按Lorena精确公式和近似公式计算有效位能制造

以时空域为函数研究了按Ｌｏｒｅｎｚ所定义大气中精确的有效位能制造的近似的有效位能制造公式。大气中有效位能的制造是由非绝热加热场和温度场决定。这个加热场通过使用每天四次的ＥＣＭＷＦ的１９８６－１９９２年７个１月份和１９８５－１９９１年７个７月份的初值化分析资料，用余差法进行估计。     

对流有效位能垂直分布作用的评价

对流有效位能（ＣＡＰＥ）与评价大气对流潜力的标准的不稳定指数,例如抬升指数（ＬＩ）,只有中等程度的相关,这是由于ＬＩ仅反映单层的浮力,而ＣＡＰＥ反映了积分厚度和浮力。将ＣＡＰＥ值降以积分厚度,使其正规化,得到一个指数（ＮＣＡＰＥ）,它与厚度无关,是一种方便的求气块平均浮力的方法。正规化有效地区别了ＣＡＰＥ类似而其浮力不同,积分厚度不同的环境。而且由于ＣＡＰＥ的垂直分地对流上升气流的强度可能有很大的     

北半球风暴轴附近的能量转换

用１９８０￣１９８４年的ＥＣＭＷＦ客观分析资料，对任选一年的任意月份、正常年和尼尔尼诺年的特别月份天气尺度涡动能量及其与时间平均气流之间的能量转换项进行了分析。结果表明：在风暴轴区域，天气尺度涡动动能和天气尺度涡动有效位能最大，天气尺度涡动与时间平均气流之间的能量转换也是最剧烈；在风暴轴的入口区、出口区，天气尺度涡动与时间平均气流之间的能量转换是反向的，从而使风暴轴维持在比较常定的区域。     

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.     

海洋风暴形成的一种动力学机制

文中从观测统计学、瞬变涡动能量学和 MM5中尺度数值模拟角度 ,研究了海洋风暴 (爆发性气旋 )形成的气候特征及其可能的动力学机制 ,揭示了一幅爆发性发展的物理图像。结果表明 ,在冷季大气特别是日本以东洋面上大气特有的热力气候背景下 ,通过同海洋风暴过程相联系的涡动热通量 vθ的向极地输送 (- vθ· θm>0 ) ,将季节尺度的时间平均有效位能向瞬变涡旋时间尺度的涡动有效位能转换 ,是海洋风暴形成的主要动力机制。在该过程中转换来的具有最大贡献的涡动有效位能 ,连同具有次大贡献的积云加热制造的涡动有效位能(q3 )一起 ,通过暖异常区 (α >0 )暖湿空气上升运动 (-ω >0 )的斜压转换 (-ωα) ,促使涡动动能增长。同时 ,补充的涡动有效位能又加强了暖异常区的暖湿空气上升运动 ,进而产生积云对流活动及其潜热释放的正反馈过程 ,最终导致涡动动能急剧增长和海洋风暴的形成。海-气潜热输送的作用是在风暴形成初期提供后来积云尺度对流活动及潜热释放的水汽潜力。研究还表明 ,海洋风暴主要发生在冷季月份 1 3 0°E以东的中高纬洋面上 ,这种对特定季节和特定海域的依赖性是大气和海洋气候背景的动力 /热力共同作用的结果     

中国部分清洁地区大气中N2O的浓度

１９９３年４月—１９９５年８月对中国部分清洁地区大气的Ｎ２Ｏ浓度进行了现场观测，结果表明：农田（玉米田和麦田）大气的Ｎ２Ｏ平均浓度高达３２２．１－３４３．４ｐｐｂｖ，这是土壤排放Ｎ２Ｏ的结果；临安、龙风山和瓦里关山大气本底观测站（ＷＭＯ／ＧＡＷ）Ｎ２Ｏ的平均浓度分别为３１８．８±８．４ｐｐｂｖ，３１７．４±４．７ｐｐｂｖ和３１４．０±４．２ｐｐｂｖ。在此基础上，分析了大气Ｎ２Ｏ的分布及变化特征。另外，还对现场取样及Ｎ２Ｏ浓度测量技术作了初步分析和评价     

西太平洋区域二甲硫酸及其他硫化物的模拟研究

本文利用一维光化学模式，以二甲硫醚（ＤｉｍｅｔｈｙｌＳｕｌｆｉｄｅ，简称ＤＭＳ）为源模拟了西太平洋对流层的硫化物循环。ＤＭＳ海－气通量由“ｓｔａｇｎａｎｔ－ｆｉｌｍ”模式进行计算。尽管海洋大气中ＯＣＳ浓度比ＤＭＳ大一个量级，但它对ＳＯ２的贡献很小，ＤＭＳ仍是海洋大气中ＳＯ２的主要源。在大气垂直湍流输送过程中，ＤＭＳ白天与ＯＨ反应，夜间与ＮＯ３反应被氧化成ＳＯ２，ＳＯ２大部分通过非均相转化形成Ｈ２ＳＯ４。模拟结果与ＰＥＭ－ＷＥＳＴ－Ａ观测资料对比，取得了较好的一致性。     

北半球对流层上层遥相关型的涡度源、能量源与能量传播

基于ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８８年的全球资料，研究了北半球对流层上层两个主要遥相关型（大西洋／欧亚型与太平洋／北美型）的涡度源、能量源及能量传播路径．结果表明，这两个遥相关型的涡度源和能量源分别主要位于北大西洋和北太平洋地区．遥相关型在北大西洋和北太平洋通过正压能量转换从气候平均流中吸收能量，然后从这两个地区将能量向外传播，以维持其水平遥相关结构．     

1991年江淮暴雨期地气通量与混合层结构的研究

本文用１９９１年５—７月江淮及其北部地区的地面与高空资料根据３种不同的整体公式对地表通量（动量、感热和潜热通量）进行了估算，并对混合层结构进行了研究，揭示出这次持续性特大暴雨中陆面过程的一些特征，主要结果如下：１．地表通量依赖于大气稳定度，稳定度越强，地表通量越小。不稳定状况下平均地表动量通量为０．０１５４Ｎ／ｍ２，向上的感热和潜热平均值分别为２５．７Ｗ／ｍ２和１３２．３Ｗ／ｍ２；稳定状况下，地表动量通量为０．００６Ｎ／ｍ２，感热和潜热通量平均是向下输送的，分别为－１．５Ｗ／ｍ２和２．５Ｗ／ｍ２。２．地表通量与降水过程密切有关。雨期的动量通量略小于非雨期，而雨期的感热与潜热通量明显小于非雨期，雨量越大，这两种通量愈小。３．地表通量具有明显日变化。动量、感热和潜热通量的最大值出现在下午２时左右，最小值出现在凌晨２时左右。４．混合层与雨期关系密切，雨期的混合层高度较非雨期低，这时地表感热和潜热通量小；而非雨期情况相反     

光合有效量子通量密度的气侯学计算

讨论了光合有效辐射（ＰＡＲ）的两种计量系统，提出了利用太阳总辐射照度估算光合有效量子通量密度的气候学公式。根据国外对昼光的观测资料，得到了ＰＡＲ能量的量子转换系数，即太阳总辐射中，ＰＡＲ每１Ｊ的能量含有４．５５μｍｏｌ的量子。在气候学计算中，可利用这个值进行ＰＡＲ的能量和量子的换算。     

近30a来北半球对流层大气月均环流的涡动减弱现象

利用1980-2009年NCEP／NCAR月平均再分析资料,研究了在全球变暖背景下北半球对流层大气涡动减弱现象。结果表明：北半球涡度拟能30a来整体呈减弱趋势,在北太平洋地区和极地减弱尤为显著,12．5～50°N为影响北半球大气涡动变化的关键区域。由于对流层200hPa以下大气的增暖,特别是中高纬地区显著增暖,减弱了经向温度梯度,使得副热带西风急流的强度亦呈减弱趋势。这与涡度拟能的变化有显著的正相关关系。分析了北半球正压Rossby波动诊断量E和热量经向涡动通量的变化,表明中纬度波能传播在不同地区有不同趋势,而热量的经向涡动输送与涡度拟能的变化也呈现显著的正相关关系,减弱明显。研究结果对深刻认识大气环流变化规律和理解全球变暖的可能影响具有重要意义。     

1961～1997年110～140°E垂直经圈环流的年际变化特征及其与海温变化的关系

用 ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料，分析了 １９６１～ １９９７各年 １月和 ７月的大气垂直 经圈环流的变化特征，特别分析了１１０～１４０°Ｅ平均的垂直经圈环流和其中的东亚季风环 流。计算了各年的经圈环流与多年平均垂直经圈环流之相似系数、差异系数和相对强度。文 中除讨论了它们的年际和１０年际变化外，还讨论了东亚季风环流强弱变化与ＥＮＳＯ循环的 关系。结果表明：（１）垂直经圈环流除有年变化外，存在着较明显的年际和年代际变化。１ 月的全球平均经圈环流１９６６～１９７４年较弱，１９７６～１９８７年较强；７月的全球垂直经圈环流 则是１９６３～１９７４年较强，１９８６～１９９５年则相对较弱。（２）１１０～１４０°Ｅ的平均经圈环流主要 特点是： １月东亚季风环流圈代替了北半球的Ｆｅｒｒｅｌ环流圈，７月东亚季风环流圈代替了北 半球的Ｈａｄｌｅｙ环流圈，而且其１０年际变化也比较明显。（３）东亚季风环流强弱的变化与 ＥＮＳＯ循环有一定的关系。     

湿位涡和倾斜涡度发展

从完整的原始方程出发，在导出精确形式的湿位涡方程的基础上，证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明，在湿等熵坐标中，涡旋的发展与对流稳定度的减少，等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，又进而发展了Ｚ坐标及Ｐ坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气，还是湿对称稳定或对流稳定大气，除对流稳定度的影响外，风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大，这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对１９９１年６月１２—１５日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层也十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

1月和7月月平均气候的模拟与IAP GCM模式效能检证

利用ＩＡＰＧＣＭ２５年的积分结果,系统分析了模式的１、７月月平均气候,并与观测资料、ＯＳＵＧＣＭ和其它大气环流模式的模拟结果作了比较,所比较的变量包括大气基本变量即海平面气压、表面气温和降水以及与流场、加热场和水汽场有关的诸多变量。结果表明,模式成功地模拟出各种大气变量的分布特征,大多数变量的模拟结果要优于ＯＳＵＧＣＭ,从而证实模式对１、７月月平均气候有较好的模拟能力,特别是由于ＩＡＰＧＣＭ与ＯＳＵＧＣＭ两模式物理过程十分相似,这一结果还进一步证实了ＩＡＰＧＣＭ动力框架和计算方案的优良性能。模拟的主要误差包括南极槽偏浅、冰雪区表面气温偏高以及主要降雨区雨量偏大等,同时还分析了模拟误差的可能原因,提出了改进模式的一些设想。此外,计算并比较分析了模式中动量、感热和水汽的经向输送。     

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。     

污染大气边界层的长波冷却率模式

考虑大气气溶胶在长波窗区的散射和吸收作用以及水汽的连续吸收作用，建立了一个适用于污染大气边界层的长波冷却率模式。计算结果表明：当单位面积气柱中气溶胶含量为７８５．９ｍｇ／ｍ２时，气溶胶的作用可使到达地面的长波向下辐射增大３９Ｗ／ｍ２。在大气窗区，大气气溶胶和水汽的连续吸收对长波冷却率的影响是同等重要的。在水汽含量和气溶胶浓度较大的大气边界层内，水汽连续吸收的冷却率最大时可达１．３Ｋ／ｄ，气溶胶的冷却率最大时可达到１．６６Ｋ／ｄ，二者对长波冷却率的贡献均不容忽视     

大气环流模式的完全控制试验与模式大气的年际异常研究

对大气环流模式提出了完全控制试验（ＦＣ）的概念，对包括陆面下垫面在内的整个地球表面的热力强迫作了控制。在ＦＣ中，可以更好地分离出大气内动力过程对于模式大气短期气候异常的影响。利用ＩＡＰ２－ＬＡＧＣＭ（中国科学院大气物理所二层大气环流模式）实施了完全控制试验。结果表明，北半球夏半年ＦＣ的月平均海平面气压（ＳＬＰ）年际异常较Ｃ的小，而全球或南半球ＦＣ与Ｃ的ＳＬＰ无明显差别。东亚－西太平洋区域夏半年ＦＣ的月平均ＳＬＰ年际异常甚至高于Ｃ的，意味着该区域模式大气环流短期气候异常中大气内动力过程的作用不可忽视。     

El Nio与La Nia期间大气加热场的特征及其对大气环流的影响

本文采用欧洲中心７层网格点逐月平均全球资料和同期美国ＫＷＢＣ的太平洋海温资料分析了１９８２年１月～１９８３年１２月ＥｌＮｉｎｏ期间和１９８８年１月￣１９８９年１２月ＬａＮｉｎａ期间大气加热场的特征。结果表明，海表温度异常时，海面向上输送的感热、潜热通量变化并不大，有时甚至出现和海温距平变化相反的趋势，而另一方面，各辐射量和凝结加热量变化却很重要。进一步本文又分别以多年平均的１２月、ＥｌＮｉｎｏ及ＬａＮｉｎａ强盛时的１９８２年１２月和１９８８年１２月的实测海温和实测大气资料为初值作了数值模拟，模拟的大气状况与真实大气状况一致。根据资料分析和数值模拟的结果，本文认为作大尺度中长期天气预报及研究海气相互作用时应充分考虑辐射收支和凝结加热量的变化。     

中国东部夏季风雨带向北推进与条件对称不稳定的关系研究

利用1981～2010年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA-interim再分析资料和中国741站日降水资料,分析了中国东部夏季风雨季期间,条件对称不稳定（CSI）与季风雨带季节性向北推进的关系。结果表明,逐月强降水距平场显示了雨带强降水中心自华南（4～6月）先北跳到江淮（5～7月）,再到华北（7～8月）的季节性进程,特别是7～8月强降水距平场具有“北多南少”分布特征,与对应的平均雨量场相比,其表征雨带季节性北跳现象更显著。与雨带强降水中心季节性变化一致,大气负湿位涡通量中心亦先在华南停滞（4～6月）、然后移到江淮（5～7月）,最后到达华北（7～8月）。在垂直方向上,CSI区4、5及9月主要在925～600 hPa,而6～8月抬升到700～600 hPa,CSI区也很好地表征了夏季风北进加强、南撤减弱以及所伴随的雨带变化趋势。在春末夏初,夏季风建立初期的华南、江淮雨季集中期,热成风（垂直风切变）作用对倾斜对流有效位能（SCAPE）的贡献占绝对优势,盛夏的华北雨季集中期则相反,浮力作用项（CAPE）占主要作用;同时,热成风作用项的季节分布与强降水中心季节变化一致,但浮力作用项却没有这种变化关系。条件性湿位涡通量指数（CMF index）可指示雨带强降水异常区。     

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：