华南地区5月降水的水汽特征分析

利用国家气候中心的降水资料及NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海温资料分析了华南地区5月降水的主要水汽通道及变异机制。发现异常多雨年的水汽主要来自南海、孟加拉湾和青藏高原南侧;异常少雨年则因西太平洋副热带高压(简称副高)偏东,来自南海的水汽缺失,只有来自孟加拉湾和高原南侧的两股水汽,因而南海的水汽是影响华南地区5月降水的重要因素。分析发现当北太平洋的准东西向海温异常是"负正负"分布时,南海地区为异常的反气旋性环流,有利于副高西伸加强;北太平洋海温距平为"正负正"异常分布时,南海地区为异常的气旋性环流,副高东退减弱。此外,北方南下冷空气的阻挡使得季风北界位置偏南,冷空气和季风在华南地区交汇导致5月降水异常增多。     

北太平洋涛动和东亚冬季风对ENSO影响差异分析

北太平洋涛动(NPO)和东亚冬季风(EAWM)二者是热带外重要的气候系统,不仅对我国甚至对整个东亚气候都有重要影响,对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响也越发受到关注。本研究利用HadISST海温资料以及美国国家环境预报中心(NCEP)月平均气象场再分析资料,采用相关回归等统计方法分析研究了冬季NPO和EAWM对次年冬季ENSO发生、发展影响的差异,并分析了产生差异的可能原因。结果表明,冬季NPO和EAWM对次年冬季ENSO的影响无论是从相关性大小还是触发的ENSO强度上来说都存在明显的差异;进一步分析冬季NPO和EAWM回归的海表面温度(SST)场相关的降水和风场的季节演化特征发现:在热带太平洋区域,冬季NPO和EAWM通过激发赤道西太平洋区域西风和降水异常建立起了相应的海气正反馈机制,而这种正反馈机制在强度和位置上的不同,造成了对ENSO影响的差异。冬季NPO和EAWM年代际变化上的差异可能是另一原因。     

风驱动下f-平面准地转三维海洋环流的形成及总质量守恒的应用

将理想化的南中国海海盆在垂直方向上划分为Ekman层、惯性层和摩擦层. Ekman层中的运动由大气风应力驱动，其底部的扰动压力将作为其下惯性层中运动的上边界条件. 惯性层中的运动是由f 平面三维非线性方程在准地转近似下位势涡度守恒控制，由此得到控制惯性层中运动关于扰动压力的三维椭圆型方程. 在惯性层以下考虑到深层的海盆水平尺度很小，由此引进带有底部摩擦的线性控制方程，方程的边界条件为惯性层和摩擦层交界面上的扰动压力连续，沿海盆边界假定海水与相邻的固壁间无热量交换，由此设在海盆边界上扰动温度为零. 在此基础上分别利用惯性层和摩擦层中的椭圆型控制方程计算了相应层次上冬、夏季的扰动压力和准地转流. 结果表明冬季各层上以气旋式环流为主，且随深度的增加流速减小；夏季各层上以反气旋式环流为主，流速也随深度增加而减小. 这在一定程度上和观测事实相符.     

风生边界急流稳定性的渐近理论

观测表明，当冬季盛吹北风时，在南中国海西边界附近将形成一支向南的急流，在一定条件下这支急流可弯曲成波动甚至形成涡旋.本文应用等值浅水模式，采用截断模方法，分析了急流的稳定性，并给出急流上不稳定波出现的条件.分析表明只有当向南的风生急流很强很窄时，由变性的Kelvin波和风应力强迫出的地形Rossby波在长波波段耦合而出现不稳定，不稳定波在波长约200 km时向北传播的相速度约为02 m·s-1，波振幅增长到e倍所需的时间约15天.分析进一步表明，夏季向北的风生流在海洋的西边界附近是稳定的.这些结果在一定程度上解释了观测结果.     

垂直分辨率对长江口海域M2分潮模拟的影响

基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模式建立了长江口及其邻近海域的三维水动力学模型, 研究模型的垂直分辨率对该海域M₂分潮模拟的影响。结果表明:垂直分辨率的变化对M₂分潮传播方向的模拟结果影响较小, 但其可通过底摩擦和湍流耗散两个计算过程来影响潮能通量的模拟结果, 最终对长江口和杭州湾内的M₂分潮振幅产生显著的影响。最底层厚度较大时, 上层自由水体的高流速特征在最底层过于明显, 进而导致计算的底摩擦应力偏高, 此时提高底层的垂直分辨率会降低底摩擦对能量的耗散。另一方面, 垂直湍流混合作用会随垂直分辨率的增加而增强, 所以垂直分辨率增加到一定程度后, 上层自由水体的高流速会经由增强的湍流混合而更多的传入底层, 使计算的底摩擦应力随垂直分辨率的提高而有重新增加的趋势, 进而又增强底摩擦对潮能的耗散。     

风影响夏季长江冲淡水扩展的数值模拟研究

基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)数值模式建立了长江口及其邻近海域的三维水动力学模型,用于研究风对夏季长江冲淡水扩展的影响。基于实测资料的验证结果表明,模型能够比较真实的反映潮汐、海流、温度和盐度的变化过程。敏感性试验的结果显示,风对夏季长江冲淡水的扩展有着非常显著的影响。在Ekman输送的作用下,长江冲淡水将向风向的右侧扩展。5 m/s风速下,东风、东南风、南风和西南风4个风向下的冲淡水明显向外海扩展,而西风、西北风、北风和东北风下的冲淡水都被限制在近岸水域。Ekman输送的强度随风速增强而增强,冲淡水向风向右侧的扩展也越来越明显。舌轴区因为层结明显,湍流活动相对较弱,对风能量的耗散相对较小,所以相同的风速增量对舌轴区表层水的加速作用最强,这导致更多的淡水经由舌轴区输送,使得淡水舌宽度随风速的增加而变窄。对长江口海域表面风的气候统计分析表明,上述数值试验结果能够很好的解释气候态下长江冲淡水扩展方向与表面风变化的关系。     

影响北京地区降雪pH值的天气成因分析

利用北京市气象局3个酸雨观测站和2个大气成分站观测资料、NCEP再分析资料,对比分析了北京地区近年的3次典型降雪过程.结果表明,虽然出现降雪的天气形势不同,但仍然存在一些共同特点:上升运动发展的高度及维持时间是导致冬季酸性降雪出现的决定性因素.而降雪前期污染物的累积虽然对pH值有一定贡献,但最终pH值的大小及出现酸性降雪的范围都取决于上升运动的发展;若没有较强和长时间维持的上升运动,也不可能出现较强的酸性降雪过程.     

f-平面中尺度海盆热力驱动边界流的形成

采用一个f-平面准地转但未作线性化假定的惯性模型, 考虑了西侧固壁附近摩擦层的作用, 在热量守恒条件下, 研究了理想化的长方体海盆区域内的扰动温度、边界急流及上升(下沉)流. 设研究区域上表面有净的热量输入, 相应的西侧边界有等量的热量耗散, 其余边界与外界无热量交换, 从而整个海域海水热量守恒. 结果表明, 在西侧边界扰动温度密集出现温度锋; 扰动压力及流场存在上下层翻转现象, 下层西侧为向北的沿岸急流, 扰动压力极大值中心位于西部, 上层东侧为向南的急流, 扰动压力极大值中心位于东部. 西侧较窄的范围内出现较强的垂向流, 中部区域也有较大的垂向运动. 文中还研究了不同形式的上表面热力强迫的影响, 结果表明对于不同形式的上边界热力强迫, 均可在海盆西侧出现扰动温度密集, 边界急流, 亦有上下层流场的翻转现象, 但垂向流的分布则有很大不同.     

跨赤道经向流的不稳定性

利用法国AVISO(Archiving,Validation And Interpretation Of Satellite Oceanographic Data)海平面异常数据,通过小波分析发现在索马里海流范围内比内区多存在一个30d周期的振荡,其可能原因是跨赤道流的不稳定。使用一个简单的等值浅水模式,在跨赤道背景流的情况下,分析了其中扰动的周期和不稳定性。通过将扰动速度利用Weber函数展开后保留前四阶,获得了频散关系。结果表明,在此区域有一类增长型的短波,其频率接近30天,这一结果与观测相近。     

赤道两层海洋模式中基本流的切变不稳定性

设计了一个热带赤道β-平面的两层海洋模式,在准长波近似下,应用最大截断模分析赤道波的基本形态,指出无论是正压模或斜压模Kelvin波、Rossby波及基本流所对应的“地形Rossby波”是最基本的波系,在基本流的一定切变条件下,它们之间可以耦合出一类不稳定波。在浅混合层近似和“快波近似”下,正压模和斜压模是可以分离的,因此可以分别分析它们的色散特征,由于它们的特征量不同,在同样波长(扰动的纬向尺度)下,扰动的增长率也不同,通过分析得出在一定参数下,斜压模扰动增长率为正压模的2倍。近似分析表明,混合层中流场的增长要快于温跃层,但温跃层的温度增长要比混合层明显。