热带大气周期性振荡相图结构与南北半球中纬度热力强迫效应的相关关系

本文根据反映热带大气运动的动力系统数学模型,将热带大气周期性振荡产生条件归纳为动力系统相图椭圆型结构形成问题.本文强调了南北半球中纬度冷暖空气活动对赤道地区热力结构的强迫效应,探讨了此类赤道地区外界热力强迫对热带大气运动周期性振荡形成的作用.本文还讨论了与非周期运动相关的动力系统相图椭圆型结构破坏问题及其相图抛物型、双曲型构成前提条件,并研究了各类相图几何图形特征点与大气运动状态的联系.本文研究还表明,南北半球中纬度冷暖空气活动即使属非周期扰动,若满足动力系统相图椭圆型条件,也可引起赤道地区的高频或低频周期性振荡.     

1997／1998年El Nin^～o／La Nin^～a期间洋流的演变物征和影响的分析

利用TOGA-TAO赤道次表层海流与海温观测资料，比较清楚地揭示了1997/1998年El Nin^～o期间在赤道西太平洋暖池上空西风异常的驱动下，次表层异常海流的产生机制和向东传播过程中的变化特征。对比分析了海表、次表层异常海流的两种热力平流过程，即水平温度平流和因海流水平辐合辐散造成的垂直上翻（或下沉）运动对混合层及海表温度异常的贡献，结果证实了后一效应对ENSO发生发展的重要意义。最后还对文中的海流异常是否就是理论分析得到的Kelvin波在海流场上的反映进行了讨论。     

赤道带边界层结构的数值研究

在气压随纬度的不同分布条件下，数值求解了二维赤道带大气边界层非线性运动方程组，得到了不同气压分布下赤道带边界层运动特征，显示了平流的重要作用。在赤道带存在低压槽或气压单调随纬度增加而减少的情况下，都得出在赤道附近某纬度有一相应于赤道辐合带（ＩＴＣＺ）的垂直运动大值集中区域存在，克服了前人用临界纬度机制解释边界层大抽吸速度时略去重要的非线性项的处理上的困难。     

1997/1998年El Nino/La Nina期间洋流的演变特征和影响的分析

利用ＴＯＧＡ—ＴＡＯ赤道次表层海流与海温观测资料，比较清楚地揭示了１９９７／１９９８年Ｅｌ Ｎｉｎｏ期间在赤道西太平洋暖池上空西风异常的驱动下，次表层异常海流的产生机制和向东传播过程中的变化特征。对比分析了海表、次表层异常海流的两种热力平流过程，即水平温度平流和因海流水平辐合辐散造成的垂直上翻（或下沉）运动对混合层及海表温度异常的贡献，结果证实了后一效应对ＥＮＳＯ发生发展的重要意义。最后还对文中的海流异常是否就是理论分析得到的Ｋｅｌｖｉｎ波在海流场上的反映进行了讨论。     

论大气中的多时态特征与准地转运动

利用大气中的多时态概念,对准地转运动的物理过程与特征进行了分析与研究,指出由于运动的水平尺度不同,准地转运动的特点也就不同,特别是当水平尺度L小于某一特征长度尺度L_c时,层结大气的准地转运动还具有多时态特点的一类运动。大气中的多时态现象的出现是有条件的,本文中,对这些条件及其物理意义进行了分析与讨论。     

正压过滤模式大气中的对称运动和非对称运动

把流函数分成对赤道对称和对赤道反对称的两部分,可以把正压涡度方程分离为描写大气对称运动和反对称运动的两个方程。根据它们,讨论了在全球范围内几种基本物理量,如涡度和绝对角动量等在对称和反对称情况的守恒性。还给出了这两类运动的能量收支方程和能量转换表达式。可以看出,在大气中不仅有纬圈平均动能和扰动动能之间的转换,也有对称运动产生的和反对称运动产生的动能之间的转换。 还在涡度方程中考虑地形和水平扩散的情形下,提出了大气非对称性质产生的机制。结果表明:非对称的地形分布和水平扩散系数的分布可能是导致非对称运动的原因。 最后,还对全球预报和半球预报,从物理观点作了理论比较。     

振荡型Rossby孤立波与大气阻塞

从正压涡度方程出发,在弱非线性和弱其流切变条件下,导得了描述非线性大气长波活动的推广的Ｋｄｖ方程,并得到了方程的孤立波解及其色散关系。取近似于实际大气运动的物理参数作数值计算,得到了振荡型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波的水平结构和移动特征,其结果较这建党的Ｋｄｖ孤立波更接近于实际大气中的阻塞流型。     

低纬斜压两层模式大气半地转适应过程

利用斜压两层模式研究了赤道平面近似下的低纬热带大气适应过程。指出低纬斜压大气适应过程主要受重力惯性内波控制。通过重力惯性内波对初始非地转能量的频散，使纬向运动达到地转平衡，而经向维持非地转运动，正压模式下称为半地转平衡，斜压模式下称为半热成风平衡。通过对垂直运动方程的求解，可知，垂直运动只与重力惯性内波相联系，其产生与初始斜压位涡度无关，而只与初始时刻的垂直运动和垂直运动倾向有关，半地转适应使运动趋向水平运动。讨论了半热成风平衡的建立及其物理机制，指出由于重力惯性内波激发出垂直运动，与垂直运动相联系的水平辐合辐散调整流场和温度场之间的关系，使温压场最终达到半热成风平衡。通过对适应过程终态的分析，指出平均温度场和切变流场之间的适应方向决定于初始非半地转扰动的尺度与斜压Ｒｏｓｓｂｙ变形半径有关的特征尺度的比值，当比值大于１时，切变流场向平均温度场适应；当比值小于１时，平均温度场向切变流场适应     

热带平流层低层的对称运动和反对称运动

文章从对赤道β平面上静止大气中线性方程分解着手,得出控制对称运动和反对称运动方程组,对方程求解,从理论上证实在热带子流层低层中存在两种特殊性质的运动即对称运动和反对称运动,并证实赤道Kelvin波是典型的对称运动,而混合罗斯贝-重力波是反对称运动。文章分析了非绝热加热对对称运动和反对称运动的影响,当非绝热加热为唯一的外源扰动时,对称的非绝热加热是产生Kelvin波的重要条件,而反对称的非绝热加热是产生赤道区域平流层混合罗斯贝-重力波的重要条件。另外,随着非绝热加热增加,对称运动和反对称运动强度也增加。     

El Nio事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971~2000年逐月SODA(Simple Ocean Data Assimilation)同化资料(Carton等,2004)、1980~2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料(Kalnay等,1996)探讨中部型(暖海水首先出现在120°W以西)和东部型(暖海水首先出现在120°W以东)El Nino事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征。研究指出:(1)中部型和东部型El Nio事件发生时,太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象,但中部型El Nio事件西风应力距平强度强,造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区,这类El Nio事件强度偏强。(2)中部型El Nio事件,赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播,辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻,西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关。(3)东部型El Nio事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区,东太平洋暖水形成与局地(120°W以东)辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关;东部型El Nio事件暖池次表层的暖水,不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区,而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区,再由西风漂流平流到东太平洋。     

在正压过滤模式大气中地形和水平扩散对非对称运动形成的作用

利用考虑地形和水平扩散作用的正压涡度方程,在线性情况下,给出了描写对称运动和反对称运动(都是对赤道来说的)的方程和它们各自的解析解。分析这些解可以看出,不论对于对称运动或反对称运动,解都由三部份组成:一是与初始流场有关的Rossby波;一是以Rossby波波速传播的,与地形和水平扩散有关的行进波;另一是与地形和水平扩散有关的定常波。但是,如初始时刻运动是对称的,则地面拔海高度和水平扩散系数的反对称分布可以引起反对称运动,从而,引起非对称的运动。在定常情况下,则对称的流场,和地面拔海高度、水平扩散系数的对称分布有关,反对称的流场,和地面拔海高度、水平扩散系数的反对称分布有关。最后,还用数值试验,证明反对称地形可以引起反对称运动;还讨论了南北半球的相互影响的问题。     

EFFECTS OF OROGRAPHY AND HORIZONTAL DIFFUSION ON THE GENERATION OF THE ASYMMETRIC MOTION IN THE BAROTROPIC FILTERED MODEL ATMOSPHERE

By utilizing the barotropic vorticity equation including effects of orography and horizontal diffusion,the linearized equations describing symmetric and antisymmetric motions and their analytic solutions are pre-sented.It can be found from the solutions that no matter what kind of motion may be,each solution consistsof three waves,namely,Rossby wave related to initial values,marching wave propagating at Rossby wavevelocity and stationary wave.The latter two are closely related to orography and horizontal diffusion.However,if the motion is symmetric at the initial instant,then the antisymmetric components of orographyand of horizontal diffusion are likely to lead to the generation of antisymmetric motion.In the steady state,the symmetric flow is connected with symmetric orography and horizontal diffusion and the antisymmetricflow with antisymmetric orography and horizontal diffusion.Further,in order to verify the above analysis,three numerical experiments have been made.The results show that antisymmetric orography can produceantisymmetric motion.Finally,the atmospheric interactions between Northern and Southern Hemispheresare discussed.     

HEIFE绿洲和沙漠地区大气边界层湍流混沌特性研究

利用“黑河实验”期间张掖、沙漠观测站加强观测期间１９９１年６月２０日０９：００至１９９１年１０月２日０９：００时段内水平风速的观测资料,计算分析了有关测量混沌的特征量：关联维数。Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数和Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｗ熵。     

THE INFLUENCE OF INHOMOGENEOUS WIND DISTRIBUTION ON DATA QUALITY FOR WIND PROFILING RADAR

Horizontal wind measured by wind profiling radar (WPR) is based on uniform wind assumption in volume of lateral beam. However, this assumption cannot completely meet in the real atmosphere. The subject of this work is to analyze the influence of atmospheric inhomogeneities for wind measurement. Five-beam WPR can measure two groups of horizontal wind components U and V independently, using the difference of horizontal wind components U and V can evaluate the influence of the inhomogeneity of the atmospheric motion on wind measurement. The influences can be divided into both inhomogeneous distribution of horizontal motion and vertical motion. Based on wind measurements and meteorological background information, a new means of coordinate rotation the two kinds of inhomogeneous factor was separated, and the impact in different weather background was discussed. From analysis of the wind measured by type of PB-II WPR (445MHz) during 2012 at Yanqing of Beijing, it is shown that the inhomogeneity of horizontal motion is nearly the same in U and V direction. Both the inhomogeneities of horizontal motion and vertical motion have influence on wind measurement, and the degrees of both influences are associated with changes of wind speed. In clear air, inhomogeneity of horizontal motion is the main influence on wind measurement because of small vertical velocity. In precipitation, the two influences are larger than that in clear air.     

地球斜压大气纬圈平均运动特征的振动(二)——各向异性准涡旋运动

本文是文[3]的一个续篇,以简单的水平动能各向异性假定替换文[3]中的各向同性假定。结果是纬圈平均运动特征随纬度的分布由勒尚德多项式改为车贝雪夫多项式。在较一般的水平动能各向异性分布情况下,葛根保尔多项式代替了车贝雪夫多项式。其随时间的变化仍是谐波振动。其他结论与文[3]基本相同。 这反映线性理论在大气宏观中期过程的研究工作中,还有较大的潜力可供开发。 本文为以实际资料检验准涡旋运动观点作了准备。     

热带气旋路径偏折内在原因的动力分析

视热带气旋（以下简称ＴＣ）为半径等于Ｒ的圆形涡旋,对其水平运动方程作整个ＴＣ区域的平均,进而得到ＴＣ的移动方程。同时,视ＴＣ的移动轨迹为一特征弧线,导出了ＴＣ移动路径的曲率方程,并对ＴＣ的结构及其变化所引起的ＴＣ路径偏折规律进行了讨论。结果表明,ＴＣ的尺度大小、最大风速及春半径等的变化均能导致路径的偏折,此外,ＴＣ的非对称结构也是路径偏折的重要原因。     

螺旋度及螺旋度方程的讨论

文中从无摩擦的运动方程出发 ,利用量纲分析的方法 ,导出简化了的螺旋度方程和不同方向上的螺旋度方程 ,并对影响它们变化的各因子进行了讨论。分析结果表明 ,除了Lilly在 1986年研究中强调的浮力效应外 ,压力梯度与涡度共同作用项和力管项对螺旋度的变化也有重要影响 ,甚至比浮力效应更大 ,且力管作用、水平压力梯度与水平涡度共同作用主要影响水平螺旋度 ,浮力效应、垂直压力梯度与垂直涡度共同作用主要影响垂直螺旋度 ;螺旋度的输送和大气的辐散、辐合对螺旋度变化的影响较弱 ;地转偏向力 (无论是在水平方向还是垂直方向 )的作用要在系统水平尺度较大时才能体现出来。水平和垂直方向上的螺旋度既相互区别在暴雨、强对流天气过程中表现出不同的作用 ,又相互联系。一方面 ,水平螺旋度更具预示性 ,对预报强风暴有指示意义 ,而垂直螺旋度更倾向为能反映系统的维持状况和系统发展、天气现象的剧烈程度的一个参数。另一方面 ,大的正水平螺旋度有助于垂直螺旋度的增长 ,而与垂直螺旋度对应的运动可能对水平螺旋度产生影响。将中尺度模式和螺旋度计算结合起来可能可以提高风暴路径和雨区的预报准确度。     

热带地转适应运动的动力学基础

文中讨论了热带斜压大气地转适应过程中的若干动力学约束关系 ,在不考虑行星位势涡度梯度的前提下给出了三维重力惯性波的频散方程、位势涡度时间不变式。在这基础上指出由于 Taylor- Proudman定理成立 ,运动将趋于水平化。同时指出 ,在热带纬圈半地转平衡更易出现。地转适应后的运动 ,一般是水平无辐散的 ,虽然垂直运动趋于零 ,但物理场随高度仍然有变化 ,即是层结的。     

夏季南海区域赤道西风与热带扰动的相互作用

本文分析了1973—1984年6—9月南海地区赤道西风与热带扰动的活动情况,结果表明,赤道西风对热带扰动的发生发展有一定的贡献,而热带扰动的发展又反过来使其南侧的赤道西风进一步增强,赤道西风的增强往往导致热带扰动移向的改变。这种相互作用过程,存在着能量的输送。本文参照水平运动方程和涡度方程,推导得赤道西风变化率方程,说明局地赤道西风变化主要取决于总能量和涡动的输送。分析还发现,赤道西风变化率与赤道西风值有超前相关关系,借此可估计赤道西风和热带扰动的演变趋势。