对流凝结加热的垂直分布与低纬大气的30～60天低频振荡

运用一个包含Wave-CISK机制的斜压半地转8层模式和本征函数展开方法，研究了三种不同的对流凝结加热廓线对低纬大气的30—60天低频振荡的影响。研究表明，不同的加热廓线分布时30～60天低频振荡具有不同的相速和周期，并且低频振荡特征相速的量级都是o(10m／s)，由Wave-CISK机制激发的低频CISK—Kelvin波和CISK—Rossby波都是稳定的。同时，还进一步揭示了不同加热廓线对低纬大气30～60天低频振荡垂直结构的影响。     

Wave-CISK的一个斜压半地转模式和低频振荡

本文建立了一个描写低纬大气运动的斜压半地转的wave-CISK模式,其中引入了一个反映CISK机制的无量纲的凝结潜热参数η(z),并求得了η=0和η≠0条件下wave-CISK模式的解析解,理论研究进一步说明wave-CISK机制对于大气低频振荡起重要的作用。     

Wave-CISK、蒸发-风反馈和低频振荡

本文利用一个包含有Wave-CISK和蒸发-风反馈机制的斜压半地转模式来讨论低纬大气运动,其中引入了反映CISK机制的无量纲对流凝结加热参数η和反映蒸发-风反馈机制的无量纲参数α_0,求得了η=0情况下的解析解及η≠0情况下的一级近似解,对η≠0情况下向东传播的类似于低频振荡的波动进行了讨论,从理论上指出了蒸发及非均匀加热对低频振荡的维持所起的重要作用.     

Wave-CISK、蒸发-风反馈和低频振荡

本文利用一个包含有Wave-CISK和蒸发-风反馈机制的斜压半地转模式来讨论低纬大气运动,其中引入了反映CISK机制的无量纲对流凝结加热参数η和反映蒸发-风反馈机制的无量纲参数α_0,求得了η=0情况下的解析解及η≠0情况下的一级近似解,对η≠0情况下向东传播的类似于低频振荡的波动进行了讨论,从理论上指出了蒸发及非均匀加热对低频振荡的维持所起的重要作用.     

低纬大气滤波模式研究

本文从描写低纬大气运动的方程组出发,采用半地转模式和准地转模式对低纬快速波动进行了滤除,这些模式仅含低频的Rossby波。分析指出:低纬半地转模式可以滤去高频波动,但得到的是波数k→0的Rossby波;而低纬准地转模式不但可以滤去高频波动,而且得到的是不受歪曲的Rossby波。 在滤波的基础上,本文分析了由Rossby波引起的低频振荡周期。      

论热带纬圈半地转运动的建立

文中在赤道β平面上 ,在滤掉低频 Rossby波的情况下 ,研究了纬圈半地转运动的建立。指出 ,只有当运动的纬圈尺度很大时 ,非地转风分量才能随着重力惯性波的频散而消失 ,从而建立起纬圈半地转平衡。应用位势涡度不变式 ,给出了纬圈半地转适应后物理场的解。同时指出 ,Kelvin波 (对赤道对称情况 )和混合波的 Rossby波波段 (对赤道反对称情况 )将不参与适应运动 ,它们属于发展运动中的角色。     

β效应和移动性CISK波与南亚夏季风槽脊的活动

本文采用简单的纬向对称的两层线性模式研究了存在β效应情况下Ekman-CISK扰动的动力特征,结果发现在β效应和对流凝结加热的共同作用下大气中可以产生一种移动性的CISK波.在取南亚夏季风区平均大气参数情况下的计算结果表明,这种移动性CISK波可以解释南亚夏季风槽脊活动的一些基本特征.因此,可以初步认为β效应和CISK机制对南亚夏季风槽脊的活动具有极其重要的作用.     

CISK、蒸发-风反馈机制和热带大气30-60天振荡

建立一个包含ＣＩＳＫ机制和蒸发－风反馈机制（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ－ＷｉｎｄＦｅｅｄｂａｃｋＭｅｃｈａｎｉｓｍ，简写为：ＥＷＦＭ）的热带大气运动的无耗散、线性斜压半地转模式，引入反映ＣＩＳＫ的无量纲凝结潜热参数η和反映ＥＷＦＭ的无量纲参数α，并求得模式系统的解析解。动力学分析和模式大气的计算结果进一步说明了ＣＩＳＫ和ＥＷＦＭ的共同作用是激发和驱动热带大气低频振荡的重要物理过程。     

大气对南极冰异常的遥响应及其季节内振荡

运用ＩＡＰＡＧＣＭ模式证实了大气对南极冰异常的强迫遥响应是激发产生全球大气季节内振荡的重要机制,进而着重考察了候平均偏差结果的时间序列,并且通过带通滤波处理,特别分析了响应场中３０～６０ｄ低频振荡的特征及其活动。通过分析发现：大气对南极冰减退的响应是一种具有３０～６０ｄ周期的低频遥响应,并呈现出清楚的二维Ｒｏｓｓｂｙ波列特征;强迫场中的３０～６０ｄ季节内振荡具有着同实际大气中的低频振荡相类似的垂直结构和传播特征。大气响应场中３０～６０ｄ振荡能量在垂直方向上随高度的增加而增加,在纬向上表现出明显的区域性特征,即季节内振荡的最大动能区（由于ＣＩＳＫ机制）分布在大洋内;ＥＵＰ,ＰＮＡ,ＡＳＡ和ＲＳＡ波列可能是全球大气低频扰动传播的主要路径,３０～６０ｄ低频扰动在波列路径上的传播具有很大的一致性和系统性,从而使中高纬和热带地区、以及南北半球的３０～６０ｄ大气振荡相互联系起来,而且可以认为,赤道中太平洋和赤道中大西洋地区是南北半球３０～６０ｄ低频振荡间相互作用和相互联系的重要通道。     

关于热带大气低频振荡的一个简单模式与数值模拟

本文首先从观测事实分析了热带大气的低频振荡现象，然后从理论上加以研究。为此，本文建立了一个包括触发热源和CISK机制的三维线性模式，用此模式讨论了热带大气低频振荡的性质、结构、传播和动力学机制。从模式的计算结果得到了周期为30d左右以大约9 m/s的速度向东传播的低频振荡现象，这种振荡为Kelvin波型的响应和向西传播的Rossby波型的响应的结合。计算还表明，这种振荡的周期与触发热源的周期关系不大，这说明了热带大气的低频振荡是大气自身的固有振荡，它是大尺度运动与对流凝结加热相互作用的结果。     

NUMERICAL EXPERIMENTS ON THE TROPICAL AIR-SEA INTERACTION WAVES

By means of the numerical method,the tropical air-sea interaction waves are studied.The results show that whenthe Kelvin waves are filtered out and only the equatorial Rossby waves are reserved both in the atmosphere and in theocean,the disturbances can also propagate eastward because of the air-sea interaction.The critical wavelength of theeastward propagating waves is related to the intensity of the air-sea interaction.The stronger the air-sea interaction,thelarger the eastward propagating components of the air-sea interaction waves.The results of the numerical experimentsare in good agreement with those of the theoretical analysis(Chao and Zhang,1988).     

大气Rossby波动力学的研究进展

Rossby波是旋转大气和海洋中的一类重要波动,在天气和气候演变中起有重要的作用。该文介绍了北半球中纬度地区的两类重要Rossby波——斜压不稳定波和准定常行星波,在最近20余年来取得的一些重要研究进展。文中涉及的主要研究领域有:斜压不稳定波包动力学、湿斜压过程对斜压不稳定波的作用、北半球风暴轴动力学、斜压波包与高影响天气的预报、准定常行星波的形成机理、准定常行星波的水平传播与能量频散、准定常行星波的垂直传播与能量频散、三维准定常行星波的传播与能量频散。     

变形的经向环流变化方程及其在诊断阻塞高压形成中的应用

本文推导出可以用来讨论大尺度扰动强迫对平均经圈环流作用的变形平均经圈环流变化方程，并利用此方程对北半球冬季4次阻塞高压的形成进行了诊断分析。分析结果表明:由于波动对经圈环流的强迫作用，使高压脊的西部南风加强，而东部北风加强，从而有利于阻塞高压的形成。文中还分别分析了瞬变波及其低频瞬变波部分在阻塞高压形成中对经圈环流的强迫作用，并讨论了低频瞬变波强迫在太平洋和大西洋地区阻塞高压形成的地域差别。     

强迫耗散作用下的Rossby包络孤立波及其相互作用

本文讨论了强迫和耗散对Rossby包络孤立波的影响，得到了在强迫和耗散共同作用下，当准共振条件和锁相条件满足时，包络孤立波从外场那里获取能量来克服耗散并形成稳定的锁相包络孤立波。本文还研究了在强迫和耗散作用下两个包络孤立波的碰撞相互作用，发现在某些参数下，两波碰撞后性质变化不大，而在另外一些参数下，碰撞后两波性质显著改变。     

Observations of Atmospheric Solitary Waves in the Urban Boundary Layer

The simultaneous operation of a three-axis Doppler sodar system in the centralurban area of Rome and two similar systems in the suburban area, forming atriangle about 20 km on each side, provided evidence of solitary-type wavesin the urban boundary layer. Three events, each lasting from a few minutes toabout 30 min, and ranging in depth from the minimum range of the sodar (39 m) to over 500 m, are reported here. Two events were recognizable onall three sodar records while the third event could be observed at the urbanlocation only. Time-height acoustic echo intensity records showed no-echoregions within the wave indicating transport of trapped recirculating air.This is typical of large amplitude solitary waves. The time series plots ofsodar-derived vertical wind velocity revealed a maximum peak-to-peakvariation of about 5 m s^-1 during periods of wave-associated disturbance.The vertical velocity is found to increase with height up to the top of the closedcirculation within the wave and decreases further above. The normalisedamplitude-wavelength relationship for the two events indicates that theobserved waves are close to a strongly nonlinear regime.     

Plumb三维波作用通量和EP剖面图——对定常波模式输出结果的诊断分析

本文利用Plumb(1985年)所导出的线性、准地转定常波的三维波作用通量和Eliassen-Palm(EP)剖面图,对于一个线性和一个非线性的关于大气定常波的斜压初始方程三维谱模式的若干输出结果进行了诊断分析。分析结果表明,Plumb通量和EP剖面图,不仅可以用来诊断波作用在三维空间的传播、波动与纬向平均气流之间的相互作用,而且也可以用来诊断非线性作用的显著性,在利用它们对于观测资料进行诊断分析时,应当充分注意到非线性作用的影响。     

简单的热带海气耦合波——Rossby波的相互作用

在本文中分析了当大气和海洋中未经耦合前的自由波均为Rossby模时,经相互作用后所激发出的耦合波的物理性质。结果表明,由于大气和海洋的背景状态不同,可以激发出两类不稳定耦合Rossby波。一类波要求大气的背景场是斜压的,而海洋的混合层较深,即热容量较大。这是一类弱相互作用的不稳定波。另一类要求大气的背景场趋于正压性,而海洋的混合层较浅,即热容量较小。这是一类强相互作用的不稳定波。色散关系的计算表明,这两类不稳定波产生的物理机制也不相同。文中对解不同截断模的本征值问题提出了几种数学方法,同时还进一步提出了一种使大气和海洋自由Rossby模的色散关系不受歪曲的处理方法。     

Geostrophic Adjustment Problems in a Polar Basin

The geostrophic adjustment of a homogeneous fluid in a circular basin with idealized topography is addressed using a numerical ocean circulation model and analytical process models. When the basin is rotating uniformly, the adjustment takes place via excitation of boundary propagating waves and when topography is present, via topographic Rossby waves. In the numerically derived solution, the waves are damped because of bottom friction, and a quasi-steady geostrophically balanced state emerges that subsequently spins-down on a long time scale. On the f-plane, numerical quasi-steady state solutions are attained well before the system's mechanical energy is entirely dissipated by friction. It is demonstrated that the adjusted states emerging in a circular basin with a step escarpment or a top hat ridge, centred on a line of symmetry, are equivalent to that in a uniform depth semicircular basin, for a given initial condition. These quasi-steady solutions agree well with linear analytical solutions for the latter case in the inviscid limit.

On the polar plane, the high latitude equivalent to the β-plane, no quasi-steady adjusted state emerges from the adjustment process. At intermediate time scales, after the fast Poincaré and Kelvin waves are damped by friction, the solutions take the form of steady-state adjusted solutions on the f-plane. At longer time scales, planetary waves control the flow evolution. An interesting property of planetary waves on a polar plane is a nearly zero eastward group velocity for the waves with a radial mode higher than two and the resulting formation of eddy-like small-scale barotropic structures that remain trapped near the western side of topographic features.

RÉSUMÉ?Traduit par la rédaction] Nous étudions l'ajustement géostrophique d'un fluide homogène dans un bassin circulaire ayant une topographie idéalisée à l'aide d'un modèle numérique de circulation océanique et de modèles analytiques de processus. Quand le bassin est en rotation uniforme, l'ajustement se fait par l'excitation d'ondes de propagation aux limites, et en présence de topographie, par des ondes de Rossby topographiques. Dans la solution numériquement dérivée, les ondes sont amorties à cause frottement contre le fond, et un état quasi-stable géostrophiquement équilibré s’établit pour ensuite décélérer sur une longue période de temps. Sur le plan f, les solutions numériques d’états quasi-stables sont atteintes bien avant que l’énergie du système mécanique soit entièrement dissipée par le frottement. Nous démontrons que les états ajustés apparaissant dans un bassin circulaire avec un accore en forme de marche ou une crête en forme de merlon, centrés sur une ligne de symétrie, sont équivalents à ceux d'un bassin semi-circulaire de profondeur uniforme pour une condition initiale donnée. Les solutions quasi-stables s'accordent bien avec les solutions analytiques linéaires pour le dernier cas dans la limite de la non-viscosité.

Sur le plan polaire, la haute latitude équivalente au plan β, le processus d'ajustement n'aboutit à aucun état ajusté quasi-stable. Aux échelles de temps intermédiaires, après l'amortissement des ondes rapides de Poincaré et Kelvin par le frottement, les solutions prennent la forme de solutions ajustées d’états stables sur le plan f. Aux échelles de temps plus longues, les ondes planétaires déterminent l’évolution de l’écoulement. Une propriété intéressante des ondes planétaires sur un plan polaire est une vitesse de groupe presque nulle vers l'est pour les ondes ayant un mode radial plus grand que deux et la formation résultante de structures barotropiques de petite échelle de type remous qui demeurent emprisonnées près du bord ouest des caractéristiques topographiques.     

Note on the Growth Rate of Water Waves Propagating at an Arbitrary Angle to the Wind

The dependence of the turbulent airflow over water waves on the angle,, between mean wind and wavedirections is investigated. To this end,an existing semi-analytical model is extended. In this model, the main simplification of the problem is obtained by using the well-established divisionof the wave boundary layer into inner and outer regions for modelling turbulence. The effect of waves on turbulence is restricted to the thin inner region. Simulations show that the influence of the wind speed component transverse to the wave direction on the air flow, and hence on the growth rate of the waves, is small. This is confirmed by calculations with a numerical model that solves the full Reynolds equations using a second-order turbulence closure scheme. The growth rate of slowly moving waves (as compared to the wind speed) is then proportional to cos², whereas, for faster waves, it has a narrower angular distribution.