KÖhler方程的分析与修正

KÖhler方程是云物理学中的一个基础公式,是云滴形成理论的重要组成部分。我们在研究中对KÖhler公式推导和假设提出了一些疑问,如未考虑液滴生长过程中浓度、范德霍夫系数等变化对方程所产生的影响,并给出了解决方式,同时利用另一种推导方式讨论KÖhler公式的应用,加强了KÖhler方程与实际云滴核化过程的结合。     

1997/1998 El Ni(n)o事件的热力学诊断分析

本文基于以925 hPa NCEP/NCAR再分析风应力距平为初始强迫场的Zebiak-Cane海气耦合模式对1997/1998 El Nio事件集合预报平均结果,对1997/1998 El Nio事件进行热力学诊断分析.结果表明:(1)在整个El Nio事件过程中,在赤道太平洋从西到东的各个Nio区中,平流作用主要起促进作用,而热力阻尼项则基本为衰减或抑止作用.(2)从Nio 4区到Nio 1 2区,纬向平流对SSTA上升的促进强度变化不大,而经向平流和垂直上升流对SSTA增加的促进作用在逐渐增强.同时,热力阻尼项对SSTA变化的抑制作用也呈依次增强.(3)平流项中,经向平流的贡献相对显著.     

风海流方程低谱模式的多态解问题(一)

本文研究一个带强迫、耗散的非线性准地转海流方程四系数谱模式的定常解及其稳定性问题。指出当风应力项充分强且摩擦系数足够小时,该定常方程有多态解存在,而在其它情形下只存在唯一的稳定解。文中还指出,对于有三个解出现的情形,其中有一个解总是不稳定的;另一个是带有大振幅第一分量的解,由于非线性项起着很大的控制作用,使得该解总是稳定的;第三个是Sverdrup解,它可能是稳定的,也可能是不稳定的。此外,通过对方程进行数值计算还揭示了稳定解对参数R和ε的依赖状况。     

一种同时修正模式方程中参数的变分同化方案：基于Lorentz系统的研究

本文用Ｌｏｒｅｎｔｚ系统作了共轭变分同化的数值试验。结果表明，随着方程中误差的增加，变分同化的效果会越来越差，直到所作的预报试验无任何意义，在做变分同化时，对模式参数同时进行了反演，即在求得最佳初值的同时对模式方程中的一些系数也进行了某些修正，使得基于Ｌｏｒｅｎｔｚ系统所做的预报效果大大提高。     

引入考虑凝结作用的连续性方程与积云对流参数化方案修正

文章研究了在热带海洋面上的水蒸发，发现水蒸发进入大气层将改变地面气压场，且蒸发潜热分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能)，蒸发内潜热立即成为大气热能的一部分，而蒸发外潜热直接对大气层作功，使得大气位能增加；研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对于环境气压场与位势高度场的直接影响。用郭晓岚积云对流参数化方案(已考虑凝结内潜热对大气的加热作用)，加入了考虑因大尺度凝结降水和积云对流参数化凝结降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化，后者应是凝结外潜热过程作用的结果。在上述研究过程中，必须引入考虑凝结作用的连续性方程，且最终可以改变有积云对流凝结降水发生的数值预报模式动力框架。     

线性与非线性发展方程计算稳定性的比较分析

针对性与非线性发展方程的几种差分格式，以一维线性和非线性平流方程为例，对线性与非线笥发展方程差分格式的计算稳定性进行了比较分析，揭示了差分格式结构和初值形式与计算稳定性的关系。理论分析和数值试验证明，线性与非线性发展方程差分格式的计算稳定性在本质上是完全不同的。     

修正的拉格朗日K模式敏感性分析

本文分析修正的拉格朗日Ｋ模式分别对于混合层高度、风速、化学转化率、湿沉积清除速率、沉积速率、地面粗糙度、温度垂直递减率等参数的敏感性，得出的结果有利于保证对敏感因子的资料搜集和参数化方案的合理设计。     

发展方程计算稳定性的比较分析

对线性与非线性发展方程的几种差分格式,以一维线性和非线性平流方程为例,对线性与非线性发展方程差分格式的计算稳定性进行了比较分析,揭示了差分格式结构和初值形式与非线性计算稳定性的关系。     

对多层原始方程模式的合理性分析

本文分理论基础和数值分析两部份。在第一部份中,利用绝热无耗散多层原始方程模式从理论上证明:如在初始时刻t_0时运动是对称的(包括地形是对称的),则在t>t_0的任一时刻,运动将保持是对称的。还在考虑对称地形情况下用模式进行时间数值积分,证明了理沦结果的正确性,因而,理论结果可以作为分析模式合理性的基础。 但是,如考虑实际地形,则由于其对称部份和反对称部份数量相当,运动的对称性会大大降低,受影响的地区主要是北半球高山地区和南半球与之对称的低地。而且,这种影响是从低层逐渐传播到高层的。     

气候类型的空间数据编码方案及应用——以柯本气候分类为例

介绍了空间数据的组织、表达和编码等基本原理,并提出在柯本气候分类中运用空间数据编码的方案:以传统的气候分类指标作为编码依据,采用2字节的无符号整型数记录气候编码,共5位数,首位为主码,表示气候带;24位为子码,分别代表气候类型、所在大洲和地区;末位为描述码,用于描述气候特征.     

Air flow analysis in the upper Río Negro Valley (Argentina)

The so called Upper Río Negro Valley in Argentina is one of the most important fruit and vegetable production regions of the country. It comprises the lower valleys of the Limay and Neuquén rivers and the upper Negro river valley. Out of the 41,671 cultivated hectares, 84.6% are cultivated with fruit trees, especially apple, pear and stone fruit trees. Late frosts occurring when trees are sensitive to low temperatures have a significant impact on the regional production. This study presents an analysis of air flow characteristics in the Upper Río Negro Valley and its relationship with ambient air flow. To such effect, observations made when synoptic-scale weather patterns were favorable for radiative frosts (light wind and clear sky) or nocturnal temperature inversion in the lower layer were used. In the Negro river valley, both wind channeling and downward horizontal momentum transport from ambient wind were observed; in nighttime, very light wind events occurred, possibly associated with drainage winds from the nearby higher levels of the barda. In the Neuquén river valley, the prevailing effect appeared to be forced channeling, consistent with the results obtained in valleys where the synoptic scale wind crossed the axis of the valley. In the Limay river valley, the flow was observed to blow parallel to the longitudinal valley axis, possibly influenced by pressure gradient and forced channeling.     

一种新的El Ni(n)o海气耦合指数

利用1980～2010年月平均Hadley中心海表温度、美国全球海洋资料同化系统(GODAS)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流再分析资料,通过对2个海洋要素(海表温度SST、上层热含量HC)和5个大气要素(海平面气压SLP、850 hPa风场、200hPa速度势和对外长波辐射OLR)的多变量经验正交函数展开(multivariate EOF,简称MV-EOF)探讨了热带太平洋的主要海气耦合特征.结果表明,MV-EOF分析的前两个耦合模态分别很好地对应了传统型El Ni(n)o和ElNiloModoki的海气耦合特征:传统型El Ni(n)o期间,伴随着赤道中东太平洋SST的异常增温,HC、SLP、200 hPa速度势等要素总体呈东西反相的“跷跷板”变化,低层850hPa赤道中太平洋出现较强西风距平,西北太平洋上空为反气旋性异常环流;ElNi(n)o Modoki期间,SST持续增温和HC正异常中心均显著西移至中太平洋,低层SLP和高空200 hPa速度势均呈现纬向三极型异常分布,低层异常强西风向西移至暖池东部,西北太平洋上空呈现气旋性异常环流.两类El Ni(n)o的海气耦合特征存在显著差异,较优的El Ni(n)o指数应不仅可以客观描述和区分El Ni(n)o现象本身,更要紧密联系两类事件所产生的大气响应.以往定量表征El Ni(n)o年际变化的指标大多立足于SST或SLP,本文选取HC作为研究指标,定义了一组新的El Ni(n)o指数HCEI和HCEMI.较以往基于SST的El Ni(n)o指数,HCEI和HCEMI不仅能更清楚地表征和区分两类El Ni(n)o(如1993年的传统型El Ni(n)o和2006年的El Ni(n)o Modoki),而且能更好地反映和区分两类El Ni(n)o与大气间的海气耦合特征,为ElNi(n)o的监测和短期气候预测工作提供了一个新工具.     

El Ni(n)o和La Ni(n)a事件对东亚冬、夏季风循环的影响

通过合成的El NiNo和La NiNa的分析发现,一般一个El Nino或La Nina事件大致可以分成爆发前的冬季、发展期的夏季、盛期时的冬季和衰亡期的夏季四个阶段.在此基础上利用NCEP再分析环流资料和中国降水资料分析了东亚冬、夏季风对E1 Nino和LaNina的响应,结果发现,E1 Nino和La Nina事件显著地影响了东亚冬、夏季风的循环.E1Nino爆发前的冬季在东亚地区往往有异常强的北风;El Nino发展期的夏季,西太平洋副热带高压偏弱,同时影响我国的西南气流偏弱,从而江淮地区和南方沿海地区多雨,长江中游和华北地区少雨;E1 Nino盛期的冬季东亚地区则出现异常的南风;而E1 Nino衰亡期的夏季,西太平洋副热带高压偏强,同时影响我国的西南气流偏强,从而江淮地区少雨,华北、东北以及洞庭湖、鄱阳湖地区多雨.La Nina对东亚冬、夏季风循环的影响则与El Nino大致相反,但它的影响不如El ino的影响显著.对强、弱东亚冬季风后的夏季中国降水异常的分析则表明,正是由于与El Nino或La Nina事件有关的海温异常对东亚冬、夏季风循环的影响才导致了东亚冬季风与随后的夏季风存在着紧密的联系;当冬季风异常不是由与ElNiNino或La Nina事件有关的海温异常所引起时,两者之间就缺少显著的联系.     

热带太平洋地区风场异常和与El Ni(~n)o有关的年际变化

利用1964～1993年NCEP/NCAR再分析风应力资料和中国科学院大气物理研究所发展的14层热带太平洋环流模式(OGCM),对热带太平洋与El Ni(~n)o有关的年际变化进行了研究.首先,分析了西太平洋暖池次表层海温异常(SOTA)与Ni(~n)o 3区海表温度异常(SSTA)的年际变化关系,发现在El Ni(~n)o事件之前,暖池的次表层海温都有明显正异常出现,它的东传导致了El Ni(~n)o的发生,并且SOTA的传播随纬度变化,沿赤道东传,在赤道外西传.然后,选取了20世纪70年代和80年代两次最强的El Ni(~n)o事件讨论了引起这种机制的可能原因--西风异常的作用.最后,对1964～1993所有的El Ni(~n)o年的风场、次表层海温和海表温度的异常进行了综合分析.     

Probabilistic correction of RCM precipitation in the Basque Country (Northern Spain)

A parametric quantile–quantile transformation is used to correct the systematic errors of precipitation projected by regional climate models. For this purpose, we used two new probability distributions: modified versions of the Gumbel and log-logistic distributions, which fit to the precipitation of both wet and dry days. With these tools, the daily probability distribution of seven regional climate models was corrected: Aladin-ARPEGE, CLM-HadCM3Q0, HIRHAM-HadCM3Q0, HIRHAM-BCM, RECMO-ECHAM5-rt3, REMO-ECHAM-rt3 and PROMES-HadCM3Q0. The implemented method presents an error less than 5 % in the simulation of the average precipitation and 1 % in the simulation of the number of dry days. For the study area, an intensification of daily and subdaily precipitation is expected under the A1B scenario throughout the 21st century. This intensification is interpreted as a consequence of the process of ‘mediterraneanisation’ of the most southern ocean climate.     

用非线性最优化方法研究El Ni(n)o可预报性的进展与前瞻

综述用非线性优化方法研究厄尔尼诺(El Ni(n)o)-南方涛动(ENSO)事件可预报性的进展.针对ENSO可预报性研究中的热点问题--"前期征兆"、"春季可预报性障碍",以及如何量化研究ENSO可预报性和ENSO的不对称性问题,作者在近年来的工作中先后用理论模式和中等复杂程度ENSO模式研究了ENSO可预报性的动力学,揭示了ENSO的若干重要非线性特征.主要结果如下:(1)条件非线性最优扰动(CNOP)(局部CNOP)比线性奇异向量更易发展成ENSO事件,扮演了ENSO的最优前期征兆.这些ENSO事件关于气候平均态是不对称的.理论分析表明,非线性温度平流过程是造成这种不对称性的重要原因.1980～2002年的海洋再分析资料验证了上述理论结果.(2)ENSO事件CNOP型初始误差的发展有明显的季节依赖性,该误差导致了ENSO事件最显著的春季可预报性障碍(SPB)现象.ENSO事件SPB的发生不仅依赖于气候平均态,而且依赖于ENSO事件本身及其初始误差模态,是三者综合作用的结果.(3)建立了关于ENSO可预报性的最大可预报时间下界、最大预报误差上界和最大允许初始误差下界的三类可预报性问题,分别从三个方面揭示了ENSO事件的春季可预报性障碍现象,比较有效地量化了其可预报性.(4)通过CNOP方法,揭示了非线性温度平流在年代际尺度ENSO不对称性研究中的重要作用,解释了ENSO不对称性的年代际变化,基于所用ENSO模式给出了ENSO不对称性年代际变化的机制.最后,展望了非线性优化方法在ENSO可预报性中应用的前景,并期望该方法能拓展到ENSO第二类可预报性问题的研究中.     

Warming in the Northwestern Indian Ocean Associated with the El Ni(n)o Event

This paper investigates possible warming effects of an El Ni(n)o event on the sea surface temperature anomaly(SSTA)in the northwestern Indian Ocean.Most pure positive Indian Ocean dipole(IOD)events (without an El Ni(n)o event co-occurring) have a maximum positive SSTA mainly in the central Indian Ocean south of the equator.while most co-occurrences with an El Ni(n)o event exhibit a northwest-southeast typical dipole mode.It is therefore inferred that warming in the northwestern Indian Ocean is closely related to the El Ni(n)o event.Based on the atmospheric bridge theory,warming in the northwestern Indian Ocean during co-occurring cases may be primarily caused by relatively less latent heat loss from the ocean due to reduced wind speed.The deepened thermocline also contributes to the warming along the east coast of Africa through the suppressed upwelling of the cold water.Therefore,the El Ni(n)o event is suggested to have a modulating effect on the structure of the dipole mode in the tropical Indian Ocean.