在有热源和耗散情况下的大气适应过程

本文讨论在热源和摩擦耗散作用下大气的适应过程。一、分析无穷空间点源扰动函数积分形式的解。二、在热源沿水平方向周期分布的情况下,求解有摩擦时环流向常定外源及下垫面外强度场适应的过程,并和无摩擦的情况相比较。三、求出在常定外源和摩擦的共同作用下大气适应的终态。四、给出系统垂直结构与热源空间分布的关系。     

关于大尺度地形对平均温度场形成作用的一个讨论

本文根据两层斜压模式得到大尺度地形对1000—500mb 平均温度场的常定扰动.结果得到大地形对温度槽脊的形成具有一定的作用,而地形所造成的高度槽在垂直方向上没有倾斜现象.     

斜压西风带中大地形有限扰动的动力学

本文指出,对于无黏性的、绝热的斜压大气的大尺度常定有限扰动,可以用一个三维的Helmholtz 方程来描写.在地形存在的边界条件下,获得了该方程的解答.用西藏高原(包括亚洲山系)和洛矶山的实际地形作了数值计算,计算结果表明,地形扰动可以解释西风带平均槽脊的位置,但扰动的强度与实况有一些出入.计算结果亦表明,大地形对西风带的扰动随高度很快阻尼,因此看来大地形对西风带的扰动在对流层低层更为重要.     

非线性CISK模型台风发展的多平衡态特征

取有基流、有热源强迫和耗散的非静力方程组,讨论了常定加热源下以及加热和上升运动为线性和非线性相互作用时扰动的平衡振幅。在两者为非线性相互作用时,得到了台风发展的多平衡态特征,并对台风强度突变的物理原因进行了初步的探讨。     

大尺度热源、热汇和地形对西风带的常定扰动(二)

本文第二部分根据简单的两层斜压模式,用小扰动分别解出地形、热源的常定扰动和地形与热源的共同扰动.作者得到西藏高原对于东亚平均槽、脊的形成具有一定的作用.洛矶山加上格林兰高地后更能解释北美槽、脊的形成.在夏季由于西风带的北移,只有地形作用也使得平均槽的强度和位置发生变化.热源的扰动作用对平均槽的生成具有更显著的作用,冬季的西风急流和夏季小槽的生成都和热源扰动更有直接的关系.考虑了热源和地形的共同作用后所得的扰动流型更接近了实现.由此作者提出热源和地形作用通过动力过程在大气环流中相互制约的统一性.     

对流凝结加热与不稳定波

本文用综合考虑Ekman-CISK和CMM-CISK机制的柱对称模型,讨论了对流凝结加热廓线对不稳定波的影响。分析和计算结果表明,对流凝结加热廓线对不稳定波有显著影响。 通过CISK 机制对流凝结加热不仅可以产生常定不稳定波并且还可以产生一种有周期性变化的振荡型不稳定波,低层有最大的凝结加热分布更有利于振荡型不稳定波的产生。积云摩擦作用是形成最不稳定波的波长选择性的重要因素,而凝结加热廓线也对这种选择性有直接影响。不稳定波的垂直结构随加热廓线的不同而有明显的差异。 对流凝结加热廓线还直接影响能量的产生和转换。最大加热层越高,则产生最大有效扰动位能的高度就越高。更有意义的是,这时有效扰动位能向扰动动能转换的效率也愈高。因此,对流凝结加热廓线的不同可能是热带低压扰动仅部分发展为台风而另一些不能发展的重要原因之一。     

EI Nino类型年对低纬大气环流及我国天气的影响

应用热带格点风及OLR资料,通过统计和物理量诊断,讨论了El Nino不同过程类别的低纬环流的差异和季节性特征以及对我国天气气候的影响。得到如下主要结果:(1)El Nino年的不同类型间存在着差异。它们在常定动能、动量和温度的分布特征等方面都存在着明显的差异。(2)El Nino不同的过程类别对我国降水、气温的影响不同,且表现出明显的季节变化。     

EI Nino类型年对低纬大气环流及我国天气的影响

应用热带格点风及OLR资料,通过统计和物理量诊断,讨论了El Nino不同过程类别的低纬环流的差异和季节性特征以及对我国天气气候的影响。得到如下主要结果:(1)El Nino年的不同类型间存在着差异。它们在常定动能、动量和温度的分布特征等方面都存在着明显的差异。(2)El Nino不同的过程类别对我国降水、气温的影响不同,且表现出明显的季节变化。     

气象要素连续量预报的经济效益评价和经济决策

设气象要素为X,用户按照该要素的预期值X=a进行决策,X的实际值为X,效益函数为μ=μ(x,a) (1)寻找气候最优策略S_(气候)则归结为寻找这样一个不依赖于具体天气的常定的a值     

从冬季东亚常定流型计算冷热源分布的初步研究

本文用常定两层模式理论作基础,由冬季东亚500毫巴常定流型计算所需要的冷热源分布及强度。作者发现非绝热增温或冷却的作用是巨大的。 作者也提出,为了更进一步的定量分析,迫切需要根据大量可靠材料来制作新的东亚各等压面平均高度图及平均流线图。     

亚洲季风区纬圈剖面内准40天周期振荡的环流结构及其演变

本文利用1979年FGGE LevelⅢb资料研究了30°E—150°W范围内赤道和15°N纬带两个剖面内的准40天周期振荡的环流和温度场结构,讨论了它们的变化及其与亚洲地区季风活跃和中断的关系。发现有以下结果:(1)亚洲季风槽内的上升气流不仅构成了强大的经向季风环流圈,同时在其两侧也形成了东、西向(纬偏异常)环流圈,并受到准40天周期扰动的显著影响。季风槽两侧的热力学结构显著不同。(2)15°N纬带上60°E以西的北非和沙特阿拉伯上空的下沉(上升)区域向东扩展至南海—菲律宾地区导致其东面(西面)的高(低)层东(西)风动量下(上)传,使得季风中断(活跃),引起130°E以西地区低层西风和其东面太平洋上空的高层东风发生相互作用。向东传播的正(负)温度扰动与强的上升(下沉)运动相结合使得这一地区成为准40天周期振动的能量源地。(3)在赤道剖面上,扰动风场的位相向东向上传播,准40天周期的扰动动能向扰动位能转换,西风动量向下传播,其动力学特性与开尔文波有明显的不同。      

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。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究 I：冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型 ,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题。冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。当冷锋位于迎风坡时 ,其坡度减小 ,位于背风坡时 ,其坡度增大。在静止冷锋存在两类不同的环流系 ,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。静止冷锋位于背风坡 ,其冷域中的这支闭合环流增强 ,范围增大 ,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移 ,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大。当静止冷锋位于迎风坡时 ,结果相反。冷锋移动较慢时 ,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。当静止冷锋移离地形时 ,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用 ,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现。由于边界层摩擦的辐合作用 ,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带 ,当冷锋位于迎风坡时 ,其强度增强 ,当冷锋位于背风坡时 ,其强度减弱。当冷锋位于背风坡时 ,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大 ,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区     

The atmospheric carbon dioxide response to oceanic primary productivity fluctuations

Data on the rate of primary production, the rate of sinking and oxidation of organic detritus, the rate of regeneration of calcium carbonate, the average rate of vertical mixing, and the vertical profile of dissolved carbon are consistent with a model of the ocean in which the downward transport of carbon by the sinking and oxidation of organic particulate matter is balanced by upward hydrodynamic mixing of dissolved inorganic carbon. A time dependent version of this model is used to make rough estimates of the effect of periodic and impulsive changes in the rate of primary production on the atmospheric CO₂ concentration. The computations suggest that a 1% decrease in marine biospheric productivity could result in a steady state increase of the atmospheric CO₂ concentration of from 0.5 to 2.5% depending on the rate of vertical mixing. Large but short term fluctuations in productivity, such as a die-off of the marine biosphere followed by an exponential recovery period, are estimated to produce smaller perturbations.Work performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by the Lawrence Livermore National Laboratory under contract No. W-7405-ENG-48.     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究Ⅰ:冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题.冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关.当冷锋位于迎风坡时,其坡度减小,位于背风坡时,其坡度增大.在静止冷锋存在两类不同的环流系,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系.静止冷锋位于背风坡,其冷域中的这支闭合环流增强,范围增大,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大.当静止冷锋位于迎风坡时,结果相反.冷锋移动较慢时,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡.当静止冷锋移离地形时,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽.地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现.由于边界层摩擦的辐合作用,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带,当冷锋位于迎风坡时,其强度增强,当冷锋位于背风坡时,其强度减弱.当冷锋位于背风坡时,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区.     

人工触发闪电通道的发光特征

利用成像率为１０００幅／秒的高速数字化摄像系统在３８０ｍ的极近距离对人工触发闪电通道的发光特征进行了观测的研究。人工引发闪电除了采用的火箭地带接地导线的触发方式外还发展导线下端不接地的空中触发闪电的新技术。结果表明,闪电通道的发光截面基本上呈对称型。     

Effects of Time-Dependent Inflow Perturbations on Turbulent Flow in a Street Canyon

Urban flow and turbulence are driven by atmospheric flows with larger horizontal scales. Since building-resolving computational fluid dynamics models typically employ steady Dirichlet boundary conditions or forcing, the accuracy of numerical simulations may be limited by the neglect of perturbations. We investigate the sensitivity of flow within a unit-aspect-ratio street canyon to time-dependent perturbations near the inflow boundary. Using large-eddy simulation, time-periodic perturbations to the streamwise velocity component are incorporated via the nudging technique. Spatial averages of pointwise differences between unperturbed and perturbed velocity fields (i.e., the error kinetic energy) show a clear dependence on the perturbation period, though spatial structures are largely insensitive to the time-dependent forcing. The response of the error kinetic energy is maximized for perturbation periods comparable to the time scale of the mean canyon circulation. Frequency spectra indicate that this behaviour arises from a resonance between the inflow forcing and the mean motion around closed streamlines. The robustness of the results is confirmed using perturbations derived from measurements of roof-level wind speed.     

Criteria for the nonlinear stability of three—dimensional quasi—geostrophic motions

Some more proper criteria for the nonlinear stability of three-dimensional quasi-geostrophic motions are given by combining variational principle with a prior estimates method. The criteria are suitable for perturbations of initial condition as well as parameters in the model. The basic flow can be steady or unsteady. Particularly the difficulty due to the nonlinear boundary condition is completely overcome by the use of our method.     

线性与非线性对称不稳定的数值试验

设计了一个准二维非静力数值模式，用该模式研究了对称不稳定的发展和演变特征。线性和非线性对称不稳定的数值试验结果表明。线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。在基本状态是对称不稳定的情况下，线性对称不稳定在其发展过程中始终维持着向冷区倾斜的对称环流；而非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定程度时非线性平流项的作用不可忽略，原来对称的环流则被破坏。     

Thermal oscillations in a fluid heated from below and cooled to freezing from above

A theoretical discussion is given of the thermal transients and self-sustained oscillations in a fluid, heated at a constant rate below the surface, and cooled from the top strongly enough to allow freezing. Assuming that the fluid is well mixed and that the thickness of the ice is small compared to the fluid depth, it is shown that the system can have zero, one, or two steady states. The ice-covered steady state is stable for small perturbations; however, the ice-free steady state may be unstable with the impulsive addition of a thin ice sheet. Transient developments may include both ice-covered and ice-free states. In the case where no steady state exists the system exhibits periodic self-sustained oscillations. Application of the theory to a laboratory experiment is considered.