大气30～60天低频振荡动力学研究最新进展

通过近２０多年来国内外大气３０～６０天低级振荡动力学研究分析，较全面论述了近年来的研究进展，以及未来展望。     

大气中调制Rossby波的振荡特征和中纬低频振荡

研究由三阶Ｚａｋｈａｒｏｖ方程描述的调制Ｒｏｓｓｂｙ波的振荡特征，指出在中纬度地区当Ｒｏｓｓｂｙ波的经向波长２Ｌ＿ｙ满足３≤Ｌ＿ｙ≤４时，Ｒｏｓｓｂｙ的１～３波之间的非线性调制可以产生３０～６０天低频振荡；而当Ｌ＿ｙ≥３．５时，Ｒｏｓｓｂｙ２～４波之间的非线性调制也可产生３０～６０天低频振荡，可见Ｒｏｓｓｂｙ波之间的非线性调制可能是中纬３０～６０天低频振荡产生的原因之一。     

振荡型Rossby孤立波与大气阻塞

从正压涡度方程出发,在弱非线性和弱基流切变条件下,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Ｒｏｓｂｙ孤立波的水平结构和移动特征,其结果较之寻常的Ｋｄｖ孤立波更接近于实际大气中的阻塞流型。     

正压波和斜压波的三波共振与低频振荡

通过引进δ＝Ｈ＿１／Ｈ＿２参数，对两层模式中的正压波和斜压波（考虑了层结作用）的三波共振进行了研究，结果表明：δ叁数对三波共振条件有很大的影响；并进一步讨论了在一定初始振幅的条件下，δ参数和非线性强度对三波共振周期的影响；指出：在一定的初始振佰、δ参戮和非线性强度的条件下，大气中可以形成６０天以上的甚低频振荡及３０～６０天和准两周的低须振荡。     

非线性Rossby波所满足的三阶Zakharov方程与低频振荡

本文在基本气流具有水平切变的情况下,利用摄动法导出了非线性Rossby波所满足的三阶Zakharov方程,然后,考虑了基流具有弱切变的情况,通过使用三阶Zakharov方程研究了Rossby波列的第一类不稳定性问题。结果表明:通过非线性作用,大气中的Rossby波列可产生调制不稳定。同时,本文对这种不稳定的区域,增长率和周期进行了详细的计算,并讨论了波振幅、波数、纬度和基流切变对它们的影响,指出Rossby波列的调制不稳定可以激发30～60天的低频振荡。     

海～气耦合振荡的非绝热慢波

本文从大气能量平衡方程和海温变化方程出发,得到海～气耦合的多频振荡系统,分析此多频系统的特殊频率方程得到: 1)当大气视为非定常,海洋视为定常的情况下,得到的波动本质上是非绝热的Rossby波。 2)当大气定常,海洋非定常的情况下,得到两类性质相异的波动;一类是周期为准半年(4～9月)的非绝热慢波,另一类是周期为准两年(2～3年)的非绝热慢波;两类慢波的传播方向完全相反,准两年波比准半年波传播得更慢(两者几乎相差一个量级)。     

大气振荡与副高活动及四川盆地旱涝的关系

本文分析了1982年5～9月热带西太平洋地区,尤其是我国南海、菲律宾和印度尼西亚上空30～50天大气振荡与太平洋副高活动及四川盆地夏季旱涝的关系。结果表明:热带西太平洋上空大气低频振荡对太平洋副高有明显影响;四川盆地东、西部夏季降水30～50天振荡呈反位相变化;东(西)部降水低频振荡与热带西太平洋上空大气低频振荡呈反(同)位相关系。热带西太平洋上空大气低频振荡,通过引起太平洋副高中心、西伸脊点东西变动影响盆地夏季旱涝异常。     

大气短周期振荡与低涡活动及陕西降水的关系

利用１９８０～１９８２年的资料，揭示了夏季青藏高原上存在准１周、准半周和准１０ｄ的大气短周期振荡，而且这种振荡与高原东部有限区域的低涡活动及下游降水有较好的超前相关     

夏季亚洲季风区典型旱涝年大气热源（汇）的变化特征

使用2001年和2003年NCEP/NCAR再分析资料计算夏季亚洲季风区大气热源（汇）,再用BUTTER-WORTH带通滤波器对原始热源（汇）场进行带通滤波,得到2001与2003年夏季30-60天的大气热源（汇）的低频分量,然后分析两年夏季东亚各区域大气热源（汇）及其低频变化特征、传播特征和传播差异,得出以下结论：（1）2001年呈连续带状分布;2003年热源中心分布零散且位置显著东移,热源（汇）强度比2001年减弱;（2）2001年和2003年低频分量的平均分布有明显差异,且旱年低频分量强度远大于涝年;（3）2001年低频振荡向北传播范围仅到20°N-30°N的华南至江南地区,而2003年低频振荡多数可达30°N以北的江淮流域;（4）2001年低频分量纬向传播均为自西向东,而2003年在6-8月期间自东向西传播,5月和9月则主要由西向东传播。因此,江淮流域典型旱涝年分2001年和2003年在低频分量的配置和低频波的传播上存在明显差异,这可能正是导致这两年气候巨大差异的原因之一。     

青藏高原-热带印度洋地区大气热源的时空变化特征

为了寻求青藏高原一热带印度洋地区大气热源空间变化的敏感区,进一步深入研究季风的形成、变异和预测,利用NCEP1979-2008年的再分析资料计算分析了青藏高原一热带印度洋地区30年来不同季节大气热源分布的气候特征,并且利用经验正交函数分解研究了该区大气热源在夏、冬季的时空变化特征。结论如下：春季大气热源有明显的经向差异;夏季的热源明显比春季的热源强度强,范围广,热源最强中心在孟加拉湾北部大陆边缘;秋季热源区域明显南缩,热源强度较夏季明显减弱;冬季大气热源呈西西南一东东北方向分布,大气热源位置继续南移。对于夏季,前3个模态分别反映了青藏高原一热带印度洋地区大气热源的纬向差异型、经向差异型、西北一东南分布型。对于冬季,前3个模态分别反映了青藏高原一热带印度洋地区大气热源的经向差异主导型、经向差异型、纬向差异型。     

大气中非线性Rossby波包的传播

本文研究了纬向基本气流具有弱切变而不是缓变的情况下的正压非线性Rossby波包,在仅考虑纬向波数k是tx的缓变函数时,可以得到一个描述非线性Rossby波包的推广的非线性Schrodinger方程,并指出,(1)当纬向波数k是t,x的一次缓变(即Z,X的函数)时,非线性Rossby波的波作用密度和能量密度是守恒的。(2)而当纬向波数k是t,x的二次缓变(即Τ,ξ的函数)时,非线性Rossby波包的波作用密度和能量密度并不是守恒的,而且我们还指出在纬向波数k不变的情况下,其波包振幅就变为典型的非线性Schrodinger方程,其流场具有阻塞结构。     

地形作用下有限振幅Rossby波的稳定性分析

本文用微分方程定性理论方法分析了地形对有限振幅Rossby波的稳定性影响。结果表明:地形北坡有利于波动出现不稳定,南坡使波动稳定;西坡使导式波动不稳定但使曳式波动稳定,东坡使导式波动稳定但使曳式波动不稳定。     

秋季低纬太平洋海温异常激发的准PNA型

本文应用统计方法讨论6～11月的准PNA型,得到如下结论: 秋季,低纬中太平洋热源异常,能发出位置与PNA型相类似的遥相关型——准PNA型。这种遥相关型呈二维Rossby波列,具有相当正压结构,在西风带中沿固定波导向极向东传播,从而影响中太平洋和北美天气。 夏季,由于热源位置的差异,则不存在与PNA型相类似的遥相关型。从而认为热源的扰动在遥相关型的成因上起着举足轻重的作用。     

地物杂波抑制器在雷达观测中的应用

本文通过对加装在713雷达上的地物杂波抑制器试验结果分析,指出:经“抑制”处理后,能快速,准确地将气象回波从地物杂波中分开来。采用分级衰减方法对比观测,气象回波损失约5分贝。 采用地物杂波图后,可以改善地物杂波抑制器性能,增大了抑制器在天气雷达组网拼图中的应用前景。     

Lagrange变分和大气中惯性重力内波的稳定性

本文利用Lagrange变分导出了惯性重力内波的波作用量方程,这种方程与用KWB方法所得到的惯性重力内波的波作用量方程在形式上有所不同,但所得到的结果却与观测事实是一致的。     

P-T大气稳定度日夜分界限取值的研究

本文用两种不同日夜分界限统计了成都、重庆的P-T大气稳定度频率。结果表明,两种分界统计大气稳定度频率,不稳定类完全相同;以h=0分界比以h=k_1分界中性频率增加,稳定频率减少,两者频率差值大小与地理位置、气候和天气特征有关;这与理论分析完全符合。通过对比指出,h=0分界的应用有局限性。同时,通过计算表明,实际工作中,太阳赤纬σ每十日取一概略值已足够精确了。     

大气中的Lagrange函数,Hamilton原理和Ertel位涡守恒

本文根据Lagrange质点理论,在引入Lagrange函数的基础上,应用Hamilton原理,导出了等熵大气运动中的Ertel位涡守恒定理。