正压准地转模式中大地形作用下的低频波

利用包含大地形和常速纬向基本气流的正压准地转位涡度方程,研究了大地形对低频波激发的作用,结果表明,起作用的地形因子主要是地形的最大高度和地形坡度。地形最大高度的作用主要是使Rossby波趋向低频,而地形坡度的作用主要是对Rossby波的稳定性起决定作用,同时适当的地形坡度也可导致低频波的形成。而常速纬向基流在总体上的作用是使波动变得趋向低频,且西风基流更有利于低频（30～60天）波的形成。从纬向波数上看,纬向3波以上的波动更容易出现低频（30～60天）。     

垂直切变基流中东西向地形对惯性重力波稳定性的影响

利用分层浅水波方程和小参数(WKB)方法，考虑具有垂直切变的基流和地形的作用，求得惯性重力波的局地频率方程，并根据此方程分析讨论了在多种环境条件下波动的稳定性情况。     

地形对重力惯性波传播与发展的影响

本文用ＷＫＫＢＪ方法研究了地形对重力惯性波传播与发展的影响，得到了地形影响下重力惯性波的波作用量守恒方程。结果表明：重力惯性波能量有向地形较高的区域传播的趋势，并且波包振幅上坡时加大，下坡时减小。     

旋转正压大气中的Rossby波射线

本文将缓变介质中波动的传播理论应用于Rossby波。在基流和不同走向地形假设下，计算了Rossby波射线路径及沿射线波数的变化。结果表明大尺度地形对Rossby波射线有显著影响。     

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。     

定常条件下感热和地形影响的Rossby波

通过在非绝热准地转线性模式中引入波动形式解,并确定适当的定解条件,用正交模方法求得了感热波的波动解。结果表明由于感热加热集中于近地层附近,其波动解具有与山脉波类似的波动垂直结构,波动等位相线随高度向西倾斜,波动能量向上传播。对NCEP/NCAR资料的分析验证了理论推导结果的合理性。大尺度大气定常波随纬度和季节有明显变化。热带地区定常波主要受潜热加热影响,副热带地区大气波动常表现为地形、潜热和感热加热的综合效应,而中纬度地区大气定常波则主要由地形和感热加热决定。     

青藏高原热力作用下的非绝热Rossby波

从含非绝热项的准地转运动方程组出发，分析了青藏高原大尺度热力作用下非绝热Rossby波的一些性质，从理论上证明当背景西风气流为正压时，冬季高原冷却作用有利于Rossby波的经向传播，夏季高原大尺度热力作用不利于波动的经向传播。非绝热Rossby波的频率方程说明冬季高原的热力作用是中纬季节内振荡的重要激发机制。同时，在背景西风气流为纯斜压条件下，求解了高原热力作用下非绝热Rossby波的频率，并由频率方程说明冬季高原热力作用有利于波动向不稳定方向发展，而夏季高原的大尺度热力作用对波动稳定性的影响存在临界值。     

地形强迫对大气长波调整的可能影响

地形作为大气的外部强迫,其动力和热力作用对波动结构演变及极端天气出现都有不能忽视的作用。本文通过数值求解考虑地形强迫的β平面正压准地转位势涡度方程,探讨了地形强迫作用对大气长波调整的可能影响,结果表明:同非线性作用和纬向非均匀基流作用一样,无基流情形下具有纬向差异的地形分布影响了大气长波结构的演变,也能强迫出大气长波调整现象。大气长波调整依赖于地形的高度和地形分布,地形越高,长波越容易出现波数的调整;地形波数越大,即地形结构复杂,越不易出现波数变化。大气长波调整还与纬度有关,纬度越高,β越小,地形强迫作用越突出,长波调整容易出现;反之,低纬度以β效应为主的线性波动不易出现波数调整。大气长波调整对波动初始波动的振幅不敏感,但依赖于波动的初始结构。此外,有基流作用时,地形强迫还是诱发定常波的重要因素,且定常波流场结构依赖于地形高度分布,与波动初始结构无关。     

近共振地形强迫Rossby孤立波

利用扰动展开和时空伸长变换导得了包括地形强迫的非齐次ＫｄＶ方程，讨论了近共振地形强迫Ｒｏｓｓｂｙｙ孤立波的产生，及其与自由孤立波的相互作用，得到了一些有意义的结果，显示出地形对扰动具有明显的增幅作用，在某种程度上可以解释局地地形在阻塞高压形成中的作用。     

高原横切变线上的波动及其与低涡的可能联系

基于z坐标系下考虑地形的正压模式方程组,利用小参数法求得其一级近似形式,对包含地形坡度与不考虑地形坡度的切变波和涡旋波及其关系进行了理论分析。得出切变线上的波动包括切变波、惯性波和重力外波,属于双向传播的频散波。考虑地形坡度时,波动不稳定条件与波数有关,地形坡度对波动不稳定贡献大小取决于基本气流的纬向分布状况。在不考虑地形坡度时,基流存在南北切变且波长较长时,易出现切变波不稳定。涡旋波不稳定是切变波不稳定的一种特殊形式,即切变线上的波动可通过不稳定发展而形成低涡。理论分析与个例应用表明水平尺度较长的横切变线在一定条件下可诱发低涡生成及东移,从而有利于形成低涡暴雨等极端天气事件。     

正压模式中大地形作用下的低频波

利用包含大地形和常数纬向基本气流的正压模式方程组,研究了大地形对低频波激发的作用,结果表明：起作用的地形因子主要是地形的最大高度和地形坡度,地形最大高度的作用主要是使Ｒｏｓｓｂｙ波趋向低频,而地形坡度的作用主要是对Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性决定作用。同时,适当地形坡度也可导致低频波的形成。     

高原热力作用下的非绝热Rossby波

从含非绝热项的准地转运动方程组出发，分析了青藏高原大尺度热力作用下非绝热Rossby波的一些性质。从理论上证明当背景西风气流为正压时，冬季高原冷却作用有利于Roosby波的经向传播。又由非绝热Rossby波的频率方程说明冬季高原的热力作用是中高纬季节内振荡的重要激发机制。此外，当背景西风气流为斜压时，求解了高原热力作用下非绝热Rossby波的频率，并由频率方程说明冬季高原冷却作用有利于波动向不稳定方向发展，而夏季高原的大尺度热力作用对波动稳定性的影响存在临界值。     

地形对热带大气超长尺度Rossby波动的影响

应用赤道β平面近似，建立一个简单的正压大气半地转浅水线性模式，在连续方程中引入地形的作用，讨论地形对热带大气超长尺度Ｒｏｓｓｂｙ波的影响。结果分析表明，起伏不平的于形动力抬升作用导致热带大气超长尺度Ｒｏｓｓｂｙ波动不稳定并且影响波动的特性。     

地形对重力惯性波发展的影响

本文研究了具有南北坡的地形对重力惯性波发展的影响。利用WKB方法，建立了含地形作用的重力惯性波能量方程。研究结果表明:在层结稳定的情况下，当扰动“上坡”（沿地形高度的升度方向传播）时，其能量将减少，即扰动将减弱；当扰动“下坡”（沿地形高度的负升度方向传播）时，其能量将增加，即扰动将发展。如层结为不稳定，情形则相反，即扰动“上坡”时将发展，“下坡”时将减弱。此外，文中对波动的稳定性问题也作了一些讨论。     

一个双波地形重力波拖曳参数化方案

当地形次尺度强迫的作用与显式的经典动力作用效应相当时,地形重力波拖曳力对于环流的维持,以及动量和热量通量输送的动力效应变得十分显著。这种地形次尺度拖曳作用项可通过参数化的方法,在动力方程中加入额外的小项而引入数值模式。目前成熟的地形重力波拖曳参数化方法,如第1代基于线性单波理论的参数化方案;以及侧重考虑了临界层作用等因素对拖曳力的额外贡献的第2代参数化方案,都无法有效表达风速垂直变化引起的波动应力随高度变化的特征。基于上述考虑,本文给出了一个双波参数化方案用于计算地形重力波拖曳中由线性自由传播重力波造成的波动应力的垂直分布。通过二阶WKB近似,它对由风速垂直变化引起的对波动应力的选择性临界层吸收过程和经典的临界层吸收过程做了显式处理;而在不发生临界层吸收现象的地区,则用两个单波同时在垂直方向上进行应力的传播,并利用波饱和标准进行应力耗散。进一步地在真实地形(以大别山地区为个例)条件下的测试结果表明,通过在不同理想风速廓线以及北半球冬季中纬度纬向平均风廓线下对波动应力垂直分布的计算,证明该方案确实能有效地给出应力随高度变化的特征。     

包络地形和重力波拖曳对区域气候模拟效果的影响

用NCAR区域气候模式(RegCM2)的数值试验，研究了包络地形和地形重力波拖曳作用对1991年5、6月份中国区域内气候模拟效果的影响。通过试验结果的对比分析发现，在模式中引入地形重力波拖曳作用可在一定程度上改善模式对气候系统和要素的模拟效果，使模拟结果更符合气候实况。包络地形对模拟结果也有一定的改善，但对于细网格的区域气候模式(RCM)来说，其效果不如重力波拖曳明显。不论是地形重力波拖曳还是包络地形，在模式积分的初期，它们的作用并不明显，随着积分时间的增长，它们对模拟结果的影响程度增大。     

线性和非线性地形罗斯贝波

本文在半地转概念下,讨论了线性和非线性地形罗斯贝波的稳定性及其解。指出:线性和非线性稳定性判据形式一致。在线性时,地形东西向及南北向坡度对稳定波动的周期和传播速度有明显影响,其解为周期函数;在不稳定时,解为非周期函数。二级近似时其解为孤立波形式——不稳定时,在地形不同位置可形成东移或西移的孤立波槽或孤立波脊;而在稳定时只形成孤立波槽。三级近似时解出现间断点。     

地形对大气环流影响的数值试验

本文利用北半球正压原始方程模式和理想初始场，加入北半球实际的平滑地形的作用，对北半球超长波2波型、3波型、长波4波型、5波型，分别进行了240小时的积分计算。从考虑地形和不考虑地形的四组结果对比中，发现地形对上述四种波型的演变有很大的影响，证实了地形作用确系影响大气环流、形成某些天气气候特征的重要因素之一；同时发现，在地形的动力作用下，北半球大气形成了一些重要的环流系统。例如，极涡向北欧偏移，东亚、北美大槽和阿拉斯加脊的维持，都与地形有密切关系。在地形作用下:（1）北太平洋西槽东脊，而北大西洋西脊东槽。（2）阻塞和切断形势的出现更为频繁、典型。（3）在欧亚大陆上，m=4时出现倒Ω流型，而m=5时，出现两槽一脊型。     

海温对热带低频振荡系统影响的动力学研究

根据热带地区蒸发、辐合上升运动剧烈以及海温异常的特点，构造了一个斜压模式方程组，讨论了海表温度（海温加热和海温异常变化）对热带低频波动的影响。分析表明，对天气尺度波动（Lx～Ly～10^6m），采用完全非地转模式，在海温异常作用下，频率明显发生变化，并容易产生波动的不稳定：海温较低时，波稳定，并随海温的增高，频率变低，波速变慢；海温较高时，会引起波动不稳定，且周期随海温的增高而变小。对超长波系统（Lx～10^7m,L,～10^6m），可以采用半地转模式，海温作用可以激发向东传播的低频Kelvin波以及向西传播的低频Rossby波，热带超常波的波动周期随海温升高和异常增大而变长，且在海温异常作用下，波动会产生不稳定。     

乱流大气中地形对风压場的作用

本文从大气是乱流的介貭这一点出发,討論了地形对风場和气压場的作用,推导出了考虑地形作用的正压預报模式。在地轉近似的假定下得到:当气压梯度与地形梯度相重合而方向相同(反)时,发生加(減)压。还討論了地形对准常定气压波形成的各种作用,指出南北两半球緯圈平均气压、季际变化的不同,可以由地形作用来解释.