地球自转年际变化作用于全球海温异常的观测事实和数值试验

本文通过12年144个月的全球海温距平格点资料分析得到El Nino和反El Nino事件只是全球海温异常变化的一个部分，全球各大洋海温变化具有一定的联系。通过一个简化的一层海洋模式对全球海温异常变化的模拟发现，地球自转速度变化首先引起纬向风的异常，再由异常的纬向风切应力作用于洋流和海温的异常，这一简化的海洋模式基本上模拟出了全球各大洋海温时空分布实况的变化特征。具体表现为:地球自转速度减慢（加快）时，大洋低纬度东部升温（降温），太平洋的西北部和西南部降温（升温），大西洋和印度洋中高纬海域降温（升温）。     

固体地球-海洋-大气耦合的一个简单线性模式及其试验结果

选取实际的海陆边界，建立了一个固体地球-海洋-大气耦合的简单线性模式，模式中包含了地气角动量守恒的关系，地转变速摩擦力对大气的作用，风吹流改变海温异常，海温异常又改变大气的质量分布。在无外源作用于地球系统的情况下，地球系统内部的各个部分(纬向风、海温和地转速度)都存在着准两年振荡(QBO)，由此可见，QBO是地球系统内部的一种固有振荡。     

数值天气预报———另类途径的必要性和可行性

通过讨论省 (甚至地、市) 气象部门要不要开展数值天气预报工作的问题, 认为不是所有的地方都要开展, 只是那些希望搞科研型业务、迫切要求提高当地高影响天气的预报准确率的地方要开展。对于如何开展的问题, 提出不是去重复类似于主流途径的做法, 而是开辟另类途径, 并阐述了另类途径的内容、方法和意义。强调开展另类途径无需构建模式 (这是非常困难的工作), 只需运转现成的模式, 借助所关心的现象的历史数据来改造现成模式, 使之本地化, 是完全可行的。     

在动力相似预报中引入多个参考态的更新

针对如何更有效地利用历史资料中的相似信息提高预报水平的问题,在已有相似-动力模式研究基础上,进一步探讨了相似误差订正方法(ACE)的若干理论和技术问题,分析表明,ACE是对以相似离差方程和相似误差订正方程为理论依据的方法的再发展。在此基础上,提出了相似的更新问题和多个参考态的引入,并进而发展出一种考虑多参考态更新的动力相似预报新方法(MRSU)。这一方法通过引入相似更新周期的新概念,在预报进行到相似更新周期时重新选取多个参考态,并采用超平面近似法将相似-动力模式产生的多个预报估计成最佳预报向量,这样的“选取-估计”过程循环往复,从而完成整个时段的预报。Lorenz模式试验显示,相比于以往的相似-动力模式预报,MRSU能更有效减小预报误差,提高预报技巧,并且,ACE的理论优势应用前景也被初步证实。综合诸多研究结果,给出了MRSU的概念流程,这里针对复杂数值模式采用了ACE,能够等价实现相似-动力模式预报过程,无需重建模式,更易于推广。     

动力相似预报的策略和方法研究

为了在现有模式和资料条件下有效提高数值预报水平, 深入开展了动力相似预报(DAP)的策略和方法研究. 提出“利用历史相似信息对模式预报误差进行预报”的新思路, 从而将动力预报问题转化为预报误差的估计问题, 并发展了一种基于相似误差订正的预测新方法(FACE). 进一步将FACE应用于业务海气耦合模式的跨季度预测试验, 夏季平均环流和降水的预测结果表 明, FACE能在一定程度上减小预报误差、恢复预报方差、提高预报技巧. 此外, 敏感性试验显示, 相似的个数、选取变量和度量标准都对FACE预报有显著影响.     

关于一些天气预报方程的定解问题

借助于正定算子的一些特性,在本文内讨论了一些天气预报方程定解问题的解的存在性和唯一性。在一些特殊情况下,作者能够比较某种模式与另一种模式的优缺点,指出了在数值预报工作中采用的一些边界条件的不合理性。作者还得到,在求解三度空间内位势高度变化的问题时,作为大气上边界条件,取表达式(23)就足可以了。     

定性数学的若干基本特征

讨论了几个人工智能中的数学特征以及与传统数学的区别，给出了智能定性模拟的数学基础——定性数学的若干基本运算法则和常用表示方法，该方法对处理某些大气和海洋学问题具有广泛的应用前景     

Hadley环流的双层结构及其年代际演变特征

利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均水平风场资料,采用全球大气环流的三型分解等方法,研究了Hadley环流的双层结构及其年代际演变特征。结果表明：(1) Hadley环流双层结构客观存在,且4、5、6、10、11月南半球Hadley环流双层结构长期存在;(2) 南半球Hadley环流双层结构较北半球更加明显,双层结构在垂直方向上呈现倾斜状,对Hadley环流强度和中心位置的变化进行研究时,应考虑双层结构的影响;(3) 4、5、6、10、11月南半球Hadley环流强度随时间都呈现强-弱-强的年代际演变特征,各个月份环流强度都存在20~30年和40~60年时间尺度的周期;(4) 4、5、6、10、11月南半球环流中心位置(双层结构平均位置)随时间一致地表现为向南移动,各个月份环流中心分别向南移动了5.18 °、2.11 °、2.50 °、1.79 °、5.76 °,平均向南移动了3.47 °。     

大气方程组的惯性流形

从一类非线性演化方程出发 ,得到其全局吸引子 ,并利用截断技巧讨论了它的惯性流形 .然后 ,根据大气方程组算子的性质 ,证明强迫耗散非线性大气算子方程即为这类非线性演化方程 ,从而在耗散算子满足谱间断条件下得到大气方程组的惯性流形的存在 ,为进一步研究大气方程组全局吸引子上的动力性质及设计性能良好的数值格式提供了基础 .     

统计-动力相结合的相似误差订正法

根据大气相似性原理,提出了利用历史资料的相似信息估计模式误差的反问题,并发展了一种相似误差订正(ACE)方法。该方法将统计和动力两种方法有机结合,在不改变现有数值预报模式的前提下,既充分利用了动力学发展的成就,又能够有效提取大量历史资料中的相似信息,达到减小模式误差、改进当前预报的目的。而且,ACE方法能够针对当前预报的特殊性来区分所利用过去资料的特殊性,提取历史相似信息间接求解反问题。定性分析表明,ACE方法与以往相似-动力模式原理是等价的,但无需重新建立复杂的相似离差预报模式,更具可行性和业务应用前景。在理想化的极限情形下,当数值模式或历史相似完全准确时,ACE方法的预报结果将分别蜕变为动力或统计学方法的预报结果。