北半球冬季中高纬30～60天振荡动能源,汇的特征

利用ＥＣＭＷＦ／ＷＭＯ资料，计算了１９８５年１１月－１９８６年３月的大气低频动能、低频动能通量散度，详细讨论其冬季平均的水平分布特征，并揭示大气低频动能源和汇的水平传播特征。结果表明：大气低频动能的大值中心正好对应于持续性异常的活动中心，且主要位于大气环流遥相关型ＰＮＡ和ＥＵ波列路径附近，大气低频动的强源（汇）主要位于西风急流的出口（入口）区；在中高纬地区，大气低频动能源和汇主要呈现向西的纬向传播     

1991年江淮特大暴雨与东亚大气低频振荡

本文分析了１９９１年江淮特大暴雨期间东亚大气低频振荡活动。从低频振荡特征看，江淮雨量和东亚风场中低频振荡现象是普遍存在的，风场的振荡周期具有显著的地域和频域分布特征。从低频波的传播看，这一梅雨过程的两个异常阶段（５月下半月和７月上半月），东亚风场低频波的水平传播方向发生了显著的变化。分析指出，低纬地区低频波虽有不同传播方向，但都将暖湿空气以低频形式输送到江淮以南，它与北侧的低频冷空气在江淮地区相互作用，从而导致该地区以低频形式出现的３场特大暴雨。     

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     

青藏高原大气低频振荡的源、汇特征分析

使用1998年美国NCAR再分析的逐日资料，研究了1998年夏季青藏高原大气低频振荡的源、汇特征。青藏高原对于纬向风的低频波来说，有时是低频振荡的源区，有时是汇区。通过计算低频涡度的通量散度，进一步研究了低频涡源、涡汇特征。青藏高原在不同时间和不同部位，低频涡源、涡汇具有不同的分布特征，传播特征也不尽相同，青藏高原上空100hPa低频涡源、涡汇受到了南亚高压的很大影响。     

1980～1983年低纬西太平洋、印度洋地区低频振荡的空间型和遥相关分析

利用１９８０年１月～１９８３年１２月已滤波的ＯＬＲ资料，采用经验正交函数分析方法，对１９８０～１９８１年（正常年）和１９８２～１９８３年（异常年）低纬西太平洋和印度洋地区低频振荡的空间分布及遥相关特征进行了研究．结果表明：正常年与异常年，这些地区低频振荡的强度、空间型及时间系数的变化有较大的差异．此外，还发现正常年这些地区存在３种低频遥相关，即赤道西太平洋型，北热带西太平洋型和赤道印度洋型；异常年则仅存在２种低频遥相关，即赤道西太平洋型和南热带西太平洋型．由于受厄尔尼诺事件的影响，东西向偶极型低频振荡中心的位置和强度都有很大的变化     

农田近地面层CO2和湍流通量特征研究

利用１９８５年５月至６月在北京郊区中国科学院农业生态试验研究站的麦田中实测的小麦不同生长期的ＣＯ２浓度梯度、光合有效辐射、净辐射、土壤热通量和温度、湿度及风速梯度等量的数据，采用空气动力学方法，计算了ＣＯ２通量、感热通量、潜热通量和动量通量。并对观测场地、仪器设备、校准方法及误差分析进行了描述。结果表明：从５月１４日到６月１５日，在１ｍ，２ｍ和１０ｍ处，ＣＯ２浓度振幅的日变化分别为１０３．４到２７．５，８７．５到２７．３和６９．８到１１．５ｐｐｍ；光合型和呼吸型的平均ＣＯ２浓度分别为３４５．３，３５０．６，３５７．５ｐｐｍ和３７３．９，３６９．７，３６２．１ｐｐｍ。在白天，ＣＯ２通量和梯度的输送方向是从大气向植被，在中午（１１时到１３时）输送达到负的最大值。在夜间，ＣＯ２通量和梯度输送的方向与白天相反，并且，在早晨（４时到６时）达到正的最大值。ＣＯ２通量与净辐射（Ｒｎ）、可利用能（Ｈ＋ＬＥ）、光合有效辐射和动量通量之间有较好的相关关系     

夏季低频波动E矢量分布特征及其与时间平均流的关系

由于EP通量在研究水平波动中的局限性,Hoskins等人将其扩张到三维空间,在准地转无辐散条件下得到了表征水平面的波动待正的诊断量E矢量(v~(12)—u~(12),—u’v’),这为水平面上的波动传播的研究提供了有利条件。Simons等人将E矢基和时间平均气流联系起来,运用波流相互作用的正压不稳定能转换原理。讨论了正压不稳定模对PNA型产生的影响。作者将E矢量运用到30—60天周期振荡的研究中,指出时间平均流的正压不稳定能的转换对30—60天周期振荡动能具有维持作用。本文将在原来工作的基础上,利用E矢量及其与时间平均流的关系。运用1985年6—9月200hPa的欧洲中心资料,计算了30—60天低频波动的E矢量分布特征,从而讨论其水平结构与传播及其与时间平均气流的相互作用。     

青藏高原感热加热异常与夏季低频环流的数值研究

使用科学院大气物理研究所两层大气环流模式，就青藏高原地表感热通量异常减少对夏季东半球大气环流及亚洲季风低频变化的影响进行了数值试验研究。结果表明：高原地区感热通量异常减少时，南海及西太平洋地区低频振荡方差百分率增大；高原感热异常加热对东亚和印度季风子系统具有不同的影响，季风区低频扰动的位相，中高纬低频扰动的结构，强度和经向传播速度都发生改变，ＥＡＰ波列变得更为清楚典型，大圆上的低频涡旋一直传播到我     

黄河中游强暴雨过程的中低纬度环流特征和水汽输送

利用1981～1991年6～9月气象资料，用合成分析方法研究了黄河中游强暴雨过程。根据环流特征，它可归纳为汛期暴雨型和非汛期暴雨型两大类。重点分析了每种类型的水汽通量、水汽通量散度、风矢量等的分布。结果表明，两种类型中，水汽源地，输送路径以及辐合强度等都有很大的差异。     

南沙海域大气湍流通量输送特征分析

利用１９９４年９月在南沙群岛的渚碧礁（１０°５２′Ｎ，１１４°０４′Ｅ）观测的湍流资料，采用涡旋相关法计算，给出了南沙海域的曳力系数，动量通量，感热通量和潜热通量，并与其它海气相互作用实验及ＨＥＩＦＥ的结果作了比较，结果表明，该海域的曳力系数ＣＤ＝（１．５４±０．２４）×１０＾－３。大气向海洋输送动量通量与水平风速挟方成正比，该海区无论白在还是晚上都是将其贮存的热量以潜热或感热的形式输送到大气中。     

登陆台风莫拉克(2009)的涡度拟能收支分析

利用涡度拟能、散度平方项(简记为散度能量)和总变形平方项(简记为变形能量)来表征涡度、散度和变形的强度,并推导这3个物理量的倾向方程。这些方程中既包含代表这些物理量相互转化的符号相反项,也含有代表共同强迫的符号相同项,其中,涡度拟能局地变化主要由涡度拟能与变形能量的共同强迫项、涡度拟能与变形能量的转化项以及涡度拟能与散度能量的转化项组成。针对2009年第8号台风莫拉克,利用美国全球预报系统分析场资料计算这些方程中的强迫项,分析涡度拟能及其收支特征,以此来探讨影响台风莫拉克涡度拟能局地变化的主要物理因素。结果表明,在莫拉克发展和衰减阶段,涡度拟能与变形能量的共同强迫项(涡-形相同项)和涡度拟能与散度能量的转化项(涡-散转化项)是影响涡度拟能局地变化的重要强迫项。涡度拟能与变形能量转化项(涡-形转化项)的贡献相对来说弱一些。影响位涡拟能局地变化的重要物理因素是涡-形相同项和涡-形转化项中的平流输送项和散度耦合项,以及涡-散转化项中散度耦合项。变形能量一方面通过涡-形转化项向涡度拟能转化,直接促进涡度拟能增长;另一方面通过散-形转化项向散度能量转化,再通过涡-散转化项散度能量向涡度拟能转化,间接促进涡度拟能增长。     

HLAFS和T63数值预报产品在暴雨分析中的应用

首次使用ＨＬＡＦＳ数值预报产品对黑龙江省暴雨进行分析，结合Ｔ６３数值预报产品，利用两者提供的物理一０８时和２０时的实况场和预报场格点资料，对黑龙江省一次暴雨过程进行分析，找出了暴雨发生的物理机制，指出深厚的水汽条件以及水汽的辐合，强烈的上升运动和不稳定能量的存贮和释放是产生暴雨的关键因素。     

INTERACTIONS OF MULTIPLE TYPHOONS AND RELATIONSHIPS OF HORIZONTAL AND VERTICAL VORTICITY

Three typhoons, Goni, Morakot and Etau which were generated in Western Pacific in 2009, are successfully simulated by the WRF model. The horizontal and vertical vorticity and their interaction are analyzed and diagnosed by using the simulation results. It is shown that their resultant vectors had a fixed pattern in the evolution process of the three typhoons: The horizontal vorticity converged to the tropical cyclone (TC) center below 900 hPa level, flowed out from it at around 900 to 800 hPa, and flowed in between 800 hPa and 700 hPa. If multiple maximum wind speed centers showed up, the horizontal vorticity converged to the center of the typhoon below the maximum wind speed center and diverged from the TC center above the maximum wind speed center. At low levels, the three typhoons interacted with each other through vertical circulation generated by the vortex tube. This circulation was mainly generated by the eastward or westward horizontal vorticity vectors. Clouds and precipitation were generated on the ascending branch of the vertical circulation. The vortex tubes often flowed toward the southwest of the right TC from the northeast of the left TC. According to the full vorticity equation, the horizontal vorticity converted into the vertical vorticity near the maximum wind speed center below 850 hPa level, and the period of most intense conversion was consistent with the intensification period of TC, while the vorticity advection was against the intensification. The vertical vorticity converted into the horizontal vorticity from 800 hPa to 600 hPa, and the wind speed decreased above the maximum wind speed region at low levels.     

Sources of CAM3 vorticity bias during northern winter from diagnostic study of the vorticity equation

CAM3 (Community Atmosphere Model version 3) simulation bias is diagnosed using the vorticity equation. The study compares CAM3 output with ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) 40?year reanalysis (ERA-40) data. A time mean vorticity bias equation is also formulated and the terms are grouped into categories: linear terms, nonlinear terms, transient contributions, and friction (calculated as a residual). Frontal cyclone storms have much weaker band passed kinetic energy and enstrophy in CAM3. The downstream end of the North Atlantic storm track (NAST) has large location error. While the vorticity equation terms have similar amplitude ranking in CAM3 and ERA-40 at upper levels, the ranking differs notably in the lower troposphere. The linear and friction terms dominate the vorticity bias equation. The transient terms contribute along the storm track, but the nonlinear terms are generally much smaller, with the primary exception being over the Iberian peninsula. Friction is much stronger in CAM3. As evidence, nearly all wavelengths (including the longest planetary waves) have smaller amplitude in CAM3 than in ERA-40 vorticity data. Negative near surface vorticity tendency bias on the European side of the Arctic is linked to the NAST track error (evident in the divergence term). CAM3 misses the Beaufort high in sea level pressure (SLP) due to low level warm temperature bias, too little vortex compression, and to too little horizontal advection of negative vorticity compared with ERA-40. Generally lower SLP values in CAM3 over the entire Arctic follow from lower level warm bias in CAM3.     

东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系

利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR分析资料,多普勒雷达观测资料等,对2016年7月25日一次东北冷涡下的飑线过程进行数值模拟,研究了飑线形成和维持与水平涡度的关系及飑线过程中中尺度对流涡旋(MCV)的形成机制,分析发现,高低层水平涡度逆时针旋转对本次飑线的形成和维持有很好的指示意义。(1)飑线发生前,高层渤海湾西侧出现水平涡度的逆时针旋转中心,并有较强的辐散配合,低层水平涡度为逆时针弯曲,为飑线产生提供了有利的上升运动条件。随后高层多个对流单体的水平涡度气旋式涡旋合并形成较大范围的气旋式涡旋结构,触发低层的上升运动,同时低层对流区前部形成一致的气旋式弯曲使得对流单体组织成带状结构,形成飑线。(2)飑线成熟时期高层水平涡度表现为统一大范围气旋式涡旋结构,低层则呈现典型的S型弯曲结构,水平涡度x方向的分量沿对流带从南至北表现为正负正,y方向的分量始终为正,并由对流带的中心向两侧减小,显示出水平涡度矢量旋转的方向对飑线影响的重要性。(3)由垂直涡度方程的分析得出,在飑线发展中期,MCV形成前,雷达反射率回波在500 hPa左右表现出明显的旋转,此时主要与500 hPa以上强的正涡度水平平流项及中层倾侧项和水平散度项有关,之后,在这几项的作用下使得中层风场产生气旋式旋转,形成MCV。      

高层冷涡的不同结构对台风运动的影响

通过对不同水平和垂直结构的高层冷涡在台风移动中的作用的对比试验，发现高层冷涡的水平和垂直结构变化会影响台风的运动。对总涡度倾向分布和强度的比较分析，发现正压过程主导台风运动的方向，而斜压过程在某些情况下对台风移速有很大影响。通过各动力项对总涡度倾向贡献的讨论，发现涡度平流对总涡度倾向正中心的贡献主要来自引导气流对非对称涡度场的平流。散度场贡献主要来自行星涡度和非对称散度相关场。最后还得到预报性的结论:台风朝对流层上层的辐合中心或对流层中下层辐散中心方向移动。     

中尺度涡旋的雷达探测和分析

应用单部多普勒天气雷达观测资料对出现在京津冀地区的中尺度涡旋进行了分析，分析结果表明:发展较强的中小尺度天气系统往往与风场的旋转或辐合辐散有关，气旋性涡度场对积云对流活动有明显的组织和增强作用，是降雨增强的一种判据。     

A numerical experimental study of some dynamical effects on Southern Asiatic High

Using a barotropic, steady and linearized vorticity equation and using 250 hPa observed basic flow and global divergence field from the active summer monsoon phase (00 GMT 26 June－12 GMT 29 June) 1979, the dynamical effects of linear absolute vorticity advection, vorticity generation due to divergence and vorticity dissipation due to frictional damping have been tested to understand their influence on Southern Asiatic High (SAH). The key experimental results are: (1) The SAH, one of the major planetary-scale disturbances, is generated from the upper basic flow by the forcing of the upper tropospheric divergence over southeast Asia during the active summer monsoon phase. (2) Linear absolute vorticity advection and frictional damping of vorticity play an important role in the determination of the location of the SAH. (3) The destruction and recovery of planetary-scale geostrophic balance is an important mechanism for the west-east oscillation of the SAH.     

Computing Streamfunction and Velocity Potential in a Limited Domain of Arbitrary Shape. Part I: Theory and Integral Formulae

The non-uniqueness of solution and compatibility between the coupled boundary conditions in computing velocity potential and streamfunction from horizontal velocity in a limited domain of arbitrary shape are revisited theoretically with rigorous mathematic treatments.Classic integral formulas and their variants are used to formulate solutions for the coupled problems.In the absence of data holes,the total solution is the sum of two integral solutions.One is the internally induced solution produced purely and uniquely by the domain internal divergence and vorticity,and its two components(velocity potential and streamfunction) can be constructed by applying Green’s function for Poisson equation in unbounded domain to the divergence and vorticity inside the domain.The other is the externally induced solution produced purely but non-uniquely by the domain external divergence and vorticity,and the non-uniqueness is caused by the harmonic nature of the solution and the unknown divergence and vorticity distributions outside the domain.By setting either the velocity potential(or streamfunction) component to zero,the other component of the externally induced solution can be expressed by the imaginary(or real) part of the Cauchy integral constructed using the coupled boundary conditions and solvability conditions that exclude the internally induced solution.The streamfunction(or velocity potential) for the externally induced solution can also be expressed by the boundary integral of a double-layer(or singlelayer) density function.In the presence of data holes,the total solution includes a data-hole-induced solution in addition to the above internally and externally induced solutions.     

暴雨系统中环境涡度场与散度场之间相互关系

观测事实和理论研究表明,暴雨系统的形成和发展与环境涡度和散度的分布和演变有十分密切的关系。因此用涡度方程和散度方程来诊断和分析流场结构比其它方程(如动量方程)更为直接,物理意义也更加清楚,这就吸引气象学者把它用于分析实践。如Matsumoto等用完全涡度方程和散度方程各项来诊断中尺度系统发展过程中对流活动的作用;Schaefer选取散度方程中与发展有关的项来诊断未来风暴的发生,发现其相关率可达90％以上。我国学者也研究过散度方程各项的大小以及某些重要项对暴雨形成的作用。鉴于涡度方程和散度方程在气象中常采用其近似关系式,故本文对方程各项进行