旋转大气中运动的多时态特征和时间边界层

一、引言 众所周知,旋转大气中的运动,存在两个在时间尺度和动力学特征上都有明显差别的过程,即适应过程和发展过程。最近,叶笃正、李麦村等进一步指出:在发展过程中,大气运动还具有迅速变化和缓慢变化的两个阶段,对于这种发展过程中的双时态特征,巢纪平从物理上作了进一步的解释。因此,联合适应过程与发展过程,运动至少存在三个时态,事实上,这种多时态特征是旋转流体中运动的一种固有现象,在本文中,我们将对此作进一步的分析与讨论。     

适用于数值预告及客观分析的平滑算子的研究

通常的过滤二格距波长波动的平滑算子具有以下几个缺点,(1)进行一次平滑运算则能使除二格距波动以外的波动强度有不同程度的削弱,对于中短波而言,影响更大.(2)如果要减低波动强度削弱的程度,可以利用多点平滑算子,但这将引入边界如何处理的麻烦,而且边界误差将传入域内.(3)利用平滑后的物理量来计算差分,则有较未经平滑的差分为大的截断误差.本文就是为了克服上述缺点而设计了一个简便的平滑算子,并给出了数值例子,证明它是有一定成效的。     

Erratum to: Numerical simulation of changes in tropical cyclone intensity using a coupled air-sea model

正Erratum to:Acta Meteor Sinica DOI 10.1007/sl3351-013-0506-z The original version of this article unfortunately contained a mistake.The presentation of DOI number was incorrect.The corrected DOI number is 10.1007/sl3351-013-0503-2     

SOME ASPECTS ON CISK THEORY

A great deal of work has been done to perfect the theory first proposed by Charney and Eliassen.In this paper.we reexamine the theory and find out that the observational evidence does not support theirassumption that the wind velocity in the lower layet does not change with height.An improved assump-tion based on the observation is proposed and its influence on the results of CISK theory such as stabilityand catastrophic feature is discussed.     

斜压性对地转动量Ekman流的影响——理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解,解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化(即热成风)的影响,尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekmon抽吸新物理因子,即热成风形变、热成风涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明,这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统(譬如锋区)中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析,指出在锋区这样的强斜压系统中,此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中,我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。      

地面锋附近重力流的产生及其锋生作用

本文用旋转大气的两维非静力模型,用Simpson和Linden[1]的级数展开方法和数值积分方法讨论了地面锋附近由于非地转平衡所产生的重力流及锋生作用。     

Ekman边界层动力学的理论研究

大气边界层及其与自由大气之间的相互作用具有明显的非线性特征,而这些特征是经典Ekman理论所不能描述的,因此,发展中等复杂程度(介于完全模式与经典Ekman模型之间)的大气边界层动力学模式,简称中间模式,对人们从理论上认识大气边界层动力学过程的非线性特征具有重要意义。本文对目前最具代表性的几个中间边界层模型:地转动量近似边界层模型、Ekman动量近似边界层模型以及弱非线性边界层模型进行了总结和分析,阐述了Ekman层主要动力学特征。通过分析上述各模型的理论框架,揭示了各模型的物理意义及其在描述Ekman边界层基本动力特征上的优点和局限性,并指出尽管在细节定量描述上有差异,但各中间模型对Ekman层动力学特征的定性描述具有很好的一致性。对于这些Ekman边界层近似理论模型的进一步应用问题,主要回顾和总结了利用上述模型探讨地形边界层结构、大气锋生过程、低层锋面结构和环流以及边界层日变化、低空急流形成等动力学问题的研究,并对这些研究所揭示的Ekman层动力学特征及其对自由大气低层运动的影响进行了分析,结果表明,这些Ekman边界层近似模型可以较好地揭示大气边界层动力学特征,在大气边界层动力学及其与自由大气相互作用的研究上具有重要价值。另外,还对目前Ekman边界层理论研究中存在的问题进行了一些分析,提出了有待进一步研究的科学问题。     

The Role of β-effect and a Uniform Current on Tropical Cyclone Intensity

A limited-area primitive equation model is used to study the role of the β-effect and a uniform current on tropical cyclone (TC) intensity.It is found that TC intensity is reduced in a non-quiescent environment compared with the case of no uniform current.On an f-plane,the rate of intensification of a tropical cyclone is larger than that of the uniform flow.A TC on a β-plane intensifies slower than one on an f-plane.The main physical characteristic that distinguishes the experiments is the asymmetric thermodynamic (including convective) and dynamic structures present when either a uniform flow or β-effect is introduced.But a fairly symmetric TC structure is simulated on an f-plane.The magnitude of the warm core and the associated subsidence are found to be responsible for such simulated intensity changes.On an f-plane,the convection tends to be symmetric,which results in strong upper-level convergence near the center and hence strong forced subsidence and a very warm core.On the other hand,horizontal advection of temperature cancels part of the adiabatic heating and results in less warming of the core,and hence the TC is not as intense.This advective process is due to the tilt of the vortex as a result of the β-effect.A similar situation occurs in the presence of a uniform flow.Thus,the asymmetric horizontal advection of temperature plays an important role in the temperature distribution.Dynamically,the asymmetric angular momentum (AM) flux is very small on an f-plane throughout the troposphere.However,the total AM exports at the upper levels for a TC either on aβ-plane or with a uniform flow environment are larger because of an increase of the asymmetric as well as symmetric AM export on the plane at radii ＞450 km,and hence there is a lesser intensification.     

变分连续同化中优化步长的推导方法及数值试验

一个好的变分同化方法,必须考虑到预报模式具有误差,并对模式误差进行纠正.变分连续同化(VCA)通过在模式方程中引进一个修正项,连续地调整模式变量,从而达到以上目的.在变分连续同化的迭代过程中,优化步长的选取方法对于同化迭代是否收敛、收敛速度快慢与否都至关重要,文中推导了一种有效利用观测资料计算优化步长的新方法,并以大气运动方程中一维非线性平流波和二维惯性波为例,进行了四维变分资料同化数值试验.数值结果表明,VCA方法和计算优化步长的公式都是有效的.     

冷空气入侵对热带气旋发生发展的影响

本文从梯度风方程出发,证明温度梯度增强对涡度起到增强作用.因此当冷空气侵入热带气旋外围时,只要没有破坏热带气旋的暖心结构,就会引起温度梯度的增长,从而促进热带气旋的发生发展.本文采用NCAR/PSU研制的非静力中尺度模式MM5,研究北半球冷暖空气入侵在热带气旋形成和加强过程中的作用.通过研究冷暖空气对热带气旋发展影响的试验发现,冷暖空气在入侵热带气旋外围时,最主要改变的是外围的环流场.北半球冷空气的入侵将会增强热带气旋北面的北风,形成指向热带气旋中心的推力,即辐合增强,暖空气入侵减弱北面的北风,形成背向热带气旋中心的拉力,即辐合减弱.由于拉力作用,一方面把边界上由于冷空气入侵而生成的能量往热带气旋中心输送,另一方面导致温度梯度的增加.因此从天气学形势来看,在热带气旋发生发展的过程中,北方的冷高压将会增强热带气旋北面的风速,从而导致热带气旋的增强;南半球澳高的增强,将使越赤道气流增强,热带气旋南面的风速也因此增强,从而引起热带气旋的增强.