前言--季风研究中的一些新问题和新方法

作者对本专辑文章做了综述.第一篇文章报道并考证我们惊喜地发现了世界上最早的关于季风的文献,它是公元前23至前22世纪的帝舜<南风>歌,该歌对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响做出简明深刻的说明.其余文章探讨了季风研究中的一些新问题和新方法以及我们得到的一些新结果.包括3个方面:(1)关于季风的气候问题,如季风定义、季风指数、季风建立日期的确定、季风三维空间结构和时间演变、年际和年代际变化及其刻画等;(2)亚澳季风区的一些灾害性天气系统和过程,如我国、南亚、东南亚的暴雨,以及和越赤道气流相关联的扰动等;(3)对大气环流模式的改进和预报、预测方法的改进.如辐射、云、地表过程的计算改进和气候预测订正方法的更新等.     

借助连续的GPS TEC测量记录到的地震前电离层异常

本文旨在通过全球定位系统（GPS）地面接收器得到的总电子含量（TEC）来研究地震发生前的电离层异常．利用连续15天的TEC中值和相关的四分位距（IQR）作为参考来识别1999年9月到2002年12月之间台湾地区20个M≥6．0的地震发生前的异常信号。结果表明在其中的16个地震发生的前5天18：00—22：00LT（LT=UT＋8h）之间出现了电离层异常。80％的成功率表明用GPSTEC记录大地震前的电离层异常是有效的。     

南亚夏季风爆发的统计动力分析

作者对南亚(印度)夏季风爆发作了统计动力分析,即将南亚夏季风爆发前后的高低层风场看作一个整体,并以南亚夏季风爆发日为基准,作了经验正交函数(矢量)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了季风爆发前后大规模的风系变化,其时间系数直接体现了南亚夏季风的爆发,在爆发日前后该模态反映的偏差风系有剧烈变化,这表明季风爆发时大气环流有突变发生;第二模态反映了具有5～7天振荡周期的中纬天气尺度波系及其对低纬季风区的影响;第三模态反映了热带、副热带地区呈准双周振荡的低频扰动.     

一种新型的中尺度暴雨集合预报初值扰动方法研究

提出一种针对对流不稳定构造具有中尺度运动特征的集合预报扰动初值的新方法--异物理模态法, 介绍了异物理模态法产生初值扰动区域和扰动振幅的数学处理方案, 即由不同对流参数化方案预报离差获得集合预报初值扰动区域、扰动结构和扰动振幅的数学处理过程. 利用美国PSU/NCAR的MM5中尺度模式, 对一次典型暴雨进行异物理模态法初值扰动集合预报试验, 详细分析了扰动初值的结构和集合预报结果. 结果表明, 该方法产生的初值扰动场具有合理的中尺度环流结构, 可以反映对流敏感区域的对流不稳定的预报不确定性, 集合预报结果可以明显改善控制预报.     

阻塞流场与瞬变涡动相互作用的动力学研究

借助于一个β通道正压模型,模拟了瞬变天气尺度扰动与大尺度阻塞流场相互作用,以及所形成的"Ω"型阻塞对风暴轴地带瞬变扰动涡列移动路径的影响,并用描述局地能量变化率的方程分析了能量收支情况的细致结构.结果表明,瞬变扰动在其与背景流场的相互作用过程中,在阻塞发展阶段,阻塞受到瞬变扰动涡的涡度和能量强迫,背景流场增强发展成为阻塞系统.对两种不同的阻塞流场背景下瞬变扰动能量变化的分析表明:在阻塞区扰动瞬变涡失去能量,在南北边缘瞬变扰动的能量变化趋势表现为沿着阻塞外围向下游传播的特征并从背景流场得到能量,从而瞬变涡动由源区的一列分裂为绕行于阻塞外围的两列.在两种不同背景阻塞流场结构下瞬变涡动的移动路径表现出不同的分布特征:当偶极子型阻塞作为背景流场时,瞬变涡动的移动路径呈南北对称分布于阻塞区的外缘;当瞬变涡的背景流场为"Ω"型阻塞时,瞬变扰动带受到"Ω"型阻塞流场结构的影响,表现出北支强南支弱的特征.这些结果与实际观测一致.     

摩擦和非线性对斜压初始扰动发展的影响

通过一个二维非线性斜压Eady波模式,讨论了斜压系统中初始扰动快速发展的动力学机制.由于斜压切变气流存在,其对扰动位涡的平流作用可引起初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"(potential vorticity unshielding),导致线性系统初始扰动的快速增长.摩擦作用主要通过耗散局地扰动位涡,改变扰动位涡异常结构,特别是水平方向的位涡异常分布,从而减弱初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"作用,抑制系统初始扰动动能的快速增长.非线性作用可以抑制较大振幅扰动的增长,同时引起扰动位涡异常丰富的垂直结构产生,导致初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"的减弱,从而抑制初始扰动的快速增长.不同的初始扰动结构,可以产生不同的扰动位涡异常结构,相应存在不同的"位涡非屏蔽"作用,导致初始扰动的快速增长过程不同.位涡异常水平结构为"正负正"或"负正负"分布时,有利于初始扰动的快速增长,而上下层异号的扰动位涡异常在垂直方向间隔的距离越大,越有利于初始扰动的快速发展,这些结果进一步深化了对"位涡非屏蔽"的理解.     

地球等离子体片中磁泡对地面磁场的扰动

观测到的爆发流（Busty Bulk Flows,简称为BBFs）有很多主要特征都可以用磁泡图像描述 . 磁泡模型认为电离层中绝大部分电势降落都发生在磁泡中,据此可以估算它周围的霍尔电 流及其在地面引起的地磁扰动. 将本文结果与SMA（Scandinavian Magnetometer Array）雷 达阵列观测的BBFs的特征进行比较之后,发现二者符合得很好. 这表明BBFs与磁泡在引起地 面磁场扰动上的表征是一样的,暗示BBFs很可能就是磁泡.     

激发态氮分子N*2在电离层中的作用的模拟研究

激发态氮分子N*2在电离层F区中起着重要的作用,它使F区占主导地位的O+离子的损失率增大,从而使该区的电子浓度减少. 本文利用理论电离层数值模型,通过考虑与不考虑N*2的作用,对包括1990年6月、1997年5月、1998年5月以及2000年4月磁暴事件在内的时间区间的电离层响应情形进行模拟研究,并与实测结果进行对比. 结果表明,N*2对电离层电子浓度的影响在太阳活动高年非常明显,在太阳活动低年虽有些影响,但效果并不明显,其程度远不如高年. 在太阳活动高年,不仅是磁暴期间,在较宁静期间也必须考虑N*2的影响. 而且,在考虑N*2的作用时,还与激发态振动温度Tν有关,在采用Tν=Tn（其中Tn为背景中性大气的温度）的简化处理时,所得结果与观测结果的符合程度不如对Tν进行精确计算时所得的结果好. 模拟结果还表明,太阳活动高年,N*2作用的结果主要是使150km高度以上的F区电离层电子浓度减少,而对150km以下高度的电离层电子浓度则影响不大. 另外,N*2基本不影响F2层峰高hmF2的值.     

超高阶扰动场元的计算方法

空间重力测量技术的飞速发展为超高阶全球重力场模型的建立提供了条件和更迫切的应用需求.本文从完全规格化缔合勒让德函数及其一、二阶导数的标准前向列递推公式出发,研究了超高阶扰动场元球谐展开式中完全规格化缔合勒让德函数及其一、二阶导数的数值特征,改进了上述标准前向列递推关系式,提出了在微机上计算超高阶扰动场元的实用方法,避免了数字溢出.