基本气流对热带波动传播影响的数值试验

本文研究了在各种定常基本状态下大气对位于热带及中纬度地区的定常强迫源的响应。进一步证实了东风基本气流将限制热带扰动向中高纬度的传播,从而也抑制了两半球的相互作用;西风基本气流则有利于热带波动向中纬度传播,有利于中纬度扰动通过热带向另一半球传播。赤道地区基本气流随经度的变化对罗斯贝波的传播也有重大影响,波动能量将在基本气流辐合的地区累积并向中纬度发射。因此赤道西风辐合最大的地区就是热带与中纬度相互作用以及两半球相互作用最明显的地区。应用实测风场作基本气流所进行的实验表明,冬季与夏季热带波动的传播特征,两半球相互作用的状况均有明显差异。     

正压大气中基态定常波对强迫响应的影响

本文利用正压涡度方程模式研究了热带不同经度位置异常强迫激发的中纬响应类型与北半球冬季基本气流定常波结构的关系。发现对热带印度洋和太平洋的大部分地区,中纬的响应类型主要由基态定常波的结构决定,并且基态定常波通过向扰动转换动能维持了中纬的响应。通过这些结果解释了GCM研究中发现的中综异常响应类型对El Nino成熟期海表面温度异常位置变化的不敏感性。此外还讨论了观测和GCM中出现的热带印度洋——太平洋地区低频尺度上的纬向偶极强迫源对GCM响应结果的作用。     

关于西风急流在强迫扰动中作用的数值试验

本文利用非线性水波方程谱模式模拟了不同基本气流对低纬和中纬地区涡源扰动的强迫响应，进而讨论西风急流在大尺度流场强迫扰动中的作用。试验分析表明，中纬度西风急流对来自低纬的扰动波列有增哟的阻 阻滞的作用，并能影响强迫扰动的波数和路径。在存在西风急流的情况下，基本气流对低纬扰源的响应比对中纬扰源的响应要强得多。     

热带基本气流对冬季北半球中高纬度准定常行星波的影响

本文利用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散的准地转34层球坐标模式来研究冬季北半球地形与热源强迫所产生的准定常行星波与热带基本气流的关系。 计算结果表明,冬季热带平流层基本气流是西风时,其北半球中高纬度平流层波数2准定常行星波的振幅偏大;而当冬季热带平流层基本气流是东风时,其北半球中高纬度平流层波数2准定常行星波的振幅偏小,这与实际结果比较一致。 计算结果还表明冬季热带对流层基本气流对中高纬度准定常波的影响要比平流层基本气流的影响大。     

热带气旋运动的动力学研究进展

热带气旋运动是由各种形式的外部强迫、内部过程及其相互作用所决定的。特别是环境气流与气旋环流以及β效应之间的相互作用可以产生次级的非对称气流,使热带气旋偏离大尺度环境气流的引导。这种偏差,被称为广义的β漂移。本文讨论了控制β漂移的物理因子和物理过程,尤其是涡旋结构与环境气流切变对它的影响,以及β漂移在热带气旋路径预报上的应用。另外,还总结了双台风相互作用、热带气旋摆动和与下垫面强迫有关的物理过程的影响。     

大气对热带热源低频响应的数值研究

本文设计—关于基本气流线性化的二层球面模式研究大气对不同类型赤道热源的低频响应,分析了全球大气40—50天低频振荡的结构和传播特点。结果表明:全球大气对热带热源响应特征是在热带地区表现为东西向非对称的热源东侧的Kelvin响应和西侧的Rossby响应,高低层反位相;在中高纬响应是具有低频振荡的二维Rossby波列,且具有相当正压结构。低频振荡的传播特征表明热带大气对移动性热源的响应更有利于振荡的向东传播,且该振荡可以沿波列路径向中高纬度传播,然后再折向低纬。二维Rossby波列是联系着热带和中高纬度地区低频振荡的基本动力学途径。该波列的形成取决于基本气流的分布,冬半球波列振幅较大。因此本文认为40—50天低频振荡是全球尺度的现象,它是一涉及到热带对流加热、赤道Kelvin波、亦道Rossby波、二维Rossby波列以及基本气流等动力学相互作用的过程。     

季节内尺度热带-中纬相互作用机制初探

本文使用一个简单的全球二层大气环流模式作了强迫响应数值试验。模式中引入了代表热带低频偶极型对流的异常强迫.结果表明这一强迫不仅能激发显著的局地大气响应,也能引起北半球中纬显著的低频异常波列,中纬波列的发展与热带强迫变化之间存在四分之一位相差关系.这些结果与观测研究的结果一致.进一步的分析表明,大气响应的位相滞后与强迫产生的能量从内模向外模的非线性转换过程有关.最后提出了季节内尺度热带-中纬相互作用的可能机制.     

赤道移动性热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40—50天振荡

本文利用P－σ混合坐标系的五层原始方程模式研究了赤道移动性对流热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40－50振荡的关系。数值试验表明由Wave－CISK机制引起的移动性热源在沿赤道东移过程中可以引起亚洲夏季风环境、降水、赤道东－西纬向环流、季风经向环流和越赤道气流的位相振荡现象，其振荡周期与移动热源的移动速度有关。模拟结果进一步表明热带、付热带大气对赤道移动热源的响应可以激发出东传的Kelvinr波和东传的Rossby波，引起纬向差值气流和和戏向差值气流垢东传现象，以及扰动的北传现象。本文最后还讨论了东传的大气强迫波通过Walker环流和Hadley环流的影响而引起亚洲夏季风的40－40天振荡的机制。     

切变东风基流和非绝热加热对热带扰动的作用

文中用斜压模式讨论了东风水平切变基流和非绝热加热对热带扰动的影响,指出:基本气流的切变有使西传波动加速,东传波动减速的倾向;切变会造成赤道Rossby波的不稳定发展;加热激发的赤道强迫波可以是垂直传播波.      

环境地转基本气流的计算及热带气旋运动与其偏差的统计分析

利用国家气象中心T63L16的1.875×1.875经纬网格点资料和中央气象台编号的热带气旋实时中心位置资料,计算了1996年全年25个热带气旋,共126个时次的环境地转基本气流,分析了环境地转基本气流的垂直分布特征,并对热带气旋的实际运动与环境地转引导气流的偏差(后文将称其为引导偏差,即热带气旋的实际中心位置与按引导气流推算出的位置之间的偏差)进行了分析,发现引导气流的计算区域不同,其引导偏差是不一样的。得到了引导气流的最佳计算区域,并且发现热带气旋运动与环境地转基本气流的垂直切变结构的关系以及引导偏差与引导气流的速度、气旋本身的初始纬度位置和强度等有关。结果还表明,200～1000 hPa的深层加权平均的基本气流的引导效果最佳,可作为最佳引导气流使用。了解这些规律和特征,对热带气旋运动预报具有一定的参考意义。     

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 II:对欧亚中高纬“寒潮”异常的响应

本文通过用IAP GCM所作的数值模拟研究了欧亚大陆中高纬度地区的外强迫在全球大气中激发的响应.结果清楚表明,同赤道地区的热源强迫一样,中高纬度地区的外强迫也可以在全球大气中产生低频遥响应;通过低频波列EAP,欧亚大陆中高纬度地区的寒潮异常可以对赤道中西太平洋地区的大气运动及全球大气环流有重要影响.对30—60天振荡的强迫激发来讲,地球大气的气候基本态是极为重要的,热带大气对于全球大气的低频振荡活动具有尤为突出的作用.     

台湾岛地形诱生次级环流系统对热带气旋异常运动的影响机制

对经过中国台湾岛和海南岛、吕宋岛、日本诸岛以及朝鲜半岛的热带气旋在过岛前后的运动、结构和强度的时空变化进行了统计诊断分析。研究结果表明,台湾岛附近热带气旋运动左偏（定义为偏于以前路径的左侧）机率最大,且台湾岛周围是产生诱生低压的高频区。采用理想东、西风环境场作为数值模拟背景场,数值研究了岛屿地形强迫与台湾附近的环境流场的相互作用及其对热带气旋运动偏转的影响,提出了岛屿地形强迫、背景场和热带气旋涡旋三者相互作用对热带气旋路径突然转折影响的观点,即台湾地形有利于环境场中诱生出一对偏差偶极涡,这对诱生偏差偶极涡将导致逼近岛屿的热带气旋产生运动方向的突然偏折,且在不同基本气流条件下,岛屿地形对热带气旋运动可能产生显著不同的影响。     

青藏高原雪灾频数对海温异常强迫的响应研究

青藏高原雪灾是该地区破坏力最大的气象灾害,其变化成因一直备受关注。利用青藏高原72个台站逐日积雪资料及Hadley中心海温月平均资料,采用广义平衡反馈分析与主成分分析相结合的最优反馈模分析方法,研究了青藏高原雪灾频数对关键区海温异常模态的响应关系,探讨了海温异常对雪灾频数的贡献度及产生的可能机制。结果表明:青藏高原雪灾频数对赤道中东太平洋海温异常的El Ni?o型模态和热带印度洋海温偶极子模态响应显著,两个模态对雪灾频数的贡献为45.9%。雪灾频数对海温异常的响应主要通过与之相联系的大气环流异常实现,热带太平洋第一模态(TP1)海温强迫时,500 hPa高度场上亚欧大陆中高纬自西到东呈现"+-+"形势,形成典型的两脊一槽型;热带印度洋第二模态(TI2)强迫时,主要引起中低层水汽异常,阿拉伯海暖湿气流进入高原南部,西北太平洋湿润气流进入高原北部,为降雪提供了水汽条件,在此高低层配置下易出现多雪灾年。     

双热带气旋相互作用的研究

采用无基本气流的无辐散正压模式模拟了双热带气旋的运动。应用非对称理论研究了双热带气旋的相互作用。双热带气旋中的每个热带气旋主要由通过其中心的非对称气流（即通风气流）作用而移动。这股非对称气流是由其自身的线性和非线性效应产生的非对称涡旋与其配对热带气旋形成的非对称涡旋相叠加而引起的。     

降水对热带海表温度异常的邻域响应 I．数值模拟

基于低阶大气环流谱模式，本文设计了太平洋及印度洋４个不同海域的海表温度异常试验，去研究大气环流及降水对热带海表温度异常强迫作用的“同时”性响应。结果表明尽管暖性的海表温度异常均激发出低空辐合及高空辐散，但在不同海域所激发的异常流场却差异甚大。不过降水异常均发生在海表温度异常区及其毗邻处。它在对称的ＳＳＴＡ区的分布一般是非对称的。对水汽收支的分解分析表明，海表温度异常区异常降水的大小主要由异常的低空辐合决定，而异常降水的分布形态则由异常的水汽平流过程所决定。由于异常的低空辐合及异常的水汽平流过程主要发生在海表温度异常区及毗邻处，因此，降水对热带海表温度异常的响应基本Ｌ是一种邻域响应。它发生在气候平均低空气流沿海表温度异常的下风方向，或在海表温度异常所激发的低空异常气流沿气候平均海温降低的方向。     

大气位势场对海表温度异常线性定常响应的数值试验

利用具有月、季长期天气过程数值天气预报能力的滤波距平模式(FAM)、运用谱方法研究了大气位势场对海表温度异常(SSTA)的线性定常响应,分析了SSTA强迫作用所产生的定常行星波波型、大气中遥相关型以及大气位势场响应对SSTA位置和基本气流的敏感性,得到一些有意义的结果。     

2009/2010年冬季中国气温异常及其对海表温度的遥响应

基于1958/1959～2009/2010年冬季全球海表温度(HadISST)和中国160站地面月平均温度等资料,利用广义平衡反馈分析方法(GEFA),分析了中国地区2009/2010年冬季气温异常型态与SST异常的关系。结果表明,热带中东太平洋El Niño型和热带大西洋“三极型”对2009/2010年冬季中国地区西南暖东北冷的异常型态(简称LN型)影响显著。 为了验证统计结果的可靠性,利用MPI(Max Planck Institute for Meteorology)全球大气环流模式ECHAM5进行气温异常型态对关键海盆SST变化响应的敏感性试验,结果表明西南地区气温异常对热带太平洋El Niño模态强迫的增暖响应在0.5℃左右;对热带大西洋“三极型”强迫的增暖响应在0.6℃左右,增暖中心的云贵高原一带最大增温幅度达到1℃。对El Niño模态、热带大西洋“三极型”的强迫,东北绝大部分地区表现出冷的响应,气温异常下降分别在0.6℃和0.45℃左右,中国东部地区气温异常型态是热带大西洋“三极型”海温异常和热带太平洋El Niño模共同强迫的结果。这两种海温异常型态使中高纬度地区西风加强,阻挡了来至高纬度地区的冷空气向南方输送,导致西南地区较常年偏暖,而东北偏冷。同时,西太平洋地区出现的海平面气压反气旋式环流异常可能削弱了东亚冬季风。     

热带副热带地区初值问题和强迫响应问题的正压正规模态分析

本文对线性无辐散正压涡度方程模式进行了正规模态分析,讨论了解的性质。然后利用这一结果对观测的1月300hPa基态分别作了初值问题和定常强迫响应问题的研究。结果表明,热带和副热带地区特别是印度洋—西太平洋地区是初值和强迫扰动激发大振幅响应的关键区。      

亚洲夏季风环流结构与热带印度洋偶极型海温异常

使用T42L28大气环流模式就夏季风时期大气对印度洋海温偶极子型异常的响应进行了数值试验研究,结果表明,印度洋偶极子型海温异常可以引起感热和潜热加热异常并进而形成异常辐合辐散,导致热带印度洋及其邻近地区夏季降水异常。同时此热带扰动可激发或造成中纬度异常波列。通过改变季风区温度场分布,偶极子型海温强迫可以影响大气的正／斜压环流结构和斜压性强弱。强的纬向风垂直切变趋向于靠近海洋异常偏暖的地区。不论是正偶极子型强迫或负偶极子型强迫,西太平洋暖池和东亚地区的大气环流均出现异常并激发出中纬度的异常波列,但异常类型并未显著反相。     

热带对流层低频振荡过程的能量学初步分析

本文利用线性化的能量方程和交叉谱方法分别研究了准两周振荡和准40天振荡的能量来源及其转换过程。发现:在热带对流层中,对于低频振荡过程来说,来自中高纬度的侧向强迫作用和水汽凝结的加热作用是非常重要的,为扰动的产生和维持提供了重要能源。而正、斜压不稳定作用对扰动发展的作用是极小的。并且指出,在东亚热带对流层上部,准两周振荡通过与平均气流的相互作用为基本气流提供许多能量,对于维持这里的高空东风急流有重要作用。准40天振荡向平流层输送能量,对平流层平均环流的演变可能有重要贡献。