied by Long, Larsen, Benny, Redekop, and Hukuda, (2) β-divergent solitons studied by Clarke, Yamagata, and Nogami, (3) β-solitons found in the case of the strong stratification, and (4) divergent solitons which exist in the planetary-geostrophic-scale zonal flow. A remarkable result is that, in addition to the conventional east-west elongated solitons, the north-south elongated solitons can also exist for the case of the divergent solitons.