正压大气中地形波与自由Rossby波的四波准共振

本文研究了正压大气中一个地形波与三个自由Rossby波的四波准共振动力学特征。由含大地形的准地转正压涡度方程，引入双时间尺度，导得了地用波与自由Rossby波的四波准共振耦合方程组，并求得其低频周期解．由数值计算表明，对于Charney所用地形高度，此解正是准双周振荡。大地形强迫是激发三个自由Rossby波相互输送能量的重要物理机制，使得二个自由Rossby波同时向第3个2波型自由Rossby波输送能量以形成准双周振荡或阻塞。这一结果与观测事实也比较一致。     

正压模式中大地形作用下的低频波

利用包含大地形和常数纬向基本气流的正压模式方程组,研究了大地形对低频波激发的作用,结果表明：起作用的地形因子主要是地形的最大高度和地形坡度,地形最大高度的作用主要是使Ｒｏｓｓｂｙ波趋向低频,而地形坡度的作用主要是对Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性决定作用。同时,适当地形坡度也可导致低频波的形成。     

强迫耗散正压大气中四波共振

本文首次研究了含Ekman摩擦和非绝热加热的四波共振动力学．使用新的双时间尺度和新的时间变换式，由四波共振的广义Landau方程，导得普遍的非线性低频周期解，Ekman摩擦使得低频周期具有滞后和突变返回两个重要特征，而非绝热加热作用与中高纬准双周振荡有关，中高纬的30－50天振荡则与自由Rossby波准共振有关．本文还研究了四波共振产生的爆发性不稳定，指出较大振幅波产生的爆发性不稳定可能是阻塞迅速形成的又一重要原因，还首次得到在正压大气中Ekman摩擦能够激发爆发性不稳定．本文结果纠正了Craik于1985年提出的在流体力学中广泛应用的两个错误论断．     

小地形起伏的随机效应对地形Ｒossby慢波影响的初步分析

本文利用浅水模式讨论了小地形起伏的随机效应对地形Rossby慢波的影响,得到了一个非线性地形下的地形Rossby慢波的频率特征,并与线性地形的情形作了比较。     

正压涡旋中螺旋波失稳问题的研究

将柱坐标下线性化正压原始方程组与其边界条件构成的特征值问题，离散化为矩阵的特征值问题并进行数值求解，研究了正压涡旋中螺旋波的失稳问题。讨论了基流分布和静止流体厚度对正压涡旋内螺旋波失稳的影响，这对了解实际热带气旋中螺旋云带的发生和性质均是有意义的。     

非线性正压Rossby波的不稳定性

本文从非线性正压涡度方法出发,用相角函数方法得到非线性常微分方程。应用微分方程的定性理论,得到了非线性正压Rossby波的木稳定的判据,改进了以往的工作。     

两层正压流体涡旋中螺旋波的不稳定

利用线性化的两层正压原始方程模型，对有水平和垂直切变基流的圆形涡旋中螺旋波的不稳定作了研究。结果表明，当基流失稳时，涡旋中不稳定扰动的厚度场、速度场在上、下两层都具有明显的螺旋结构，下层的螺旋结构要较上层复杂。基流垂直切变越大则越易失稳。失稳时上、下层扰动的配置接近反位相，故该螺旋波结构相应于斜压模。此时螺旋波上的扰动中心在切向是逆基流传播的，在径向则基本没有传播，而螺旋臂的整体运动缓慢。失稳的螺旋波其散度场要较涡度场明显，物理量的配置也大体符合重力惯性波的情况，故可认为其是重力惯性波的不稳定所致。本模型中该螺旋波的形态与实际热带气旋中的螺旋云(雨)带很相象。     

正压准地转模式中大地形作用下的低频波

利用包含大地形和常速纬向基本气流的正压准地转位涡度方程,研究了大地形对低频波激发的作用,结果表明,起作用的地形因子主要是地形的最大高度和地形坡度。地形最大高度的作用主要是使Rossby波趋向低频,而地形坡度的作用主要是对Rossby波的稳定性起决定作用,同时适当的地形坡度也可导致低频波的形成。而常速纬向基流在总体上的作用是使波动变得趋向低频,且西风基流更有利于低频（30～60天）波的形成。从纬向波数上看,纬向3波以上的波动更容易出现低频（30～60天）。     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数 Ⅰ:谱点的分布

本文对旋转二维可压缩流(正压原始方程模式)中的谱和谱函数进行了分析和数值计算。这一部份主要讨论谱的分布,结果表明:在正压原始方程中存在三支谱系。当基流为稳定时,这三支谱系均是实的,其中两支为离散谱,分别对应于顺风和逆风传播的重力惯性波(快波),另一支则对应于Rossby波(慢波)。当基流无切变时,慢波由离散谱点组成,慢波相速以基流速度为聚点;且基流为零和科氏参数为常数时退化为无穷维重迭谱点,与聚点重合当基流有切变时,慢波由离散谱和连续谱组成,其中离散谱还可能不存在。当基流速度接近或超过C_0时,最靠近“慢波”的二个或几个原来的重力-惯性波转化为混合型波。当基流为不稳定时,则存在复数的谱点(此时该谱点必定是离散谱)。理论分析和数值计算都得到了广义正压不稳定、超高速不稳定和混合类型的不稳定,而广义正压不稳定属于慢波。我们将在本文的第二部分中讨论相应的谱函数。     

Discrete Spectra and Continuous Spectrum of the Barotropic Quasi-Geostrophic Model-A Calculation of Meteorological Data

l.Intr0ducti0nMaintenance,developmentanddecay0fmiddlelatitudeatmosphericdisturbancesarecentraltotheunderstandingofsynopticweatherprocessesandshort-termclimatevariability.FrontogenesisandsurgeofcoldwavesaretypicallyassociatedwithrapiddevelopmentoffavorablyconfiguredsmalldisturbancesintheuppertroPOsphere.Thesedisturbancesfurtheractasinteractivetransientforcingtocauselowfrequencyvariabilities.Theyalsoaffectthein-tensityofwesterliesandtheequator-to-P0letemPeraturegradientoftheatmosphere.Studieso…     

Variations in Wave Energy and Amplitudes along the Energy Dispersion Paths of Nonstationary Barotropic Rossby Waves

The variations in the wave energy and the amplitude along the energy dispersion paths of the barotropic Rossby waves in zonally symmetric basic flow are studied by solving the wave energy equation,which expresses that the wave energy variability is determined by the divergence of the group velocity and the energy budget from the basic flow.The results suggest that both the wave energy and the amplitude of a leading wave increase significantly in the propagating region that is located south of the jet axis and enclosed by a southern critical line and a northern turning latitude.The leading wave gains the barotropic energy from the basic flow by eddy activities.The amplitude continuously climbs up a peak at the turning latitude due to increasing wave energy and enlarging horizontal scale(shrinking total wavenumber).Both the wave energy and the amplitude eventually decrease when the trailing wave continuously approaches southward to the critical line.The trailing wave decays and its energy is continuously absorbed by the basic flow.Furthermore,both the wave energy and the amplitude oscillate with a limited range in the propagating region that is located near the jet axis and enclosed by two turning latitudes.Both the leading and trailing waves neither develop nor decay significantly.The jet works as a waveguide to allow the waves to propagate a long distance.     

正压涡旋不稳定问题的研究

本文对正压涡旋上的不稳定问题作了讨论，给出了刚性旋转涡块失稳的研究结果。研究表明，这种情况下依边界条件的不同，可有两类不稳定波动发生，在热带气旋的特定部位，有与该理论分析相一致的波动存在。     

垂直切变流中非线性重力波及其相互作用

利用多重尺度摄动法，推导出斜压大气中(基本风场具有垂直切变)两个非线性重力波相互作用方程，这两个方程联立组合为耦合非线性schrǒdīnger方程组。两个重力波相互作用时可激发出重力驻波。数值计算表明：两个孤立重力波相遇，相追会使波振幅增大，波宽变窄。强烈对流天气突然爆发的可能原因之一是中尺度重力波非线性相互作用的结果。     

正压原始方程的谱和初值问题的解I：＝常数

本文运用Ｌａｐｌａｃｅ变换法和围道积分法分析线性化的正压原始方程组的谱问题。通过严格的数学推演从形式上给出了方程组的初值问题的解，从而原则上决定了连续谱、离散谱的出现条件。与已有的研究结果相比较，本文最大的特点是保证了了解的完备性，因而相应的展开定理便是自然的了。     

Variations in Amplitudes and Wave Energy along the Energy Dispersion Paths for Rossby Waves in the Quasigeostrophic Barotropic Model

Variations in wave energy and amplitude for Rossby waves are investigated by solving the wave energy equation for the quasigeostrophic barotropic potential vorticity model.The results suggest that compared with rays in the nondivergent barotropic model,rays in the divergent model can have enhanced meridional and zonal propagation,accompanied by a more dramatic variability in both wave energy and amplitude,which is caused by introducing the divergence effect of the free surface in the quasigeostrophic model.For rays propagating in a region enclosed by a turning latitude and a critical latitude,the wave energy approaches the maximum value inside the region,while the amplitude approaches the maximum at the turning latitude.Waves can develop when both the wave energy and amplitude increase.For rays propagating in a region enclosed by two turning latitudes,the wave energy approaches the minimum value at one turning latitude and the maximum value at the other latitude,while the total wavenumber approaches the maximum value inside the region.The resulting amplitude increases if the total wavenumber decreases or the wave energy increases more significantly and decreases if the total wavenumber increases or the wave energy decreases more significantly.The matched roles of the energy from the basic flow and the divergence of the group velocity contribute to the slightly oscillating wave energy,which causes a slightly oscillating amplitude as well as the slightly oscillating total wavenumber.     

简单热带海气耦合模式中的耦合波及其不稳定性（I）

本文建立了一个简单的热带海气耦合模式，模式大气和海洋中包含了Kelvin波和长Rossby波。在赤道β平面近似下，讨论了取耦合系统中最大径向模时，即大气和海洋中只存在Kelvin波时耦合波的性质。结果指出，向东传的耦合Kelvin波可以出现不稳定性，并且由于海气相互作用，在长波部分可以产生向西传的耦合Kelvin波。 耦合Kelvin波的性质与模式中所选用的参数有很大关系，当大气与海洋中自由波的频率相差很大时，耦合波的性质与没有海气相互作用时自由波的性质非常接近；只有当大气与海洋中自由波的频率相差不太大时     

Slow and Intraseasonal Modes of the Boreal Winter Atmospheric Circulation Simulated by CMIP5 Models

Abstract The authors evaluate the performance of models from Coupled Model Intercomparison Project Phase 5（CMIP5）in simulating the historical（1951-2000）modes of interannual variability in the seasonal mean Northern Hemisphere（NH）500 hPa geopotential height during winter（December-January-February,DJF）.The analysis is done by using a variance decomposition method,which is suitable for studying patterns of interannual variability arising from intraseasonal variability and slow variability（time scales of a season or longer）.Overall,compared with reanalysis data,the spatial structure and variance of the leading modes in the intraseasonal component are generally well reproduced by the CMIP5 models,with few clear differences between the models.However,there are systematic discrepancies among the models in their reproduction of the leading modes in the slow component.These modes include the dominant slow patterns,which can be seen as features of the Pacific-North American pattern,the North Atlantic Oscillation/Arctic Oscillation,and the Western Pacific pattern.An overall score is calculated to quantify how well models reproduce the three leading slow modes of variability.Ten models that reproduce the slow modes of variability relatively well are identified.     

镇江市寒潮特征分析及中、短期预报模型

对镇江地区1980-2010年寒潮天气过程及相关物理量统计分析结果表明:寒潮强度与范围成正比,强寒潮和特强寒潮只发生在镇江市4个基本观测站均达到寒潮标准的情况下。寒潮酝酿阶段500 h Pa超长波以波1、波2为主要波型,暴发阶段波3为主要波型。冷空气影响镇江前,500 h Pa纬向平均有效位能有2次能量积聚过程,纬向平均动能在25-45°N内加强,西风指数在35-55°N内出现≥30 m·s~(-1)的峰值。寒潮强度越强,冷空气影响前1~3天500 h Pa寒潮关键区温度和位势高度越低。冷空气影响前后,镇江站最低气温、最低地温、平均气压和850h Pa温度的降(增)幅均随时效增长而增大。利用超长波、纬向平均有效位能、纬向平均动能及西风指数的中期变化结果,通过权重法建立寒潮中期预报模型;利用"CMA最新寒潮等级方法"的判别标准,确定寒潮发生具体日期;根据500 h Pa寒潮关键区温度、位势高度,镇江850 h Pa温度、日最低气温、地表温度的短期变化情况,建立寒潮短期强度等级预报模型。建立的寒潮中、短期预报模型,对2011-2016年镇江出现的15次寒潮过程全部报出,并报准5次强寒潮中的4次寒潮强度等级。     

中尺度大气波动的波谱和谱函数——数学模型和计算方法

作者得到了准二维Boussinesq方程组，并用其研究了中尺度大气波动的波谱和谱函数。在一定条件下对该方程组线性化并取标准模后，可将其初边值问题转化为矩阵的广义特征值问题来进行数值求解，这样就可知原问题波谱和谱函数的性质。当无基本流且取地转参数、层结参数为常数时，可求得其波谱和谱函数的解析解。此时该模式中仅包含有一对重力惯性内波模态，且各模态均是简谐波；模态越高，垂直波数越大则波动传播得越慢，所有的模态均为离散谱，并存在聚点。对此作者用数值解作了验算，结果表明，该数值求解方案合理可行，对不太高的模态其精度也令人满意。在无基本流然而考虑层结的垂直变化后，则一般无法求取解析解，为此进行了数值求解。这时该模式仍仅包含有一对重力惯性内波的离散谱模态，不过由于层结参数的变化，各模态结构与简谐波出现了偏差。