三层模式背风波的理论研究

文中建立了一个背风波的三层理论模式 ;当三层Scorer参数在中层最大、高层次之、下层最小的情况下 ,利用该模式求得了背风波的理论波长及扰动的解析解 ,并对一个典型的个例计算了其背风波波长 ,并在此基础上分析了背风波波长对上、中、下三层Scorer参数变化的敏感性 ,结果表明波长对中层Scorer参数的变化比较敏感 ,对下层Scorer参数的大小和符号都不敏感 ,但在计算背风波波长时不能忽略下层的Scorer参数。     

21层大气环流模式IAP AGCM-III的设计及气候数值模拟I.动力框架

设计了IAP (InstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences)AGCM III,对其动力框架作说明和检验 ,时间积分采用改进的非线性迭代法。用Rossby Haurwitz波对框架进行了波型检验、能量检验和波速检验。结果表明 ,非线性迭代 3次的时间积分方案具有较好的稳定性 ,能够有效地抑制短波 ,同时对长波的歪曲较小 ,且时间积分步长可放得较大 ;该框架能够较长时间地保持Rossby Haurwitz 4波波型 ,在积分过程中能够较高精度地保持总有效能量守恒 ;模式计算的Rossby Haurwitz波速为每天西传 1 5个经度 ,这与理伦值很接近。     

赤道东太平洋海表水温月异常的数值试验

本文利用中科院大气物理研究所的两层大气环流模式（ＩＡＰ－ＧＣＭ Ⅱ）作了冬季赤道东太平洋地区海表水温月异常增暖时对大气环流及我国气候影 响的数值试验。结果表明,该处海表水温的异常增暖能引起中太平洋信风带Ｗａｌｋｅｒ 环流的改变并激发出中高纬度３０－５０天的低频振荡;当该异常结束后,其后效仍 会对我国的气候产生影响。     

印度洋冬季风异常海气环流耦合模态分析

本文对印度洋冬季风异常海气环流耦合主要模态做了分析和讨论,得到以下结果:第一模态海面和低空大气环流的异常主要发生在东印度洋海域上空,而上层大洋环流的异常则主要反映了印度洋冬季风环流的异常,并主要体现在西向赤道暖流和东向赤道逆流上。第二模态的大气环流相应异常主要发生在孟加拉湾、阿拉伯海和赤道印度洋上空,而上层大洋环流异常除与第一模态类似外,还包括索马里暖流的明显异常。第一、二模态分别是印度洋冬季风的偏东、偏西模态,也是其主、次模态;均有约4年的年际变化,还分别有约18、22年的年代际变化;该主、次模态分别在1976年及1976、1986年有突变发生;这样印度洋冬季风有约4年的年际变化,并在1976年出现明显突变。该主、次模态的年代际变化周期也是冬季北太平洋海气联合复EOF分解第二、第一模态的年代际变化周期,这反映两大洋之间有密切联系,这是因冬季蒙古西伯利亚高压是南亚、东亚冬季风的共同源头,对两大洋的大气环流异常都有明显影响。南亚冬季风偏强时印度洋的Hadley环流和赤道辐合带上的对流均偏强,反之亦然;且该冬季风的主、次模态都如此;这也反映了南亚冬季风大气环流异常与冬季热带大气环流异常之间的耦合关系。当该主、次模态发生正、负异常变化时,近表层热带印度洋海温异常分别呈现横贯大洋的南北向跷跷板变化以及大洋东、西向的跷跷板变化;但前者是主要的。印度洋冬季风对印度洋偶极子起着抑制作用,这是该偶极子在冬季最弱的原因。在热带印度洋,大气低空垂直运动下沉、上升区域都分别大致位于该大洋近表层的下沉、上升运动区域之上,这构成了海气相互作用的负反馈机制,并有助于南亚冬季风、Hadley环流、赤道辐合带以及印度洋中冬季风环流的维持和稳定。     

一个基于“部分通量订正”的热带太平洋和全球大气耦合模式及它的性能检验

基于“部分通量订正”同步耦合方案，将中国科学院大气物理研究所发展的九层大气环流格点模式与十四层热带太平洋环流模式耦合并成功积分40年。结果表明，模式没有明显的“气候漂移”现象，同时模式能模拟出与未耦合的海气模式接近的气候平均态及其季节变化，及与观测接近的年际气候变率。这种年际变率在热带太平洋地区表现为类似于ENSO事件的时空分布特征。     

具有凝结加热反馈的对称不稳定的解析研究

本文采用非地转非静力条件下存在对流凝结加热反馈的Boussinesq方程组,借用Emanuel(1982)的Wave-CISK方案来考虑凝结反馈作用,并应用Green函数方法和Fourier方法,求得了任意加热廓线时对称不稳定的流函数的解析表达式及其频散关系。本文还对取某些特定的加热廓线时的情况进行了讨论。      

对实验室台风的数值模拟

本文用柱坐标中原始方程的对称模式对实验室(转盘)模拟的台风进行了数值模拟。计算得到了一个类似台风的系统,其流场,气压场和温度场的结构与转盘模拟的台风和实际台风均很接近。      

失稳背景流下对称型海洋内波的生成演变

本文采用无海底地形但考虑海洋跃层和剪切背景流的二维非静力准不可压缩方程组的数值模式，开展失稳垂向剪切背景流下线性和非线性对称型海洋内波生成演变的数值实验，并对结果进行分析、比较和讨论。研究结果表明，线性内波强度随积分时间始终呈指数增长，并有内波的对称不稳定；而非线性内波强度则在发展期呈准线性增长，最终进入稳定期。线性增长比非线性增长要快得多，非线性效应具有维稳作用。对该线性和非线性对称型内波，在跃层附近位密度扰动均有大值中心，即其为跃层所俘获，这与实际观测相一致；流函数与位密度扰动两者均有很好配合，位密度扰动的正、负中心分别相应于流函数的上升、下沉运动，表明有从海底向上的斜对流发生，且以跃层为顶盖。对线性内波来说，随积分时间增加，其波形大体不变，其正、负振幅也大体相同，并有符号相反原地增长的两个倾斜环流圈，而在它们之间则有较强倾斜上升流。非线性内波波形随积分时间改变，倾斜环流圈数目也在增加，最终形成负环流强于正环流的结果，并导致流函数、位密度扰动水平梯度剧增，其可视为间断。     

表层洋流对外强迫响应敏感度的数值研究

利用数值模拟研究了海表流场对外强迫（风应力和海表热通量）的响应特征,探讨了其对该类外强迫异常响应的敏感性以及较敏感区域。在确认本文所用的海洋环流模式能够较好地模拟表层海洋流场的气候状态之后,通过几个敏感性试验与控制（对照）试验结果的比较,发现海洋表层环流对海表风应力异常响应的敏感区域主要在赤道附近及大洋西边界海区;相对于热带外地区,热带海域（20°S～20°N）的风应力异常对于大洋表层环流的变化有着更重要的显著作用,它不仅会导致热带海域表层流场有较大的变化,对中高纬海区的表层流场特别是西边界流也有明显影响;海洋表层环流对海表热通量异常的响应除了在赤道附近海域明显之外,在中高纬海区也十分显著;在外强迫有同等异常幅度（20%）的情况下,大洋西边界海域对热通量的响应明显要强于对风应力的响应。此外,热通量异常还对南太平洋东海岸的洋流和南极大陆的绕极环流有较为明显的影响。     

Index of direction change of zonally averaged wind and change of season

In this paper, a Wind Direction Change Index (WI), which can describe four-dimensional spatiotemporal changes of the atmospheric circulation objectively and quantitatively, is defined to study its evolution and seasonal variation. The first four modes can be obtained by EOF expansion of the zonally averaged WI. The first mode reveals the basic spatial distribution of the annually averaged WI. The second mode reflects the quasi-harmonic parts of the WI deviations. Tropical, subtropical and extratropical monsoon areas can be clearly reflected by this mode. The third mode reflects the non-harmonic parts of the WI deviations. It shows the so-called February reverse in stratospheric atmosphere as well as the asymmetric seasonal changes from spring to fall and from fall to spring due to both the land-sea distribution contrast between the Northern and Southern Hemispheres and the nonlinear effect of atmospheric and ocean fluids. The fourth mode reveals the northward advancing of the global reversed wind fields from spring to summer and their southward withdrawal from summer to autumn.