热带平流层低层的对称运动和反对称运动

文章从对赤道β平面上静止大气中线性方程分解着手,得出控制对称运动和反对称运动方程组,对方程求解,从理论上证实在热带子流层低层中存在两种特殊性质的运动即对称运动和反对称运动,并证实赤道Kelvin波是典型的对称运动,而混合罗斯贝-重力波是反对称运动。文章分析了非绝热加热对对称运动和反对称运动的影响,当非绝热加热为唯一的外源扰动时,对称的非绝热加热是产生Kelvin波的重要条件,而反对称的非绝热加热是产生赤道区域平流层混合罗斯贝-重力波的重要条件。另外,随着非绝热加热增加,对称运动和反对称运动强度也增加。     

大气对称运动和反对称运动的物理性质以及它们之间的能量转换

采用p坐标系,利用控制原始方程模式大气中对称运动和反对称运动的方程组,对其物理性质,如对称的和反对称的能量、角动量等的守恒性和它们之间的相互转换,纬圈平均的和扰动的对称和反对称运动之间的能量的相互转换进行了讨论。结果指出:(1)对全球总的绝对角动量的变化有贡献的,只能是因地形而引起的位势高度的对称部分在纬圈方向的差值和耗失力的纬向分量;(2)不同形式能量之间的相互转换除和经典的情况类似外,还有对称能量和反对称能量之间的相互转换,可以制约对称运动和反对称运动的相互影响。     

温度和纬圈平均西风等气象要素对赤道的对称分布和反对称分布

把任一气象要素分为对赤道对称和对赤道反对称的两部分，利用Oort等的气候资料进行分析，发现在全年中，许多气象要素，如500和1000百帕纬圈平均的高度、温度和西风等，主要呈对称分布。对称部分的绝对值和其沿经圈分布曲线的起伏，都远远大于其反对称部分的对应值。而且，对称部分的曲线起伏，除1000百帕的西风和高度不太明显外，在1—7月普遍呈减小的趋势。至于反对称部分，其变化趋势则与对称部分相反。为了解释上述现象，还对年平均的非绝热加热、摩擦和地形等进行了分析。发现地面拔海高度的反对称部分最明显。在12—2月和6—8月，净辐射、地面雷诺应力、地面（包括海洋）和大气之间的热交换（包括辐射、感热和潜热）的反对称部分也很明显，有时和对称部分相当，甚至超过；但它们在这两个季节的沿经圈分布的位相是相反的。这看来和上述气象要素中反对称部分的产生，以及对称运动维持及其随季节变化有密切关系。     

正压过滤模式大气中的对称运动和非对称运动

把流函数分成对赤道对称和对赤道反对称的两部分,可以把正压涡度方程分离为描写大气对称运动和反对称运动的两个方程。根据它们,讨论了在全球范围内几种基本物理量,如涡度和绝对角动量等在对称和反对称情况的守恒性。还给出了这两类运动的能量收支方程和能量转换表达式。可以看出,在大气中不仅有纬圈平均动能和扰动动能之间的转换,也有对称运动产生的和反对称运动产生的动能之间的转换。 还在涡度方程中考虑地形和水平扩散的情形下,提出了大气非对称性质产生的机制。结果表明:非对称的地形分布和水平扩散系数的分布可能是导致非对称运动的原因。 最后,还对全球预报和半球预报,从物理观点作了理论比较。     

在正压过滤模式大气中地形和水平扩散对非对称运动形成的作用

利用考虑地形和水平扩散作用的正压涡度方程,在线性情况下,给出了描写对称运动和反对称运动(都是对赤道来说的)的方程和它们各自的解析解。分析这些解可以看出,不论对于对称运动或反对称运动,解都由三部份组成:一是与初始流场有关的Rossby波;一是以Rossby波波速传播的,与地形和水平扩散有关的行进波;另一是与地形和水平扩散有关的定常波。但是,如初始时刻运动是对称的,则地面拔海高度和水平扩散系数的反对称分布可以引起反对称运动,从而,引起非对称的运动。在定常情况下,则对称的流场,和地面拔海高度、水平扩散系数的对称分布有关,反对称的流场,和地面拔海高度、水平扩散系数的反对称分布有关。最后,还用数值试验,证明反对称地形可以引起反对称运动;还讨论了南北半球的相互影响的问题。     

关于正压大气对称运动和非对称运动的数值试验

利用正压原始方程谱模式进行了3个不同情况的数值试验。发现试验结果和在正压过 滤模式的情况很相似,即: 1.在无地形起伏时,如初始时刻运动是对称(来赤道来说,以下同)的,则以后运动将永 远是对称的; 2.在地形为对称时,如初始时刻运动是对称的,则以后运动仍将是对称的; 3.反对称的地形分布可以引起反对称运动,从而,使初始时刻对称的运动变为非对称运 动。 为了解释这些结果,用作者曾在正压过滤模式中用过的方法进行分析,证明它们在理论 上是成立的。还发现:如初始时刻运动是反对称的,则以后将变成非对称的,即纯粹的反对 称运动不可能维持。 Three numerical experiments have been made by using a spectral barotropic primitive equation model. It is found that the results obtained are quite similar to those with the barotropic filtered model. The main results read as follows.1. In the case of flat surface or symmetric orography, if the motion is symmetric (with respect to the equator; the same is true hereinafter) at the initial instant, then it would be symmetric forever.2. Antisymmetric orography distribution could generate antisymm     

论热带纬圈半地转运动的建立

文中在赤道β平面上 ,在滤掉低频 Rossby波的情况下 ,研究了纬圈半地转运动的建立。指出 ,只有当运动的纬圈尺度很大时 ,非地转风分量才能随着重力惯性波的频散而消失 ,从而建立起纬圈半地转平衡。应用位势涡度不变式 ,给出了纬圈半地转适应后物理场的解。同时指出 ,Kelvin波 (对赤道对称情况 )和混合波的 Rossby波波段 (对赤道反对称情况 )将不参与适应运动 ,它们属于发展运动中的角色。     

一个分析大气谱模式的合理性的定性方法

利用对称运动和非对称运动的理论结果,如‘对称运动的不变性’,可以推得:如初始时刻运动是对称的,对于绝热无摩擦的谱模式,在时间积分过程中,总有 1.和反对称运动有关的谱系数等于零; 2.全球预报和半球预报在同一半球内处处相同; 3.和赤道对称的任意两个区域,其各自的运动彼此对称。 数值试验也证实了这些结果。 在有外力强迫的情形,如地形(或加热),如其分布是对称的,则在初始运动是对称的情况下,‘对称运动的不变性’仍然成立。但如果地形(或加热)分布是非对称的,则运动的对称性会减小,而变成非对称运动,并出现越赤道气流。这些也经过数值试验加以证实。 利用上述理论结果作为指导,可以用所设计的模式进行试验、分析,从而,确定模式设计是否合理,有关软件是否有误等。     

El Nino事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法,分析了1971-2003年间7个El Nino事件发生时南、北半球大气环流异常的对称与反对称特性。分析结果表明,El Nino事件发生期间,在热带地区15°S-15°N大气环流异常以对称性为主,但也有一定的反对称分量：高度场异常和纬向风异常的对称性较强,而经向风异常的反对称较强;同时在El Nino事件演变的各阶段,高度场异常和纬向风异常的变化较明显,而经向风的变化较小,高度场和风场异常在低层（700hPa）和高层（200 hPa）呈明显的反位相分布。并且,为探讨El Nino事件对南、北半球大气环流异常的非对称性影响的机理,本研究进一步利用ERA-40逐日资料,应用Hough函数分析了El Nino事件发生期间这些赤道波动的演变特征。结果表明,El Nino事件发生期间,热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强,而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用;并且,研究结果还表明,在ElNino事件发生期间,热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常。此外,分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性。     

El Niño事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法, 分析了1971～2003年间7个El Niño事件发生时南、北半球大气环流异常的对称与反对称特性。分析结果表明, El Niño事件发生期间, 在热带地区15°S～15°N大气环流异常以对称性为主, 但也有一定的反对称分量: 高度场异常和纬向风异常的对称性较强, 而经向风异常的反对称较强; 同时在El Niño事件演变的各阶段, 高度场异常和纬向风异常的变化较明显, 而经向风的变化较小, 高度场和风场异常在低层 (700 hPa) 和高层 (200 hPa) 呈明显的反位相分布。并且, 为探讨El Niño事件对南、北半球大气环流异常的非对称性影响的机理, 本研究进一步利用ERA－40逐日资料, 应用Hough函数分析了El Niño事件发生期间这些赤道波动的演变特征。结果表明, El Niño事件发生期间, 热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强, 而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用; 并且, 研究结果还表明, 在El Niño事件发生期间, 热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常。此外, 分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性。     

对多层原始方程模式的合理性分析

本文分理论基础和数值分析两部份。在第一部份中,利用绝热无耗散多层原始方程模式从理论上证明:如在初始时刻t_0时运动是对称的(包括地形是对称的),则在t>t_0的任一时刻,运动将保持是对称的。还在考虑对称地形情况下用模式进行时间数值积分,证明了理沦结果的正确性,因而,理论结果可以作为分析模式合理性的基础。 但是,如考虑实际地形,则由于其对称部份和反对称部份数量相当,运动的对称性会大大降低,受影响的地区主要是北半球高山地区和南半球与之对称的低地。而且,这种影响是从低层逐渐传播到高层的。     

E1 Ni(n)o事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法, 分析了1971～2003年间7个El Ni(n)o事件发生时南、 北半球大气环流异常的对称与反对称特性.分析结果表明, El Ni(n)o事件发生期间, 在热带地区15°S～15°N大气环流异常以对称性为主, 但也有一定的反对称分量: 高度场异常和纬向风异常的对称性较强, 而经向风异常的反对称较强; 同时在El Nino事件演变的各阶段, 高度场异常和纬向风异常的变化较明显, 而经向风的变化较小, 高度场和风场异常在低层 (700 hPa) 和高层 (200 hPa) 呈明显的反位相分布.并且, 为探讨El Ni(n)o事件对南、 北半球大气环流异常的非对称性影响的机理, 本研究进一步利用ERA-40逐日资料, 应用Hough函数分析了El Nino事件发生期间这些赤道波动的演变特征.结果表明, El Ni(n)o事件发生期间, 热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强, 而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用; 并且, 研究结果还表明, 在El Ni(n)o事件发生期间, 热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常.此外, 分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性.     

副热带高压脊线移动的三维结构特征

文中定义了东西风交界面作为表征副热带高压脊线位置的动力学参量 ,并利用 NCEP/NCAR再分析月平均资料在三维空间中考察了东西风交界面的空间、时间变化特征。分析结果表明 :副热带高压位置移动以季节变化为主 ,季节变化由南北移动和斜率变化两类运动组成 ;副热带高压位置移动的年际变化和 ENSO事件关系密切 ;南半球副热带高压具有纬向对称的垂直结构 ,北半球副热带高压垂直结构较为复杂 ,尤其是西太平洋副热带高压表现出在全球副热带高压系统中的独特性。     

大气中对称运动的非线性稳定性分析

本文利用分岔和突变理论讨论了非线性对称运动的稳定性,结果表明: (1)在的情况下,非线性对称运勃方程在平衡点P(0,0)和Q((fs)/β,0)附近具有完全不同的性质。 (2)在的情况下,当时,对称运动可以产生亚临界分岔,而当时,对称运动可以产生超临界分岔。 (3)在的情况下,当条件和同时满足时,对称运动可以产生尖点(cusp)突变。     

El Nio事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法,分析了1971~2003年间7个El Nio事件发生时南、北半球大气环流异常的对称与反对称特性。分析结果表明,El Nio事件发生期间,在热带地区15°S~15°N大气环流异常以对称性为主,但也有一定的反对称分量:高度场异常和纬向风异常的对称性较强,而经向风异常的反对称较强;同时在El Nio事件演变的各阶段,高度场异常和纬向风异常的变化较明显,而经向风的变化较小,高度场和风场异常在低层(700hPa)和高层(200 hPa)呈明显的反位相分布。并且,为探讨El Nio事件对南、北半球大气环流异常的非对称性影响的机理,本研究进一步利用ERA-40逐日资料,应用Hough函数分析了El Nio事件发生期间这些赤道波动的演变特征。结果表明,El Nio事件发生期间,热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强,而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用;并且,研究结果还表明,在ElNio事件发生期间,热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常。此外,分析表明Hough函数在分析热带大气波...     

大连市紫外线辐射强度分析和预报方法研究

利用大连市2007年8月至2008年8月逐日紫外线观测资料,分析了紫外线辐射季、月和日变化特征及其与相关气象要素的关系。结果表明：大连市紫外线辐射强度具有明显的季节变化,夏季最大,春季次之,冬季最小。各季节紫外线辐射强度的日变化同位相,均为正午呈大致对称分布。无论何季节,日照总时数、14时能见度和太阳高度角均为影响大连市紫外线辐射强度的关键因素。同时,详细分析了雾对辐射强度的影响。并运用逐步回归方法,求得各季节紫外线辐射强度的预报方程,实现了预报的定量化。     

简单热带海气耦合模型中的缓慢扰动I:对称和反对称于赤道的运动

文中讨论了在局地热平衡情况下简单模式中的热带海气耦合扰动 ,指出参数 KH,KS和α决定着耦合扰动性质 ,并研究了使用抛物线柱函数展开时所截项数多寡对耦合扰动性质的影响以及对称和反对称于赤道的耦合扰动特征     

热力强迫对越赤道气流产生和维持的作用——定性分析

从原始方程出发，应用大气运动的对称反对称性理论，就赤道地区一呈偶极子分布的反对称冷热源对越赤道气流的形成和维持作用进行了定性分析。结果表明，非绝热加热的反对称分布对越赤道气流的影响是通过诱发和维持反对称的气压场分量来实现的。即在热源上空低层形成低压，高层形成高压；在热汇上空形成相反的气压场。这样，在赤道上空高、低层就将形成与相应气压梯度方向一致的越赤道气流     

基于卫星资料的中国西部地区云垂直结构分析北大核心CSCD

利用2007年3月2008年2月CloudSat与CALIPSO卫星相结合的云分类产品2B-CLDCLASS-LIDAR数据,分析了中国西部及周边地区云的垂直结构特征。研究结果表明,各地区单层云出现频率均大于多层云,天山山脉、祁连山脉中西段多层云出现频率全年均大于周围地区;所有云的云顶和云底高度在不同高度的出现频率具有明显的区域和季节变化特征,且云顶高度的季节变化较云底高度显著;西北地区各云层高度的季节变化不明显,青藏高原(下称高原)地区各云层高度在冬、夏季反差较大;单层云的平均厚度超过2 km,2层云和3层云的厚度基本在1~2 km;云层间距以2层云最大,且高原地区云层间距季节变化较西北地区明显;高原南坡夏季冰云出现频率较多,其他地区冬、春季冰云出现较多,除高原南坡外,冬季冰云出现频率均在80%以上。     

非静力平衡大气非线性层结对称运动的稳定性和突变

在假定了环境地转风具有水平和垂直的线性切变的情况下,考虑大气层结的线性和非线性切变的作用,建立了一个非线性常微分方程组,然后构造了一个Hamilton函数,通过讨论Hamilton函数的凸凹性,得到了非线性层结对称运动的不稳定判据,同时讨论了非线性层结对称运动产生突变的条件。