地形和非绝热加热共同强迫的流型突变

本文用低谱模式,研究了地形和非绝热加热共同强迫的准地转气流的突变。在一定的参数集合,随着外部热力强迫参数的渐变,激发出了谱系数与西风急流位置的突变。 与单纯非绝热加热强迫的情况相比,地形引入后,改变了流型多平衡态的参数范围和流型突变的参数临界点的位置,并使平衡态流型的经向度加大。由夏至冬转换期间突然建立的南支急流的形态也更为接近观测事实。     

热力强迫对湿斜压大气中南亚高压平衡态的影响

本文基于Lorenz的湿模式,引入地形效应并进行适当简化,在低谱近似下得到了描述大气运动的非线性耗散系统。讨论了在热力强迫与大气环流的非线性相互作用下,湿、斜压大气在参数空间的平衡态与南亚高压的流型分布及其东西摆动。结果表明:南亚高压典型的平衡态流型是西部型、东部型和带状高压,而且东西部流型的转换并非高压中心的连续位移,而是表现为一个高压中心消失后经过流场上的调整重新建立新的高压中心的过程。     

外强迫引起的夏季大气环流异常及其机制探讨

本文主要探讨了夏季模式大气对热带海温和高纬极冰异常的外强迫响应机制,结果表明,在大气环流模式长时间积分以后,不同的外强迫源均可在全球大气的一些关键性区域激发产生相同的环流异常型,即夏季大气主要异常型对外强迫源地理位置不敏感,很大程度上依赖于大气内部动力学过程.根据以上特点本文提出外强迫引起大气异常存在两类机制,其中外强迫和大气内部动力学过程相互作用机制是产生大气异常的重要动力学途径.     

大尺度流型年际变化可能机制的研究

本文将年变周期和非年变周期热力强迫项引进正压涡度方程,用方程的截谱形式实施了几十组时间长度为100年的数值积分,研究了非年变周期热力强迫和大气内部动力过程共同激发的大尺度流型的年际变化问题。在一定的参数集合,当非年变外源强迫的振荡周期与大气内部动力过程单独激发出来的振荡的周期相同时,流型年际振动的振幅明显加大,振动的周期则为倍化。在另外的参数集合,随着非年变强迫参数的渐变,流型年际变化的幅度显示出清楚的突变以及其它富有非线性特色的行为。     

局域热源强迫和大尺度流型的长期演化

积分时间达 7个模式月的 3组试验表明 :在一定的参数条件下 ,局域热源强迫的引进可以激发出大尺度流型的全局调整 ,即从一个两槽两脊的流型转换为一个一槽一脊的流型。局域热源的强度、范围和纬度位置 ,对大尺度流型长期演化特征 ,均具有重要影响。     

季风梅雨带水汽输送与动力强迫源结构

对长江流域季风梅雨水汽输送特征、长江流域夏季旱涝过程与强信号强迫源(青藏高原与低纬海洋)遥相关动力结构以及季风梅雨过程水汽输送源汇结构等有关研究成果及观点进行综述，给出季风梅雨水汽输送流型与强迫源遥相关物理图像，即由青藏高原动力强迫效应形成的低纬海洋-高原-长江流域远距离水汽输送流型，以及海洋强信号区(南海、西太平洋暖池、赤道东太平洋等区域)热力异常构成长江流域梅雨期洪涝、暴雨等灾害性气候异常特征。研究结果揭示了长江流域洪涝及其暴雨形成过程二维Rossby波列或低频波传播能量的动力机制。     

惯性运动分支和突变的若干问题

本文讨论了非线性惯性运动的平衡态、分支和突变方面的若干问题,指出在经典“惯性稳定”意义下的气块受到扰动后,由于非线性恢复力的作用,不一定回到原来的平衡位置,也可能越近于偏南或偏北的新平衡位置。在局地强迫源作用下,气块还可以从一个平衡位置“突跳”到另一平衡位置。局地强迫源强度或频率的渐变能引起运动状态的突变,而且这种惯性突变机制可以解释大气指数循环的一些现象。     

外源强迫和初始值在短期气候预测中的作用

利用Lorenz系统,初步研究了外源强迫和初始值在短期气候变化中的作用.结果表明,外源强迫的大小,对气候系统的长期行为有着重要的影响.在短期气候预测中,应该根据外源强迫的大小及其持续时间的长短,采取不同的短期气候预测方法即在大气外源强迫较弱、持续时间短时,可以只考虑初值的影响;在大气外源强迫强、持续时间长时,可不考虑初始条件的影响,而只考虑外源强迫的作用;在大气外源较强、持续时间较长时,必须同时考虑初值和外源的作用.     

平流层大气对对流层大尺度热力强迫的线性、定常响应

本文采用一个关于大气定常波的16层线性化原始方程三维谱模式,研究了冬季平流层大气对于对流层各种定常大尺度热力强迫的响应。研究结果表明,对流层中的热力强迫作用对于冬季平流层中垂直向上传播的行星定常波的维持有显著的贡献,平流层中强迫扰动的水平结构及其与对流层中扰动的差异与加热场的垂直结构有密切的关系。相对于强度和空间结构相同的强迫源而言,中纬强迫对于平流层的作用比低纬强迫更为显著。     

大尺度大气运动的浑沌形态

本文用一个确定的强迫耗散的八维非线性自治系统描述大尺度斜压大气的运动。在一定的热力强迫范围,流型演变显示出浑沌形态。随着热力强迫的渐变,发生了浑沌形态与周期形态之间的多次转换。在浑沌区内又清楚地显示出周期3和周期6的窗口。 流型演变的周期形态,相应于夏半年对流层上层副热带高压中心沿东西方向的周期的低频振荡。转为浑沌形态后,这种规则性的低频振荡即遭到破坏。这个副热带高压周期性东西振荡的建立与破坏的现象,与实际大气的观测事实十分相似。     

ABRUPT CHANGE OF QUASI-GEOSTROPHIC FLOW FORCED BY OROGRAPHY AND DIABATIC HEATING

A low-order spectral model is used to study abrupt change of quasi-geostrophic current forced byboth orography and diabatic heating. In certain parametric combinations, along with the gradualchange of external thermal forcing, it is found that abrupt changes of both the spectral coefficient andthe locations of the westerly jet stream can be stimulated. Introducing the orography into the model results in a change of the parametric range in whichthe multiple equilibrium states in flow patterns exist and the shift of the parametric critical points atwhich the abrupt change of the locations of westerly jet streams is created, as well as increase of thewave components of the equilibrium flow patterns. The aspects of simulated "South Branch"jet streams are more similar to the observational fact in the presence of both the orography and thediabatic heating than those in the case of the heating forcing.     

最敏感扰动的演变与夏季乌拉尔地区的持续性异常环流

通过数值实验对初始扰动不稳定发展建立异常环流型的过程进行了分析。选择了东亚夏季风异常的１９９１年和１９８５年两个典型年份的平均环流作为基流,以共轭敏感性分析得到的最敏感扰动作为初始扰动,分析其在不同的环流背景下的发展情况。结果说明,１９９１年欧亚地区的基流不稳定性较强,且初始扰动结构有利扰动发展,因而通过能量频散在乌拉尔地区激发扰动并强烈发展,建立起阻塞形势。而１９８５年的扰动在乌拉尔地区形成正涡度距平,不利于阻高的建立。从而导致１９９１年和１９８５年夏季乌拉尔地区几乎相反的异常环流。一系列对比实验说明,异常环流型的建立,不仅依靠能量的频散,更依靠扰动通过正压不稳定过程从基流吸收能量而发展。它既有赖于基流自身的不稳定,又取决于初始扰动的结构以及相对于基流的位置。基流选择了具有特定结构的初始扰动型,只要在有利位置上给予扰动,就能够激发出扰动波列,建立强的持续异常环流型。不论初始波列的位相在一定范围内如何改变,扰动总是倾向于在基流的特定不稳定区域发展。     

A STUDY ON PHYSICAL MECHANISM OF INTERANNUAL VARIATIONS OF LARGE-SCALE FLOW PATTERNS*

The thermal forcings of annual and interannual periodic variations are introduced into the barotropic vorticity equation,by using low order spectral model of the equation,more than 40 numerical experiments whose integration time is larger than 100 model years are performed in order to investigate variations of large-scale flow patterns arising from both external interannual thermal forcing and internal dynamical processes.In certain parametric range,when the frequency of the forcing term with interannual period equals to the frequency which is created by the internal dynamical processes alone,the amplitude of interannual variations of flow patterns increases obviously,and the period becomes double.In other parametric range,the amplitude of interannual variations of flow patterns shows abrupt changes and other nonlinear behavior,along with gradual changes of interannual forcing parameters.     

夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与AO和ENSO的联系

使用NCEP-NCAR月平均再分析资料,研究了夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与北极涛动(AO)和ENSO的联系,探讨了夏季[u]主要模态维持的可能机制。结果表明,北半球夏季纬向平均[u]的异常分布表现为两个主要模态。EOF1反映了与AO相对应的纬向平均[u]的分布,EOF2反映了与ENSO相对应的纬向平均[u]的分布。周期分析显示了EOF1、EOF2分别具有与AO及ENSO相似的周期。滞后相关分析表明,除了夏季之外的其他季节EOF1与ENSO存在显著相关,而EOF2与AO亦存在显著相关。夏季,EOF1与ENSO、EOF2与AO的同期相关量值小且不显著。这些说明,北半球夏季纬向平均气流变化的主要模态可以有效分离,其分别代表了AO和ENSO有关的信号。这对于更好地理解AO和ENSO的全球影响具有重要意义。利用准地转无加速定理,发现EOF1和EOF2对应的时间系数高低值年的E-P通量散度的合成差值场分别与纬向平均[u]的EOF1、EOF2分布表现出很好的对应关系,其中行星波对纬向平均气流主要模态的维持起着主要作用。余差环流与E-P通量散度分布型相似,量值相当,但符号相反。在一些地区,大气涡动的摩擦耗散也起着一定的作用。这些平衡了波动的能量输送作用,使纬向平均[u]的结构得以维持。     

10-12月低纬度东南亚和西太平洋上空流场特征

根据1958—1959年资料,初冬西太平洋低纬度流场可分为两种流型,即浅薄副热带高压型与深厚副热带高压型。前者在高纬度为低西风指数型,副热带急流的配置与平均情况一致在近赤道地区对流层下层有不剧烈发展的东风波。后者在高纬为高西风指数型,副热带急流的配置与平均情况反位相,近赤道地区对流层下层有赤道西风,在赤道辐合带上井有台风发生,两者间有一个月上下的准周期变化。     

偶极子型热源和地形共同强迫下局域流型的演变特征

用带有热源强迫和地形强迫的准地转正压模式,实施了6组时间积分为72个模式日的数值积分。结果指出：不同的初始状态,会产生不同的渐近行为,包括准平衡态、阻尼振荡和非阻尼振荡,显示出明显的非线性特征。热源强迫场空间结构的复杂程度,对系统时间演变特征也有重要影响。     

夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向环流型的特征

根据1958年7月8—18日和1957年7月21—30日东亚低纬度的两个悬殊的环流型,分析了在这两个时期内东亚低纬度环流的各种特征。结果得出,在经向和纬向环流期间,无论北半球纬向风带的位置,长波系统的配置,副热带高压活动的情况以及赤道辐合区的分布都有着很大的不同。此外,台风活动的次数也表现有很大悬殊。其所以有如此悬殊,可以从该两时期低纬度流场的特点来说明原因。在中国大陆上,在这两个时期的天气过程也很不同,在经向环流期间,大陆上的主要雨带成东北—西南向的,而在纬向环流期间,雨带便成东西向分布,并集中在江淮流域之间。 另外,我们又研究了在这两个时期内南北半球间环流关系,从手头所掌握的资料分析结果看,两者关系相当密切。在东亚低纬度经向环流期间,南半球(特别在澳洲)也盛行经向环流,并且在澳洲附近从南半球向北半球的质量输送也最强烈;而在东亚低纬度纬向环流期间,南半球也盛行纬向环流,澳洲附近的冷空气活动不显著,越过赤道向北的质量输送也比较弱。