简化的中纬度冬季环流耦合模式中的大尺度海气相互作用

用包括有天气尺度大气变率、海温（ＳＳＴ）平流和海气热交换的简化耦合模式的模拟结果研究了中纬度海气相互作用问题。研究发现将模式ＳＳＴ的强暖型事件合成对显示海洋强迫大气迹象是有用的。还提供了海洋影响大气的其他证据，即海洋平流似乎通过反馈效应增强了模式ＳＳＴ异常的持续性。     

中纬度大尺度系统的发展

从物理上认识天气系统的发生、发展和衰亡,并且得到一些指导实际天气预报的规律,这对于作好天气预报是有意义的。本文主要从物理上具体易懂地介绍热成风适应、中纬度大尺度天气系统发生发展的物理过程和长波不稳定发展向下游传播等方面的内容,并且通过一些实例初步讨论这些工作如何在实际中运用。 在中纬度大尺度天气系统中最常见的现象是地转风平衡(或热成风平衡)的现象。当我们仔细考察这一平衡时,就会发现气压场、流场和温度场都是不断变化的。地转风平衡处于平衡不断破坏而又不断建立之中,这种过程造成了大尺度天气形势的不断变化和发展。这种变化和发展可以分为两个过程:由地转平衡到不平衡的地转平衡破坏过程和由不平衡到新的地转平衡     

地形对北半球中纬度干旱气候的影响

用ＧＦＤＬ有、无地形的全球气候模式模拟研究了山脉对维持北半球中纬度广布的干旱区的作用。在有地形的积分中，模拟出与观测极相符的亚洲中部及北美内陆的干旱气候。相反，在无地形的积分中则模拟出这些地区为湿润气候。响应于青藏高原和落基山，除夏季外其它季节都有大振幅的驻波出现。中纬度干旱区位于这些驻波槽的上游，那里一般为下沉气流，风暴的发展相对少见，因而降水受到抑制。夏季，一个维持在落基山东部的驻波槽对北美内     

地形对大尺度环流的影响

本文用一个能量和角动量守恒的全球正压谱模式定性地分析了地形对大尺度环流的影响。分别做了四大类型的试验，得出一些有益的结论。结果表明：地形能使越过它的气流在其驻地及其下游产生低值系统；地形引起的扰动有同时向极地和向下游传播的现象，而且也向赤道传播；当赤道有西风通道时，北半球的扰动会向南半球传播；中高纬的急流有阻挡扰动向高纬发展的作用，在急流轴以北扰动发生转向。同时表明：地形引起的扰动不仅与地形的形状、初始场有关，而且与地形所在的位置也有关，处在中高纬地形的作用远大于处在低纬的；中高纬的地形，尤其是青藏高原对低纬大气环流有明显的影响。     

大尺度运动对台风形成影响的天气分析

本文根据15个台风形成的实例分析,发现台风形成前200毫巴的流场形势基本上可分为三种类型。在这些类型中,台风形成前1—3天,高层都有显著的正涡度平流,并且这种正的气旋涡度平流常大于下层的,因而可造成上下层涡度平流差的正值区。这正值区迭置在地面扰动之上,而后这扰动就发展成台风。这和我们在文献[7]中所指出的台风形成启动机制的结论是一致的。也就是在热成风破坏和适应的统一中,在热成风破坏方面,如果存在有能够造成这样的非热成风的机制,使得流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,那么这种机制即为台风形成的启动机制,在我们所分析的例子中,高层和低层流场形势的特点,可以是多种多样的,但都包含这一共同的动力学本质。     

梅雨锋中尺度系统及其与大尺度运动相互作用的能量学研究

本文导出了二维非均匀介质中重力惯性波的频散方程、波列传播路径方程和考虑了中尺度与天气尺度运动之间相互作用的动能收支方程,并用于讨论了一个典型的梅雨锋过程。研究发现,由一条中尺度雨带强迫产生的重力惯性波的能量频散可能成为另一条中尺度雨带生成和维持的机制;中尺度与天气尺度运动之间相互作用所产生的动能交换是中尺度系统发展的一个非常重要的动能来源,在中尺度系统的维持中也有重要作用。      

INFLUENCE OF INTERACTION BETWEEN LOW AND MIDDLE LATITUDES ON ENSO VARIABILITY IN THE CANE-ZEBIAK MODEL

In this paper,an error source in the atmospheric component of the CZ(Cane-Zebiak)model isdiscussed,which is missing a free mode in“the exact solutions”.However,the improved schemeis proposed,which is the computational scheme with adjusted wind or observed u and v as lateralboundaries.The simulations show that the simulated surface wind by the improved scheme strong-ly bears resemblance to the observation except for the area near the west and the east boundaries ofthe integrated area.These results support the conclusion that the wind stress simulated by the im-proved scheme with lateral boundaries is much better than that simulated by the CZ model,andshow that interaction between low and middle latitudes has an important influence on the ENSOvariability in the CZ model.Therefore,considering its impact on the CZ model can improve capa-bility of the CZ model for simulating ENSO variability.     

南半球中高纬大气环流年代际变率的研究

利用近百年全球海平面气压图和再分析海平面气压等资料,建立了自1871年以来1,4,7和10月份的南极涛动指数（AOI）序列。近百年来1月AOI有明显增强的趋势,7月AOI则有明显减弱的趋势。最近40多年来,1,4和10月AOI都有较强的上升趋势。4个月份的AOI都有20～30a左右的准周期波动,表现出显著的年代际尺度的变化。用1,4,7和10月的平均可以近似反映年平均南极涛动指数的变化。在年代际尺度上,年平均指数在1894～1901年、1910～1935年左右是强的负指数时期。1880～1893年、1936～1945年左右是较强的正指数时期,1980年代以来,强的正指数已经持续了近20a,且1990年代以来还有加强的趋势。模拟结果的功率谱显示气候系统内部产生的低频变化主要体现在年际尺度变率上,年代际尺度变率的谱值则远远低于观测结果,但不排除在个别情况下,通过Hasselmann机制产生AOI年代际变率的可能性。     

热带和副热带湿大气的大尺度运动

本文对热带和副热带湿大气的大尺度运动的热力学性质和动力学性质进行了分析。结果表明,热带湿大气运动的性质与干大气有着巨大的差异,也与中、高纬度地区的大气运动有着很大的不同。指出热带是位势运动、辐合辐散和上升运动广泛盛行的地区。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。我们的结果与实际比较符合,从而证实了谢义炳教授最近提出的空气湿度对大气运动有重要影响的观点。同时,我们提出了一种反映热带大气具有强位势运动特点的风压场的关系,这种关系在任何中、高纬度地区风压场关系的研究中所不曾出现过的。     

在给定热源与大型水平湍流影响下自由大气中的平均纬向风速与经圈环流

本文在澄清关于Rossby水平湍流影响下的平均纬向风速的看法基础上,用两层模式将其推广到斜压大气,得出的平均纬向风速和经圈环流与经验事实有一定程度的相似处。因而或可供进一步改善假定,设计较合理的模式,探索地球大气中大型运动规律的参考。 本文中有些参数是由经验事实决定的,是一个半经验半理论的工作。     

地形对长波和超长波不稳定发展的影响

图3.2.1—3.2.5表示了地形对长波和超长波移动和发展影响的一般规律。如以地形脊对东移西风冷槽的影响为例,当地形相当涡度和扰动涡度的振辐比am/a20较小时,在它越过地形脊时,首先流场槽减弱而温度槽加强,减弱的流场槽以较快的速度移动,而温度槽则相对减慢,越过地形脊后,流场槽又重新增强。我们根据地形的影响,初步讨论了一锢囚气旋在向风坡填塞,在背风坡又重新产生的物理过程。超长波的斜压不稳定的不能发展,是由于温度场东进和流场西退造成的。根据地形脊对超长波脊移动的影响,可以推测,在两个地形超长波脊之间的地区,最有利于超长波脊的不稳定发展。阻塞脊出现频数的地理分布的观测结果和理论推测有很好的一致性。     

论小尺度过程动力学的一些基本问题

本文对层结大气中小尺度过程动力学的一些基本问题作了研究。 首先用频率法对线性化后的小尺度运动方程作了分析。分析指出,线性化后的运动方程中包含了两种不同类型的波动,即快速传播的声波和相对声波而言的慢波——重力内波。 对于有气象意义的运动而言,声波是一种“噪音”,必须从运动方程中把它滤掉。文中指出,由于静力偏差(非静力平衡)对小尺度运动的发展具有重要的意义,一般用静力平衡来消除声波的方法对小尺度运动并不适用。文中提出了三种不同的消除声波的方法,即1)不可压缩条件的应用;2)将解按参数ε’(=V~2/gL)的冪次展开; 3)平衡方程的应用。同时分析了这三种不同滤波方法所带来的误差程度。 作为初值问题,研究了当在某一时刻在大气有限区域内的扰动破坏了静力平衡后所激发出的声波的频散性质,指出,从静力平衡的破坏到其种平衡状态的建立,场的这一适应过程完成得极其迅速。 最后,利用所提出的滤波方法,建立了滤掉声波后的二维非线性运动方程组。     

ON THE BAROTROPIC INSTABILITY OF LARGE SCALE VORTICES

By using the linearized barotropic vorticity equation in polar coordinates the stability of pertur-bations on a large scale circular basic flow is transformed into a generalized eigenvalue problem,yielding the relationship between the growth rate of the amplitude of perturbations and the az-imuthal wave number. Then, numerical experiments whose integration time is 60 model hours areperformed in terms of a quasi-geostrophic barotropic model in Cartesian coordinates using the per-turbation stream function field of unstable mode superimposed on a strong and weak circular basicflows as the initial fields. The experimental results reveal that the amplitudes of the initial pertur-bations in the model atmosphere grow with time. The amplitude of the perturbations superimposedon the strong circular basic flow grows quicker and forms a spiral-band-like structure.     

大尺度降雨异常对地面过程的影响——一类气候反馈机制的初步研究

本文以华北地区春季两个多雨年和两个少雨年为例,研究半干旱地区大范围持续性降雨对地面物理过程的影响。 根据地面边界层热通量和辐射通量的参数化公式以及地面水份倾向方程,计算分析了春季降雨异常增多后地面热状况、热量平衡各分量和水文状况的变化,发现降雨异常增多后,地面土壤温度和地面气温明显降低,土壤湿度和地面蒸发潜热明显增大,地面反照率也有所降低。值得指出的是,地面物理状况的变化相对于降雨异常过程有明显的时间上的后延现象,在空间场上有较好的配合关系。     

大气中大尺度振动的不稳定

这篇文章同时考虑了基本气流的垂直分布和水平分布来讨论大尺度扰动的不稳定度。讨论了不稳定扰动发生的必要规准,并进一步讨论了扰动的发展或阻尼对大气环流的作用。