平均流变化对波反馈的A-B混合方程理论

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。     

波流相互作用与波动传播模态

波和流是大气中两种最基本的运动形式，两者之间的相互作用可以导致千变万化的天气现象。波流相互作用理论是大气动力学的基本理论之一，该理论的研究具有重要的理论价值和科学意义。波流相互作用的研究主要包括两方面:一方面是可以描述基本气流对波强迫作用的“波作用”（守恒）方程的研究，另一方面是可以描述波对基本气流反馈作用的E-P通量以及波形变、传播等理论的研究。波流相互作用的研究不仅在理论上已取得重要进展，例如， E-P通量的提出，剩余环流的引进，广义E-P通量的出现，三维E-P通量的建立，波作用守恒方程、波动突变、波流稳定性结构、波形变及其大圆路径、低频波遥相关等理论的发展，而且在实际应用上也取得丰硕成果，如科学地解释了赤道平流层东西风准两年振荡、极地平流层爆发性增温、瞬变波对阻高的维持和高空急流加速以及大气低频波遥相关等，特别是为预测行星波的传播，研究风暴轴和诊断分析实际大气中波能集中区和发散区提供了理论基础和科学方法。作者从小振幅和有限振幅扰动两方面回顾了国内外波流相互作用和低频波传播理论的研究进展，重点介绍了大尺度环流系统波流相互作用和波动传播模态的最新研究成果，提出了不同动力、热力背景下多尺度波流相互作用机理及其理论模型，建立了非线性大气动力学突变及其稳定性结构等理论。相对来说，热源强迫和地形强迫引起的波流相互作用中稳定性问题的研究一直比较薄弱，特别是关于大气水分循环过程和青藏高原等复杂大地形影响下不同尺度系统波流相互作用的研究，这也是未来波流相互作用研究的一个重要内容。     

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。     

大气中的波流相互作用研究进展

简要回顾了近年来关于波动同纬向平均流相互作用的研究进展,重点讨论了E-P通量和波作用守恒理论的研究进展,同时,还介绍了波流作用稳定性问题的理论研究动态。     

大气中的波流相互作用研究进展

简要回顾了近年来关于波动同纬向平均流相互作用的研究进展,重点讨论了E-P通量和波作用守恒理论的研究进展,同时,还介绍了波流作用稳定性问题的理论研究动态。     

大气中的波流相互作用研究进展

简要回顾了近年来关于波动同纬向平均流相互作用的研究进展,重点讨论了E-P通量和波作用守恒理论的研究进展,同时,还介绍了波流作用稳定性问题的理论研究动态.     

北半球冬季行星波的传播及其输运作用

利用变换欧拉平均方程讨论了行星波动力学。观测和模拟结果都表明,在北半球冬季准定常行星波的经向传播存在两支波导。一支为高纬度波导,另一支则为低纬度波导。这些结果与理论分析相当一致。通过对EP通量进一步的研究表明,平流层爆发性增温是沿高纬度波导传播的异常行星波与平均气流相互作用的结果。而热带风场的准两年周期振荡（QBO）是低纬度平流层下层大气纬向平均流的一个重要年际变化,它可以影响行星波沿低纬度波导的传播;此外,由一个行星波一平均流耦合模式模拟的结果表明,这个热带风场的变化还可以通过波流相互作用调制行星波沿高纬度波导的传播。 行星波对臭氧的输运作用在文中也进行了分析。行星波强迫出的剩余平均环流表明,耗散的行星波有强的输运作用;向北的涡动热量输送可以强迫出一个正的输运环流,其在低纬度上升并在高纬度下沉。同时研究还表明,热带风场的QBO对行星波传播的调制对输运环流也有重要影响,模式结果表明,在QBO的东风位相期间行星波引起的输运作用明显增强,其结果可用于解释平流层高纬度臭氧的年际变化。     

半半球冬季行星波的传播及其输运作用

利用变换欧拉平均方程讨论了行星波动力学，观测和模拟结果都表明，在北半球冬季准定常行星波的经向传播存在两支波导。一支为高纬度波导，另一支则为低纬度波导。这些结果与理论分析相当一致。通过对EP通量进一步的研究表明，平流层爆发性增温是沿高纬度波导传播的异常行星波与平均气流相互作用的结果。而热带风场的准两年周期振荡（QBO）是低纬度平流层下层大气纬向平均流的一个重要年际变化，它可以影响行星波沿低纬度波导的传播；此外，由一个行星波－平均流耦合模式模拟的结果表明，这个热带风场的变化还可以通过波流相互作用调制行星波沿高纬度波导的传播。行星波对臭氧的输运作用在中也进行了分析，行星波强迫出的剩余平均环流表明，耗散的行星波有强的输运作用；向北的涡动热量输送可以强迫出一个正的输运环流，其在低纬度上升并在高纬度下沉。同时研究还表明，热带风场的QBO对行星波传播的调制对输运环流也有重要影响，模式结果表明，在QBO的东风位相期间行星波引起的输运作用明显增强，其结果可用于解释平流层高纬度臭氧的年际变化。     

关于阻塞形势演变过程中波数域能量的诊断分析

本文对北半球冬季维持时间较长的三次阻塞形势形成前的纬向平均西风变化以及阻塞过程中波数域动能及其转换进行了诊断分析。分析结果表明：在阻塞形势形成前，由于波流相互作用，使得平均流减弱，并且波流相互作用在太平洋地区和大西洋地区有不同的特点；分析结果还表明：阻塞形势维持期间，由于波波相互作用，行星波异常增幅；而在崩溃期间，也主要通过波波相互作用使得行星波动能减少。     

层结大气中非线性椭圆余弦波和孤立波的研究

在前文采用半地转近似和行波法来研究层结大气中的非线性波动的基础上,进一步探讨非线性方程及其级数近似方程的解的稳定性,波动解的存在条件和波动的一些特征。研究指出,在平衡点附近,将非线性方程用其级数近似方程代替是可行的、合理的。在初始拟能满足一定的条件下,椭圆余弦波和孤立波是存在的。文中还求得了椭圆余弦波解的周期、ｘ向波长和振幅以及孤立波的宽度和振幅。并指出,孤立波的宽度和振幅不但与波速有关,还与β因子和层结稳定度有关,而且在相同的某条件下,西行的混合Ｒｏｓｓｂｙ－重力孤立波比起东行的惯性重力孤立波来,宽度要小但振幅却大。     

On gravity wave-mean flow interactions in a three dimensional stratified atmosphere

By using multiple scale analysis method, two coupled models of gravity wave-mean flow interactions m a three-dimensional stratified atmosphere are derived. One model can be applied to the inertio-gravity wave-mean flow interactions in a global scale. The other one treats the meso-scale gravity wave forcing in a local region.     

夏季东亚阻塞高压形成维持的波数域动能分析

用波数域动能方程分析了1986年夏季东亚阻塞高压的形成、维持和衰退过程。发现该夏季代表阻塞高压的波动是5波（长波）,而不是2波（超长波）。在阻高形成和维持阶段,波与波非线性相互作用向5波输送动能,使5波动能增大;而波与平均流的相互作用则使5波动能减小。在阻高维持阶段,有效位能向5波转换动能,维持阻高。波与平均流的相互作用却使5波维持。在阻高衰退阶段则完全相反,波与波相互作用项以及有效位能与动能转换项均为负值,使5波动能变小,阻高衰退。而波与平均流相互作用,却使高纬西风减小,有利阻高维持。     

On the Effect of Planetary Rotation on Shear and Density Layers in Stratified Flows

The effect of the Coriolis forces on the dynamicsof shear and density layers instratified flows is investigated, an effectthat has not been taken into account inmost previous studies of turbulence-meanfield or wave-mean field interactions.For instance, recent studies have shownthat shear and density layers can grow inthe presence of turbulence in a stronglystratified fluid but the effect of planetaryrotation was not taken into account. Toaddress this problem, wave-mean flowinteraction in a stratified fluid is hereinvestigated in the presence of rotation usingdirect numerical simulation. The results showthat the wave-mean flow interactionand the formation of layers is less intensewhen rotation is present because thehorizontal mean motions are deviated by theCoriolis forces, which tends to reducethe distortion of the wave field, and thusthe wave-induced fluxes of buoyancy andmomentum. This effect appears even when therotation rate is weak.     

中层大气重力波的研究

中层大气(Middle Atmosphere)是近十多年来被广泛使用的一个新名词,它是指从对流层顶的10——16km到湍流层顶约100km之间的大气层,即中层大气由平流层、中间层加上热成层下部的一小部分组成。黄荣辉对中层大气的一般动力学、行星波动力学和赤道平流层波动及其与基本气流相互作用的近期研究作了评述。本文侧重综述中层大气内的重力波及其与基本气流的相互作用。     

Numerical experiments on internal gravity waves in an accelerating shear flow

The influence of an accelerating shear flow on the propagation of an internal gravity wave in a continuously stratified fluid is studied by means of two-dimensional numerical simulations. These are motivated by earlier laboratory experiments [Thorpe, S.A. 1978b. On internal gravity waves in an accelerating shear flow, Vol. 88. J. Fluid Mech. pp. 623–639]. In these experiments the mean flow is an accelerated Couette flow and the mean density profile is linear. The laboratory experiments revealed the striking effect of the unsteady shear flow in the evolution of an internal gravity wave leading to the wave focusing in a region where the flow is extremum. This phenomenon is associated with the growth of small scale density fluctuations. As a result density overturns are sometimes observed. This behaviour is well reproduced by the numerical simulations. We provide insights on the flow dynamics in particular on the possible occurrence of wavebreaking. We show that the dynamics is characterized by two competitive mechanisms that is a damping of the wave and a local enhancement of its steepness leading sometimes to density overturns. The budget for the energy of the wave reveals that the initial damping of the wave results from wave-mean flow interactions. These interactions lead to the development of a fine scale vertical density structure which is associated with high vertical shear. We find that in some cases wavebreaking occurs as a result of shear instability. The value of the acceleration of the mean flow is very likely to influence the onset of the instability. The scaling laws of the wave evolution, in particular the rate of decrease of its energy, are determined. From these laws the lifetime of the wave is found as a function of the acceleration of the shear. It may be expected that, in the ocean, this development will result in the largest fluctuations derived from wave-flow interactions occurring where the mean flow in the wave direction is greatest. Waves travelling normal to a two-dimensional shear flow will be unchanged. Waves travelling parallel will be damped. This may have particular application at the continental shelf where flow, mainly parallel to the isobaths, will damp waves travelling along-slope, but allows waves travelling normal to the isobaths (e.g., directly across the shelf-break) to be transmitted without attenuation. Similar effects are expected for the evolution of a high frequency wave interacting with a lower frequency (e.g., near inertial) motion.     

The advances in the studies on general circulation and large-scale dynamics,and their prospects for the year of 2000

In this paper, we review the progress made in the studies on general circulation and large-scale dynamics. We divide the advances in the studies on the atmospheric circulation and large-scale dynamics into 4 stages, i.e., the studies on atmospheric wave dynamics; the studies on the observational facts of general circulation; the numerical studies on general circulation; and the studies on planetary wave dynamics, wave-mean flow interaction and nonlinear dynamics. Moreover, the prospects of the studies on the atmospheric circulation and large-scale dynamics for the future are also made in this paper.     

1998年长江流域夏季降水异常的一个物理机制

2005年春末夏初云南出现了55年来最严重的高温干旱天气。通过诊断分析发现,造成此异常气候主要原因是中高层大气环流季节转换滞后,冷空气活动偏北;南海夏季风爆发偏晚;热带对流偏弱;西太平洋副高偏南、偏强、偏西。     

北半球极区平流层冬季12月与1—2月气候变化形势的对比

根据1980—2000年ERA-Interim再分析的风场和温度场资料,计算12月与1—2月北半球行星波的EP通量及其散度,并按冬季不同月份分析了平流层整层温度和风场从20世纪80年代到90年代变化的特征及其与行星波活动变化的关系。结果表明,12月高纬度地区中低平流层呈增温趋势;而1—2月温度变化呈冷却趋势。在12月中高纬度中上平流层纬向风明显减速;而在1—2月高纬度中高平流层,随着纬度和高度的增加,纬向风呈明显加速趋势。冬季北半球行星波主要沿低纬度和极地波导两支波导向上传播。但是,12月行星波沿低纬度波导的传播减弱,沿极地波导向平流层整层的传播则明显增强。而1—2月行星波沿低纬度波导的传播明显增强,沿极地波导向平流层的传播则减弱。因此,北半球极区平流层1980—2000年间12月与1—2月波流相互作用的年代际变化形势趋于相反,有必要针对冬季不同月份分开进行讨论。