赤道以外热带大气中30—50天振荡的一个动力学研究

本文的动力学分析和模式大气的计算结果表明,在积云对流加热的反馈作用下,热带大气可以产生一种CISK-Rossby型波动。这种波与经典的热带Rossby波不同,它既可以向西也能向东移动,而且在热带大气通常的加热情况下其相速度同热带30—50天振荡的活动相一致。同时,CISK-Rossby型波动具有频散特性,其能量频散可以说明30—50天大气振荡的二维Rossby波列特征。因此可以认为,CISK-Rossby型波动是赤道以外热带大气30—50天振荡的主要激发和驱动机制。     

Wave-CISK和低纬大气低频振荡

本文运用一个包含Wave-CISK机制的斜压半地转模式来讨论低纬大气中的低频振荡。在我们以前研究工作的基础上，不仅考虑了CISK机制的作用，而且考虑了CISK机制垂直速度w[B]随纬度的变化。这样，建立的半地转模式和相应的解析解更能反映CISK机制对低纬低频振荡的作用。在求解中，我们运用了本征函数S[-3/2][m]（Sonine多项式）展开的方法，结果不仅得到了模式中所含的CISK-Kelvin波和CISK-Rossby波波速与对流凝结潜热参数η的关系，而且显示了低纬高、低层大气间的相互耦合作用。在这样     

有蒸发-风反馈和海-气相互作用的CISK开尔文波——热带季节内振荡机制的进一步研究

将波动－CISK（积云对流加热反馈）、海－气相互作用和蒸发－风反馈都引入一个简单理论模式，研究了他们在驱动热带大气季节内振荡（ISO）中的作用。其结果表明：波动－CISK在减慢激发波的位相速度以接近观测到的热带ISO的移速过程中起主要作用；而蒸发－风反馈的主要作用是使激发波不稳定；海－气相互作用在减慢激发波的移速方面也有一定作用。因此，波动－CISK和蒸发－风反馈可认为是热带ISO的主要动力学机制。本研究还表明，由于蒸发－风反馈和海－气相互作用的影响，激发波是一种频散波，这种频散性可以更好地解释热带大气中ISO的活动特征。     

关于热带大气低频振荡的一个简单模式与数值模拟

本文首先从观测事实分析了热带大气的低频振荡现象，然后从理论上加以研究。为此，本文建立了一个包括触发热源和CISK机制的三维线性模式，用此模式讨论了热带大气低频振荡的性质、结构、传播和动力学机制。从模式的计算结果得到了周期为30d左右以大约9 m/s的速度向东传播的低频振荡现象，这种振荡为Kelvin波型的响应和向西传播的Rossby波型的响应的结合。计算还表明，这种振荡的周期与触发热源的周期关系不大，这说明了热带大气的低频振荡是大气自身的固有振荡，它是大尺度运动与对流凝结加热相互作用的结果。     

蒸发－风反馈机制的进一步研究

对蒸发-风反馈的作用进行了简单动力学研究。结果表明,蒸发-风反馈不能像波动-CISK那样改变热带大气波动的性质(减缓移速),不可能单独成为激发热带大气季节内振荡的动力学机制。在积云对流加热和蒸发-风反馈的共同作用下,CISK-Kelvin波和CISK-Rossby波可以不稳定发展,共同作用比单独的积云对流加热反馈作用能更全面合理地解释热带大气季节内振荡的活动。因此,蒸发-风反馈对于热带大气季节内振荡也有重要作用。      

β效应和移动性CISK波与南亚夏季风槽脊的活动

本文采用简单的纬向对称的两层线性模式研究了存在β效应情况下Ekman-CISK扰动的动力特征,结果发现在β效应和对流凝结加热的共同作用下大气中可以产生一种移动性的CISK波.在取南亚夏季风区平均大气参数情况下的计算结果表明,这种移动性CISK波可以解释南亚夏季风槽脊活动的一些基本特征.因此,可以初步认为β效应和CISK机制对南亚夏季风槽脊的活动具有极其重要的作用.     

赤道移动性热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40—50天振荡

本文利用P－σ混合坐标系的五层原始方程模式研究了赤道移动性对流热源激发的大气强迫波和亚洲夏季风40－50振荡的关系。数值试验表明由Wave－CISK机制引起的移动性热源在沿赤道东移过程中可以引起亚洲夏季风环境、降水、赤道东－西纬向环流、季风经向环流和越赤道气流的位相振荡现象，其振荡周期与移动热源的移动速度有关。模拟结果进一步表明热带、付热带大气对赤道移动热源的响应可以激发出东传的Kelvinr波和东传的Rossby波，引起纬向差值气流和和戏向差值气流垢东传现象，以及扰动的北传现象。本文最后还讨论了东传的大气强迫波通过Walker环流和Hadley环流的影响而引起亚洲夏季风的40－40天振荡的机制。     

热带对流层大气低频振荡机制的初步研究

本文从赤道β平面近似下的线性化扰动方程组出发,基于第二类条件不稳定(CISK)理论,研究了热带对流层大气准40天低频振荡的动力机制。研究发现,当对流层中、上层存在较大的对流凝结加热时可激发出纬向波数为1、周期为40天左右的不稳定Kelvin波,它以每天8到11个经度的相速缓慢向东移动。由此指出,观测到的热带对流层大气30—50天的低频振荡可能正是这种由对流凝结加热所驱动的缓慢东移的Kelvin波的具体表现。这可对热带对流层大气30—50天低频振荡现象的动力机制给以初步的物理解释。      

CISK 影响下的线性和非线性惯性重力波

利用板对称的大气动力学方程组,考虑线性和非线性两种CISK加热过程,由行波法和非线性常微分方程定性理论,讨论了CISK影响下的线性和非线性惯性重力波的稳定性,以及CISK对惯性重力孤波强度和宽度的影响。结果指出,线性CISK既影响孤立波的强度,又影响孤立波的宽度,而非线性CISK只影响孤立波的强度。     

对流凝结加热的垂直分布与低纬大气的30～60天低频振荡

运用一个包含Wave-CISK机制的斜压半地转8层模式和本征函数展开方法，研究了三种不同的对流凝结加热廓线对低纬大气的30—60天低频振荡的影响。研究表明，不同的加热廓线分布时30～60天低频振荡具有不同的相速和周期，并且低频振荡特征相速的量级都是o(10m／s)，由Wave-CISK机制激发的低频CISK—Kelvin波和CISK—Rossby波都是稳定的。同时，还进一步揭示了不同加热廓线对低纬大气30～60天低频振荡垂直结构的影响。     

CISK-related Rossby Waves in the Tropical Atmosphere

In terms of a baroclinic quasi-geostrophic wave-filtering technique in connection with a dimensionless paramet-er, η(z), of condensation-released latent heat that indicates the CISK mechanism, a model is established for des-cribing tropical atmosphere CISK-Rossby waves alongside its analytical solution. Theoretical study shows that there exists pronounced difference between Rossby waves, CISK-involving and classic, and the former can be used to in-terpret some aspects of the low-frequency oscillation in the tropical atmosphere     

FURTHER STUDIES ON EVAPORATION-WIND FEEDBACK

The results from simple dynamic studies on the evaporation-wind feedback show that the effect cannot change the nature of tropical atmospheric waves (by retarding the speed), so that the evaporation-wind feedback alone cannot be an exciting mechanism of intraseasonal oscillation in the tropical atmosphere. This is different from that of the wave-CISK mechanism. With combined effect of the cumulus convection heating and evaporation-wind feedback, the CISK-Kelvin waves and CISK-Rossby waves will develop unstably, explaining the dynamic mechanism of tropical intraseasonal oscillation in a more complete and reasonable way than the convection heating alone. Therefore, the evaporation-wind feedback is also important to the intraseasonal oscillation in the tropical atmosphere.     

热带大气运动的Rossby孤波

广东热带海洋气象研究所     

Equatorial solitary waves of tropical atmospheric motion in shear flow

Starting from the primary equations, the author derives the KdV equation which describes solitary Rossby waves in the tropical atmosphere, and indicates that, because these waves are ageostrophic, they differ from the quasigeostrophic solitary Rossby waves studied by Redekopp et al. Owing to nonlinear action, these waves are also different from traditional linear waves of the tropical atmosphere. The author believes that the stationary tropical atmospheric waves reflect the characteristics of solitary waves in that the energy does not disperse.     

低纬大气滤波模式研究

本文从描写低纬大气运动的方程组出发,采用半地转模式和准地转模式对低纬快速波动进行了滤除,这些模式仅含低频的Rossby波。分析指出:低纬半地转模式可以滤去高频波动,但得到的是波数k→0的Rossby波;而低纬准地转模式不但可以滤去高频波动,而且得到的是不受歪曲的Rossby波。 在滤波的基础上,本文分析了由Rossby波引起的低频振荡周期。      

不稳定热带海气相互作用中快波的过滤

Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ［１］明确指出在热带海气耦合系统中能够存在不稳定的海气相互作用。Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ等［２］的数值计算表明，由于海气相互作用，不稳定扰动可以向东传播。Ｙａｍａｇａｔａ［３］和Ｈｉｒｓｔ［４］从理论上也证明了海气之间存在着正反馈过程。巢纪平和张人禾［５］运用一个流场和压力场的高阶平衡近似，即在热带大气和海洋中只存在向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波时，得出了两种介质中向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波通过海气相互作用过程，可以产生向西传的不稳定波。并且在一定条件下，还可出现一类不属于Ｋｅｌｖｉｎ波的向东传的不稳定波，这些结果对解释ＥＮＳＯ事件的传播过程是值得参考的。     

CISK-rossby wave and the 30-60 Day Oscillation in the Tropics

The 30-60 day oscillation is an important aspect of the atmospheric variance in the tropical area. A number of works have been done on this phenomenon, this article is a further one. A quasi-geostrophic linear model that consists of a two-layer free atmosphere and a well-mixed boundary layer is used to investigate the instability of intraseasonal oscillation, its propagation and vertical structures. Results show that the dynamical coupling and interaction between the barotropic and baroclinic components via boundary layer convergence / divergence are responsible for the appearance of a new kind of low-frequency wave. Such wave is very different from the traditional tropical Rossby wave. It can propagate westward and eastward. Some behaviours of it appear to resemble the observed 30-60 day oscillation mode in many aspects, such,as vertical structures, zonal and meridional propagations. Now many researchers emphasize the direct relationship between CISK-Kelvin mode and the tropical atmospheric 30-60 oscil     

Unstable tropical air-sea interaction waves and their physical mechanisms

In this paper, the tropical air-sea interaction is discussed by using a simple air-sea coupled model, in which the inertia-gravity waves are filtered off and only the equatorial Rossby waves are reserved in both the atmosphere and the ocean. There exist two kinds of air-sea interaction waves in the coupled model, that is, the high-frequency fast waves and the low-frequency slow waves. The phase speed of the fast waves is westward and the frequencies are close to those of the equatorial Rossby waves in the atmosphere. The slow waves propagate westward in the part of short wavelengths and eastward in that of long wavelengths. There exist instabilities for both the westward and eastward propagating slow waves. If the fast waves are filtered off, there is little effect on the slow waves which have great in-fluence on the long range process in the tropical air-sea coupled system. According to the tropical air-sea interaction waves we obtain here, a possible explanation to the propagating process of ENSO events is given.     

热带有限区数值预报模式中的自由振荡

本文按照广东省热带海洋气象研究所的热带有限区数值预报模式(TL-6)的空间离散方案导出了相应的热带大气运动的水平与垂直结构方程,并具体计算了垂直与水平模态。与关于热带大气运动的解析结果相似,本文所计算的正规模态中,重力波与Rossby波的频率分离特性也十分清楚。根据计算结果探讨了赤道地区Kelvin波与混合Rossby重力波的识别问题。最后讨论了用这组正规模态进行气象场滤波的问题。