大气中对称运动的非线性稳定性分析

本文利用分岔和突变理论讨论了非线性对称运动的稳定性,结果表明: (1)在的情况下,非线性对称运勃方程在平衡点P(0,0)和Q((fs)/β,0)附近具有完全不同的性质。 (2)在的情况下,当时,对称运动可以产生亚临界分岔,而当时,对称运动可以产生超临界分岔。 (3)在的情况下,当条件和同时满足时,对称运动可以产生尖点(cusp)突变。     

非线性大气动力学的进展

总结了自新中国成立以来中国科学院大气物理研究所在非线性大气动力学领域的进展,其中主要介绍了在非线性适应过程、非线性稳定与不稳定、全局分析理论、可预报性、低阶谱方法与多平衡态动力学、非线性波动、波流相互作用、阻塞高压非线性动力学、中小尺度非线性动力学等几个方面的研究成果及最新进展.     

大气污染物非线性回归模型构建

本文基于重庆主城区(沙坪坝站)2014-2018年逐日同期同步观测的气象要素和环境空气质量监测数据进行分析.首先通过对不同大气污染物与各种气象要素进行相关性分析,剔除影响预报模型共性的气象因子,明确显著影响空气质量的气象要素;然后结合污染物排放、大气扩散过程和湿沉降作用机理;最后构建乘幂与线性叠加的混合模式的空气质量预...     

大气污染物浓度变化的非线性特征分析

研究了大气污染物浓度变化的非线性动力学特征,首次详细考察了污染物浓度时间序列的谱分布、结构函数、自相关函数、时间变化曲线的分数维、相空间中吸引子的关联维及最大Lyapunov指数.此外,当前在国际上得到广泛应用的小波分析方法也能对揭示污染物浓度变化的非线性特征提供很好的帮助.     

球面正压粘性大气的运动特征

通过对球面正压粘性大气非线性扰动的研究表明：由于波动之间的弱非线性相互作用,球面小扰动的波包演变是由一种较为简单的方程形式控制,当此粘性力消失时,该方程为非线性Schr?dinger方程。研究结果还表明：非线性Schr?dinger孤立波的形成,有两个因子非常重要,一是运动的球面性,另一个则是基本风场的经向切变。前者反映了球面运动的特殊性。本文还从另一个角度证明了粘性力的作用对波动起着加强能量的耗散作用,不利于这种几率波（Schr?dinger 孤立波）的形成。     

简单海气耦合模式大气运动方程的非线性对ENSO循环模拟的影响

研究简单海气耦合模式大气运动方程非线性对ENSO循环的影响,即讨论大气运动方程的纬向非线性、经向非线性、纬向和经向非线性对ENSO循环的影响。同时,讨论了ENSO循环对大气运动方程非线性的敏感性问题。数值实验证明,大气运动方程的非线性对ENSO循环的影响明显,并且ENSO循环对大气运动方程的非线性非常敏感。因此,研究简单海气耦合模式中大气运动方程的非线性对ENSO循环的影响,对进一步理解ENSO循环的物理机制,具有一定的理论意义和实用价值。     

简单海气耦合模式大气运动方程的非线性对ENSO循环模拟的影响

研究简单海气耦合模式大气运动方程非线性对ENSO循环的影响,即讨论大气运动方程的纬向非线性、经向非线性、纬向和经向非线性对ENSO循环的影响。同时,讨论了ENSO循环对大气运动方程非线性的敏感性问题。数值实验证明,大气运动方程的非线性对ENSO循环的影响明显,并且ENSO循环对大气运动方程的非线性非常敏感。因此,研究简单海气耦合模式中大气运动方程的非线性对ENSO循环的影响,对进一步理解ENSO循环的物理机制,具有一定的理论意义和实用价值。     

大气中非线性Kelvin波的一个特殊形态

通过对非线性方程组的求解和讨论,指出：非线性Ｋｅｌｖｉｎ波与线性波相比,在扰动的水平结构和时间演变上都存在着显著的差异;在波动的传播方式上也较线性情形复杂。与层结大气中的正压模态有关的波动亦有与上述类似的特征。     

轴对称涡旋非线性运动平衡态、失稳和突变影响因子的研究

本文采用非线性动力系统数学模型,探讨了轴对称涡旋运动平衡态、失稳和突变现象的影响因子。提出了低涡、台风系统扰动异变现象不仅与对流加热、耗散因子相关,而且还与系统外界热量、动量的非线性平流、下垫面的感热、潜热输送结构相关。本文还导出了系统突变相关因子的临界关系式。     

Nonlinearity and Finite-Time Instability in a T21L3 Quasigeostrophic Model

In this paper,a nonlinear optimization method is used to explore the finite-time instability of the atmospheric circulation with a three-level quasigeostrophic model under the framework of the conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP).As a natural generalization of linear singular vector (SV),CNOP is defined as an initial perturbation that makes the cost function the maximum at a prescribed forecast time under certain physical constraint conditions.Special attentions are paid to the different structures and energy evolutions of the optimal perturbations.The results show that the most instable region of the global atmospheric circulation lies in the midlatitude Eurasian continent.More specially,SV and CNOP in the total energy norm with an optimization time of 2 days both present localness:they are mainly located in the midlatitude Asian continent and its east coast.With extension of the optimization time,SVs are more upstream and less localized in the zonal direction,and CNOPs differ essentially from SVs with broader zonal and meridional coverages; as a result,CNOPs acquire larger kinetic and available potential energy amplifications than SVs in the nonlinear model at the corresponding optimization time.For the climatological wintertime flow,it is seen that the baroclinic terms remain small over the entire time evolution,and the energy production comes essentially from the eddy kinetic energy,which is induced by the horizontal shear of the basic flow.In addition,the effects of SVs and CNOPs on the Eurasian atmospheric circulation are explored.The results show that the weather systems over the Eurasian continent in the perturbed fields by CNOPs are stronger than those by SVs at the optimization time.This reveals that the CNOP method is better in evaluating the instability of the atmospheric circulation while the SV method underestimates the possibility of extreme weather events.     

Nonlinearity and finite-time instability in a T21L3 quasigeostrophic model

In this paper, a nonlinear optimization method is used to explore the finite-time instability of the atmospheric circulation with a three-level quasigeostrophic model under the framework of the conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP). As a natural generalization of linear singular vector (SV), CNOP is defined as an initial perturbation that makes the cost function the maximum at a prescribed forecast time under certain physical constraint conditions. Special attentions are paid to the different structures and energy evolutions of the optimal perturbations.     

广义非线性亚临界湿对称不稳定

从含摩擦耗散与凝结潜热的f平面Boussinesq近似下的非线性扰动方程组出发,得到了湿空气中的广义能量方程,推导出非线性亚临界湿对称不稳定的必要条件,并将不稳定判据与干空气情况相比较,首先解析地分析得到凝结加热反馈机制对亚临界对称不稳定的影响。其次针对中尺度大气层结不稳定和稳定的情况,分别计算出初始扰动振幅的临界值,结果表明,相对干空气而言,饱和湿空气情况下,当中尺度大气层结不稳定时,亚临界对称不稳定更容易发生,即使中尺度大气层结稳定,亚临界对称不稳定也容易发生。这一结果改进了干空气下的非线性亚临界对称不稳定理论。     

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。     

一次华北强降雪过程的湿对称不稳定性研究

运用湿球位涡和倾斜有效位能的概念从条件性对称不稳定（ＣＳＩ）和局地对称不稳定（ＬＳＩ）这两个侧面计算了一次华北强降雪过程的湿对称不稳定的水平分布和垂直分布状况,并比较详细地讨论了湿对称不稳定对１９８６年１１月２２—２３日发生在内蒙古河套地区和林东、林西地区附近的一条狭长的强降雪带的可能作用以及湿对称不稳定与基本气流走向、风垂直切变和水汽的关系,发现：这条降雪带与雪区附近低层的湿球位涡负值区走向大体平行;在降雪带中分别位于呼和浩特、东胜地区和林东、林西地区的强降雪中心有着不同的动力学机制,前者主要为在暖区具有弱的对称不稳定的情形下锋生强迫作用所致,后者则是由明显的湿对称不稳定所致。     

线性与非线性对称不稳定的数值试验

设计了一个准二维非静力数值模式,用该模式研究了对称不稳定的发展和演变特征。线性和非线性对称不稳定的数值试验结果表明。线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。在基本状态是对称不稳定的情况下,线性对称不稳定在其发展过程中始终维持着向冷区倾斜的对称环流;而非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同,当扰动增长到一定程度时非线性平流项的作用不可忽略,原来对称的环流则被破坏。     

非线性正压亚临界不稳定

文中提出了一个新的广义能量作为Lyapunov函数,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据。并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值,另一个则是摩擦系数大于另一临界值,前者对后者有很强的约束。该判据表明,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定,它大大地改进了以前的结果。     

中层大气重力波的一种激发机制及其数值模拟 I. 非地转不稳定和波结构

本文用FGGE资料分析了1979年2月—3月一次爆发性增温期间平流层环流的不稳定性,从而说明在平流层爆发性增温期间伴随产生大振幅重力波活动的原因。分析结果表明:在平流层爆发性增温期间,大气中存在着很强的并且是系统性的非地转运动,从而产生非地转不稳定。强烈的地转偏差的存在激发出大振幅重力波。我们还应用一个线性化扰动方程求得了非地转不稳定判据;并且用数值方法分析了这次爆发性增温期间基流的特征谱点和不稳定波结构。计算结果表明基流满足非地转不稳定条件,具有快波性质的波动出现了不稳定。