近百年来的南极绕极波变化特征

采用2011年发布的20世纪全球大气环流再分析资料,结合长期观测序列,分析了百余年来大气中南极绕极波的强弱变化和传播过程。结果显示,南极绕极波有显著的年代际变化,在1940~1960年和1980~2000年附近出现和活跃,而在其他年代消失。东南太平洋南极绕极波振幅最强,该区域的海气耦合过程可能是绕极波信号增强的关键之一。初步揭示了百年来南极绕极波和南极涛动的对应关系,偏强的南极涛动有利于南极绕极波的出现,但并非决定绕极波产生的唯一因素。     

台风中涡旋波1波扰动的形成机制及其变化特征

通常将台风中的螺旋云带看成是一种称为涡旋罗斯贝波的波动,双臂对应的切向波数为2,单臂对应的切向波数为1,目前这种波动发生发展的物理机制仍不很清楚,值得进一步研究.利用柱坐标下的正压流体涡度方程,研究了台风中涡旋罗斯贝波1波扰动的正压不稳定性及发展变化问题.结果表明,当基本流径向涡度梯度小于0时,由于涡度扰动的速度场对于基本涡度场的平流效应,1波(m=1)扰动可从基本流吸取能量而出现不稳定快速增长.但由于扰动旋臂的缠卷作用,径向速度将很快变小,因此,不稳定增长将受到一定的时间限制;波动的发展速度与半径有关,中心附近的波动先发展且向外传播,距中心较远的波动稍后发展.整体上看,波动由中心向外扩展,大尺度台风的螺旋云带比小尺度台风的螺旋云带发展更快.     

非均匀风场与急流强迫的水体涡旋动力特征模拟

通过数值模拟有限区域水气界面由强迫作用驱动形成的水体涡旋及环流动力结构特征,分析非均匀风场、水体急流、两者叠加以及环境边界和地转偏向力等因子的综合影响,探讨此类水体涡旋结构和动力特征。风应力驱动的水体涡旋尺度大,相对深厚,正涡旋具有下凹表面,负涡旋具有上凸表面。水体急流驱动的涡旋形成在急流两侧,对应急流所在深度及厚度尺度相对较小,也较浅,但流速与强度均大于风场驱动的涡旋环流。地形阻挡起着引导涡旋环流走向的作用;同时在北半球地转偏向力对急流侧向负涡旋形成和强度增强更为有利。此外正涡旋对应的辐合辐散势函数强于负涡旋,有利于正涡旋区垂直上升运动强于负涡旋中垂直下沉运动。非均匀风场及水体急流两种强迫叠加作用下,涡旋数量增加、尺度减小,底层的流场形态及强度与表层差异增大。形成的水体涡旋结构呈现多种形态：深厚的整层一致;浅薄的仅维持在上层,或上下层环流相反等。风应力驱动的涡旋以正压性为主,水体急流驱动的涡旋因急流的垂直强切变而具有强的斜压性,在正斜压动能的转换中,正压性涡旋区有斜压动能向正压动能转换,斜压性涡旋区有正压动能向斜压动能转换,均有利于这两个区域正负涡旋的维持。     

北半球绕极涡的变异及其与我国气候异常的关系

本文利用近50 a大气再分析资料和中国站点观测资料,通过定义绕极涡的总体面积指数,分析了北半球绕极涡的变异特征及其与我国气候异常的关系,通过考虑绕极涡的局地变异和利用SVD分析方法揭示了绕极涡的局地变异与我国气候变异的关系。结果表明:北半球绕极涡的总体面积变异表现为一致性的扩张或收缩变化特征,近50 a来其总体面积具有收缩的趋势,这与全球增暖尤其是极区增暖有密切关系;叠加在这种趋势之上的既有年际变化又有年代际变化,主要周期大约是3~5 a和8~12 a。因此,研究绕极涡与我国气候的相关时分时间尺度来考虑更合理。北半球绕极涡的总体面积变异与我国气候异常的关系主要体现在年代际时间尺度上,当北半球绕极涡总体一致性收缩时,冬季我国大部分地区的气温都会随之变高,而降水偏多;夏季东北、华北、西南和华南地区气温偏高,降水偏少,而江淮流域气温偏低,降水偏多。反之亦然。北半球绕极涡的局地变异主要体现在西风带长波振幅的变异上,而其与我国气候异常的联系主要表现在年际时间尺度上,当东亚大槽减弱时,冬季我国中、东部大部分地区气温偏高,降水偏多;夏季江淮流域和四川盆地气温偏低,其它地区气温偏高,降水变化不明显。反之亦然。     

南极绕极波动及其与中国夏季降水异常的关联

利用NCEP／NCAR逐月SLP再分析资料，通过复经验正交函数展开(CEOF)，借助其第1模态恢复场研究了1952-1998年期间南极绕极波动的年代际变化和传播特征。结果表明，东南太平洋是研究南极绕极波动(ACW)的关键区，并由此定义东南太平洋ACW活动指数(EPAI)。相关分析揭示了秋季EPAI与次年中国夏季降水有着密切的关系，当秋季EPAI出现异常正位相时，即当东南太平洋SLP距平出现正异常时，次年春、夏季澳大利亚高压偏强，进而由于越赤道气流的增强及西太平洋副高调整引起次年夏季中国出现华南多雨、江淮少雨的雨型分布，证实了ACW是另一个与中国夏季降水异常有密切关联的年际变化强信号。     

涡旋边缘线的分形特征

非线性作用可以使初始时刻等值线光滑的圆形和椭圆形涡旋演化为边缘不光滑、面积大小不等的多个涡旋和涡块共存的复杂流型。这些涡旋和涡块的边缘线具有分形特征,其数值与Lovejoy根据卫星云图和雷达探测资料求得的热带云块边缘线的分形结果较为接近。     

春季青藏高原绕流作用变化特征及其影响

受青藏高原地形影响,低层西风气流在高原西侧分支,从南北两侧绕流,于高原东侧汇合,在其边缘附近形成一正一负2个对称的涡旋（下称“涡旋对”）。文中利用NCEP／NCAR提供的1951—2004年再分析资料,研究发现涡旋对在700hPa上最明显。将700hPa正、负涡旋对平均涡度之差定义为春季绕流指数,可以定量地表征高原绕流作用强弱。研究还发现,1951—2004年春季绕流指数存在准18a、准10a、准4a的周期振荡,春季绕流指数能较好地反映高原绕流作用的强弱。利用全国160站1951—2004年气温和降水资料,研究春季绕流作用对中国天气气候的影响发现,强高原绕流作用不仅有利于中高纬冷空气向中国北方输送,使西北、东北部分地区春季气温偏低,而且也有利于冷空气绕高原南下,使江淮部分地区春季气温也偏低;同时也有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送,偏南暖湿气流和偏北冷干气流在32°N附近辐合偏强,有利于江淮地区春季降水偏多。此外,春季绕流指数对长江中下游及淮河流域夏季气温具有指示意义,当春季绕流指数偏强（弱）时,同年长江中下游及淮河流域夏季气温偏低（高）。     

涡旋相互作用和拟序结构的形成

偶极子与台风涡旋的相互作用,可以激发出一种新的拟序结构.这种拟序结构的形成对台风涡旋移动具有重要影响.     

青藏高原大气边界层内纬向涡旋的形成及其数值模拟研究

本文在对实际气流进行动力学分析的基础上,着重考虑了湍流粘性应力及大气层结的作用,应用描写纬向剖面内西风气流越经青藏高原的二维模式,模拟实际高原边界层内纬向涡旋的形成及其脱体东移的过程,以及由此引起的纬圈环流的变化,等等。     

龙卷气旋的多个涡旋特征及其出现的龙卷簇

1.前言本文主要目的是研究1974年4刀3日在(美国)伊利诺斯州、印第安纳州、肯塔基州和俄亥俄州发生的四个龙卷簇,试图把龙卷破坏的路径与龙卷气旋内产生的环流联系起来。提出了产生多个龙卷环流的假定模式,并用这个模式对产生龙卷的周期性和经常观测到不同型式的破坏路径给予说明。 1.1974年4月3日印第安纳州的龙卷簇 a.一般情况 1974年4月3日18时30分到4月4日0时30分之间产生这些龙卷簇的4个雷暴,在它们通过印第安纳州期间显得最强(如图1)。每个雷暴产     

涡旋Rossby波传播的不同特征

用一个柱坐标系涡度正压方程的半谱模式，实施了4组试验，研究了不同初始扰动涡旋分布条件下，涡旋Rossby波的传播特征问题。结果指出：正值、负值相间的沿方向角二波分布的初始场，与只有正值涡旋的初始场相比，其后涡旋Rossby波的传播有明显的差别，即前者向内传播的涡量比后者衰减得快，而且前者是单峰传播，后者是双峰传播。     

非线性涡旋Rossby波的演变特征

利用多重尺度摄动法，推导出非线性涡旋Rossby波波包的演变方程是非线性Schroedinger方程。对该非线性Schroedinger方程的周期波动解及其稳定性进行了研究，得到了有关稳定和不稳定的判据。数值计算表明：非线性涡旋Rossby波的相速值为10^0m／s量级，这和台风中的螺旋雨带实测移速的量级是一致的，可以从涡旋Rossby波说中较好地解释台风中的螺旋雨带的形成和维持。     

热带涡旋的稳定性及其能量

本文用WKB方法导出了热带涡旋的局地色散关系及其能量,分别讨论了热带涡旋不稳定性发展的条件和能量来源,强调了背景场径向速度不均匀性的作用,并对不发展低压转为发展低压的机制提供了一个动力学解释。      

中尺度对流系统形成的中层气旋性涡旋

尽管每年美国中部有许多对流系统出现,但一些对流复合体的碎云砧消散或移走之后,在卫星云图上只有少数可以很好地确定为典型的中层涡旋.本文介绍1981-1988年中尺度对流系统生成涡旋(MCV)事件的气候分析结果,并讨论涡旋环流明显时的天气背景.针对许多个例,用最近的探测资料考查了卫星云图判别的MCVs每个发展阶段的运动学和热力学特征.对MCVs的形成和维持似乎有益的大尺度环境场特征包括弱的气流、弱的垂直切变、弱的环境相对涡度以及强的水平和垂直湿度梯度.可以用涡度方程的形变项解释观测到的中尺度涡旋快速生成的情形. 大多数MCVs出现在MCC型(即圆形的)系统中,但所有记录的个例(1981-1988出现在美国中部的24次事件)中只有一半起源于那些在大小和生命期上满足Maddox严格的MCC判据.此外,因为一些MCVs从尺度小且生命期相对短的对流系统中出现,所以,天气背景以及潜热释放的数量可能成为决定MCSs是否导致MCVs产生的重要控制因子.大多数MCVs(80%)首先在40°N以南观测到.既然许多对流系统在40°N以北形成,所以,MCVs在偏北地区稀少的现象并不是该地区缺乏对流系统的结果.     

青藏高原东部的纬向涡旋的形成及其对邻近地区天气气候的影响

初夏时期,由于青藏高原东部地面及其上层空气迅速加热,而四川盆地上空增热较慢,在同一高度上形成明显的东西向温差,在高原东部与四川盆地之间形成一个天气尺度的纬向涡旋。本文分析了这个涡旋生成的热力原因及脱体东移的天气学条件和对邻近地区天气气候的影响。指出纬向涡旋的生成不仅对高原东侧边界层内的天气系统有直接影响,而且它的重复出现是造成高原东部初夏多雨和四川盆地夏旱的重要原因。     

基于海平面气压动力反演的台风涡旋初始化方法

提出了一种基于海平面气压动力反演和变分同化技术初始化数值模式台风涡旋以改进台风预报的方法。使用QuikSCAT海面风资料,针对中纬度和热带地区使用不同的边界层模式反演出与观测风场动力相适应的海平面气压;然后基于三维变分动力约束将海平面气压同化进入中尺度模式。对登陆中国的两个台风个例的初始化敏感性数值试验研究发现,初始化方法在实现台风风场与气压场的动力平衡的基础上,不仅通过调整边界层入流结构和垂直风切变明显改变了大气不稳定状态和对流触发条件,而且,也调整了台风在对流层顶附近的流出结构。尤其值得注意的是,尽管同化只是使初始台风强度略有加强,但随着模式积分时间的增长,这种模式边界层物理过程与资料同化相互耦合的方法对台风预报的影响在逐渐加强,改善了对台风登陆过程中强度维持和迅速减弱阶段的描述;并通过不同程度地调整对流层中低层和高层引导气流,改善了台风路径的数值模拟。     

河南省暴雨特征及其形成的气候背景

利用１９６１～１９９７年近４０年定时降水资料,对河南省的日暴雨、夜暴雨进行了统计分析,结果显示,河南省日暴雨、夜暴雨主要发生在春、夏、秋三季,以夏季７～８月份为最多,具有明显的季节性变化、地理分布不均和夜间多发等特点。     

秋季长连阴雨的形成及其前期特征

每年秋季,正值江淮地区晚稻,棉花、山芋、花生等主要农作物的成熟、收获期,又是秋季播种的关键期。多数年份,这一时期以“秋高气爽”天气为主,但少数年份也会遇上长时期的连绵阴雨,影响秋收秋种,对农业生产