近50年广西大范围暴雨的大气环流异常分析

利用1961-2010年广西90个气象观测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,运用Lorenz环流分解方法分析了近50年广西大范围暴雨的大气环流异常特征。结果表明,近年来广西发生大范围暴雨过程和平均暴雨日数均呈增多趋势。不同天气系统造成广西大范围暴雨的环流形势主要表现在副热带高压所处位置和强度的不同。从长时间统计来看,广西大范围暴雨与副热带高压的强度、北冰洋(130°E- 140°W,70°N-90°N)区域的纬偏成正相关关系,与格陵兰岛北部、赤道印度洋中西部和哈萨克斯坦东北部的纬偏值成反相关关系。北半球高纬度地区(75°N-85°N)和低纬度地区(20°N-30°N)定常波强度增强,中纬度地区(40°N-70°N)定常波强度减弱,低纬度10°N-30°N和中纬度35°N-55°N定常波不平稳度增强,可能是造成广西大范围暴雨日数增多的原因之一。在广西大范围暴雨过程中,北极附近区域为定常波最不平稳的地区。     

经圈环流对定常波传播的影响

在一般斜压大气中，基本气流中包含经圈环流时，定常波传播不仅能穿过东风带，而且明显增强。在基流含有经圈环流的情况下，北半球中纬度地形强迫可引起低纬大气的显著响应，这表明经圈环流在中低纬定常响应的相互联系中起着重要作用；北半球中纬度热力强迫可产生类似北半球夏季季风环流的波列分布，这说明经圈环流在夏季季风环流的形成中起着一定的作用；在赤道东太平洋加热强迫情况下，在冬半球可引起ＰＮＡ型的定常波传播波列，而在夏半球却没有明显的ＰＮＡ特征。这表明经圈环流对冬、夏半球的定常波传播路径有着显著的影响。     

北半球中纬地区平均纬向垂直环流的特征

Reginald.E.Newell等曾计算了冬夏两季5℃和5°N的沃克环流(Walker Cell),给出了赤道地区纬向气流的特征。Krishnamurti曾根据200mb位势流的计算结果,推论出北半球夏季0°-30°N和北半球冬季15°S—15°N的理想纬向垂直环流圈,给出了热带和副热带地区纬向垂直环流的特征。叶笃正等指出青藏高原地形及其夏季的热源作用,使其与西半球、南半球和中、东太平洋的天气系统产生遥相关,给出了青藏高原地区和遥     

北半球定常波输送西风动量的气候态及其年变化

利用高分辨率的再分析资料ERA40，分析了纬向平均状态下北半球不同尺度的定常波对西风动量沿经向输送的气候态及其年变化。结果表明，对流层中定常波对西风动量输送最强的区域位于中纬度对流层的中上层，定常波在该区域长年向北输送纬向动量，且输送中心随季节有南北移动和强弱变化。此外，在高纬度地区的对流层中上层以及赤道对流层顶附近还有两个相对较弱的输送中心。前者对西风动量的输送长年向南，其垂直范围从对流层低层一直伸展到平流层下层，中心位置相对固定，强度有明显的季节变化。后者位置也相对固定，但输送方向随季节改变。平流层中定常波对西风动量的输送主要位于中高纬度的平流层中上层，定常波在该区域长年向北输送西风动量，中心位置非常稳定，而强度则随季节变化明显。行星尺度定常波的输送作用与总波动的输送作用非常一致，并在很大程度上决定了波动对动量输送强度的季节变化。天气尺度定常波和10波以上的短波的输送作用主要集中在中纬度对流层的中高层。前者与行星尺度定常波共同决定了该区域内的输送强度，并主导了输送中心的南北移动；后者的作用很小，除夏季外均可以忽略。作者给出的不同尺度定常波对西风动量输送的气候态分布不但可以作为日后研究其年际变化的基础，而且还可以为大气环流模式对大气环流模拟能力的评估提供重要的参考。     

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。     

定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用

利用欧洲中心ＥＣＭＷＦ１０ａ逐日资料，对定常波和瞬变波在亚洲季风区大气水分循环中的作用进行了计算分析。结果表明，瞬变涡动总把水汽从高水汽含量区送到低水汽含量区，实现与平均环流相反的输送，维持了热带地区和中高纬地区水汽的平衡。夏季定常涡动输送的经向分量是将水汽从热带向副热带输送的主要机制，而瞬变涡动输送的经向分量则是把水汽从副热带输送到中高纬的主要机制。由于季风经圈环流的存在，使得亚洲季风区的热带地区为重要的水汽源区，而其副热带和中纬度地区是水汽汇区，这与同纬度其它地区相反。     

从海平面气压场的波谱分析比较南、北半球大气环流的变化

本文应用沿纬圈的谐波分析,对1951—1960年各年逐月南、北半球海平面气压进行分解,对比两个半球的副热带(30°N,30°S)及中纬度(50°N,50°S)的超长波活动发现:(1)南、北两个半球月平均大气环流都存在有性质不同的两类变化,即季节性变化与非季节性变化。在海陆对比明显的北半球,不论西风带还是副热带季节性变化都比较清楚。而南半球仅副热带季节性变化明显,西风带则是非季节性变化占优势。(2)南、北两个半球大气环流的季节变化,都有明显的年际差异。通常,北半球夏季建立(南半球是夏季结束)的年际差异大,北半球夏季结束(南半球是夏季建立)的年际差别较小。(3)超长波位置的年际变化与海陆分布有密切关系。陆地面积大的地区,占优势的超长波位置比较稳定,在几乎全为海洋的50°S,则超长波无论占优势与否,波槽位置的年际变化都较大。     

太平洋中低纬度海表温差与副热带高压异常的数值模拟

中国夏季天气变化与太平洋副热带高压关系密切,而中低纬度热力差异可能是副热带高压的强度和位置发生变化的莺要原因,文中利用NCAR/NCEP再分析位势高度、垂商速度和海表温度场资料,在对太平洋海表温度合理分区的基础上.根据海表温度EOF分解的第一模态时间系数与副热带高压的相关关系,定义了太平洋中、低纬度海表温差指数,并通过统计分析和数值模拟方法分析了温差的年代际变化特征及其对副热带高压的影响.结果表明:副热带高压的变化分别与中纬度太平洋的(30°-40°N,180°-140°W)和低纬度太平洋的(10°S-10°N,140°～100°W)两块区域海温关系密切,对由此两区域定义的温差指数分析发现,1976年前后温差指数出现一次显著的由弱变强的年代际突变,且温差的年代际变化特征与副热带高压异常有很好的对应关系,温差大值年,副热带高压偏强,面积增大,西伸尤其明显;温差小值年,副热带高压偏弱,面积减小,东撤明显.进一步的统计分析和NCAR/CAM3.0模式数值模拟都发现,夏季中低纬海表温差增大将引起哈得来环流加强,副热带的下沉速度加大,使副热带高压增强;夏季中低纬海表温差减小将引起哈得来环流减弱,副热带的下沉速度减小,使副热带高压减弱.冈此夏季中低纬海表温差的变化是导致副热带高压强度和位置异常的重要原因之一.     

台风对四川暴雨影响的环境场对比分析

通过统计2000-2010年5-9月在15°～35°N、103°～130°E区域内活动的台风与相应时段四川逐日降水量之间的关系,指出与四川暴雨统计关系最密切的台风路径分别为偏西路径、转向路径和西北路径.对比相似台风路径背景下四川有无明显暴雨出现的环境场特征,指出西风带低槽在40°N以北活动,中亚地区为高脊,中纬度大陆高压控制西藏东部到四川大部或我国中东部为宽广低槽是不利四川产生明显暴雨的环境场特征;巴尔克什湖到贝加尔湖为宽广低槽,副热带锋区密集,到达36°N附近,中纬度带状高压脊线位于30°N以南以及我国中高纬度呈现出东高西低的态势,西部为经向度大的斜压性低槽是有利四川产生暴雨的环境场特征.分析指出:台风对四川天气的影响主要有三方面,一是通过影响副热带高压(大陆高压)产生间接影响;二是台风低压外围环流直接影响;三是作为载体向四川输送暖湿空气,与中高纬低值系统及副热带高压相互作用共同影响.     

夏季东亚季风与西太平洋副高对福建旱涝影响的诊断分析

利用NCEP/NCAR发布的850 hPa风场和OLR场以及福建38个站月降水资料, 分析了福建夏季旱涝与东亚夏季风及西太平洋副高的关系。结果表明夏季旱涝与夏季风强弱及副高南北位置密切相关。涝 (旱) 年在东亚季风系统中的热带季风环流出现异常加强 (减弱), 副热带季风环流则出现异常减弱 (加强); 涝年副高平均脊线位置偏北于27°N附近, 旱年则偏南于24°N附近; 由春入夏, 再由夏入秋副高南北位置的季节位移, 涝年先是急速北跳, 而后又急速南撤, 旱年却进退平缓。旱涝年东亚中高纬度环流亦表现出不同特征, 涝 (旱) 年一般没有 (有) 出现阻塞形势, 中纬度纬 (经) 向环流发展, 副热带锋区北抬 (南压), 研究还进一步揭示了夏季副高位置南北偏离影响夏季各月降水及其分布的不同形式。     

青藏高原大地形高度变化对东亚地区定常扰动能源转换的影响

利用CAM3（Community Atmosphere Model version 3）模式和ERA-Interim再分析数据研究了对流层中青藏高原大地形对东亚地区定常扰动能量源的影响。在冬季对流层中东亚地区的定常扰动的能量源地主要有两个,分别是高原北部的东亚地区和高原下游的西太平洋地区。高原高度增加时,对流层整层东亚地区斜压发展随高原高度增高而减弱,西太平洋地区斜压发展增强。定常扰动的正压发展与斜压发展的位置相似,但是明显的要比定常扰动的斜压发展弱。随着高原高度升高,在对流层中高原北部的东亚地区正压发展先减弱后增强,而在高原下游的西太平洋地区随高原高度增高正压发展一直增强。在冬季对流层中定常扰动的总能量发展与定常扰动的斜压发展一致,这样的发展趋势说明了冬季东亚地区和西太平洋地区定常扰动在对流层中的能量发展主要是斜压性引起的。     

辐散风和瞬变的涡度通量的异常对定常波年际异常的强迫作用

研究了１９８２／１９８３年１２—２月对流层上层由辐散风和瞬变的涡度通量所产生的涡度源异常对定常波异常的强迫作用。结果表明，瞬变的涡度通量辐合的异常有抵消或耗散辐散风产生的涡度源异常的趋势；定常波的异常是在这两种强迫力的共同作用下维持的。同时还表明，对１９８２／１９８３年的情况，热带和赤道中东太平洋上的涡度源异常以及中纬度北太平洋上的涡度源异常都对太平洋／北美地区的大气环流异常起了重要的作用。     

多星拼图的再处理技术

由于不同静止气象卫星的观测时间、分辨率及红外通道的红外扫描辐射计的光谱响应函数和空间响应函数都不尽相同,因此,将两颗静止气象卫星的红外云图融合在一起而形成的多星拼图,就会在交界处呈现不连续性,图像上表现为一条明显的拼缝且拼缝的两边亮度不一致。本文利用“直方图匹配方法”对多星拼图进行处理,消除了亮度不均匀现象,提高了图像的整体视觉效果。     

定常态副热带高压与垂直运动的关系

文中利用NCEP/NCAR月平均再分析资料研究了定常条件下二维和三维空间上副热带高压与垂直运动的关系 ;比较了Hadley环流和副热带高压动力学的差异。结果显示由于地球自转 ,在副热带地区出现了最大的经向质量通量的辐合 ,导致了纬向平均副热带高压的形成。在热成风关系的制约下 ,除了在北半球夏季 ,通常副热带高压脊线随高度增加向赤道倾斜。Hadley环流的下沉支从对流层顶垂直地延伸到行星边界层。因此副热带高压脊线与该下沉支在自由大气中位置分离 ,年际变化反相 ;在行星边界层中摩擦耗散作用使两者重合 ,年际变化同相 ,但垂直运动对副热带高压的形成不起作用。三维空间上 ,沿行星边界层的副热带高压脊线处为下沉运动 ,副热带大洋东部强烈的下沉运动对应着强烈的向赤道气流。自由大气中 ,垂直下沉运动的分布与副热带高压的分布不同。大洋上副热带高压东部大气下沉 ,副热带高压西部大气上升。这一方面与等熵面的北高南低的倾斜分布在动力学上是一致的 ;另一方面还表明副热带高压的形成也与非绝热加热密切相关。总之 ,不论是在自由大气还是在边界层中 ,不能简单地把下沉运动看成是副热带高压形成的原因。     

Behaviour of Coupled Modes in a Simple Nonlinear Air-Sea Interaction Model

Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｍｏｄｅｓ　ｉｎ　ａ　Ｓｉｍｐｌｅ　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ａｉｒ－Ｓｅａ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ＭｏｄｅｌＬｉＣｈｏｎｇｙｉｎａｎｄＬｉａｏＱｉｎｇｈａｉ（ＬＡＳＧ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉ...     

Kinetic equations and stationary energy spectra of weakly nonlinear internal gravity waves

An ensemble of random-phase internal gravity waves is considered in the dynamical framework of the Euler–Boussinesq equations. For flows with zero mean potential vorticity, a kinetic equation for the mean spectral energy density of the waves is obtained under hypothesis of Gaussian statistics with zero correlation length. Stationary scaling solutions of this equation are found for almost vertically propagating waves. The resulting spectra are anisotropic in vertical and horizontal wave numbers. For flows with small but non-zero mean potential vorticity, under the same statistical hypothesis applied to the wave part of the flow, it is shown that the vortex part and the wave part decouple. The vortex part obeys a limiting slow dynamics equation exhibiting vertical collapse and layering which may contaminate the wave-part spectra. Relation of these results to the in situ atmospheric measurements and previous work on oceanic gravity waves is discussed.     

线性准地转模型中副热带感热加热强迫的定常波

通过求取定常线性准地转位涡模式的解析解,研究了感热加热强迫所激发的副热带定常波的结构特征,讨论了基本流、牛顿冷却及地面摩擦等对定常波振幅和位相的影响。结果表明,东风时定常波在垂直方向上表现为上、下层反位相的第一斜压结构,且地面系统远强于中高层;西风时定常波呈现出向上的传播特征,在高层,随着风速增大振幅随高度的升高有增大趋势。在近地层,东风时气旋（反气旋）主体位于加热西（东）侧;西风时气旋（反气旋）主体位于加热东（西）侧,近地层以上相反。此外,发现东、西风基本流的作用具有对称特征,这与潜热加热显著不同。研究结果还表明,牛顿冷却对定常波有重要影响,基本流越弱影响越显著。在静止大气中,感热加热强迫下无斯韦尔德鲁普（Sverdrup）解,考虑牛顿冷却时,感热强迫在热源范围内的近地层和中高层分别激发出气旋式和反气旋式环流,气旋中心位于加热中心略偏西的位置。在非静止大气中,牛顿冷却项使地面系统中心向上风方向移动,东风时向东移。牛顿冷却对高、低层系统均有削弱作用。地面摩擦则明显不同,它总会使低层系统减弱,高层系统增强。     

理想海域中台风引起的潮、流及波的分析 II.海岸及陆架的影响

采用理想的大陆架地形和台风模型计算了不同方向登陆的台风所激发的海洋响应。结果表明,岸边的潮位变化主要是由于台风引起的强迫振动造成的。而对于登陆型台风来说,在远离台风路径的地方,潮位的变化则是由于边缘波效应。对地平直海岸和二维大陆架,自由边缘波的振幅远小于强迫波的振幅。平行海岸移行台风在岸边产生随台风一起移动的强制波,其中当台风沿着与Ｋｅｌｖｉｎ波相同的方向移行时,岸边有陆架波产生,反之则没有陆架波。此外,还讨论了与风暴潮相关的近岸环流。     

卫星云图,雷达数字化回波图在预报徐州暴雨中的应用

本文使用历史暴雨天气过程的卫星云图资料,进行数字处理,统计归纳,并结合雷达数字化资料和天气分析、数值预报产品、能量场分析,总结出一些以卫星资料为主,能使用于日常短期到短时预报暴雨的结论。