雷州半岛海风环流的数值研究

利用1984年N1月—1985年2月和1985年5—8月的欧洲中期预报中心格点资料,计算了北半球低频(40—50)天扰动动能和正压动能的分布以及时间平均气流与低频扰动的相互作用.发现高空低频扰动动能的高值区与西风急流的纬向非对称性和经向切变关系密切。在西风急流的出口区,特别是东亚西风急流的出口区,时间平均气流向低频扰动输送动能,这些地区的低频正压性也最强.亚洲季风区低频正压动能较小。提出可以用低频正压动能与低频动能的比值作为低频扰动的“结构参数”,“结构参数”为0.5的等值线可作为区分热带地区低频振荡与中高纬地区低频振荡的特征线.     

1981—1982年纬向非对称基本流正压不稳定对30—50天振荡作用的诊断分析

本文运用Hoskins和Simmons的波流相互作用原理,分析1981—1982年冬、夏季对流层高层200hPa上纬向非对称基本流(时间平均流)的正压不稳定和30—50天振荡的关系。指出西风急流的出口区是30—50天振荡动能和基本流以及低频振荡相互作用的最强的区域,且低频振荡从基本流的正压不稳定中获得能量,并在一周内得到充分的发展。 另外还表明,由于基本流的正压不稳定作用,使40°N的亚洲大陆和沿海及45°N的大西洋中部附近成为夏季30—50天振荡的主要能源区,使30°N的中太平洋和40°N的北美东部附近成为冬季30—50天振荡的主要能源区。      

《青藏高原大气低频变化的研究》获奖

由国家气象局高原气象科学基金资助的《青藏高原大气低频变化的研究》,经过5年研究,取得显著效益,获得1992年国家气象局科学技术进步三等奖。该成果在青藏高原30—50天周期大气低频振荡观测事实研究方面.发现青藏高原是大气低频振荡的活跃区和重要源地之一;在动力诊断研究方面,指出大气低频振荡的扰动动能,来自平均西风气流的正压能量转换;在数值试验研究方面,指出在夏季流型下,青藏高原大地形的动力作用可以激发出低频振荡,其传播具有准定常 Rossby 波的     

北半球中高纬度大气低频变化的若干基本特征

根据１９８４－１９８６年ＥＣＭＷＦ／ＷＭＯ客观分析资料的分析结果，揭示了中高纬度大气低频变化的若干特征。结果表明，中高纬度低频扰动的相当正压结构可以用低频扰动的“结构参数”来表征；中高纬度低频动能的高值区与西风急流的同非对称性和经向切变紧密相关；中高纬度低频振荡的传播具有显著的地域性和汇合、分离特征，并可利用中太平洋地区低频反气旋和低频气旋的涡旋对的逆时针打转来解释；东亚西风急流入口区所在经度是中     

东亚地区低频振荡的经向传播及中纬度的低频波动

本文利用1981年6—9月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)网格点资料分析了东亚地区低频(准40天)振荡的传播特性与结构特征,发现在120°E经度上的高空(低空)副热带地区有一个低频纬向风(经向风)经向传播的分离带(汇合带),指出中纬度低频纬向风振荡是准地转的,且高低空振荡同位相。同时揭示出:亚洲地区中纬度(35°N)高空低频纬向风的向东传播是波长为60—90个经度、移速为1.5—2.0个经度/d的中纬度低频波动东移的结果。这种低频涡旋移至东亚沿海地区常会发展,这种发展可能与急流中心附近正压不稳定能量的供给有关。     

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

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。     

冬季亚洲-太平洋地区低频(30—60天)偶极子和低频涡旋活动特征

根据1984—85年冬季欧洲中期预报中心的格点资料,采用带通滤波(30—60天)和合成分析方法研究了东亚西风急流的入口区和出口区的低频偶极子结构和亚太地区的低频涡旋活动特征。发现纬向风偶极子的低频循环伴随着东亚西风急流中心的东西摆动,在急流入口区的低频经圈环流对于纬向风振荡有重要作用。从乌拉尔经中亚到东亚存在一个西北一东南向的波列,源自乌拉尔地区的低频涡旋先是向南然后向东移动导致波列位相的转变。中太平洋地区存在一个经向波列,一对低频气旋和反气旋的逆时针打转导致该地区低频波列的转变。     

东亚和西太平洋地区 30～60天振荡的传播及其与月平均基流的相互作用

选取1985年和1988年这两个东亚和西太平洋地区月平均流场差异很大的年份,研究30～60天低频振荡的传播及其与月平均基流的相互作用.结果表明:在这两年,东亚和西太平洋地区的30～60天低频振荡受到两支低频涡旋的影响,其中一支来源于热带东印度洋,另一支源自中太平洋.在大部分时间里,这两支低频涡旋相遇于20～30°N地区,并影响到该地区位势高度场的变化.当低频气旋(反气旋)移经西太平洋的时候,该地区的位势高度场相应地降低(升高).另一方面,该地区的30～60天振荡还有着显著的年际差异.1985年的波列活动显著,中高纬低频涡旋南移至日本南部洋面.与1985年不同的是,虽然1988年的波列活动不明显,但中高纬的低频涡旋可向南传播至南海地区.从30～60天振荡和月平均基流的动能和有效位能相互转换来看,正压过程、湿斜压过程和干斜压过程的值相当,因而上述3种过程均有可能起主导作用.但转换强度存在年际差异,1985年的值远比1988年的大.研究还表明,暖池地区的30～60天振荡向月平均基流输送能量,中高纬地区的30～60天振荡则从月平均基流获取能量.     

青藏高原上空大气低频波的振荡及其经向传播

本文得出的初步结论是:在青藏高原所在的经度范围内,从低纬到高纬的各纬带上,大气低频波存在30—40天的周期振荡现象.500 hPa等压面上,青藏高原地区生成的气旋、反气旋切变可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.200 hPa等压面上,中纬度地区生成的气旋、反气旋切变也可以向南、向北传播到低纬、高纬地区.对流层中层,青藏高原是大气低频波振荡源地,可能与青藏高原的热力、动力作用有关;对流层上层中纬度地区是大气低频波的振荡源地,可能是西风急流的作用. 由于大气低频波的振荡和传播与低值系统有关,与急流相联系,因而具有现实的预报意义.     

冬季东亚高空急流季节内协同变化及对我国东部降水的影响

利用ERA-Interim再分析资料,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了冬季东亚高空急流的季节内协同变化以及对我国东部降水的影响,结果表明:在季节内尺度(10~90天)中,东亚地区冬季300 hPa逐日纬向风主要表现为准双周振荡(10~30天)。300 hPa低频纬向风异常整体向东传播,高纬的低频纬向风异常向南传播,低纬低频纬向风没有明显经向传播特征。伴随低频纬向西风从里海附近开始向东移动至西北太平洋上空,温带急流向东再向东南移动并且强度先增强再减弱,副热带急流位置没有明显变化,强度演变特征与温带急流变化相反。降水异常对300 hPa风场低频振荡有显著响应,低频降水主要出现在我国东部,随时间向东移动,移至西太平洋附近消失;受低频风场影响,温带急流偏强,副热带急流偏弱时,我国东部高空辐合,地面表现为低频高压,整层有较强下沉气流,地面为东北风控制,不易产生降水;温带急流偏弱,副热带急流偏强时,青藏高原北侧整层一致东风异常,南侧整层一致西风异常,使我国东部高空辐散,地面受低频低压控制,我国东部产生整层上升运动,并且有西南风水汽输送,水汽辐合,我国东部出现低频降水正异常。      

大气环流的变化与南海夏季风活动的关系

通过对近20年观测资料的计算分析表明，在南海夏季风活跃与中断期，南北半球副热带西风急流和热带东风急流以及青藏高压和墨西哥高压有明显的差异。从南半球向北传播的散度场低频振荡以及从北半球高纬向南传播的西风场低频振荡等的有利位相同时传入南海并共同作用可引起南海夏季风的活跃或中断。各种低频振荡的有利位相传播到南海并发生锁相的时间决定着南海夏季风明显的活跃或中断发生的时间。     

30—60天大气振荡的全球特征

利用ECMWF格点资料,分析研究了大气季节内(30—60天)振荡的全球特征。30—60天振荡动能的分布表明高纬度地区要比赤道地区大得多。说明那里有较突出的30—60天振荡。中高纬度地区的30—60天振荡与热带有明显不同,垂直结构为正压模态,以纬向2—4波为主,多为向酉传播。30—60天振荡存在明显的低频遥相关,北半球主要为欧亚—太平洋(EAP)型和PNA型,南半球主要有澳洲—南非(ASA)型和环南美(RSA)型,并且在全球范围构成南北半球相互衔接的低频波列,即EAP-ASA波列和PNA-RSA波列。南北半球30—60天大气振荡有明显的相互影响,本文研究了南北半球30—60天振荡相互影响的3种主要过程。     

冬季亚洲—太平洋地区低频（30—60天）偶极子和低频涡旋活动…

根据１９８４－８５年冬季欧洲中期预报中心的格点资料，采用带通滤波（３０－６０天）和合成分析方法研究了东亚西风急流的入口区和出口区的低频偶极子结构和亚太地区的低频涡旋活动特征。发现纬向风偶极子的低频循环伴随着东亚西风急流中心的东西摆动，在急流入口区的低频经圈环流对于纬向风振荡有重要作用。从乌拉尔经中亚到东亚到东亚存在一个西北－东南向的波列，源自乌拉尔地区的低频涡旋先是向南然后向东移动导致波列位相的转     

1986年东亚夏季风的低频振荡及其与西风带环流的相互作用

本文用最大熵谱方法和后延相关分析了1986年夏季风时期60—150°E高空越赤道气流的低频振荡特征,指出30—50天的低频振荡非常显著。其传播特点在低频波位相的持续阶段和转换阶段有所不同。经过带通滤波的高空越赤道气流,其主要经验正交函数EOFI的时间序列能较好地描写东亚夏季风活动。 东业季风分量和东半球500hPa位势高度的后延相关揭示出东亚夏季风同中纬度环流有着明显的低频相互作用,其相互作用的“窗口”是在东亚季风活跃阶段打开的,它同亚洲区域低指数环流和副热带急流的南北振荡相联系。     

30—50天振荡动能演变及维持机制的诊断分析

本文采用带通滤波的方法,选取赤道附近(5°S—5°N,80—120°E)和中纬度区域(40—BO°N,140—180°E)的平均量作为研究对象,分析动能平衡方程各项的时间演变特征、季节平均的垂直分布特征以及各作用项与动能变化的可能联系。指出30—50天振荡动能的维持主要与平流作用和平均气流的正压相互作用有关,但其输送在赤道和中纬度地区恰好是反方向的。赤道地区是振荡的源,振荡从基本流中获得能量,同时通过平流作用向外输送,振荡动能对各项作用的响应为5—7天;中纬度地区是振荡的汇,向基本流中输送能量,动能变化对各项作用的响应为2—3天。      

永暑礁夏季风期间海气要素的谱特征

本文通过南沙群岛永暑礁海洋气象观测站1989年夏季（5—8月）的海气要素功率谱和交叉谱分析，得出气象要素变化普遍存在30—40天和15.38天两种低频波；对于这两种低频波，海平面气压与海面风速两要素有显著的相关，风速的变化落后于气压0.34天（30—40天振荡）和0.68天（准双周振荡）；低云量与风速也有显著的相关，30—40天振荡风速落后于低云量0.86天，准双周振荡风速超前于云量0.37天。表层水温也具有准双周振荡规律，与低云量有显著相关，且落后低云量0.47天。     

夏季沿西亚急流Rossby波活动异常的波源和能量传播及转换特征

用1958-2003年NCEP/NCAR再分析资料,利用涡度源方程、Eliassen-Palm通量(EP通量)和非绝热效应的波能方程,分析了夏季沿西亚急流Rossby波活动(WAJRA)异常的波源、能量传播和转换特征,从大气动力学内部机制上进一步认识WAJRA异常的成因,提高对中高纬大气环流异常机理的理解.研究表明,对流层高层位于地中海和北大西洋-斯堪的纳维亚半岛的负涡度源区和EP通量强辐散区为夏季WAJRA异常的波源区.当波源区位置和强度出现异常时,波源所激发东传的Rossby波活动也出现异常,从而导致WAJRA强弱变化.WAJRA强(弱)年冰岛-斯堪的那维亚半岛(斯堪的那维亚半岛以东)EP通量强辐散区激发Rossby波并沿2条路径向东传播,一支向东传播在乌拉尔山附近转向东南并在里海、咸海-新疆上空进入亚洲副热带西风急流传播增强(减弱),另一支直接向东南方向传播在地中海东部-黑海附近进入亚洲西风急流增强(减弱),此外,地中海上空EP通量辐散也增强(减弱),它们共同作用使得WAJRA增强(减弱).沿西亚地区副热带西风急流(简称西亚急流,指亚洲副热带西风急流的15°-60°E部分)非绝热加热产生扰动有效位能远大于基本气流动能向扰动动能的转换和基本气流有效位能向扰动有效位能的转换.西亚急流Rossby波活动强年(弱年)伊朗高原及其北侧的西亚地区非绝热加热产生的有效位能增强(减弱)显著,是WAJRA增强(减弱)的能量源.     

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,大气低频动能的强源(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特征和向北的经向传播特征。     

北半球冬季副热带西风急流及有关环流季内振荡若干特征分析

利用1981～1985年4个冬季的ECMWF逐日网格点资料（其中包括一个ENSO年）,采用了最大熵谱计算、方差百分比计算和ButterWerth带通滤波等方法,分析了北半球冬季绕全球副热带西风急流和有关环流30～60d低频振荡的分布特征及其年际差异。结果表明：三支副热带西风急流核心具有很强的季内稳定性;30～60d振荡的显著区正常年主要分布在急流出口区南、北侧,ENSO年主要出现在急流入口区和出口区附近。热带对流区附近也存在着明显的30～60d振荡,副热带急流、热带高空反气旋、热带对流以及高、低纬定常波等环流之间存在着密切的内在联系。东亚副热带急流、热带高空反气旋的异常东移与ENSO事件的发生有关联。