动能的周期变化和动能转换率对动能增衰的作用

利用1976～1977年冬季四个月北半球500mb资料,对北半球平均动能和涡动动能波谱的中期变化、动能转换率对平均动能的增衰和对波动增衰的作用进行了研究,得到一些初步结果。指出:北半球平均动能、涡动动能以及涡动动能和平均动能之间的转换率,有准两周的周期振动。涡动动能先于动能转换率一天达到峰值,而后再过两天平均动能达到峰值。在k=3波时,动能也存在准两周的周期振动,它是对涡动动能总值贡献最大的波动,同涡动动能总值具有同位相的振动。对动能转换率总值贡献最大的还是k=3波,其转换率具有同转换率总值同位相的准两周振动。 动能转换率对平均动能整个增长阶段的贡献,大于衰退阶段,在平均动能增长阶段,动能转换率近似于同平均动能变化率平衡。这意味着平均动能的增长,正压过程在起作用。 文中还研究了动能转换率对k=1～6波增衰的作用,结果表明:它对波动的增长不起作用,但对波动的衰退起到足够的贡献。 最后,对波动的增衰同平均动能和涡动动能的中期变化之间的联系进行了讨论。     

夏季热带对流层上层超长波的振荡机制

本文应用波数—频率空间的动能方程,采用ECMWF/WMO资料,讨论了1983年6月11日至8月13日64天热带对流层上层200百帕东风带纬向平均气流以及各种尺度波动动能的振荡机制。动能20天左右的周期振荡特别明显,纬向平均气流、2—7波动能都具有20天周期的振荡。1波动能似乎存在40天左右的周期振荡.另外,1波、4波及7波动能的准一周振荡也很显著。纬向平均气流动能20天左右的振荡主要是由于平均气流与波动相互作用的强弱变化引起的。波动动能的振荡原因是多方面的,有效位能的转换、侧边界的气压做功以及波动间的非线性作用都很重要。波动动能的高、低频振荡之间存在明显制约关系。在低频振荡出现峰值时,高频振荡的振幅最大;在低频振荡出现低值时,高频振荡的振幅最小。     

长江中下游地区春季连阴雨-连晴天气过程的中期振荡

本文对长江中下游地区1980年春季连阴雨-连晴天气过程及西风带、低纬赤道带和南半球天气系统的10个参数进行功率谱分析表明,它们都有准两周振荡的主要周期。交叉谱分析给出了连阴雨-连晴天气与10个参数在准两周振荡上的关联和相对振荡顺序。对连阴雨-连晴天气的时空背景纬圈及经圈环流的时空谱分析表明,纬向及经向环流振荡的两组传播波在准两周振荡上有较高的相干,经向传播超前于纬向传播。     

北半球大气环流能量循环的气候特征

利用1958—2011年NCEP/NCAR逐日再分析资料,根据Lorenz能量循环理论框架,分析了北半球大气能量循环的年变化特征,在此基础上给出了更具普适性的多年平均的大气能量循环框图.结果表明:北半球大气能量循环的年变化特征十分明显.大气能量及能量转换率均表现为冬季高、夏季低、春秋季过渡的演变特征;纬向平均有效位能、纬向平均动能和涡动动能中有少许能量在冬季时由南半球向北半球进行越赤道输送,夏季时则由北半球向南半球输送,而涡动有效位能的输送方向则与此相反;纬向平均有效位能的制造在秋季最大,涡动有效位能的制造在夏季最大;动能的耗散冬季最强,夏季最弱.就年平均而言,相较于能量转化过程,能量越赤道交换过程非常微弱.在经向上,纬向平均有效位能主要分布于高纬地区,纬向平均动能主要分布于中低纬地区,而涡动能量主要贮存在中纬和高纬地区;此外,能量转化过程一般在中纬度地区较活跃.     

热带平流层臭氧准两年周期振荡的特征及数值模拟

利用HALOE的观测资料、对热带地区平流层臭氧垂直分布的年际变化及其准两年周期振荡（QBO）进行研究，并同赤道上空平均的纬向风场的准两年周期振荡进行了模拟研究。资料分析结果表明，平流层臭氧浓度高值区的位置在南北方向上和垂直方向上的有明显的准两年周期，臭氧浓度高值中心的南北移动和上下移动又引起局地臭氧总量的周期性变化和准两年周期振荡南北半球不对称。而臭氧浓度中心位置的准两年周期变化与赤道上空平均纬向风的准两年周期振荡密切相关。资料分析还表明，赤道上空平流层中臭氧浓度QBO的位相随高度变化多次。模拟试验表明，纬向风QBO引起垂直经圈环流的变化，在平流层有三对余差环流圈。它们对O3在不同纬度和高度的输送是引起O3准两年周期振荡的重要动力原因。其中，余差环流在平流层中层（25－35km)的环流圈起着重要的作用。     

GOALS模式中大气能量循环的诊断分析与不同版本计算结果的比较研究

利用大气能量循环框图,对比分析中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)全球海-陆-气耦合系统模式(GOALS)两个版本(GOALS-2和GOALS-4),以及观测的全球平均大气能量循环的主要特征,并从能量循环贮蓄和转换项的纬向平均贡献去解释全球积分值改善和转坏的原因,以及诊断分析参数化方案变化后产生的影响.结果表明:模式的两个版本基本上能正确地模拟出全球能量循环的主要特征.旧版本GOALS-2能较好模拟全球积分值,常常是不同符号局地误差的相互抵消结果.新版本GOALS-4中某种局地过程的改善在一些情况下导致了全球积分值的转坏.引入辐射日变化参数化方案可能对能量循环各参数的局地贡献有着明显的影响.如纬向平均有效位能向瞬变涡动有效位能的斜压转换率、瞬变涡动有效位能向瞬变涡动动能的斜压转换率以及定常涡动动能的局地贡献有明显改善.南极地区不合实际的上升运动,是模拟的纬向平均有效位能与纬向平均动能之间的转换项全球积分值为负数的主要原因.     

瞬时经圈环流与西风带环流变化的关系

用一九七六年冬半年八个个例,对纬圈平均非热成风,瞬时经圈环流和西风带环流变化的关系进行了个例分析和统计分析。指出。当纬圈平均非热成风产生率为较大的负值时,出现逆瞬时经圈环流,并有利于长波的阻尼和纬向环流的维持或加强;反之,当为正值时,出现正瞬时经圈环流,并有利于长波的发展和纬向环流的减弱或崩溃。对于上述关系,本文还从物理上进行了初步的讨论。     

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

变网格模式LMDZ对1998年夏季东亚季节内振荡的模拟

本文利用法国国家科研中心(CNRS)动力气象实验室(LMD)发展的变网格大气环流模式LMDZ4,对1998年夏季东亚季节内振荡(IS())现象进行了模拟研究.分析表明,该模式能准确模拟出1998年夏季东亚地区ISO的准周期信号,并能较好地再现30～60天振荡经向上北传、纬向上西传的传播特征,对ISO动能强度的模拟在低纬...     

多年月平均500毫巴图上60°N和30°N纬圈的波谱分析

本文对北半球多年月平均500毫巴图上60°N和30°N纬圈的高度和纬圈平均的经向运动动能进行了波谱分析,探讨了前3个波幅和位相角的季节变化,以及在高低纬度之间的差异。主要结果如下: 1 位势场的高度主要贡献,集中在准静止长波范围内,并具有明显的季节变化。 2 波数为1的波在高低纬度性质有显著的不同,其分界线大约在50°—60°N之间。此外,准静止的长波愈向低纬度去逐渐有向西偏移的现象。例如,在30°N上准静止的长波比60°N上要偏西(1/4)—(1/2)波长。 3 60°N纬圈平均的经向运动动能主要部分亦集中在准静止长波范围内。虽然峰值有明显的季节变化,但最大的极值都出现在波数n=2—4之间。30°N纬圈平均的经向运动动能谱有着明显的季节变化,大致可分成如下3个类型: (1)冬季型:纬圈平均的经向运动动能谱存在着两个极值,最大的极值稳定于准静止长波范围内(n=3附近),次极植位于移动性行星波范围内(n=5—8)。 (2)夏季型:纬圈平均的经向运动动能谱只有一个极值,稳定于波数为6—7的波内。 (3)过渡型:纬圈平均的经向运动动能谱分布较平坦,没有稳定的极值存在。     

亚洲季风区纬圈剖面内准40天周期振荡的环流结构及其演变

本文利用1979年FGGE LevelⅢb资料研究了30°E—150°W范围内赤道和15°N纬带两个剖面内的准40天周期振荡的环流和温度场结构,讨论了它们的变化及其与亚洲地区季风活跃和中断的关系。发现有以下结果:(1)亚洲季风槽内的上升气流不仅构成了强大的经向季风环流圈,同时在其两侧也形成了东、西向(纬偏异常)环流圈,并受到准40天周期扰动的显著影响。季风槽两侧的热力学结构显著不同。(2)15°N纬带上60°E以西的北非和沙特阿拉伯上空的下沉(上升)区域向东扩展至南海—菲律宾地区导致其东面(西面)的高(低)层东(西)风动量下(上)传,使得季风中断(活跃),引起130°E以西地区低层西风和其东面太平洋上空的高层东风发生相互作用。向东传播的正(负)温度扰动与强的上升(下沉)运动相结合使得这一地区成为准40天周期振动的能量源地。(3)在赤道剖面上,扰动风场的位相向东向上传播,准40天周期的扰动动能向扰动位能转换,西风动量向下传播,其动力学特性与开尔文波有明显的不同。      

短时间尺度周期性热力强迫下流型的低频振荡

本文在正压涡度方程中引进短时间尺度周期性热力强迫项。在一定的参数范围内,该强迫项可以引起环流指数准两至三周的低频振荡。     

强台风“尤特”登陆前后移动路径和强度变化特征分析

利用美国NCEP/NCAR再分析资料和雷达拼图资料等对2013年8月13—19日1311号强台风"尤特"登陆前后的移动特征和结构强度变化进行了诊断,初步分析了"尤特"登陆后准静止维持的成因,主要结论如下:(1)"尤特"登陆后低压环流在华南持续较长时间,且15—17日环流中心稳定少动。(2)副高在"尤特"北侧形成高压坝,并从"尤特"东侧向低纬扩展,"尤特"被高压环流包围可能是其稳定少动的原因之一;此阶段环境引导气流明显减弱,也使"尤特"移动缓慢。(3)环境垂直风切变在登陆后迅速变小,对"尤特"低压环流的维持有积极作用。(4)"尤特"登陆后仍与水汽通道紧密相连,充沛的水汽利于环流中对流系统的发生发展。水汽通量和水汽通量辐合中心的分布,影响"尤特"环流中对流的分布。(5)在准静止维持阶段,涡动动能的增加利于"尤特"环流的维持,其增加主要是由于动能制造项的增强,并且高层水平通量辐合作用的增强以及区域平均动能向涡动动能的转化也都为其提供动能。     

南海-太平洋热带气旋形成个数对调制广东汛期降水季节内变化的环流系统对比分析

利用上海台风所组织整编的《台风年鉴》(1949—2005年)、NCEP逐日再分析资料和中国逐日降水资料,分析南海-西太平洋热带气旋形成个数多年(以下简称多年)、形成个数少年(以下简称少年)对广东30～60天振荡降水的影响。考虑到其周期振荡的非规则性,相应降水9个位相(即第1、3、5、7和9位相分别对应降水的最低值、正转折点(由负转为正)、最高值、负转折点(由正转负)和最低值)分别对850 hPa、200 hPa风场和850 hPa的动能、涡度、水汽通量输送以及Hadley环流和Walker环流场进行合成分析。结果表明,在多年,具有较大动能的阿拉伯海-孟加拉湾地区环流东移与南海-西太平洋的西北-东南走向的异常气旋-反气旋对西移的交汇,通过在北半球上升、南半球下沉的异常闭合经圈环流和水汽输送,把西边和南边海洋暖湿气流源源不断输送到广东,使其30～60天振荡降水增加;而在少年,广东地区30～60天振荡降水与阿拉伯海-孟加拉湾地区环流联系不强,主要受南海-西太平洋的东北-西南走向的异常气旋反气旋对的影响,通过北半球低纬增强的异常上升支的局地作用和水汽输送,把南边海洋暖湿气流源源不断输送到广东,使其30～60天振荡降水增加。由于109～119°E,10～20°N区域异常的动能、西风、东风切变、垂直速度和水汽输送均比少年强,从而使得广东30～60天振荡降水在多年比少年强。     

北半球平流层下部气温的准两年周期振荡

由分析1966—1985年北半球30hPa 月平均气温资料得出,中纬地区气温准两年周期振荡比低纬地区更清楚,平均周期26.3月,振幅约2.8℃,振荡的峰和谷值都出现在冬季.中纬气温和赤道上空纬向风的准两年振荡之间位相配合密切,中纬气温准两年振荡的峰与赤道上空10hPa 为东风,70hPa 为西风的位相一致,谷则有相反的位相.它们的这种准两年周期振荡是通过平均经圈环流相联系的.强烈的火山喷发能影响气温的准两年周期振荡.     

热带东风急流的气候学和中期振荡

本文用13年夏半年(5—10月)月平均风场和两年逐日风场资料研究了200hPa南亚热带东风急流的气候学特征和中期振荡过程。研究表明,南亚夏季热带东风急流显著的非季节性变动和年际差异与低纬对流层高层大尺度环流变化和南亚夏季风活动密切相关,相对于多年平均而言,存在5类异常的东风急流。 各种分析表明,热带东风带存在三种主要的中期振荡。准50天周期振荡与夏季南亚对流层上部大尺度散度场的变化相关联,表现为十分显著的向南的位相传播。准50天和25天振荡均存在显著的年际变化。准50天周期振荡系统性不强的年份,准25天周期振荡是低纬行星波的主要振荡,在东风急流区除表现为系统性向西传播外也表现为向南的位相传播。准双周振荡在东风带一般向西传播。      

华北地区“16·7”极端强降水事件之环流及扰动能量变化特征

2016年7月18—22日在华北地区发生了一次极端强降水事件，其中19—20日降水较为集中，20日降水最强。本文利用NCEP/NCAR再分析逐日风场资料和国家级地面气象站基本气象要素日值数据集，研究了本次事件的Rossby波活动及能量变化，结果表明：本次极端强降水事件持续时间约5 d，雨带呈西南—东北走向。华北地区受对流层中低层的气旋性异常环流和对流层上层反气旋性异常环流的控制，水汽则主要源于孟加拉湾和中国南海地区。发生极端降水期间，波扰动能量在对流层低层主要呈经向传播而在对流层上层呈纬向传播，对流层低层的波扰动能量对华北地区的影响比上层更为明显。涡动动能在华北地区的增强和维持主要是涡动非地转位势通量散度项、涡动有效位能和涡动动能的斜压转换项以及其他剩余部分与摩擦耗散引起的能量损耗之和的共同作用，涡动动能在19日增强、20日维持，随后减弱。涡动热量通量变化显示低层有暖湿空气向北输送，高层有干冷空气向南输送，支持了正压和斜压转换，而华北地区上空涡动动量通量的变化则使得基本气流中的涡动动能增强，这些变化影响到极端降水事件的发生发展。     

对流层中层动能的全球性季节过渡与季节性急变

本文利用１９８０—１９８８年ＥＣＭＷＦ全球资料，计算了５００ｈＰａ各纬度带上的纬向平均动能（Ｋｚ）、涡动动能（ＫＥ）及波数域动能（Ｋｎ，ｎ＝１，２，３，…，１０）。以此考察了南、北半球动能季节过渡的差异，并用Ｔ检验方法讨论了南、北半球以及全球各动能模态的季节性急变现象。现在工作单位：     

东亚大气环流的低频振荡及与韵律的关系

本文根据北半球500hPa高度场30年(1951—1980)平均的逐候格点资料,对气候平均的东亚各主要大气环流系统的年内变化进行了谐波分析和天气学分析.结果表明,东亚大气环流系统存在着三种主要的大气低频波:年波、半年波和30—50天的季内波;中、高纬度的大气环流以年波振荡为主,低纬度的大气环流以半年波振荡为主;30—50天的季内波是北半球各纬度上都存在的一种波,但它对总方差的贡献在低纬比中、高纬度大.此外,还讨论了年波和半年波这两种大气低频波与我国长期预报中常用的各种韵律指标特别是隔季相关现象的关系.     

Quasi-biennial oscillation signal detected in the stratospheric zonal wind at 55–65°N

北极极涡是一个存在于极区对流层中上层和平流层的大尺度气旋性环流系统,是极区大气运动的主要特征。赤道平流层风场的准两年振荡,可以对行星波的传播进行调制,从而对北极极涡的强度产生影响。为了定量描述,赤道平流层风场的准两年振荡对北极极涡的影响,我们对表征北极极涡强度的55–65°N纬度带平流层纬向风进行了分析,提取出了北极极涡中的准两年振荡信号,并发现了该信号的纬向不均一性,120–180°E为高值区,25–45°E为低值区。