不同季节实际气流上斜压波的发展和锋生过程

利用三维半地转模式讨论了春夏秋冬四季基本气流上非线性斜压扰动的发展过程和锋面形成过程。计算结果表明，在四季基本气流上，斜压扰动的发展能产生冷暖锋，扰动的发展以冬季为最强，春季次之，秋季和夏季最弱，相应地，形成的锋也以冬季最强，春季次之，秋夏季最弱，与实际观测比较一致。     

斜压基流中的非线性中尺度重力惯性波

本文使用行波法分析求解y-z平面上的二维流体非线性动力学方程组，在斜压基流的背景场下讨论了CISK加热影响下的粘性非线性椭园弦波以及重力惯性弧立波的特征，一般情况下，中高纬度地区层结较稳定在呈气旋性切变的强斜压性基流背景场之中，CISK加热系数ηb较小而ηd较大影响下的重力惯性弧立波表现为陡而范围小的特征，也就是说，在较小的中尺度范围内，集中产生较为强烈的灾害性天气。     

陇东南汛前期2次斜压锋生类短时强降水过程动力特征对比

2019年4月19—20日(简称"4·19")和4月26—27日(简称"4·26")陇东南出现2次区域短时强降水天气过程,利用常规气象观测资料和ERA5再分析资料,通过诊断锋生函数、温度平流、垂直风切变等物理量对2次过程的动力特征进行对比分析。结果表明:(1)2次过程均存在高空冷平流、低层冷暖气流交汇,地面分别有明显的冷锋和冷式切变辐合线,属于斜压锋生类强对流。(2)在同样显著的斜压大气环境条件下,2次过程动力特征存在明显差异,"4·19"过程冷空气较为深厚,中、低层强冷平流驱动低层锋生,对流发生在锋面强迫抬升的动力不稳定条件下,呈现出锋面降水特征;"4·26"过程低层及近地层有冷空气扩散,对流发生在近地层锋生与低空急流共同作用下,由热力不稳定主导,对流性降水特征显著。(3)700 hPa和850 hPa锋生函数可分别定量描述低层和近地层影响系统的时空分布和演变特征,由于近地层触发系统受地形影响难以界定,尤其"4·26"过程低层及近地层冷空气路径复杂,锋生函数可作为近地层触发系统判定的物理量指标。     

水平切变基流中惯性重力波的发展

采用分层浅水波方程组和ＷＫＢ方法，建立了在基流的水平切变和地形的影响之下惯性重力波的能量方程，由此讨论波动的发展。主要得出：在急流的气旋性环流区，曳式波发展；在反气旋性环流区，导式波发展。在山脉的南北坡，导式波和曳式波均有发展的可能。     

梅雨锋锋生过程的诊断分析

本文分析了一次梅雨锋的锋生过程,并利用锋生函数和温度平衡方程,讨论了影响梅雨锋形成和维持的因子。结果表明:感热加热是使江淮流域低层锋区消失的主要原因,潜热加热以及水平运动造成的变形是维持梅雨锋存在的重要因素。     

经向基流和地形对惯性重力波的影响

采用分层浅水波方程组和ＷＫＢ方法，分别讨论了经向基流的垂直切变和南北走向的地形对二维惯性重力波的移速，稳定性以及发展的影响。     

锋生过程对扰动发展的影响

本文用WKBJ方法讨论了叠加在Hoskins-Bretherton［1］]锋生模型背景上的小扰动发展问题。考虑了大尺度变形场、锋区斜压气流及锋生环流对扰动发展的作用，发现锋生过程有利于与锋平行的中小尺度扰动发展，而锋消则有利于沿锋传播的横波型扰动发展。     

球面斜压大气中上传行星波与纬向平均气流的相互作用

本文指出在球面斜压大气中的行星尺度扰动与纬向平均气流相互作用中必须考虑非地转风分量对位涡度南北方向输送的作用,从而证明了球面大气中行星尺度运动的波作用守恒,并求得球面大气中的行星尺度扰动与纬向平均气流相互作用的欧拉平均运动方程组。 本义利用1979年2月的实际天气观测资料分析了北半球一次对流层阻塞形势建立与平流层爆发性增温过程的行星波与纬向平均气流的相互作用。从分析结果可以看到:由于行星波向上传播,使得在高纬度对流层中、上层出现行星波的波作用通量(也称E-P通量)辐合,使得西风气流减速,因而在高纬度对流层中、上层形成阻塞形势。并且,随着行星波的继续向上传播,使得平流层下、中层的基本气流相继减速并出现东风,因而在平流层下、中层出现爆发性增温。然而,由于高纬度对流层低层出现东风,行星波不能往上传播,在上层波的E-P通量矢量变成辐散,气流由东风又变成西风。     

对流层中高层的锋生过程

1.引言在本文中,我们仔细研究了高空锋生的基本问题:i)模式中几何因素(例如β-平面和球面)对模拟锋生有多大程度影响,ii)高空锋生是否基本上是一个二维过程,iii)在高空锋区的发展中,是否有正反馈机制起作用.我们的研究方案采用三维原始方程模式,对不稳定斜压波生命史进行模拟,然后详细分析其结果.     

斜压气流中波包的演变及其对外压不稳定波的激发

把斜压气流中的短波槽看成波包，并把波包作为准地转模式的初值进行研究，发现波包的结构对其演变有重要影响，初始阶段急流轴下面向西倾斜的波包能够获得较快的发展，而向东倾斜的波包则是衰减的，这与ＷＫＢＪ方法得出的结论［１］是一致的，但是无论西倾还是东倾的波包，除了其自身随时间的演变外，还会激发出斜压不稳定波动，而且随着扰动的发展，不稳定斜压波会逐步在扰动中占主导地位。由此可以解释某些中纬度气旋的发生发展问题。     

斜压大气波动准共振与中高纬低频振荡

从准地转两层模式出发,可能产生两种情况准共振：(1)纯正压波;(2)两个斜压波和一个正压波。本文对(2)求得准共振三波振幅的解析解和波能量变化周期的近似式。此近似式和数值计算结果两者都表明,斜压情况能量变化周期比正压情况更容易趋于准共振频率偏离Δω自身周期2πε/Δω,从物理上指出,波的位相与波振幅之间存在着一个反馈机制,由正压波与斜压波之间的慢变相差引起的动能与有效位能的互相转换,形成了正压波和斜压波交替增强和减弱2的低频振荡,其振荡周期与上述近似式一致。当Δω～(0.1-0.02).(ωj)时,平均能量周期为12-43d,而当Δω=0时,平均周期为366d.因此,频率偏离Δω出现仍可能是产生料压大气中高纬低频振荡的一种新的重要机制。     

爆发性气旋发展中斜压强迫与潜热释放作用的数值试验

本文利用一个六层原始方程模式对五例爆发性气旋的发展进行了数值试验,试验结果表明：斜压强迫是气旋爆发性发展的基本因子,而潜热释放的重要性则有较大差异。潜热释放的作用主要集中在两个方面：一是对低层的直接增暖,加强了上升运动;二是对局地斜压性的加强,促进了锋面、槽脊系统的发展,而这两者均有利于气旋的发展。     

地面锋附近重力流的产生及其锋生作用

本文用旋转大气的两维非静力模型,用Simpson和Linden[1]的级数展开方法和数值积分方法讨论了地面锋附近由于非地转平衡所产生的重力流及锋生作用。     

INFLUENCES OF TOPOGRAPHY ON BAROCLINIC SOLITARY ROSSBY WAVES IN A MULTILEVEL MODEL

The KdV equation with topography included in an N-level model is derived. It is shown that if the topography ex-ists. the KdV equation may describe the solitary Rossby waves in the case of basic current without vertical shear, and itis no necessary to introduce the MKdV equation. The results of calculations show that the change of horizontal shearpattern of basic flow may cause an important change of the streamline pattern of the solitary waves with the oddmeridional wavenumber m, and has no effect for the even meridional wavenumber m. The vertical shear increases thesteepness of the barotropic solitary modes, and it has a complicated effect on the baroclinic modes. The influences oftopographic slope on the solitary waves are very great. The southern and northern slopes of topography may cause dif-ferent solitary wave patterns, with the effect of northern slope greater. The effect of Froude number on the solitarywaves is generally to steepen the solitary waves, however, the effect also depends on the meridional wavenumber m andthe modes of solitary wave.     

斜压切变基流中横波型扰动的特征波动 Ⅱ:谱函数

“斜压切变基流中横波型扰动的特征波动Ⅰ谱点分布”一文中分析了斜压切变基流中横波型扰动的谱点分布，这里又对其谱函数进行了分析讨论。结果表明当基流在垂直方向存在切变时，重力惯性波与涡旋波的谱函数在垂直方向上均可出现临界层，临界层的高度随频率σ而变化，即重力惯性波与涡旋波都存在连续谱，但涡旋波与重力惯性波连续谱的结构却不同；对天气尺度扰动，两支重力惯性波和1支涡旋波的连续谱不重叠，此时每支波动仅有1个临界层；而对次天气尺度的扰动，重力惯性波与涡旋波的连续谱区会发生重叠，在连续谱的重叠区，重力惯性波仍只有1个临界层，但涡旋波则可以有2个或3个临界层。无论是涡旋波还是重力惯性波其连续谱的波包随时间都是衰减的，但涡旋波波包比重力惯性波波包衰减得慢。     

相当正压Rossby波和斜压Rossby波相互转换的分析

利用由两层准地转模式简化的低谱模式，得知相当正压结构Ｒｒｏｓｓｂｙ波为平衡态，讨论了具有相当正压结构的Ｒｏｓｓｂｙ波存在所需条件；并以定常Ｒｏｓｓｂｙ波（相当正压结构）为基态，导出反映高低层Ｒｏｓｓｂｙ波位相变化的振荡方程，指出高低层位相差的变化与垂直切交流的扰动、平均层上流函数和热成风流函数波动部分振幅扰动（Ａ’和Ｂ’）的关系，说明相当正压结构和斜医结构的Ｒｏｓｓｂｙ波是相互转换的。     

ANALYSIS OF THE INTER-TRANSFOMATION OF EQUIVALENT BAROTROPIC AND BAROCLINIC ROSSBY WAVES

By using the low-spectral model simplified from quasi-geostrophic approximation two-levelmodel,we obtained the result that the equivalent barotropic state is an equilibrium state of theatmosphere in that model,and discussed the conditions needed for existing the Rossby wavepossessing the equivalent barotropic structure.And then we derived the oscillation equation reflectingthe phase change of Rossby wave between higher and lower levels from the basic state of equivalentbarotropic stationary Rossby wave,indicating the relations between the change of difference of phaseat higher and lower levels and the disturbance of vertical shear,the amplitude disturbance of the partof waves of stream function and thermal wind stream function on the average level (A′ and B′).It isconcluded that the inter-transformation exists between Rossby waves possessing the equivalentbarotropic and baroclinic structure.     

亚洲夏季风结构和变动与大气运动的斜压和正压特征:斜压模分析

通过定义流场的斜压性度量参量，利用观测资料，对大气运动的斜压特征量与夏季风变动的联系进行了探讨。结果表明：夏季风流场具有较强的斜压性；纬向气流的斜压强弱的时间变动与夏季风进退相吻合；强斜压区的范围可反映夏季风活动的基本范围。经向斜压运动强弱的水平分布及时间－经度剖面上斜压运动动能的纬向传播都与亚洲季风体系中季风子系统有关