全球定常波对耗散参数的线性响应

本文应用一个定常态、线性原始方程三维谱模式模拟出全球200百帕定常波的结构特征。同时还考察了模式大气对耗散参数的线性响应。     

经圈环流对定常波传播的影响

在一般斜压大气中，基本气流中包含经圈环流时，定常波传播不仅能穿过东风带，而且明显增强。在基流含有经圈环流的情况下，北半球中纬度地形强迫可引起低纬大气的显著响应，这表明经圈环流在中低纬定常响应的相互联系中起着重要作用；北半球中纬度热力强迫可产生类似北半球夏季季风环流的波列分布，这说明经圈环流在夏季季风环流的形成中起着一定的作用；在赤道东太平洋加热强迫情况下，在冬半球可引起ＰＮＡ型的定常波传播波列，而在夏半球却没有明显的ＰＮＡ特征。这表明经圈环流对冬、夏半球的定常波传播路径有着显著的影响。     

青藏高原和西太平洋高低层热源异常对定常波的影响

利用定常态原始方程三维谱模式，就青藏高原和西太平洋高、低层热源异常对定常波的影响进行了对比数值试验，结果表明：高原地区低层加热异常时，各层最大环流异常中心偏向热源异常中心西侧；高原高层加热异常时，最大环流异常中心偏向热源异常中心东侧。西太平洋地区高、低层加热异常都使最强环流异常中心偏于热源异常区北侧１５－２０个纬距处，两地区上空不同层次加热异常对南亚高压和西太平洋副高的影响都有显著的差异。     

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。     

线性准地转模型中副热带感热加热强迫的定常波

通过求取定常线性准地转位涡模式的解析解,研究了感热加热强迫所激发的副热带定常波的结构特征,讨论了基本流、牛顿冷却及地面摩擦等对定常波振幅和位相的影响。结果表明,东风时定常波在垂直方向上表现为上、下层反位相的第一斜压结构,且地面系统远强于中高层;西风时定常波呈现出向上的传播特征,在高层,随着风速增大振幅随高度的升高有增大趋势。在近地层,东风时气旋（反气旋）主体位于加热西（东）侧;西风时气旋（反气旋）主体位于加热东（西）侧,近地层以上相反。此外,发现东、西风基本流的作用具有对称特征,这与潜热加热显著不同。研究结果还表明,牛顿冷却对定常波有重要影响,基本流越弱影响越显著。在静止大气中,感热加热强迫下无斯韦尔德鲁普（Sverdrup）解,考虑牛顿冷却时,感热强迫在热源范围内的近地层和中高层分别激发出气旋式和反气旋式环流,气旋中心位于加热中心略偏西的位置。在非静止大气中,牛顿冷却项使地面系统中心向上风方向移动,东风时向东移。牛顿冷却对高、低层系统均有削弱作用。地面摩擦则明显不同,它总会使低层系统减弱,高层系统增强。     

Plumb三维波作用通量和EP剖面图——对定常波模式输出结果的诊断分析

本文利用Plumb(1985年)所导出的线性、准地转定常波的三维波作用通量和Eliassen-Palm(EP)剖面图,对于一个线性和一个非线性的关于大气定常波的斜压初始方程三维谱模式的若干输出结果进行了诊断分析。分析结果表明,Plumb通量和EP剖面图,不仅可以用来诊断波作用在三维空间的传播、波动与纬向平均气流之间的相互作用,而且也可以用来诊断非线性作用的显著性,在利用它们对于观测资料进行诊断分析时,应当充分注意到非线性作用的影响。     

定常条件下感热和地形影响的Rossby波

通过在非绝热准地转线性模式中引入波动形式解,并确定适当的定解条件,用正交模方法求得了感热波的波动解。结果表明由于感热加热集中于近地层附近,其波动解具有与山脉波类似的波动垂直结构,波动等位相线随高度向西倾斜,波动能量向上传播。对NCEP/NCAR资料的分析验证了理论推导结果的合理性。大尺度大气定常波随纬度和季节有明显变化。热带地区定常波主要受潜热加热影响,副热带地区大气波动常表现为地形、潜热和感热加热的综合效应,而中纬度地区大气定常波则主要由地形和感热加热决定。     

线性定常响应有效强迫与遥相关型动力学

对线性定常强迫问题，本文发展了具有能量意义的内积空间中建立一组完备正交强迫模的动力学方法，其中这组正交强迫模是正定对称阵的特征矢量，相应的特征值则决定了强迫模产生的大气响应强度。以冬季３００ｈＰａ气候平均流为基本状态进行具体计算。结果表明，有实际意义的遥相关型只是由很少几个使大气产生大响应的最有效强迫模产生。这些最有效的强迫模产生的大气响应同实际观测到的遥相关型有很好的对应关系。能量分析表明，有利强迫模建立遥相关型，基本流向大气响应提供的动能比强迫产生的动能更大。所以，强迫建立遥相关型不只依赖于外源产生的动能的传播，更主要依赖于大气响应能否从基本流吸取动能。     

INTERHEMISPHERIC EFFECT OF DIABATICALLY INDUCED LINEAR STATIONARY WAVES

A numerical investigation of diabatically induced stationary waves in northern winter season was carried out by using a linear steady state spectral model with primitive equations in global domain.It was focused on inter-hemispheric connections of stationary wave behaviour in response to several cases of idealized thermal forcings centred in different latitudes.The results showed that the thermally forced stationary waves in one hemisphere might propagate across the equator into the other hemisphere, and thus contribute substantially to the maintenance and variation of the stationary waves in both bendspheres.     

THE FORCING OF ANOMALOUS DIVERGENT WIND AND TRANSIENT VORTICITY FLUXES TO THE ANOMALY OF STATIONARY WAVES

The forcing of anomalous divergent wind and transient vorticity fluxes to the anomaly ofstationary waves of DJF (December—January—February) 1982/1983 is studied.The results showthat the anomaly of the transient vorticity flux convergence tends to cancel or dissipate the anomalyof the vorticity sources generated by divergent wind.The stationary wave anomalies are maintainedby both of these forcings.It is also found that,for the DJF 1982/1983 case,both of the vorticitysource anomaly over the tropical and equatorial eastern Pacific and that over the midlatitude NorthPacific are important to maintain the atmospheric circulation anomaly over the Pacific/NorthAmerica region.     

全球变化的区域响应和适应

20世纪 90年代以来 ,全球变化研究进入了一个新的时期 ,其研究方向发生了重大调整 :从认识地球系统基本规律的纯基础研究为主 ,扩展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列生存环境实际问题的研究 ;从研究人类活动对环境变化的影响 ,扩展到研究人类如何适应全球环境的变化 ;在更高层次上进行地球系统的综合集成研究。文中对日益受到重视的全球变化区域响应和适应研究的背景进行了分析 ,并着重介绍了一些概念和研究进展 :( 1)对全球和区域环境变化的适应同可持续发展之间的关系。两者应存在协调统一的关系。同时 ,适应应是对区域和全球环境系统的整体性和系统性适应 ,不应是局部的和片面的。( 2 )“有序人类活动”的研究框架。介绍了对“有序人类活动”的一些基本认识 ,以及在虚拟试验研究、示范区建设和长期监测研究等方面的进展。( 3 )集成研究。以东亚区域环境系统和北方干旱化的集成研究为例 ,介绍了集成研究的方法和过程     

垂直切变和地形影响下惯性重力波的发展

采用分层浅水波方程和ＷＫＢ方法，分别讨论了在基流垂直切变和地形的影响下，二维惯性重力波的稳定性及其发展，并根据理论结果试图解释１９９２年６月２１日发生在京津冀的一次飑线演变与惯性重力波之间的关系，这可能为飑线预报提供一种思路     

全球中期模式升级关键技术研发和预报试验

随着模式分辨率的提高,对地形、海陆分布的描述更加精确,从而对天气和次天气尺度动力学的刻画也更准确,但计算需求和存贮量也将有比较明显的增加.因此,在模式分辨率提高的同时尽可能减少计算和存储量是模式发展的重要方面.文中采用规约线性格点,在高斯格点数和格点分布不变的情况下,把国家气象中心业务全球谱模式的水平分辨率由T213提高到TL319,从而使全球谱模式的计算有效率增加了2.25倍;实现了稳定外插两个时问层的半拉格朗日方案,解决了传统的半拉格朗日方案在计算轨迹中点的速度和发展方程的非线性项时,采用时间的线性外插带来的计算噪音,提高了模式积分的稳定性,从而使模式的积分时间步长从900 s增加到1200 s;在这两个关键技术实现的基础上,实现了TL319模式与业务OI同化方案的耦合,进行了连续1年的滚动试验,并对降水预报和500 hPa形势场预报进行了统计学检验,与现行全球中期业务模式的预报也进行了对比分析.分析结果表明,提高模式谱分辨率后,模式的动力过程保持合理稳定,对东亚地区500 hPa位势高度场的预报性能有所改进,对中雨和大雨量级的降水预报在大部分时效也都有改进,但是小雨预报TS评分略有下降.另外对冬、夏季的两次降水过程的天气学分析表明,TL319L31对天气过程的描绘比T213L31也有一定提高.     

物理守恒律保真格式构造与数值预报斜压原始方程传统谱模式改进研究

文中构造并证明了一般二次和三次物理守恒律时间差分保真格式两个构造定理,以往一些主要时间离散守恒格式构造方案可作为两个定理特例给出。它们不仅可为解决更加广泛类别的时间离散保真格式构造基本问题提供适用数学基础,而且也为结合已有瞬时空间离散守恒格式,解决更加广泛类别的时-空离散意义下保真格式构造基本问题提供适用的数学基础。此外,文中两个定理还可解决两大类问题的线性和非线性计算不稳定性问题。斜压原始方程传统半隐式全球谱-垂直有限差分模式目前是世界上许多国家的业务预报和大气环流模式。本工作利用文中新构定理,构造并且实现了斜压原始方程全球谱-垂直有限差分模式半隐式高阶全能量守恒方案。以往该项基本问题无论在理论还是实践上长期以来一直都未能得到解决。