大气非线性超长波

本文从非线性大气运动方程出发,根据常微分方程的稳定性理论,指出了非线性超长波存在的条件,求得了非线性波动解,它反映了大气非线性波动的特色。本文还对此进行了一些有意义的讨论。     

北半球环流季节演变机制

提出了北半球大气环流季节变化的一种反馈机制：外界（太阳、海洋、陆地等）的热力强迫加热大气,形成波状低云;而波状低云又使高中纬大气冷却,进而影响高纬冷气团冬夏变化。根据波状低云影响高纬冷气团变化这一负反馈过程,对1958－1993年进行夏季旱涝预报试验,结果每年中国东部的主雨带基本可正确预测出来。     

北半球大气环流季节突变的诊断与模拟

本文根据扰动与纬向平均气流相互作用的EP理论,着重诊断了扰动在北半球大气环流季节突变中所起的作用,并使用一个二维数值模式分别计算了扰动、加热和耗散等因子对于环流变化的贡献。诊断分析表明,源于中纬度低层的斜压扰动能量向副热带对流层顶的输送与西风急流位置和强度的季节变化紧密相关。纬向气流对扰动的强迫作用的响应在“六月突变”中十分迅速显著,而在“十月突变”中不大明显。数值计算也表明,扰动强迫作用总是有利于在急流位置以北维持西风加速。数值计算还表明,无论是六月还是十月,加热场季节变化对于环流变化都十分重要,垂直湍流扩散对于十月环流变化的作用比较明显。     

赤道地区大气的超长波波动

浅水波方程写在赤道β平面上并根据大气运动的平均状态线性化,得到了线性化方程组的特征方程,解出了它的特征根和特征向量。发现由于东风切变的存在,可以产生自西向东传播的Rossby波。还给出了波数为1和2的一些超长波的图形。     

北半球500毫巴月平均环流特征及演变规律的研究——超长波

本文是作者研究近10年大气环流特征的第二部分。应用1951—1960年北半球500毫巴月平均图,用谐波分析方法计算了历年逐月55°N及35°N上波数1到4(第1到第4)波的振幅及位相角。由此分析了大气环流的季节变化。主要结果如下: 1.第1波及第3波的振幅均有明显的年变程,但趋势彼此相反。另外,第1波或第3波振幅本身在55°N及35°N年变程也相反。第2波振幅年变程不明显。 2.各波的位相角亦有明显而规则的年变程,只有55°N第2波的位相角季节变化不大。 3.从逐年波谱及位相来看,大气环流的季节变化各年虽有不同,但季节的趋势却是每年都一致的。 4.过渡季节的波谱与冬夏截然不同。因此一年可分为4个自然天气季节,但每年季节早晚、长短及特征均有一定差异。 5.北半球超长波特征与我国天气有密切关系,这可以从一些例子来说明,如1954年7月与1959年7月,1957年2月与1960年2月。     

热带大气运动的长波和超长波(二)

本文对热带湿大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L1～104公里,经向扰动尺度L2～106公里)和经向超长波(L1～103公里,L2～104公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与干大气一样为正压无辐散运动;但对于长波和经向超长波,它们的运动特征与干大气有着巨大的差别,在这类运动中,位势部分、辐散辐合和垂直气流相当重要,而且重力内波波速大大变慢,因而可以认定混合的Rossby-重力波是热带长波和经向超长波的一个重要特性。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。从而证实了谢义炳教授最近提出的空气温度对大气运动有重要影响的观点。同时,在假定基本气流U=0的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,证实了上述尺度分析的结果是正确的。     

热带大气运动的长波和超长波(一)

对热带干大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L_1～10~4公里,经向扰动尺度L_2～10~3公里)和经向超长波(L_1～10~3公里,L_2～10~4公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与长波的情况一样为正压无辐散运动;但在经向超长波时,则涡度方程中存在辐散项,这一结果与Matsuno得到的在热带存在Rossby波和惯性-重力波混合的情况是一致的。同时,在存在基本气流切变的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,结果指出,当n≥1时,Rossby波和惯性-重力波是可分的;当n=0,而纬向尺度L_1～1000公里时,存在混合Rossby-重力波,这就证实了上述尺度分析的结果是正确的。于是,把尺度分析的结果与热带波动运动中Rossby波和惯性-重力波是可分的或混合的特性统一了起来。     

由冬至夏北半球副热带地区大气热源的季节转换特征及其可能机制

本文基于多套卫星观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了由冬至夏北半球副热带地区大气热源的季节转换特征及其原因。结果表明,北半球副热带大陆东部以对流凝结潜热为主的夏季型大气热源首先于4月初在我国南方地区建立,该过程与江南雨季的形成发展联系紧密。2~3月,江南地区的大气热源以感热加热为主,这时降水以大尺度层云降水为主;而在4月初之后,江南地区降水以对流性降水为主,相应地对流凝结潜热成为大气热源的主要成分。动力和热力诊断分析说明,青藏高原南部热力状况的季节变化是导致4月初江南地区降水性质和大气热源首先发生季节转换的重要原因。2~3月,随着太阳辐射逐渐增强,青藏高原地面感热随之加强,此时对流层中部的纬向西风令江南地区的对流层中部暖平流加强,引起上升运动并加强局地大尺度层云降水,令土壤湿度加大,为随后局地对流性降水的快速发展提供了有利条件。之后,青藏高原地面感热在4~5月期间继续加强,这时高原南坡的"感热气泵"令其四周的低空水汽向北辐合,从而加强了江南地区的低空南风,使大量水汽自南海-西太平洋向北输送,令江南地区的对流性降水快速发展,地面感热迅速减小,对流凝结潜热进而成为江南地区大气热源的主要成分。     

新疆冬春季‘水’旱长期过程与北半球中高纬度超长波演变的关系

木文分析新疆‘水’旱年度前冬11月至当年6月间北半球中高纬度500毫巴月平均环流波型及逐日超长波的演变特征。在新疆冬春干旱少雨(雪)月份,500毫巴中高纬度环流波型与北疆气候上降水量最少的元月份的平均波型相似,即半球内盛行大西洋东部,西西伯利亚和东北太平洋三个波脊。而多雨(雪)月份,往往相似于北疆气候上相对多雨的11月和5月份的平均波型,半球内盛行欧洲(偏西或偏东)和美洲西岸两个波脊。这种平均槽脊主要是各超长波的稳定及其演变的综合结果。造成新疆季节性‘水’旱异常的长期天气过程,分别表现在欧洲(对应多雨)和乌拉尔—西西伯利亚(对应少雨)两地区,有数次(通常为2～4次)准静止的超长波脊接连替换的过程,造成亚欧环流长时期的相对稳定。 在研究上述准静止超长波脊替换过程的演变时,我们又注意到500毫巴极地高压的活动情况,发现上述欧亚准静止超长波建立和替换的过程,大致可归纳为“北太平洋高压分裂单体西退并入型”、“大西洋高压分裂单体东移并入型”和“上游效应型”三种基本类型。并且提出,前两类基本过程,可能是欧亚准静止超长波脊建立或替换,亦即异常环流长期稳定的一种天气学判据。     

新疆冬春季‘水’旱长期过程与北半球中高纬度超长波演变的关系

木文分析新疆‘水’旱年度前冬11月至当年6月间北半球中高纬度500毫巴月平均环流波型及逐日超长波的演变特征。在新疆冬春干旱少雨(雪)月份,500毫巴中高纬度环流波型与北疆气候上降水量最少的元月份的平均波型相似,即半球内盛行大西洋东部,西西伯利亚和东北太平洋三个波脊。而多雨(雪)月份,往往相似于北疆气候上相对多雨的11月和5月份的平均波型,半球内盛行欧洲(偏西或偏东)和美洲西岸两个波脊。这种平均槽脊主要是各超长波的稳定及其演变的综合结果。造成新疆季节性‘水’旱异常的长期天气过程,分别表现在欧洲(对应多雨)和乌拉尔—西西伯利亚(对应少雨)两地区,有数次(通常为2～4次)准静止的超长波脊接连替换的过程,造成亚欧环流长时期的相对稳定。 在研究上述准静止超长波脊替换过程的演变时,我们又注意到500毫巴极地高压的活动情况,发现上述欧亚准静止超长波建立和替换的过程,大致可归纳为“北太平洋高压分裂单体西退并入型”、“大西洋高压分裂单体东移并入型”和“上游效应型”三种基本类型。并且提出,前两类基本过程,可能是欧亚准静止超长波脊建立或替换,亦即异常环流长期稳定的一种天气学判据。     

大气超长波研究情况的初步了解

一、引言长波和超长波是大气中两类性质根本不同的波动. 长波亦称为罗斯贝波,它和地面的气旋、反气旋相对应,波长为3000-6000公里,纬向波数为5-8,一般被认为是一种斜压波.人们很早就对长波加以注意,已经用准地转理论成功地解释了它的许多特性,在短期天气分析和预报中得到了广泛的运用. 超长波的纬向波数为1-3(或4),是一种水平尺度比长波更长的大气波动,它的水平尺度为10~4公里,因为水平尺度可以和地球半径相比拟,所以又称之为行星波.这一类波动的生命史10天左右,这自然就成为中、长期天气预报所关心的波动,它的发展和演     

长江中下游持续性多雨与南北半球大气环流的季节变化

根据10年实测风资料,在分析南、北半球纬向风场和经向风场演变的基础上,发现长江中下游6—7月持续性多雨年的大气环流的季节变化上有异常现象;即在南半球比常年提前1—2个月结束夏季,在北半球比常年推迟1—2个月进入盛夏。这种异常现象表明长江中下游持续性多雨是全球尺度大气环流异常的反映,为持续性多雨的长期预报提供了新的依据。     

北半球春季平流层环流季节转换研究的若干进展

简要总结了近年来北半球春季平流层环流季节转换研究的若干进展。涉及平流层环流季节转换的特征、某些影响因素、与对流层环流的关系及平流层环流季节转换的应用。由于平流层季节转换早于对流层，其深入研究可为短期气候预测提供线索。     

南半球对北半球初夏季节转换的一种可能机理

在青藏高原气象科学实验近几年工作的基础上,对1979年初夏季节转换的基本天气事实有了一定的认识,在初夏季节转换过程中,南半球对北半球可能有一定的激发作用。并由此讨论了印度西南季风与中国初夏梅雨之间的异同。     

长波不稳定发展的传播与大气环流的季节变化的关系

本文指出,大气环流的明显的季节变化(如入梅、出梅和冬季环流的建立等),是通过一次长波斜压不稳定发展向下游传播的中期过程来具体实现的。     

1982-1983厄·尼诺年夏季北半球热带和副热带大气超长波能量分析

统计分析表明,强厄·尼诺事件发生后,热带和北半球气温将升高、气温上升较海温滞后2个季节。此外,夏季风主要系统(如副热带高压等)的加强也比海温增暖滞后1—2个季节。可见,厄·尼诺对夏季大尺度环流和天气异常可能有一定的影响。作者曾以1982—1983年厄·尼诺事件为例,分析了这两个夏季大气环流的主要特征,发现1983年热带副热带对流层上部南亚高压强,大洋中部槽(TUTT)加深;赤道东风急流减弱;副热带高压加强,热带大气平均温度升高等现象。进一步分析还发现,1982     

CMIP6模式大气中南北半球际涛动的季节循环

利用1958—2014年47个CMIP6模式输出资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了模式大气中南北涛动(InterHemispheric Oscillation,IHO)的季节变化特征,且评估了CMIP6对IHO季节特征的模拟能力。结果表明:47个CMIP6模式都能模拟出IHO的季节演变特征,但模式间存在一定差异。通过比较,筛选出模拟IHO季节循环较好的16个模式,它们能成功模拟出半球大气质量的时间演变和空间结构。进一步分析表明,水汽对IHO季节变化有抵消作用且半球内部水汽质量变化可驱动越赤道质量流的产生;地表净短波辐射夏高冬低,其加热造成的水汽蒸发在水汽质量变化中起到重要作用;地表净长波辐射在春秋变化幅度较大,与大气质量逐月变化吻合。对比再分析资料表明,CMIP6模式模拟的半球大气质量的峰谷值变化有明显的月份偏差,且CMIP6模式模拟的地表气压异常值的偏差主要出现在北太平洋、欧亚大陆、南半球中纬度地区和两极极区,模拟的南北半球的蒸发和降水量、赤道风场、地表净长波和短波辐射通量等均存在明显的偏差。     

长波稳定性的季节变化

利用多层模式导得了多层斜压大气中的斜压不稳定的必要条件,还利用迭代-还原法计算了春夏秋冬实际基流上不稳定波的增长率。结果显示,长波扰动的增长率及其不稳定波的波长范围有明显的季节变化,冬季增长率最大,不稳定波的波长范围也最宽,春季次之,夏季最弱;β参数对长波不稳定起稳定化作用,它减小不稳定波的增长率,缩小不稳定波的波长范围;Froude数的影响与β参数相反,它对长波起不稳定化作用.地形的存在,使不稳定波的波长范围缩小,对增长率的影响比较复杂。     

超长波优势波转换与低温阴雨过程中期预报

本文分析了超长波优势波转换与玉林地区低温阴雨时段的关系指出:在超长波波段内,优势波的转换与华南低温阴雨过程密切相关:一波酝酿着一次低温阴雨过程;二波则为低温阴雨过程的背景;三波预示着低温阴雨过程的结束。