热带西太平洋纬向风异常对 ENSO 循环的动力作用

根据观测资料,分析了1982/1983,1986/1987,1991/1992和1997/1998年ElNino事件发展和衰减以及LaNino事件发生过程中赤道西太平洋对流层下层环流和纬向风异常及其作用.结果表明,在ElNino事件发展阶段前,在热带西太平洋上空对流层下层产生气旋性环流异常,从而使印度尼西亚和赤道西太平洋上空产生西风异常;而当ElNino事件发展到成熟阶段,在热带西太平洋上空对流层下层产生反气旋性环流异常,从而使印度尼西亚和赤道西太平洋上空产生东风异常.还利用一个简单的热带海洋动力学模式,计算了20世纪最强的1997/1998ENSO循环过程中赤道海洋波动对实际海表风应力距平的响应.结果表明,热带西太平洋海表附近的纬向风异常,通过激发Kelvin波与Rossby波对ElNino事件的发展与衰减和LaNino事件的发生起到重要的动力作用.     

热带西太平洋对风应力的斜压响应

发展了一个线性热带西太平洋两层模式,分别为混合层和温跃层,其密度、温度各不相同.利用这一模式分析了热带西太平洋对纬圈风应力的响应,求出西边界的解,以及解析地求得热带西太平洋温跃层厚度、洋流及海温分布.结果表明,热带西太平洋物理量的变异在El Nino/La Nina事件中起着重要作用,在温跃层中海温变化的振幅明显大于混合层,这从理论上支持了近年来的观测事实.     

热带西太平洋对风应力的斜压响应

发展了一个线性热带西太平洋两层模式,分别为混合层和温跃层,其密度、温度各不相同.利用这一模式分析了热带西太平洋对纬圈风应力的响应,求出西边界的解,以及解析地求得热带西太平洋温跃层厚度、洋流及海温分布.结果表明,热带西太平洋物理量的变异在El Nino/La Nina事件中起着重要作用,在温跃层中海温变化的振幅明显大于混合层,这从理论上支持了近年来的观测事实.     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带大西洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度热带大气和海洋模式研究了热带太平洋和大西洋SST通过风应力桥梁的相互作用.利用1958～1998年NCEP分析的海表面温度场（SST）强迫大气模式得到的表面风应力与NCEP分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验;比较控制试验与敏感性试验模拟,则可反映风应力桥梁作用下热带某海盆SST异常对其他海盆的影响.结果表明,热带某一海盆SST暖（冷）异常总是引起局地海盆表面西部西（东）风异常和东部东（西）风异常;热带太平洋SST暖（冷）异常导致的该海盆东部表面东（西）风异常可以扩展到热带大西洋,从而导致热带大西洋SST冷（暖）异常;热带大西洋SST暖（冷）异常导致的该海盆西部表面西（东）风异常可以扩展到热带太平洋,从而导致热带太平洋SST暖（冷）异常.     

地震应力降和视应力的可变性

将经验格林函数基于尾波的分析应用于发生在日本震级范围为1．8至6．9的4个地震序列来测量辐射能、拐角频率和应力降。我们发现这些序列的视应力或应力降对地震矩没有系统的依赖性,而且发现二者均呈对数正态分布。然而,我们也鉴别出了几个高能的和衰弱的异常地震事件,表现出与其他序列事件截然不同的频谱特征。这些地震事件显示出,视应力和应力降的许多变化在统计上是显著的,而这一点对地震危险性分析可能具有十分重要的意义。     

饱和水致密砂岩电学参数对有效应力变化的响应

致密砂岩气藏在开采时因地层能量衰竭导致有效应力增加,储层物性相应地发生变化,其电学参数也随之改变.以往在常规围压下进行的岩电实验,其结果包含了岩样微裂缝等因素对电阻率的贡献,获取的电学参数不能客观反映原地储层性质.本文以鄂尔多斯盆地上古生界二叠系典型致密砂岩气藏为研究对象,测定了不同有效应力下完全饱和地层水71块致密砂岩样品的电学参数.结果表明,岩样电阻率随有效应力增加而变大,且与常规砂岩相比,致密砂岩电学性质受有效应力影响更大;随有效应力增加,岩性系数a增大,地层胶结指数m减小,原地有效应力(25.86MPa)下a和m分别是常压(3.5MPa)下的2.7和0.7倍;高有效应力状态下,电阻率达到稳定值所需测试时间更长;电阻变化幅度直观表征了其骨架结构变形程度,也是致密砂岩应力敏感时间效应的直接体现.因此,应根据储层原地有效应力确定致密砂岩气藏的电学参数.     

根据大地震前后应力轴偏转和应力降求取应力量值的研究

为求解震源处应力量值,运用大地震造成的应力方向偏转和地震应力降给出了求取震源处应力大小的方法.地震前后的应力方向可根据大量前震和余震震源机制统计给出;地震应力降可通过地震波或地壳形变资料的震源破裂反演研究得到.该研究对地震动力学具有一定的意义.      

液化条件对地表动力响应影响的有效应力动力分析

本文根据上海市区的典型地层分布及其力学参数,选取和构造了若干计算剖面,利用Biot动力固结方程和亚塑性边界面模型的排水有效应力动力分析方法,计算了地下水位、粉砂层厚度及其埋深等对地表峰值加速度和位移的影响,得到了一些有意义的结果。     

夏季东亚和印度热带季风环流系统动能和对流扰动的纬向传播特征

使用1980~1997年NCEP/NCAR再分析资料及日本的TBB/GMS资料讨论了亚洲季风系统中印度和东亚两个子系统中热带季风变化(扰动)源地及变化后的纬向传播特性. 18a的结果表明, 在夏季热带季风主体的5º~15ºN范围内, 东亚夏季风系统中纬向风虽然为西风, 但绝大多数动能扰动和对流扰动均起源于140º~150ºE, 向西经南海传播到孟加拉湾(90º~100ºE). 而在印度夏季风系统中, 18a中有12a动能扰动起源于阿拉伯海向东传播到孟加拉湾, 东端抵达90ºE, 其余年份并无明显东西向传播特征. 因而, 在亚洲5º~15ºN夏季风主体区域内, 虽然均由西南季风控制, 但存在传播特性相反的东亚和印度两个子系统, 两个系统交界约在90º~95ºE, 比过去提出的交界经度105ºE更偏西一些. 以上结果也表明东亚夏季风环流系统在东西方向上主要受热带西太平洋影响而不是受来自孟加拉湾的印度季风影响. 相反, 印度季风环流系统除了受阿拉伯海影响外还部分受东亚季风系统影响.     

海南井水位对热带气旋响应特征的分析

大量观测资料及实验研究证实,地下水对地壳应力-应变的响应频率较宽,可记录到地震波中的瑞利波(10～20 s)、潮汐波动(1/3～1/2 d)、气压波动(儿小时至几十天)等.在文献中,已见热带气旋引起地震仪的震颤波,倾斜仪和重力仪的“脉动加粗”等方面研究成果,但井水位对大气环流、雷暴高压、热带气旋等的响应,则未见报导.     

热带扰动在大尺度经圈中的行为

在赤道β平面上经圈流的背景流场内,利用等值浅水模式来分析波动的不稳定性.结果显示,在经圈半地转假设下,扰动信号通过变性的Rossby波来传递.对于大洋西部,由于向极地方向经圈流的引入,赤道对称的扰动模态对所有的波数k都是不稳定的.对于大洋东部的向赤道流,对赤道对称的扰动却是稳定的.由于一般来讲,扰动倾向于对赤道对称,因此西边界的向极流,如黑潮,比东边界的向赤道流,如加尼福尼亚洋流,更易因扰动的不稳定而产生涡旋.     

Structure of the Indian Ocean Meridional Overturning Circulation and its relationship with the zonal wind stress

We studied the structure of the Indian Ocean(IO)Meridional Overturning Circulation(MOC)by applying a nonlinear inertia theory and analyzed the coupled relationship between zonal wind stress and MOC anomalies.Our results show that the inertia theory can represent the main characteristics of the IO MOC:the subtropical cell(STC)and cross-equator cell(CEC).The stream function in equatorial and northern IO changes a sign from winter to summer.The anomalies of the zonal wind stress and stream function can be decomposed into summer monsoon mode,winter monsoon mode,and abnormal mode by using the singular vector decomposition(SVD)analysis.The first two modes correlate with the transport through 20°S and equator simultaneously whereas the relationship obscures between the third mode and transports across 20°S and equator,showing the complex air-sea interaction process.The transport experiences multi-time scale variability according to the continuous power spectrum analysis,with major periods in inter-annual and decadal scale.     

Dynamical effect of the zonal wind anomalies over the tropical western Pacific on ENSO cycles

The circulation and zonal wind anomalies in the lower troposphere over the equatorial western Pacific and their roles in the developing and decaying processes of the 1982–1983, 1986 –1987, 1991–1992 and 1997–1998 El Ni?o events and the occurrence of La Ni?a events are analyzed by using the observed data in this paper. The results show that before the developing stage of these El Ni?o events, there were cyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies brought the westerly anomalies over the Indonesia and the tropical western Pacific. However, when the El Ni?o events developed to their mature phase, there were anticyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies made the easterly anomalies appear over the tropical western Pacific. A simple, dynamical model of tropical ocean is used to calculate the response of the equatorial oceanic waves to the observed anomalies of wind stress near the sea surface of the equatorial Pacific during the 1997/98 ENSO cycle, which was the strongest one in the 20th century. It is shown that the zonal wind stress anomalies have an important dynamical effect on the devel-opment and decay of this El Ni?o event and the occurrence of the following La Ni?a event.     

Long waves due to a symmetrical wind stress on the surface of a rotating ocean

Abstract

The problem of unsteady long waves generated by any horizontal and symmetrically distributed, time-periodic surface wind on a rotating ocean is analysed for large times and distances. Uniform asymptotic estimates of the surface displacement in the unsteady state are obtained. The steady-state wave and velocity fields at any distance are also determined. Some characteristics of the unsteady and steady motions are described. Also noted are the features that distinguish the motion from its one-dimensional analogue for which a non-uniform analysis in the unsteady state along with a large-distance form of the surface elevation are already known.     

卫星测高揭示的海面变化经纬向耦合特征及其对ENSO事件响应

本文引入3阶主张量分析方法对1993~2008年赤道太平洋地区卫星测高数据进行解析,前两个主张量可有效表征海面变化的经、纬向耦合特征,重构与对比了该时段内6次ENSO事件海面变化的经、纬向演化的空间构型与耦合作用过程.结果表明:海面的经向变化可表征ENSO强度变化,纬向变化表现为受ENSO影响的年周期波动;经、纬向张量的时间系数与MEI以及EMI指数间多尺度分析表明,两者均受El Niño Modoki影响,但在耦合尺度、能量共振关系以及相位关系上存在差异;海面变化对不同类型ENSO事件响应差异主要表现在高、低海面位置、振幅以及高、低值区分布形态与空间范围等方面.其中常规的El Niño多表现为东太平洋型ENSO,El Niño Modoki则表现为中太平洋型.不同类型的ENSO在经纬向耦合演化轨迹的周期性、规则性和方向性特征可在一定程度上作为ENSO类型区分依据.     

地球磁场对太阳风的加卸载响应与地震

将磁暴过程作为地球磁场对太阳风的加卸响应，计算分析了北京地磁台１９６５．１－１９７９．１２和１９８９．１－１９９１．１２共１８年垂直分量Ｚ的暴时场Ｄｓｔ加卸载响应比值ｆＤ（Ｚ）的变化。     

Simulation and measurement of surface shear stress over isolated and closely spaced transverse dunes in a wind tunnel

Topographic interactions generate multidirectional and unsteady air?ow that limits the application of velocity pro?le approaches for estimating sediment transport over dunes. Results are presented from a series of wind tunnel simulations using Irwin‐type surface‐mounted pressure sensors to measure shear stress variability directly at the surface over both isolated and closely spaced sharp‐crested model dunes. Findings complement existing theories on secondary air?ow effects on stoss transport dynamics and provide new information on the in?uence of lee‐side air?ow patterns on dune morphodynamics. For all speeds investigated, turbulent unsteadiness at the dune toe indicates a greater, more variable surface shear, despite a signi?cant drop in time‐averaged measurements of streamwise shear stress at this location. This effect is believed suf?cient to inhibit sediment deposition at the toe and may be responsible for documented intermittency in sand transport in the toe region. On the stoss slope, streamline compression and ?ow acceleration cause an increase in ?ow steadiness and shear stress to a maximum at the crest that is double that at the toe of the isolated dune and 60–70 per cent greater than at ?ow reattachment on the lower stoss of closely spaced dunes. Streamwise ?ow accelerations, rather than turbulence, have greater in?uence on stress generation on the stoss and this effect increases with stoss slope distance and with incident wind speed. Reversed ?ow within the separation cell generates signi?cant surface shear (30–40 per cent of maximum values) for both spacings. This supports ?eld studies that suggest reversed ?ow is competent enough to return sediment to the dune directly or in a de?ected direction. High variability in shear at reattachment indicates impact of a turbulent shear layer that, despite low values of time‐averaged streamwise stress in this region, would inhibit sediment accumulation. Downwind of reattachment, shear stress and ?ow steadiness increase within 6 h (h = dune height) of reattachment and approach upwind values by 25 h. A distance of at least 30 h is suggested for full boundary layer recovery, which is comparable to ?uvial estimates. The Irwin sensor used in this study provides a reliable means to measure skin friction force responsible for sand transport and its robust, simple, and cost‐effective design shows promise for validating these ?ndings in natural dune settings. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

有限区域分解分析方法在2006年一次东北冷涡暴雨分析中的应用

2006年7月19—24日,东北地区出现一次明显的冷涡发展导致强降水的过程.对这次东北冷涡过程的天气形势分析表明,该东北冷涡的维持和发展与冷涡东部阻塞高压的建立与消亡有关.本文根据500 hPa环流形势演变特征,将东北冷涡发生发展过程分为4个阶段,并借助调和-余弦谱展开方法,对东北冷涡各阶段850 hPa水平风和水汽通量进行无辐散和无旋转分量分解,分析各阶段无旋转风动能和无辐散风动能之间的能量转化.研究结果表明,分解得到的无辐散风及其水汽通量清楚地展现出了东北冷涡的大尺度环流和水汽输送通道及水汽来源,而从无旋转风及其水汽通量上则可以直观地看到冷涡低层的中小尺度风场及水汽辐合辐散区,为分析东北冷涡内部对流提供帮助.东北冷涡发展的不同阶段其水汽来源有所不同,初始阶段的水汽主要来自黄海和渤海地区,发展阶段水汽主要来自日本海,而到成熟阶段和减弱阶段,水汽输送通道被破坏,冷涡的水汽供应大大减少,与同时期暴雨减弱一致.同时,无旋转风辐合强值区和无旋转风水汽通量大值区的重合区域有利于强对流的发生发展,表现为重合区与TBB(Temperature of Black Body,黑体辐射温度)强对流云带的形状和位置对应良好,与降水落区也较为一致,可为预报东北冷涡引发的强降水落区这一预报难点问题提供参考.从动能转化上看,无旋转风和无辐散风的动能转化项能很好地反映东北冷涡整个生命史过程中各阶段强度的变化特点,对冷涡强度预报具有一定的指示意义.     

太湖不同湖区风浪的季节变化特征

为明晰太湖风浪的空间分布及季节变化,在湖心区设立波浪观测站,利用其记录的波浪数据证明SWAN模型能够较好地模拟太湖风浪.基于所建模型,对2013年自然风场条件下太湖不同湖区风浪季节动态进行模拟分析,结果表明:受岸线、地形和岛屿等地理因素影响,大太湖的风浪总是最强,其有效波高均值为0.523 m;而东太湖风浪最小,有效波高均值为0.305 m.受盛行风场季节变化影响,太湖春、夏季有效波高均值明显大于秋、冬季.太湖波浪的能量主要来源于风场,其有效波高随风速增大而增大,两者呈极显著正相关.而风向则可以通过改变风区长度来影响风浪生消.在偏东风作用下,太湖湖西区的风浪大于东部湖区;而受盛行于冬季的偏北风影响,太湖南部水域风浪要大于北部.同时,太湖风浪的时空分布特征是造成太湖水质参数、沉积物和水生植物空间分布差异的重要原因之一.     

根据走滑大地震前后应力轴偏转和应力降求取偏应力量值的研究

运用走滑地震造成的地震前后应力方向偏转和地震应力降Δτ推导得到地震震源处偏应力量值τ的解析表达式为τ=［Δτcos2(φ′[KG-*2]P-E)］/sin2(φ′[KG-*2]P-φP)(其中,φ\-P和φ′[KG-*2]P分别为地震前后的统计P轴走向,E为地震断层走向.).当震前P轴与震后P轴与断层走向夹角为45°时,该公式失效.对偏应力值与应力降比值随应力场主压应力轴与断层走向夹角及应力场主压应力轴偏转的变化进行分析表明,相同应力降造成的应力轴偏转越大,地下偏应力越小; 断层走向越接近主压应力轴方向,地震应力降场对偏应力场的贡献越小.将该方法运用于Landers地震震源区,求得了该地震Homestead Valley段的偏应力量值为10MPa.