中纬度平均经圈和纬圈环流维持的物理过程(一)

本文主要从分解计算的角度,讨论中纬度平均经圈环流和纬圈环流的维持,并把动量和感热的涡动输送联系起来,说明它们之间的内在联系和统一的物理机理. 大尺度涡动输送、加强和摩擦等强迫作用不断造成纬向平均环流的热成风不平衡,而热成风调整过程又不断使不平衡向平衡调整.平均经圈环流就是在这种强迫变化和调整过程的相互作用中产生的.我们引进了一个由强迫变化决定的温度场、流场的时间变率向量M.时间变率向量M的旋度在x方向的投影等于强迫作用所造成的非热成风产生率,它也等于平均经圈环流向量的旋度在x方向的投影. 当连续方程采用B     

用卫星云图分析平均经圈环流和纬圈环流的一个尝试

本文使用太平洋地区1965—1973年月平均卫星云图资料,分析了这一地区冬、夏平均经圈和纬圈环流。将其与用气象站测风所计算的结果相比较,发现它们的基本形势是一致的。但是在台站网相当稀疏的海洋上,由卫星云图分析的结果比实测风计算的结果,能更细致更正确地反映实际大气的运动状况。     

平均经圈环流型的转变与长期天气过程

本文揭露,热带太平洋地区的平均经圈环流存在着两种最基本的类型:经典哈得来环流圈和哈得来反环流圈.它们的出现,不仅具有明显的季节特点,而且还存在着一类值得重视的非季节性的长期变化.平均经圈环流强度,具有周期大约48个月的长期振荡.这一振荡与赤道纬圈平面上垂直环流的变化有密切关系,并能对该地区大气的水平环流产生重要的影响.     

海陆分布与高原对低纬7月平均经圈环流的影响

本文利用1961—1974年7月的平均资料,对45°N—40°S范围计算了各种平均经圈环流及加热场等物理量。所取的网格点为5°× 5°经纬度,垂直速度利用实际风计算,加热场是用热流量方程计算的。 由研究发现海陆分布及高原对平均经圈环流的影响是明显的,在南北半球大范围比较均一对称的下垫面上空,如欧非大陆、大西洋及东太平洋上空都存在一个典型的南北半球对称的Hadley环流。在北面是大陆高原,南面是海洋的亚洲地区,只有一个典型的季风环流。这是因为北半球副热带区的冷源变为热源,Hadley环流消失之故。西太平洋也有一类似的季风环流,这与这个地区存在较强的热源有关。北美季风环流很弱主要因为北美副热带陆地面积远比亚洲小。北半球全球的Hadley环流都很弱,主要是受季风环流的影响。 另外,还发现亚洲季风环流区,向上输送的能量很强,尤其高原地区更强更高,它在高空向东西两侧及南半球输送。     

低纬平均经圈环流异常与海表温度异常关系的诊断分析

利用NCEP/NCAR的40年大气再分析资料中的月平均经向风速及垂直速度，计算了纬向平均经圈环流的质量流函数，分析了纬向平均的海表温度和纬向平均的经圈环流的气候态及异常态特征，结果表明，（1）南、北半球Hadley环流圈的共同上升支偏于赤道附近的夏半球一侧，与[SST↑-]极大值位置相对应；强下沉支位于冬半球一侧；（2）El Nino事件中低纬[SST]′是异常经圈环流产生的重要外强迫源，但其影响程度受基本气流和[SST↑-]及[SST]′的季节变化和年际差异的影响甚大。     

太平洋赤道纬圈环流在热带海洋影响中纬度西风强度中的作用

近年来,大尺度海气作用与长期天气过程的关系已普遍引起人们的注意,其中Bjerkness分析了位于赤道太平洋中部坎顿岛的资料后指出,赤道太平洋中部及东部的海表温度为暖水时,其上空的纬圈环流(沃克环流)西端的上升分支将东移到坎顿岛附近,并获得加强,这一上升分支同时成为太平洋哈德莱环流的上升分支,这样由于加强了角动量的向北输送,将使得付热带高压、太平洋中部低压槽及东北太平洋中纬度的西风均增强;反之,当赤道太平洋中部与东部的海表为冷水时,则对大气影响的效果相反。但是,需要指出的是,Bjerkness所分析的是赤道海表冷暖与冬季东北太平洋中纬度大气环流间的联系,没有注意到对西北太平洋中纬度大气环流的影响,同时在他的工作中也没有应用资料揭露赤道太平洋上空的纬圈环流与经圈输送之间的相互制约的关系。 由于西北太平洋中纬度大气环流的长期变化将直接关系到我国旱涝、低温等天气的长期预报,所以,有必要分析热带海洋的热状况对西北太平洋中纬度大气环流的影响。     

平均经圈环流在大气角动量和感热收支中的作用

本文研究相对座标系中近地表角动量的制造和自由大气中角动量的辐散之间的平衡机制,并与绝对参考系中的机制进行比较。 对1982年元月全球角动量和感热的收支分析证明,被激发的平均经圈环流具有下述特征:其下部水平支施加于大气的惯性矩与近地表角动量的制造相平衡,上部水平支反号的惯性矩与涡动角动量通量的辐合(散)相平衡;而其垂直支的绝热加热效应则平衡着自由大气中热通量的辐散和/或大气的非绝热加热。因而,无论动力上还是热力上,平均经圈环流在大气总环流中都起着重要的作用。     

层状云微物理过程的数值模拟(二)—中纬度气旋云系的微物理过程

本文用我们的微物理模式根据P.V.Hobbs在美国获得的中纬度气旋云系和降水的中尺度和微尺度结构的探测资料进行了计算。在计算的六个例子中,微物理垂直剖面同实测结果在很多方面是相符的。模拟得出了同实测比较一致的层状云“播种-供应”机制,高空发生胞的“播种”作用和暖层云中的降雨过程等。分析表明,模式所用的双参数方案、冰晶核化、云雨自动转化、冰晶繁生等方程能较好地反映云中微物理过程,但是冰晶聚合过程的模拟（主要是碰并系数Eii的表达式）需要改进。     

垂直低分辨率GCM模式大气平均经圈环流的诊断

以ＩＡＰ２－Ｌ ＧＣＭ为例，给出垂直低分辨率ＧＣＭ模式大气平均经圈环流质量流函数的一个计算方案，结果表明，模式大气的Ｈａｄｌｅｙ环流季节变化与实际大气相一致。Ｅｌ Ｎｉｎｏ年模式大气平均经圈环流中可分离出一个与Ｅｌ Ｎｉｎｏ型ＳＳＴ异常关系密切的异常经圈环流，它导致平均Ｈａｄｌｅｙ环流向北半球盛夏型转变的滞后。     

北半球中纬地区平均纬向垂直环流的特征

Reginald.E.Newell等曾计算了冬夏两季5℃和5°N的沃克环流(Walker Cell),给出了赤道地区纬向气流的特征。Krishnamurti曾根据200mb位势流的计算结果,推论出北半球夏季0°-30°N和北半球冬季15°S—15°N的理想纬向垂直环流圈,给出了热带和副热带地区纬向垂直环流的特征。叶笃正等指出青藏高原地形及其夏季的热源作用,使其与西半球、南半球和中、东太平洋的天气系统产生遥相关,给出了青藏高原地区和遥     

The effects of mechanical forcing on the mean meridional circulation and transfer properties of the atmosphere

Experiments using a quasi-geostrophic model and the ECMWF T21 spectral model with and without orography are performed to investigate the effects of mechanical forcing on the mean meridional circulation. Results show that mechanical forcing intensifies the horizontal poleward heat flux and redistributes the eddy angular momentum in the vertical, and that this changes significantly the intensity and location of the mean me-ridional circulation centres.It is shown how the mean meridional circulation is set up in such a way to satisfy both the dynamical and thermodynamical transport requirements of the model atmosphere. Whenever external forcing changes the eddy fluxes, the Coriolis torques from the upper horizontal branches of the mean meridional circulations change to balance the extra divergence of eddy momentum flux, and additional adiabatic heating is produced by the vertical branches of the toroids to balance the extra divergence of eddy heat flux. The mean meridional circula-tion is, therefore, confirmed to be very sensitive to mechanical forcing, and can be used as an efficient tool to quantitatively diagnose the adequacy of the orographic representation of numerical forecasting and general cir-culation models.     

Nonlinear stability analysis of the zonal flows at middle and high latitudes

An attempt has been made to apply Arnol’d type nonlinear stability criteria to the diagnostic study of the persistence (stability) or breakdown (instability) of the atmospheric flows. In the case of the blocking high, the cut-off low and the zonal flow, the relationships of the geostrophic stream function versus the po-tential vorticity of the observed atmosphere are analyzed, which indicates that Arnol'd second type nonlinear stability theorem is more relevant to the observed atmosphere than the first one. For both the sta-ble and unstable zonal flows, Arnol’d second type nonlinear stability criteria are applied to the diagnosis. The primary results show that our analyses correspond well to the evolution of the atmospheric motions. The synoptically stable zonal flows satisfy Arnol'd second type nonlinear stability criteria; while the synoptically unstable ones violate the nonlinear stability criteria.     

北半球中低纬地区春秋季平均垂直环流特征及其与气候的关系

春秋季是冬夏季之间的过渡季节。春季,亚洲南部西风急流的强度逐渐减弱,位置也北移。长江中下游地区常常出现连阴雨天气。秋季,中国大陆东部的一些地区出现了秋高气爽天气。北美大陆东部的一些地区也出现了所谓“Indian Summer”天气。 北半球中低纬不同地区春秋季这样一个气候分布特点,和这两个季节本身大气环流有着密切的联系。春、秋季的环流,过去专门研究得不多。对春、秋季平均垂直环流过去     

Effect of tropospheric temperature change on the zonal mean circulation and SH winter extratropical cyclones

This study aims to understand the mechanisms which cause an overall reduction of SH extratropical cyclone activity with a slight increase in the high latitudes in a warmer climate simulated in general circulation models (GCMs) with increasing CO₂. For this purpose, we conducted idealized model experiments by forcing warm temperature anomalies to the areas where climate change models exhibit local maximum warming—the tropics in the upper troposphere and the polar regions in the lower troposphere—simultaneously and separately. The Melbourne University atmospheric GCM (R21) coupled with prescribed SST was utilized for the experiments. Our results demonstrate that the reduction of SH extratropical cyclone frequency and depth in the midlatitudes but the slight increase in the high latitudes suggested in climate change models result essentially from the tropical upper tropospheric warming. With this tropical warming, the enhanced static stability which decreases baroclinicity in the low and midlatitudes turns out to be a major contributor to the decrease of cyclone activity equatorward of 45°S whereas the increased meridional temperature gradient in the high latitudes seems an important mechanism for the increase of cyclone activity over 50°–60°S.     

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。