对流凝结加热和垂直风切变对行星波垂直传播的影响

本文从理论上分析研究了对流凝结加热和垂直风切变对大气行星波垂直传播的影响。结果表明,对流凝结加热有抑制行星波垂直传播的作用;基本气流的西风(正)垂直切变对行星波的垂直传播有利,而东风(负)切变却对行星波的垂直传播有阻碍作用。 进-步分析还发现,垂直风切变对行星波垂直传播的影响以在中高纬度地区更为显著;对流凝结加热对行星波垂直传播的影响在热带地区更值得重视。并且,垂直风切变和对流凝结加热的影响可能是使得大气中板地波导更显著的重要原因之一。      

印度洋海温异常对中高纬大气低频振荡影响的数值试验

用数值试验的方法,应用强迫耗散准地转正压涡度方程的全球谱模式,在方程中考虑了偶（单）极子的热力强迫作用,并在三个行星波准共振的条件下,模式共积分90d,得到：在偶、单极强迫热源和基本气流强度的共同作用下,三个行星波之间存在很强的波．波相互作用,且波动振荡呈现准双周和季节内振荡。同时偶、单极强迫源及基本气流的强度变化对中高纬大气的低频振荡调制作用不同。在准共振三波流函数场随时间变化的试验结果中,进一步证实了中高纬大气存在较好的低频振荡。     

INFLUENCE OF THE BASIC FLOW IN THE TROPICS ON THE STATIONARY PLANETARY WAVES AT MIDDLE AND HIGH LATITUDES DURING THE NORTHERN HEMISPHERE WINTER

The relationship between the quasi-stationary planetary waves forced by topography and heat sourceduring the Northern Hemisphere winter is investigated by means of a quasi-geostrophic,34-level,sphericalcoordinate model with the Rayleigh friction,the Newtonian cooling and the horizontal eddy thermal diffu-sion.The calculated results show that when the basic flow is the westerly in the tropical stratosphere,theamplitude of quasi-stationary planetary wave for zonal wavenumber 2 at middle and high latitudes is largerduring the Northern Hemispheric winter;while when the basic flow is the easterly,it is smaller.This is inagreement with the observed results.The calculated results also show that influence of the basic flow in the tropical troposphere on the quasi-stationary planetary waves is larger than that of the basic flow in the tropical stratosphere on the quasi-stationary planetary waves.     

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。     

副热带对流层高层夏季准定常涡旋系统动力成因的初步探讨

本文采用一个高截断的斜压谱模式、探讨了在热力强迫作用下副热带夏季对流层高层准定常涡旋系统形成和维持的动力机制。模式中考虑了纬向不对称的热力强迫作用,带状流与波动分量之间的非线性相互作用以及随纬度而变的基本气流的共同影响,所得到的一类稳定平衡态的高层流场特征说明了上述准定常涡旋系统的一些主要特点,并进而讨论了热力强迫的控制作用等问题。     

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。     

THE INFLUENCE OF EDDY VISCOSITY ON THE SUBTROPICAL PLANETARY-SCALE CIRCULATION IN SUMMER

The influence of eddy viscosity on the distribution of subtropical quasi-stationary planetary waves in summeris analysed theoretically.It is found that since the basic flow is very weak,the eddy viscosity may play an impor-tant role for the subtropical planetary-scale motion in summer.A linear,quasi-geostrophic,34-level spherical coordinate model is also utilized to calculate the differencesof quasi-stationary planetary waves and of quasi-stationary disturbance pattern responding to forcing bytopography and heat sources under the different eddy viscosities.The computed results show that thecoefficient of eddy viscosity considerably influences the strength of the subtropical planetary-scale circulationin summer.     

涡旋粘性对于夏季副热带准定常行星尺度环流的影响

本文从理论上分析了涡旋粘性对于夏季副热带准定常行星波分布的影响,指出夏季副热带地区由于纬向气流很弱,涡旋粘性对于准定常行星尺度运动起着重要作用。 本文还利用一个线性34层准地转球坐标模式计算了不同涡旋热力扩散系数下地形与热源强迫所产生准定常行星波的差别及准定常扰动环流系统的差别,计算结果说明了涡旋粘性系数对于副热带准定常行星尺度环流的强度有很大影响。     

冬季低纬度热源异常在北半球对流层大气环流异常中的作用

本文首先从理论上讨论了北半球冬季低纬度强迫源与中纬度强迫源强迫所产生的准定常行星波在实际基本气流中传播路径及其振幅分布的差异,指出冬季低纬度热源异常将对北半球中、高纬度对流层大气环流的异常起很大影响,而中纬度热源异常将对平流层环流异常起很大作用。 本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散准地转34层球坐标模式分别计算了冬季低纬度热源异常与中纬度热源异常所造成北半球扰动系统的异常情况,计算结果表明了冬季低纬度热源异常将对中、高纬度对流层大气环流异常起很大作用,热带太平洋上空热源异常将产生PNA型环流异常。     

偶极子型系统及其阻塞结构成因的数值试验

偶极子型系统及其阻塞结构成因的数值试验徐祥德，赵天良（中国气象科学研究院，北京１０００８１）（贵州省气象局，贵阳５５０００２）Ｌａｒｓｅｎ，Ｒｅｄｅｋｏｐｐ以及Ｎｏｇａｍｉ，Ｙａｍａｇａｔｅ，Ｙａｎｏ〔１，２〕，我国气象学家巢纪平〔３〕等将Ｒｏｓｓｂ...     

深厚和浅薄球面大气中的斜压行星波

本文在包括对流层—平流层—中间层(0—80公里)的半球及全球大气模式中,求解特征值及特征函数问题,得到夏季及冬季纬向平均基流中发展型行星波及天气尺度波的增长率、相速度及空间结构。结果指出,在冬季环流中存在三种不同结构及相速的发展型波动:1.行星尺度的准稳定Green波(波数1—2),其振幅在平流层中上部达到极大;2.深厚而准稳定的Char-ney波(波数3—4),其振幅在对流层中达到极大;3.天气尺度的移动性Charney波,这是一些波数5—9的对流层波动。在夏季环流中存在两种发展型波动:中间层内自东向西移动的波动1—4及对流层中自西向东移的天气尺度波动。这些发展型波动的结构、移速及出现层次与实际大气中的瞬变波有相当好的对应,由此推论,深厚球面大气基本流的动力不稳定可能是激发这些波动的重要机制。此外,深厚模型与浅薄模型的对比分析指出,以行星波为对象的数值模式必须包括对流层和平流层,简单的对流层模式会严重歪曲行星波的结构与移速。     

冬季北半球地形与定常热源强迫所产生的定常行星波及其动量通量、热量通量的计算

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、牛顿冷却、水平涡旋热量扩散、定常、准地转、34层球坐标模式来研究冬季北半球地形与定常热源强迫所产生的定常行星波。 本文计算了强迫所产生的定常行星波引起的动量通量与热量通量。计算结果与观测结果比较一致。 计算结果表明:最大向北的动量通量与热量通量位于平流层。     

Interaction between Planetary-Scale Diffluent Flow and Synoptic-Scale Waves During the Life Cycle of Blocking

In this paper, a new transient forced quasi-resonant triad interaction theory in a beta channel is proposed to investigate the interaction between planetary-scale diffluent flow composed of zonal wavenumbers 1--3 and synoptic-scale waves produced continuously by a synoptic-scale vorticity source fixed upstream of an incipient blocking region during the life cycle of blocking. It is shown that the superposition of initial three Rossby waves for zonal wavenumbers 1 (monopole), 2 (dipole), and 3 (monopole), which permit triad quasi-resonance, can represent an incipient blocking event. The synoptic-scale eddies may act to amplify the incipient blocking and to excite a blocking circulation with a strong meander, whose flow pattern depends on the initial amplitudes of the planetary waves and both the intensity and location of preexisting synoptic-scale waves. The onset (decay) of the planetary-scale split-flow blocking is mainly represented by a strong increase (decrease) in the amplitude of the zonal wavenumber 2 component, having a dipole meridional structure related to the preexisting synoptic-scale eddies. The typical persistence time of the model blocking was of about 20 days, consistent with observations of blocking patterns. In our model, isolated asymmetric dipole blocking is formed by synoptic-scale waves. The instantaneous fields of total streamfunctions exhibit a remarkable resemblance to the synoptic maps observed during the life cycle of blocking. During the onset stage, the synoptic-scale waves are enhanced and split into two branches around the blocking region due to the feedback of the amplified blocking, in agreement with the observed changes of synoptic-scale waves in real blocking events. In addition, a diagnostic case study of blocking is presented to confirm the forced quasi-resonant triad interaction theory proposed here.     

模式大气对于大尺度地形动力强迫作用的非线性响应

本文与文献[1]相对应,利用一个非线性初始方程谱模式,研究了中、高纬度理想化的大尺度地形以及北半球实际地形的动力强迫作用对于冬季行星尺度的大气定常波的影响。计算结果证实,根据线性模式的数值试验结果所做的定性分析在非线性情形下仍然是成立的,同时,非线性扰动流场也与线性流场有明显的差异,在纬向平场基本气流相对较弱的地区或垂直层次上差异尤为显著。数值试验表明,北半球实际地形强迫的大尺度扰动,在对流层低层以及对流层上部的中、高纬均主要表现出纬向波数为2的行星波,但是在对流层上部的低纬地区3波分量比较明显。中、高纬的大地形动力强迫作用,对于低纬太平洋高空的反气旋和气旋环流的形成有重要的贡献。      

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。     

STUDY OF NONLINEAR ROSSBY WAVES IN THE ATMOSPHERE UNDER SEMI-GEOSTROPHIC APPROXIMATION

Under semi-geostrophic approximation the nonlinear ordinary differential equations are obtained for the motion inthe barotropic and baroclinic atmospheres with the effects of zonal shear basic flow and topographic forcing included.Two constraints are acquired of finite-amplitude periodic and solitary waves in the original model with the aid of thephase-plane geometric qualitative theory of a dynamic system defined by the differential equation.The explicit solutionof the nonlinear waves is found by means of the approximation method and some significant results are achieved.     

STUDY OF NONLINEAR ROSSBY WAVES IN THE ATMOSPHERE UNDER SEMI-GEOSTROPHIC APPROXIMATION*

Under semi-geostrophic approximation the nonlinear ordinary differential equations are obtained for the motion in the barotropic and baroclinic atmospheres with the effects of zonal shear basic flow and topographic forcing included.Two constraints are acquired of finite-amplitude periodic and solitary waves in the original model with the aid of the phase-plane geometric qualitative theory of a dynamic system defined by the differential equation.The explicit solution of the nonlinear waves is found by means of the approximation method and some significant results are achieved.     

中国地区云对地-气系统辐射强迫温度效应的气候研究

文中利用地球辐射平衡试验 (ERBE)和国际卫星云气候计划 (ISCCP)提供的地 气系统行星反射率、射出长波辐射 (OLR)和云量资料 ,计算了中国地区年、月平均总云量对地 气系统短波辐射、长波辐射以及净辐射强迫的温度效应和敏感性系数 ,并讨论了云对各辐射分量强迫的温度效应与总云量的关系。结果表明 :地 气系统云辐射强迫温度效应与总云量间具有较明显的曲线相关。云辐射强迫温度效应及其敏感性系数具有明显的时空变化特点。就中国全国平均而言 ,各月地 气系统云辐射强迫净温度效应一般表现为降温作用。     

东西风廓线特征与大气运动平衡态定常波的相关关系及共振条件的研究

本文采用简化数学模型探讨了东、西风廓线特征与外源强迫下大气环流平衡态定常波结构的相关关系。文中采用实际观测资料研究了西风廓线特征与大气环流型季节特征之间的联系。研究表明,西风廓线冬、夏季节差异与中、高纬度西风槽“冬三夏四”波数差气候特征有关,且低纬强东风切变可作为赤道东风波周期振荡成因之一。冬夏西风廓线季节特征可导致大地形强迫效应、海陆加热因子影响作用的显著季节差异。研究还揭示了大气环流型优势波转换的基流特征影响效应,并导出了流场与纬向加热强迫源共振状态的西风廓线特征函数与临界曲线。     

地球大气行星波的螺旋结构

本文从描写大气大尺度运动的动力方程组出发,讨论了地球大气行星波的螺旋结构,给出了这种螺旋结构的“宏图”,指出:(1)螺旋状的行星波在整个大气三度空间都存在;(2)准水平面上的行星波是对数螺旋结构,这种行星波在垂直方向上也呈对数螺旋分布;(3)螺旋行星波存在一个相速条件(即存在范围),它的形状与波位相速紧密相关,而且它有频散作用;(4)螺旋波的形成,主要由于南北方向和垂直方向空气的较差转动及Coriolis参数随纬度的变化。