大气中局地阻高和偶极子阻塞的动力学特征

在局地阻塞形成前期的原地一般有比较弱的高压脊存在，在这个高压脊上可以逐形成局地阻塞高压或偶极子阻塞。本文将局地阻塞形成前期的弱高压脊环流看成是具有反气旋式切变的带状基本西风，在此基础上用Ｒｏｓｓｂｙ孤立波理论研究了局地阻高和偶极子阻塞的动力学特征及其区别，得到了一些结果。     

大气随机动力学与可预报性

偶然性与必然性过程及其相互转化是世界事物变化复杂性的根源。根据布朗运动统计理论,提出了分子热运动是不稳定流体中湍流形成之源,由此形成不同宏观尺度的随机运动是大气运动固有的属性。观测事实表明,太阳辐射作为决定大气运动与变化的主要因子,它的变化具有随机性,是大气的随机强迫因子,它对气候变化具有决定性影响。地-气相互作用是一个时变的非线性相互反馈的耦合过程,形成了下边界对大气复杂的随机强迫作用,其界面交换耦合随机动力学模式尚待建立。由于大气过程固有的随机性以及随机的外强迫耦合作用,大气确定性预报的时效是有界的,它决定于预报对象的不确定性及其空间尺度与时间尺度,以及预报时效内的大气不确定性。由此,客观存在着大气过程的报不准关系。     

大气动力学方程组的定性理论及其应用

基于完整的湿大气动力学方程组,利用无穷维动力系统的新理论和新方法,系统讨论了强迫耗散的非线性大气系统的定性理论及其应用。将完整的强迫耗散非线性湿大气动力学方程组化为Hilbert空间中一个等价的算子方程,研究了算子的性质及其物理意义,在此基础上得到湿大气系统全局吸引子的存在性定理,揭示出系统向外源的非线性适应特征,并把结果推广到有地形动力作用和非定常外源强迫的情形。同时探讨了大气方程组惯性流形的存在,大气多平衡态产生的根源以及强迫、耗散和非线性对系统解的渐近行为的影响。在理论结果的基础上,提出强迫耗散的非线性动力系统中存在三类时间边界层、方程组简化准则、分解算法的算子约束原则以及支撑吸引子基底的少数自由度的构造方法,探讨了理论在非线性发展方程差分格式的设计和计算稳定性分析、多平衡态的数值分析、数值模式延伸预报的改进、短期气候预测以及一类中尺度系统分析与预测中的应用,指出描述长期过程动力学模式的必备条件,给出初值与模式相协调的合理解释。最后,对今后的研究方向作了展望。     

一种非线性大气化学动力学方程组的新算法

提出了一种求解非线性大气化学动力学方程组的新算法,即预测／校正拟稳定近似法（ＰＣＱＳＳＡ）该方案集中了传统的ＱＳＳＡ方案和Ｈｙｂｒｉｄ方案的优点,具有较高的计算效率和精度,对于复杂的大气化学模式和区域污染模式较适用。     

大气的可预报性与大气模式的设计

本文首先提出了设计数值天气预报模式的基本原则——模式大气的可预报性和实际大气的可预报性相一致。然后依据此原则讨论了目前在设计各种数值预报模式时存在的问题。     

气候大气和海洋的临界时间跨度与非线性作用结构

研究了气候海洋与大气的临界时间跨度及其非线性作用的大致结构。与预报的空间分辩率及系统的非线性强度相联系，气候大气和海洋的临界时间跨度可反映系统可预报的相对时间尺度。对于具有同样空间特征尺度的大气和海洋，海洋的最小临界时间跨度约是大气的9倍（可达数日至数十日）。一般（外源变化缓慢的）气候海洋与大气的一阶非线性越强，其临界时间跨度越小。气候海洋与大气非线性作用的大致结构是：通常与科里奥利力对流体运动的规范作用（如地转运动）有关，非线性作用随纬度增加而减弱。距平流场的切变结构及其沿经向与纬向上强度的比较直接改变气候大气和海洋的非线性作用（比如，向东的距平环流强度与经向环流强度相当时，非线性作用最强），较强的外部驱动（风应力和压弹梯度力）使非线性作用加大等等。     

非线性大气化学动力学方程组数值解法的比较

大气化学模式中描述化学反应动力学的是一组高度耦合、刚性、非线性的常微分方程组,高效精确的计算方法在空气质量模拟预测、气候化学相互作用研究中尤为重要。本文介绍了求解此类非线性常微分方程组(ODEs)的七种常见的数值计算方法,包括QSSA、MQSSA、HYBRID、MHYBRID、LSODE、GongCho以及TWOSTEP方法,并基于同一反应机理进行24 h的数值模拟,通过对模拟结果的讨论分析,比较了各种方法的优劣。研究结果表明,就计算效率而言,QSSA方法最为省时。就计算精度而言,LSODE方法最优。若综合考虑计算精度和效率,HYBRID、MHY-BRID是比较适中的数值解法。     

大气动力学的随机性与长期预报问题

一般认为,有三种解决长期天气预报问题的途径:天气学的、统计学的和流体动力学的.事实上,天气学途径正如Б.П.Мулъ-     

涡旋系统运动可预报性的一种简单动力学分析

运用简单的动力学方程，考察了旋转运动和辐合运动的初值问题，由此探讨了天气系统运动的可预报时限。对于天气尺度系统，确定性可预报时限约２－５天；对于１０＾７ｍ量级天气系统，可预报时限约１０多天；对于中小尺度天气系统，可预报时限约１天。其结果同Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ等、Ｆｒａｅｄｒｉｃｈ等的结论基本一致。讨论还发现，在不同外部参数条件下，涡旋运动可预报性是差异的。     

阻塞动力学研究进展与展望

简介了大气阻塞动力学在多平衡态理论和外源强迫的共振理论、孤立子及偶极子理论、强迫耗散ＫＤＶ动力学以及天气扰动的激发等几方面理论研究的进展。并对阻塞动力学的研究进行了展望。     

Progress in the Study of Nonlinear Atmospheric Dynamics and Predictability of Weather and Climate in China (2007--2011)

Recent progress in the study of nonlinear atmospheric dynamics and related predictability of weather and climate in China (2007-2011) are briefly introduced in this article. Major achievements in the study of nonlinear atmospheric dynamics have been classified into two types:(1) progress based on the analysis of solutions of simplified control equations, such as the dynamics of NAO, the optimal precursors for blocking onset, and the behavior of nonlinear waves, and (2) progress based on data analyses, such as the nonlinear analyses of fluctuations and recording-breaking temperature events, the long-range correlation of extreme events, and new methods of detecting abrupt dynamical change. Major achievements in the study of predictability include the following:(1) the application of nonlinear local Lyapunov exponents (NLLE) to weather and climate predictability; (2) the application of condition nonlinear optimal perturbation (CNOP) to the studies of El Nin o-Southern Oscillation (ENSO) predictions, ensemble forecasting, targeted observation, and sensitivity analysis of the ecosystem; and (3) new strategies proposed for predictability studies. The results of these studies have provided greater understanding of the dynamics and nonlinear mechanisms of atmospheric motion, and they represent new ideas for developing numerical models and improving the forecast skill of weather and climate events.     

Review of the Study of Nonlinear Atmospheric Dynamics in China （1999-2002）

Researches on nonlinear atmospheric dynamics in China (1999-2002) are briefly surveyed. This review includes the major achievements in the following branches of nonlinear dynamics: nonlinear stability theory,nonlinear blocking dynamics, 3D spiral structure in the atmosphere, traveling wave solution of the nonlinear evolution equation, numerical predictability in a chaotic system, and global analysis of climate dynamics.Some applications of nonlinear methods such as hierarchy structure of climate and scaling invariance, the spatial-temporal series predictive method, the nonlinear inverse problem, and a new difference scheme with multi-time levels are also introduced.     

Nonlinear Atmospheric and Climate Dynamics in China （2003-2006）： A Review

Recent advances in the study of nonlinear atmospheric and climate dynamics in China （2003 2006） are briefly reviewed. Major achievements in the following eight areas are covered： nonlinear error dynamics and predictability; nonlinear analysis of observational data; eddy-forced envelope Rossby soliton theory; sensitivity and stability of the ocean＇s thermohaline circulation; nonlinear wave dynamics; nonlinear analysis on fluctuations in the atmospheric boundary layer; the basic structures of atmospheric motions; some applications of variational methods.     

A Perspective on the Evolution of Atmospheric Blocking Theories: From Eddy-Mean flow Interaction to Nonlinear Multiscale Interaction

In this paper, we first review the research advancements in blocking dynamics and highlight the merits and drawbacks of the previous theories of atmospheric blocking. Then, the dynamical mechanisms of atmospheric blocking are presented based on a nonlinear multi-scale interaction(NMI) model. Previous studies suggested that the eddy deformation(e.g., eddy straining, wave breaking, and eddy merging) might lead to the formation and maintenance of atmospheric blocking.However, the results were specu...     

A Review of the Nonlinear Dynamics of Intraseasonal Oscillations

In recent years,significant progress has been made regarding theories of intraseasonal oscillations (ISOs) (also known as the Madden-Julian oscillation (MJO) in the tropics).This short review introduces the latest advances in ISO theories with an emphasis particularly on theoretical paradigms involving nonlinear dynamics in the following aspects:(1) the basic ideas and limitations of the previous and current theories and hypotheses regarding the MJO,(2) the new multi-scale theory of the MJO based on the intraseasonal planetary equatorial synoptic dynamics (IPESD) framework,and (3) nonlinear dynamics of ISOs in the extratropics based on the resonant triads of Rossby-Haurwitz waves.     

大气化学研究进展——臭氧、气溶胶研究综述

大气化学是大气科学的一门新兴分支学科．早在100多年以前就已开始研究，但是真正发展则以1929年对大气臭氧的观测和对平流层臭氧光化学的理论研究为契机。现阶段大气化学的研究许多事实和现象还不清楚。尤其是关于一些大气微量成分的源、汇和时空分布，它们的迁移、输送和全球循环等问题，都需要进行更加深入广泛的观测和研究。     

全球大气数值模式动力框架研究进展

随着数值计算方法和高性能计算机技术的发展以及大气科学理论的完善,国外研制出了许多全球高分辨率非静力大气数值模式,为了让国内的模式开发者对当前全球大气数值模式的现状有一个清晰的了解,归纳总结2012年8月在美国大气研究中心参与评估测试的全世界17个非静力全球大气数值模式,主要从基本方程组、球面网格、离散方法、守恒性质、参数化物理过程与动力框架的耦合和全球大气模式的评估等进行回顾、归纳和讨论,对国内的模式研发者有一定的参考意义。     

非线性时间序列分析在气候中的应用研究进展

非线性时间序列分析方法在气候领域中的应用主要包括如下三个方面:观测数据处理、气候突变和气候预测.综述众多文献的结果表明,有许多学者为非线性时间序列分析方法在气候领域中的应用做了大量的工作,大部分文章用到了非线性时间序列分析方面较新的方法,几乎每种方法都能在某个方面取得一定的成功.但这些大多是个例的研究,得出的结论有待更多的验证和理论上更系统的阐述;可用于业务预测且可提高预报技巧的方法仍需探求.非线性时间序列分析在气候中的应用还是任重而道远.     

Nonlinear Dynamics in Atmospheric Chemistry Rate Equations

Nonlinear terms in the gas-phase rate equations of atmospheric trace constituents give rise to unexpected oscillations in the concentrations. For a simplified chemical scheme of the troposphere that contains only the generic reaction paths, the underlying dynamical structure is investigated. It is shown that the source strengths of CO and NO are the controlling parameters of the system. A linear stability analysis reveals that the steady state solutions lose stability due to the occurrence of two Hopf bifurcations. Furthermore, it appears that the dynamical behaviour of the oscillatory solutions is dominated by O₃ and CO. Based on the two-variable system (CO–O₃) it is shown that the oscillatory solution involves an autocatalytic ozone production phase which is followed by a phase in which CO is oxidised quickly. A simple expression is presented from which the period of the oscillation can be obtained. The implications for the present troposphere are unclear, since other hydrocarbons are present and transport is taking place. Nevertheless, the system nicely shows the general nonlinear mechanisms that operate in the tropospheric chemistry equations.