地转风适应过程的数值试验研究

本文用C—网格模拟了地转风适应过程,给出了能量及位涡守恒关系和微分方程相一致的一种差分格式,并讨论了时间差分对重力惯性波频散特性的影响。为了保持计算稳定性,提出了一种改进的向前向后时间积分方法。通过实例计算,说明了有限区域各种边界条件对重力惯性波传播的影响。     

地转适应过程的数值试验

本文利用半球范围的非线性正压原始方程组的差分格式,对地转适应过程的一些问题作了数值试验,结果和以前的线性理论和非线性理论结果相一致,还给出了适应过程所需的时间等特征的定量资料。此外,丈中还模拟了四维分析问题,指出,只更新气压场而不同时对风场作更新或适当处理,是没有效果的。     

THE DYNAMICAL BASIS OF GEOSTROPHIC ADJUSTMENT MOTIONS IN TROPICS

Some dynamic constrains in the process of the tropical baroclinic geostrophic adjustment arediscussed.The dispersion equation of three-dimensional inertia-gravitational wave and the equation oftemporal conservation of potential vorticity are given,without considering the gradient of planetarypotential vorticity.It indicates that the motions will be horizontal,meaning that Taylor-Proudmantheorem is still right for tropics.At the same time,the semi-geostrophic balance is easier to appear inthe tropical belt.Therefore the motions are generally horizontal and non-divergent,but still arestratified after the geostrophic balance establishes.     

THE INFLUENCE OF STRATIFICATION ON FRONTOGENESIS CAUSED BY GEOSTROPHIC ADJUSTMENT

A uniform,inviscid,incompressible fluid in a two-dimensional plane(x,z)is considered.Three principles:conservation of potential vorticity,conservation of absolute momentum,andconservation of mass are used for this study.If the initial mass field and the initial wind field donot satisfy geostrophic balance,then through geostrophic adjustment under suitable conditions,the frontogenesis will finally occur.Our work points out that the initial density distribution greatlyinfluences the frontal features.If the stratification in cold air is the same as that in warm air,twofrontogeneses will occur at top and bottom boundaries respectively.If the stratification in cold airis larger than that in warm air,the frontogenesis at the bottom boundary still exists,but the otherat the top boundary disappears.This result makes us further understand the mechanism of thefrontogenesis in the real atmosphere.     

江西秋季一次区域性强对流天气过程的模拟分析

利用常规地面观测资料、卫星辐射率资料以及NCAR/NCEP再分析资料,采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化模块,对2009年11月9日江西的一次区域性秋季强对流天气过程进行数值模拟,探讨了此次强对流天气过程发生发展的物理机制。结果表明:(1)江西省基本均处于K指数大于36℃高值区,具备热力不稳定能量,K指数很好地反映此次过程的热力条件;(2)强的垂直风切变,为此次强对流提供发展的能量;(3)Δt850-500达到26℃,具有强垂直温度梯度;(4)此次强对流过程中,对流层中高层的干侵入可以向下伸展至700 hPa高度层以下,有利于对流不稳定能量在低层的积聚,对流不稳定能量的释放可以将低层的暖湿气流向上输送至较高的层次,加强了强对流天气的发生。     

2010年12月15日江西雨雪天气的微物理数值模拟分析

利用常规观测资料和中尺度数值模式WRF的输出产品,对2010年12月14—15日发生在江西的雨雪过程进行了分析。结果表明,微物理参数化方案输出的物理因子可以较好地揭示本次过程的雨雪转换;在雨转雪阶段,由于中低层冷空气南移较强,没有形成逆温,因此未能形成冻雨,而是由雨转为降雪天气。     

对实验室台风的数值模拟

本文用柱坐标中原始方程的对称模式对实验室(转盘)模拟的台风进行了数值模拟。计算得到了一个类似台风的系统,其流场,气压场和温度场的结构与转盘模拟的台风和实际台风均很接近。      

一次强降水过程的中尺度数值试验

本文利用PSU／NCAR的中尺度模式的第五次改进型MMS的静力平衡框架对北京地区的一次强降水过程进行了控制试验和敏感性试验。试验结果表明：预报的北京地区的累积降水量无论是强度还是位置都与实际非常一致,且雨量的变化也与实际相符。Grell对流参数化方案比郭晓岚和改进的Arakawa－Schu－bert对流参数化方案效果好;潜热释放对降水起关键性作用;且即使在水平格距为30km的情况下,对流参数化方案仍很重要,而仅用显式方案计算的降水量偏少。另外,本文还对这次降水过程在水平格距分别为30km和90km下的模拟效果进行了对比试验,结果表明：水平格距越小,就越能较真实地模拟出暴雨的降水强度及中尺度特征。     

THE DYNAMICAL BASIS OF GEOSTROPHIC ADJUSTMENT MOTIONS IN TROPICS*

Some dynamic constrains in the process of the tropical baroclinic geostrophic adjustment are discussed.The dispersion equation of three-dimensional inertia-gravitational wave and the equation of temporal conservation of potential vorticity are given,without considering the gradient of planetary potential vorticity.It indicates that the motions will be horizontal,meaning that Taylor-Proudman theorem is still right for tropics.At the same time,the semi-geostrophic balance is easier to appear in the tropical belt.Therefore the motions are generally horizontal and non-divergent,but still are stratified after the geostrophic balance establishes.     

一次华南低空急流暴雨的数值模拟

利用中尺度数值模式ＭＭ４对一次无明显锋面系统配合的α－尺度华南低空急流引起的暴雨过程进行了模拟。结果表明，ＭＭ４可利用ＥＣＭＷＦ的大尺度资料成功地模拟此次过程，而利用模式输出的连续高分辨的结果，可以做大量的分析工作；在缺少高分辨中尺度实测资料的情况下探讨低空急流的结构，机制及它与暴雨的关系等问题提供了很好的可借鉴的方法。     

一次江淮暴雨过程中中尺度气旋的数值模拟及分析

本文利用PSU／NCAR中尺度数值模式MM5,并利用鄂、豫、皖、苏四省的加密地面气象要素场资料做检验,对1991年7月6日江淮地区发生的一次暴雨过程进行了分析。结果表明：江淮暴雨过程中的中尺度气旋在发生、发展、变化过程中其结构具有不对称性,因而进一步造成了局地降水强度和分布的不均匀性。而中尺度气旋的结构不对称性又与其地面及高空的流场、涡度场及散度场等的中尺度特征有直接的联系。     

闽东一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析

用中尺度数值模式MM5对发生在闽东的一次暴雨天气过程进行了数值模拟,并利用模式输出的较高时空分辨率的结果对有关物理量进行诊断分析。结果表明:中尺度低涡是本次暴雨过程的主要影响系统之一,低涡的时空演变特征与暴雨中心的移动和雨强的变化相一致。对风场的试验结果表明:高低空急流不仅为暴雨的形成提供了充沛的水汽条件,而且也是暴雨产生的一种重要的触发机制。     

梅雨锋暴雨过程中两支雨带的数值模拟

利用中尺度模式（ＭＭ４）对１９８１年６月２７日江淮地区梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,取得了与实况比较一致的结果,成功地模拟出南北两支中－α尺度雨带,在此基础上利用模式输出资料进行中尺度诊断分析,揭示了这次天气过程的中尺度结构特征。重点探讨两支雨带形成和维持的机制。并通过干湿对比试验讨论了积云对流潜热反馈作用。研究表明：在这次过程中南、北雨带主要是由于重力惯性波频散、高低空急流耦合等共同作用下的结果。     

耦合海气动力学短期变率的数值研究

为了探索全球性气候变化的年际变率，研制了一个复盖热带太平洋区域的耦合海气模式，并用来模拟ＥＮＳＯ变率的主要特征。数值试验结果与实况比较表明，对１９８２／１９８３年厄尔尼诺事件的主要特征模拟良好。基本结论是要考虑好关键要素和关键过程，即：平均风场和平均海温场；风和海温场的年循环；海洋表面层；三维海温平流；大气（水平方向）水汽辐合效应。     

西北干旱区荒漠戈壁陆面过程的数值模拟

首先利用“中国西北干旱区陆 气相互作用试验”2 0 0 0年 5～ 6月在甘肃敦煌进行的陆 气相互作用野外试验的观测资料 ,确定了西北干旱区荒漠戈壁的陆面过程参数 ,并用这些参数改进了已有的陆面过程模式。然后用该陆面过程模式对敦煌陆 气相互作用野外试验荒漠戈壁上的大气感热通量、潜热通量、摩擦速度以及净辐射、地表和土壤温度、土壤水份等重要陆面变量进行了模拟 ,结果表明 ,模拟值与观测值非常接近 ,这说明改进后的模式对干旱区陆面过程有较强的模拟能力     

冰期气候的数值模拟

应用CLIMAP重建的18000年以前的地表条件,作者用大气所两层大气环流模式模拟了冰极盛期7月份的气候。结果表明:全球气温明显低于模拟的现在7月份的气温,降水和总云量减少了,海平面气压升高了,而这些变化尤其是气温的变化以北半球高纬陆地区域和南极区为甚;CO_2含量改变到现代值以后,引起的气候反响很小,说明必须用联合模式来研究。作者还指出,冰期边条件引起的气候反响与CO_2含量加倍引起的气候反响有某种一致,这对我们理解气候系统如何响应外界的强迫是一个启发。     

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。     

THE NUMERICAL SIMULATION OF THE ICE AGE CLIMATE

Using the lAP two-level general circulation model,the ice age July climate was simulated through the surface conditions of 18 000 years before present assembled by the CLIMAP Project.Comparing with the present July simulation results,the ice age atmosphere is found to have a substantially lower temperature,precipitation,and cloudiness,higher sea-level pressure,especially in the high latitude land region of the Northern Hemisphere and Antarctica.When the CO₂ content is set as the modern value the climatic response is very small,which shows that the problems of CO₂ sensitivity should be studied by means of coupled models.It is also pointed out that there are some common characteristics between CO2-induced climatic changes and the ice age surface condition-induced climatic changes,which may give us some insight into how climate responds to external forcings.     

赤道不稳定波能量收支的数值模拟分析

最新海表温度卫星观测资料分析表明在赤道东太平洋和大西洋附近存在赤道不稳定波（tropical instability waves）。赤道不稳定波通常于每年春末夏初出现,以约0.6 m/s速度向西传播,周期为20~40天左右,波长约为1 000~2 000 km,可改变赤道附近海洋的热量平衡,并引发强烈的局地海气作用。利用CCSR/NIES/FRCGC AOGCM MIROC 100年的模式输出结果,计算了赤道不稳定波的爆发时间、波长、传播速度、周期,并与观测资料作对比分析,以考察模式对赤道不稳定波的模拟能力。结果表明,模式较好地再现了热带太平洋的海洋内部中尺度动力-热力作用过程,成功模拟了赤道不稳定波的基本特征,发现赤道不稳定波主要存在赤道南北不超过6个纬度的浅层海洋中,除赤道表层外4~6 ?N海洋温跃层中也有赤道不稳定波。对赤道不稳定波的能量进行诊断分析表明其能量主要来自赤道附近洋流经向切变产生的正压不稳定,赤道以北海洋温跃层中赤道不稳定波能量主要来自由浮力作用产生的斜压不稳定,两者的共同作用形成了赤道不稳定波的赤道不对称结构。