强迫耗散非线性临界层动力学的初步研究

研究了强迫耗散非线性临界层动力学，得到了强迫耗散非线性临界层的解析解。解析解表明，在含有强迫耗散的条件下，非线性临界仍有“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”，当时间很大时，“猫眼”趋于定常，强迫耗散因子对非线性临界层激发的“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”的涡度场有重要的调制作用。     

南边界强迫的非线性临界层与副高的形成、维持和振荡

用非线性准地转正压涡度方程模式，在南边界取定常强迫波，采用４种方案模拟了非线性临界层及其上激发的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼，以确定热带的定常强迫对副高的形成、维持和振荡的影响。结果表明，南边界定常强迫仍在非线性临界层内激发行星尺度的准定常反气旋的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼流场，猫眼的移动、强度和形状变化与夏季副高比较相似．而北边界定常强迫所得结果与夏季副高差异较大。因此，南边界所激发的非线性临界层上的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼可能是夏季副高形成、维持和振荡的一种更为重要的新物理机制。文中还提出准定常行星波穿越副热带的非线性临界层的物理机制。     

强迫耗散非线性临界层与副高演变的数值试验

从强迫耗散无辐散正压涡度方程出发，用不同方案模拟试验得到它的数值解，它与方程解析解的特征较为一致，结果表明非绝热加热强迫强“Kelvin”猫眼强度，冷却则相反，耗散则缓和流场演变，模拟所得“猫眼”强度，移动及形状变化及涡度场等特征与副高实际演变有相似之处。     

副热带高压研究回顾及对几个基本问题的再认识

文中在回顾有关副热带高压研究的基础上 ,指出传统的观念在东太平洋副热带高压和西太平洋副热带高压的关系、下沉运动和副热带高压的形成、热带加热异常与副热带高压异常的关系、副热带高压与其周边系统的关系等问题上存在一定的局限。并根据近期的研究成果对上述问题给出新的认识。最后文中展望了在副热带高压的研究中需进一步深入的几个方面 :不同纬度相互作用、青藏高原的作用、时间尺度 -内部动力过程和外界强迫的相对重要性、非线性过程和角动量平衡问题。     

1998年夏季副热带高压的短期结构特征及形成机制

通过对 1998年 7月副热带高压短期结构及其演变的诊断 ,指出 5 0 0hPa西太平洋副热带高压内并非均一的下沉运动 ,而是多处、多时存在上升运动 ,这是由西太平洋副热带高压的复杂的动力和热力性所决定。诊断还发现 ,在西太平洋副热带高压脊区下方的近地面层 ,多存在一个辐散下沉层 ,这是副热带高压内天气一般多晴空或少云的主要原因。利用动力学理论 ,研究副热带高压的复杂结构的成因 ,指出在 5 0 0hPa副热带高压的西部 ,高低空风场的分布决定了该区域必然多上升运动 ;高空强负涡度平流的存在是副热带高压内出现下沉运动的主要强迫机制     

海陆分布对海气相互作用的调控和副热带高压的形成

首先回顾了近年来关于副热带高压形成和变异研究的若干动力学进展,阐明夏季副热带“四叶型”LOS-ECOD加热分布型的内涵。在此基础上研究海陆分布对海气相互作用的调控,揭示了“四叶型”加热形成的物理基础,并进一步阐明“四叶型”加热拼图及其与副热带高压形成和变异的联系。 文章还回顾了关于副热带高压中短期变异的动力研究的最新进展。给出了影响中国江淮流域持续性降水的副热带高压三维结构的空间分布型;指出东西风带扰动的传播和高／低纬扰动的正压发展是影响副热带高压变异和中国夏季降水的一种可能机制,最后证明青藏高原夏季的强加热能激发纬向非对称不稳定发展,产生南亚高压的东／西部型双模态及准双周振荡。还证明初夏低纬的强对流降水／台风也能激发纬向非对称不稳定发展,影响西太平洋副热带高压异常和中国淮河流域的持续性降水。     

盛夏上海地区副热带高压型强对流特点分析

发生在副热带高压控制下的强对流容易出现错报。对上海地区2001—2005年7—9月份19个副热带高压型强对流个例进行分析,并和副热带高压控制时上海地区未发生强对流的个例进行对比。结果表明:副热带高压型强对流较易在副热带高压的北侧发生,强对流发生开始时间主要在中午到傍晚;副热带高压型强对流的发生除需要有较好的层结不稳定条件外,对抬升条件也有较高要求,如边界层整层在上海附近存在中尺度辐合线。     

西太平洋副热带高压双脊线及其对1998年夏季长江流域“二度梅”的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、日本气象厅提供的TBB资料研究了 1 998年 7月西太平洋副热带高压突然偏南的原因。结果表明 ,西太平洋副高脊线突然“南撤”有其一定局限性 ,事实上应是副热带高压脊线在南侧的一次“重建”过程。针对这次重建 ,发现 1 998年 7月上中旬在西太平洋副热带地区存在南北两个高压脊 ,据此本文提出了副热带高压双脊线的概念 ,并着重揭示了这次西太平洋副热带高压双脊线的基本演变特征、环流场和温湿场结构、可能的形成机制及其对 1 998年夏季长江流域“二度梅”的影响。分析表明西太平洋副热带高压双脊线时期具有与单脊线时期明显不同的环流特征和温湿场结构 ,其北侧脊线附近的特征与传统上单脊线副热带高压的特征较一致 ,但南侧脊线附近则更多的具有低纬度系统的特点 ;这次双脊线过程与赤道缓冲带北上并与副热带高压打通合并变性及热带对流云团的演变有密切关系。此外 ,文中还通过中国台站降水资料探讨了副热带高压双脊线的维持对中国东部雨型的影响 ,指出西太平洋副热带高压双脊线的出现改变了原有的水汽输送路径 ,从而在中国东部出现两条雨带 ,呈倒 7字型 ,分别与副热带高压北、南侧脊线相对应。这些结果为西太平洋副热带高压演变规律和机制的研究提供了新的线索     

对流层上层副热带高压的东西振荡

本文用低谱途径,将二层准地转模式化为一个八维的强迫耗散的非线性系统。沿南北方向除赤道与极地之间的热力强迫外,模式还包含近似描述增温的副热带大陆与其南面海洋之间热力差异的强迫参数θ_c.在θ_c的一定范围内,模式大气显示出多平衡态特征,它们分别对应于对流层上层副热带高压的东部型和西部型流型。θ_c越过临界值后,模式大气又显示出多周期态特征,它们分别对应于对流层上层副热带高压的不同形式的东西振荡。     

基于模糊系统的西太平洋副热带高压异常年份的影响因子检测分析和动力预报模型反演

基于自适应网络模糊推理系统(ANFIS),讨论了滤除主信号之上影响因子噪声音的方法和途径,针对2010年的副热带高压异常的天气事实,首先用时滞相关法从观测资料中分析出2010年夏季风系统主要成员中对副热带高压异常影响最显著的3个因子:马斯克林高压、索马里低空急流和印度季风潜热通量,并用ANFIS诊断检测了这3个因子对副热带高压异常的影响和贡献。由于ANFIS系统具有非线性、容错性和自适应学习等特性,因此适宜于研究和模拟副热带高压等动力学不易准确描述的问题。在此诊断分析基础上,采用遗传算法和动力重构理论相结合的技术路径,从2010年实际的观测资料序列中客观准确地反演重构出非线性的副热带高压及其影响因子的动力模型,并对其进行了动力延伸预报试验。多次试验结果表明,预报的副热带高压面积指数、马斯克林冷高压强度指数、索马里低空急流和印度潜热通量指数在25天以内的中短期预报效果较好,误差不超过10%,并且预报出了指数的变化趋势。为西太平洋副热带高压与东亚夏季风系统的关联性和西太平洋副热带高压指数预测研究提供了一种新的思路和方法。     

SOUTHERN BOUNDARY FORCING RELATIVE TO GENESIS, MAINTENANCE AND OSCILLATION OF A SUBTROPICAL HIGH*

A nonlinear critical layer and a Kelvin cat's eye excited thereupon are simulated through four schemes in the context of a nonlinear quasi-geostrophic barotropic vorticity equation model with forced stationary wave acting along the southern boundary to investigate effects of tropical steady forcing on the genesis,maintenance and oscillation of a subtropical high(STH).Evidence suggests that the southern forcing is responsible for the planetary quasi-steady anticyclonic Kelvin cat's eye-form flow field inside the nonlinear critical layer,with the eye shifting,vigor and shape changing quite similar to the behaviors of a summer STH,in striking contrast to the northern stationary forcing.As such,the southern boundary-caused cat's eye is likely to be an even more important mechanism for STH genesis and evolution.In addition,a physical mechanism is introduced for quasi-steady planetary wave moving through the critical layer at subtropical latitudes.     

SOUTHERN BOUNDARY FORCING RELATIVE TO GENESIS,MAINTENANCE AND OSCILLATION OF A SUBTROPICAL HIGH

A nonlinear critical layer and a Kelvin cat's eye excited thereupon are simulated through fourschemes in the context of a nonlinear quasi-geostrophic barotropic vorticity equation model withforced stationary wave acting along the southern boundary to investigate effects of tropical steadyforcing on the genesis,maintenance and oscillation of a subtropical high(STH).Evidence suggeststhat the southern forcing is responsible for the planetary quasi-steady anticyclonic Kelvin cat's eye-form flow field inside the nonlinear critical layer,with the eye shifting,vigor and shape changingquite similar to the behaviors of a summer STH,in striking contrast to the northern stationaryforcing.As such,the southern boundary-caused cat's eye is likely to be an even more importantmechanism for STH genesis and evolution.In addition,a physical mechanism is introduced forquasi-steady planetary wave moving through the critical layer at subtropical latitudes.     

El Nino年和La Nina年的非线性临界层与副高的形成、维持和振荡

采用欧洲中心１９８２年１２月、１９８３年４月、１９８４年１０月和１９８５年４月的月平均纬向风场实际观测资料,作为非线性临界层模式的基本气流进行数值积分,得到：用１９８２年１２月和１９８３年４月的基流模拟出的副高强、范围大、数目少,维持２￣３个单体,且向西移,东西振荡周期１－２个月。用１９８４年１０月和１９８５年４月的基流模拟出的副高弱、范围小,成带状分布,数目多达４个单体,副高合并、分裂得较快,亦     

基于全球大气环流三型分解的西太平洋副热带高压指数的新定义

西太平洋副热带高压（简称副高）活动规律及其变异的动力学机理问题一直是我国气象学家的重要课题。本文针对现有研究和预测中常用的高度场指数不能全面、准确刻画全球变暖背景下的副高演变特征的缺陷,利用全球大气环流三型分解模型中的流函数能够等价描述副高三维空间几何图像的优势,以500 hPa水平型环流流函数的零等值线为客观标准,给出了副高面积、强度、脊线及西伸脊点指数的新定义,并以2018年夏季副高的短期结构演变特征及其与我国东部地区降水之间的关系研究为例,验证了本文新定义副高指数的客观性与合理性。本文利用全球大气环流三型分解模型中的水平型环流流函数新定义的副高指数,不仅从形态上准确刻画了副高的大尺度涡旋环流特征,而且全球大气环流三型分解的动力学、热力学方程组为进一步利用新指数开展副高异常演变的机理研究提供新的理论工具。     

副高与阻高形成的Rossby孤立波理论Ⅱ:存在临界层

研究了存在临界层的非均匀纬向流中的Ｒｐｓｓｂｙ孤立波。在求出振幅函数满足的ＫｄＶ方程或修正ＫｄＶ方程（ＭＫｄＶ）后，选择Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式作为展开基函数，用假谱方法，求解本征值和本征函数。对理想风场的计算表明，在临界层存在与否两种情况下，都能得到在东西风界面处的反气旋式副高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，同副高有一致的演变规律：当东风带相对强于西风时，向西移动；当西风相对强于东风时，则向东移动。在西风带，则得到阻高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，与阻高也有同样的演变规律。另外，我们还用连续谱方法计算了临界层附近的连续谱及离散谱，也得到与假谱方法较一致的结论。     

Seasonal Variation of the Meridional Wind in the Temperate Jet Stream and Its Relationship to the Asian Monsoon

The features of the temperate jet stream including its location, intensity, structure, seasonal evolution and the relationship with the Asian monsoon are examined by using NCEP/NCAR reanalysis data. It is indicated that the temperate jet stream is prominent and active at 300 hPa in winter over the region from 45°-60°N and west of 120°E. The temperate jet stream is represented by a ridge area of high wind speed and dense stream lines in the monthly or seasonal mean wind field, but it .corresponds to an area frequented by a large number of jet cores in the daily wind field and exhibits a distinct boundary that separates itself with the subtropical jet. A comparison of the meridional wind component of the temperate jet stream with that of the subtropical jet shows that the northerly wind in the temperate jet stream is stronger than the southerly component of the subtropical jet, which plays an important role in the temperate jet stream formation and seasonal evolution, and thus the intensity change of the meridional wind component can be used to represent the temperate jet stream＇s seasonal variation. Analysis of the temperature gradient in the upper troposphere indicates that the temperate jet stream is accompanied by a maximum zonal temperature gradient and a large meridional temperature gradient, leading to a unique jet stream structure and particular seasonal evolution features, which are different from the subtropical jet. The zonal temperature gradient related to the land-sea thermal contrast along the East China coastal lines is responsible for the seasonal evolution of the temperate jet. In addition, there exists a coordinated synchronous change between the movement of the temperate jet and that of the subtropical jet. The seasonal evolution of the meridional wind intensity is closely related to the seasonal shift of the atmospheric circulation in East Asia, the onset of the Asian summer monsoon and the start of Meiyu in the Yangtze and Huaihe River Valleys, and it correlates well with summer and wint     

0604号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析

基于0604号强热带风暴“碧利斯”异常强降水对我国造成的巨大影响,使用地面加密观测资料、卫星云图资料、NCEP/NCAR再分析资料及中尺度模式输出的产品,对此次强热带风暴登陆减弱后缓慢移动且长时间维持而引发的湖南、广东等地强降水过程进行了诊断分析。结果表明：受西太平洋副热带高压、北方大陆高压、青藏高原东部高压及低纬赤道高压的包围,低压移动缓慢,而西南季风气流及副高西南侧的东南气流源源不断地输送水汽到低压环流中,有利于其强度经久不衰,低压持续存在。对中尺度数值预报产品和物理量场的分析发现,水汽供应充沛,低层气流辐合性较强,垂直对流旺盛,是这次强降水发生的有利条件。     

两次副热带高压北侧暖锋暴雨动力热力诊断

使用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEPFNL再分析资料,对黑龙江省两次副热带高压(简称副高)北侧暖锋暴雨过程(简称"0801"和"0803"过程)进行动力热力机制诊断分析.结果表明,两次暖锋暴雨过程,均有台风活动,造成副高西伸北抬,副高外围的西南低空急流向北输送大量高动量的暖湿空气.两次暴雨过程与高低空急流关系...