夏季西藏高原对北半球定常行星波形成的热力作用

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却与水平涡旋热力扩散的准地转34层球坐标模式来研究西藏高原对夏季北半球定常行星波形成的热力作用. 计算结果表明夏季位于西藏高原上空的热源对于北半球夏季定常行星波形成的热力作用要比高原地形的动力作用大得多. 本文还计算了夏季北半球地形与热源强迫所产生的定常行星波与等高面上定常扰动系统的分布,其计算结果与由实际观测所得到的分布比较一致.     

冬季格陵兰高原对北半球定常行星波形成的作用

本文应用包括Rayleigh摩擦、Newton冷却和水平涡旋热量扩散的定常、准地转、34层球坐标模式来研究北半球地形强迫所产生的定常行星波. 由模式所计算的结果表明:冬季在高纬度的地形——如格陵兰高原,在北半球地形强迫所产生的定常行星波中起着重要作用.     

地形和热源对冬季定常行星波形成的影响

本文用二层非线性原始方程谱模式，并在方程中考虑了Rayleigh摩擦、Newton冷却和温度水平扩散，在伟向均匀的初始场下，积分４０天，分别模拟了地形、热源单独作用和共同作用对冬季定常行星波形成的影响，尤其考虑了不同尺度地形和非定常热源的影响。     

北半球冬季行星波的传播及其输运作用

利用变换欧拉平均方程讨论了行星波动力学。观测和模拟结果都表明,在北半球冬季准定常行星波的经向传播存在两支波导。一支为高纬度波导,另一支则为低纬度波导。这些结果与理论分析相当一致。通过对EP通量进一步的研究表明,平流层爆发性增温是沿高纬度波导传播的异常行星波与平均气流相互作用的结果。而热带风场的准两年周期振荡（QBO）是低纬度平流层下层大气纬向平均流的一个重要年际变化,它可以影响行星波沿低纬度波导的传播;此外,由一个行星波一平均流耦合模式模拟的结果表明,这个热带风场的变化还可以通过波流相互作用调制行星波沿高纬度波导的传播。 行星波对臭氧的输运作用在文中也进行了分析。行星波强迫出的剩余平均环流表明,耗散的行星波有强的输运作用;向北的涡动热量输送可以强迫出一个正的输运环流,其在低纬度上升并在高纬度下沉。同时研究还表明,热带风场的QBO对行星波传播的调制对输运环流也有重要影响,模式结果表明,在QBO的东风位相期间行星波引起的输运作用明显增强,其结果可用于解释平流层高纬度臭氧的年际变化。     

球面大气中行星波的波作用守恒方程及用波作用通量所表征的定常行星波传播波导

大气运动的形式多种多样,大气中存在多种尺度的天气系统,大气中多尺度相互作用成为近几十年来关注的热点问题。该文对大气多尺度作用的研究进行了总结和回顾。目前,多尺度相互作用的研究主要集中在E-P通量、波包理论和大气能量学等方面,大致包含均匀基本气流和非均匀基本气流下的相互作用;正压大气和斜压大气条件下的相互作用;绝热和非绝热条件下的相互作用;正压大气和斜压大气有无地形效应条件下波包与基本气流的相互作用;波流相互作用中中尺度扰动波包的发展;多种尺度动能和有效位能之间的能量转换等。上述理论很好地解释了一些天气现象,比如平流层爆发性增温现象、北半球阻塞形式的形成和维持原因、寒潮爆发过程和西太平洋副热带高压变动以及与中国降水的相关性等。多尺度系统之间的相互作用在台风和梅雨锋暴雨过程中尤为重要,不同尺度系统相互影响以及不同尺度系统之间的能量转换对台风和梅雨锋暴雨的发生、发展以及消亡过程有重要的影响。

     

南北半球大气定常波的相互对应关系

本文利用NCEP／NCAR的月平均高度场资料，计算了全球各层月平均纬向偏差，分析结果表明，在对流层普遍存在着南北半球的奇对称现象，在4月和10月，这种对称性特别明显；在对流层低层，南半球的定常波动强度明显大于北半球，但在对流层中层，北半球的波动强度明显大于南半球，且南北半球都在冬季时达到最大振幅，在南半球全年和北半球的冬季，极区附近偶板子特征明显，在上半年，北半球偶板子按逆时针转动，而南半球则顺时针转动，在下半年，则情况相反。     

球面定常行星波射线的变化与波列的分支

为了解释大气低频波列的结构特征,本文把慢变介质中波传播的理论应用于行星波.采用射线追踪方法,借助于几何直观,在波射线与纬线平行的纬度附近,讨论了波数ks的分布对波射线变化与波列分支的作用.并讨论了沿波射线路径波幅的变化.提出,在波数ks为极值的纬度附近,定常行星波列存在着明显的分支现象.在传播期间,波幅在分支纬度附近为极大值.这些结论与双测和模拟的结果是相当一致的.此外,本文还讨论了“大圆路径理论”的局限性.     

大地形对夏季北半球副热带高压形成作用的数值试验

本文利用一个σ坐标的三层初始方程热带球圈数值模式,研究大地形对纬向风带的纯动力扰动作用. 结果得到,大地形的直接动力强迫作用,可使纬向均匀的高压带在地形区发生断裂,形成青藏高压、落基山高压和伊朗高压;然后通过大气环流的动力调整,在上述三个高压的上、下游形成北非高压和两个大洋上的高压,两类高压的结构很不相同.大地形的纯动力作用,对于青藏高压和落基山高压这一类“暖性”结构高压的形成,也起了相当的作用.     

定常行星波的垂直传播及其动力学效应

本文用一个β平面准地转模式考察了定常行星波在大气中垂直传播的特性，讨论了波的水平尺度和基本气流的结构等对定常行星波垂直传播的影响，指出了高低层大气之间相互作用的特点及条件。     

球面定常行星波的几种传播路径

近年来,Hoskins用Longuet-Hisgins首先提出的大圆理论[1],和球面上二维Rossby波的能量频散来解释由资料分析得到的遥相关和模式得到的遥响应,取得了重要进展.但是大圆理论是在基流角速度为常数时得到的,而在球面上讨论真实的基流难以得到解析解.本文依据Fermat原理,利用变分法,直接求得球面上普遍的射线方程,从物理上直观地导得大圆理论,对球面上常见的几种基流型式,也求得其解析解.并且应用了“平均变分原理”直接导得波作用守恒方程.     

The role of precipitation in aerosol-induced changes in northern hemisphere wintertime stationary waves

The coupled climate model EC-Earth2 is used to investigate the impact of direct radiative effects of aerosols on stationary waves in the northern hemisphere wintertime circulation. The direct effect of aerosols is simulated by introducing prescribed mixing ratios of different aerosol compounds representing pre-industrial and present-day conditions, no indirect effects are included. In the EC-Earth2 results, the surface temperature response is uncorrelated with the highly asymmetric aerosol radiative forcing pattern. Instead, the anomalous extratropical temperature field bears a strong resemblance to the aerosol-induced changes in the stationary-wave pattern. It is demonstrated that the main features of the wave pattern of EC-Earth2 can be replicated by a linear, baroclinic model forced with latent heat changes corresponding to the anomalous convective precipitation generated by EC-Earth2. The tropical latent heat release is an effective means of generating stationary wave trains that propagate into the extratropics. Hence, the results of the present study indicate that aerosol-induced convective precipitation anomalies govern the extratropical wave-field changes, and that the far-field temperature response dominates over local effects of aerosol radiative forcing.     

青藏高原和落基山脉对ENSO影响的比较研究

本文利用耦合气候模式研究了“有/无”青藏高原和落基山脉对厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）的影响,并从温度变率方程的角度详细分析了ENSO变化的成因,结果表明:移除青藏高原或落基山脉均会造成ENSO变率增强;ENSO变率在无青藏高原试验中增强的幅度比在无落基山脉试验中更大。ENSO变率在地形敏感性试验中的变化与热带太平洋平均气候态的改变密切相关。移除青藏高原后热带太平洋信风减弱,大气对流中心东移,混合层变浅,温跃层变平,呈现出El Ni?o型海温分布,这些平均态的变化使海表风应力敏感性,Ekman抽吸敏感性以及温跃层敏感性幅度增强,最终导致ENSO振幅增大60%。然而,在移除落基山脉的情景下,热带太平洋信风变化更加复杂,大气对流中心稍有东移,混合层加深,温跃层变平,呈现出类La Ni?a型海温分布。这些变化增强了风应力敏感性和温跃层敏感性,最终导致ENSO振幅仅增大15%左右。本文研究表明,在地质时间尺度上青藏高原和落基山脉的抬升均抑制了ENSO变率。     

夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的观测研究

对流层臭氧垂直分布变化对气候环境有重要的影响,然而观测数据一直较为稀缺。利用2016年7月下旬—8月青海省格尔木市对流层臭氧探空观测资料开展夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布变化特征及其形成机制的大气背景研究。结果表明,在大气背景的转换下对流层臭氧垂直分布整体上呈现高（低）臭氧与低（高）水汽和高（低）位势涡度的对应。除7月25—27日高空低压槽过境导致的平流层向下输送使对流层臭氧浓度升高明显外,阻塞暖高压反气旋和源自青藏高原主体地区的强对流天气过境也对对流层臭氧分布有影响:阻塞暖高压在观测点东北部形成后导致7月31日至8月8日格尔木对流层连续出现罕见东风,但对流层臭氧浓度仅在8月2日因东北—西南方向反气旋切变而出现较高值,其中6 km高度以下则因为东风输送而出现高臭氧、高比湿的污染性气团;强对流天气过境影响使得8月12—14日10 km高度以上出现臭氧最低值和比湿最高值。与西宁历史夏季（1996年7—8月初）臭氧探空测值比较,格尔木对流层臭氧浓度8月偏低,该特征与季风影响青藏高原纬度最高地区所在月份一致。与林芝（2014年7月）、那曲（2011年7月末—8月中旬）和拉萨（1998年8月）历史夏季臭氧探空测值比较发现,纬度效应对青藏高原地区对流层臭氧浓度有影响。      

On the modelling of stationary planetary waves

The structure of the atmospheric stationary planetary waves is obtained by means of the quasi‐geostrophic linear model developed by Matsuno (1 970). To show the influence of the upper boundary condition on the structure of the waves, the latter is computed using a rigid top and a radiation condition. The modifications to the wave structure obtained when the upper boundary is lowered from a height of 65 km to 42.5 km, 32.5 km, and 22.5 km are examined. The effects of varying the vertical grid increment are studied through a comparison of the wave structures obtained with 6, 12, and 24 levels between 5 and 65 km.     

冬季热源位置与热源的南北宽度对定常行星波的影响

本文应用一个定常、准地转34层球坐标模式来讨论冬季北半球多层模式大气对定常热源强迫的响应. 计算结果表明:在冬季位于高纬度的定常热源强迫所产生的定常行星波的振幅要比位于中纬度的定常热源强迫所产生的定常行星波的振幅要大.计算结果也表明了热源的南北宽度愈宽,其强迫所产生的定常行星波的振幅愈大.     

The characteristics of the forced stationary planetary wave propagations in summer Northern Hemisphere

The three-dimensional propagations of the forced stationary planetary waves in a realistic summer current, in which the vertical and horizontal wind shears are included, are discussed by using the refractive index squared of waves in a spherical coordinate system.The results show that there is no polar wave guide in stationary planetary wave propagations in summer. Thus, stationary planetary waves cannot propagate into the stratosphere. However, there are a wave guide pointing from the subtropics toward middle and high latitudes in the troposphere and another wave guide pointing from the lower troposphere at middle latitudes toward the upper troposphere near 30°oN in the forced stationary planetary wave propagations.A linearized, steady-state, quasi-geostrophic 34-level spherical coordinate model with Rayleigh friction and Newtonian cooling, horizontal kinematic thermal diffusivity is used to simulate the wave guides of three-dimensional propagations of stationary planetary waves in summer.     

夏季青藏高原地面热源和高原低涡生成频数的日变化

通过1981—2010年NCEP/NCAR再分析资料,分析出夏季青藏高原地面热源具有强烈的日变化,白天高原是强热源,夜间高原地面转变为弱热汇,日较差可达420 W·m~(-2),呈由西向东递减分布。其中地面感热和潜热加热的日变化均十分明显,日较差分别可达300 W·m~(-2)和200 W·m~(-2);感热加热的日变幅由西北向东南递减,而潜热加热由南向北递减。同时,利用人工识别的高原低涡数据集初步分析了夏季高原低涡生成频数的日变化,发现夜间生成的高原低涡频数略高于白天,其中00 UTC的低涡源地主要在西藏那曲和林芝(工布江达),12 UTC低涡源地主要在西藏那曲和青海玉树。     

大气中定常行星波的Eliassen-Palm通量与波折射指数的关系

本文研究了β平面近似下波作用量守恒,得到波作用通量——Eliaaen-Palm通量的一般形式.本文还利用WKBJ方法求得球面大气中定常行星波的Eliassen-Palm通量与波折射指数的关系. 本文还用一个准地转34层球坐标模式计算了冬季北半球地形与定常热源强迫所产生的定常行星波的Eliassen-Palm通量,证明了冬季受迫定常行星波在垂直及侧向传播中存在着两支波导,从而证明了理论上所得到的关系.