强迫二维Rossby波传播特征的数值试验

Bjerknes提出了大气对外界强迫响应的概念。大量研究已证明这一遥响应机制的存在,且大气对强迫源的遥响应及其低频活动的共同特征都表现为类似大圆路径的波列,Hoskins的理论研究揭示了这现象的实质,他把叶笃正所提出的Rossby波的频散理论推广到球面上。黄荣辉曾利用波折射指数平方与EP通量系统地研究了北半球冬夏准定常行星波的传播规律。邹晓蕾、叶笃正、吴国雄提出了中高纬的相关链、定常地形波链,并指出北美与东亚相关型的差异与两区域地形准定常波在不同纬向流中传播的差异有关。观测分析亦表明,青藏高原是大气低频振荡的强迫源,且在此区域可产生向北、向南或向东、向西传播的波列。     

缓慢移动性Rossby波与大尺度地形的近共振相互作用

通过考虑西风角动量（基本气流的二阶修正）对缓慢移动性Rossby波的反馈作用,建立起缓慢移动性Rossby波与大尺度地形近共振相互作用的理论模型,使用4阶Runge-Kutta方法对该模型进行数值计算可以发现,缓慢移动性Rossby波与大尺度地形近共振相互作用,可以使缓慢移动性Rossby波和西风角动量产生30～60 d的低频振荡。在高纬度地区（60oN）,30～60 d低频振荡主要以缓慢西移的1波为主;而在中纬度地区30～60 d低频振荡主要表现为1～3波,其中1波可以是缓慢东移的,也可以是缓慢西移的,而2波主要表现为缓慢向西移动,3波为缓慢向东移动。     

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。      

大气对热带热源低频响应的数值研究

本文设计—关于基本气流线性化的二层球面模式研究大气对不同类型赤道热源的低频响应,分析了全球大气40—50天低频振荡的结构和传播特点。结果表明:全球大气对热带热源响应特征是在热带地区表现为东西向非对称的热源东侧的Kelvin响应和西侧的Rossby响应,高低层反位相;在中高纬响应是具有低频振荡的二维Rossby波列,且具有相当正压结构。低频振荡的传播特征表明热带大气对移动性热源的响应更有利于振荡的向东传播,且该振荡可以沿波列路径向中高纬度传播,然后再折向低纬。二维Rossby波列是联系着热带和中高纬度地区低频振荡的基本动力学途径。该波列的形成取决于基本气流的分布,冬半球波列振幅较大。因此本文认为40—50天低频振荡是全球尺度的现象,它是一涉及到热带对流加热、赤道Kelvin波、亦道Rossby波、二维Rossby波列以及基本气流等动力学相互作用的过程。     

正压准地转模式中大地形作用下的低频波

利用包含大地形和常速纬向基本气流的正压准地转位涡度方程,研究了大地形对低频波激发的作用,结果表明,起作用的地形因子主要是地形的最大高度和地形坡度。地形最大高度的作用主要是使Rossby波趋向低频,而地形坡度的作用主要是对Rossby波的稳定性起决定作用,同时适当的地形坡度也可导致低频波的形成。而常速纬向基流在总体上的作用是使波动变得趋向低频,且西风基流更有利于低频（30～60天）波的形成。从纬向波数上看,纬向3波以上的波动更容易出现低频（30～60天）。     

青藏高原的热力和机械强迫作用以及亚洲季风的爆发 II.爆发时间

本研究的第I部分用资料分析证明,由于青藏高原的热力强迫和动力强迫,1989年亚洲季风首先在孟加拉湾（BOB）东岸爆发,接着才有南海（SCS）季风爆发和印度季风爆发。在亚洲季风爆发的这三个阶段中,每阶段都伴有高原上空气柱的急速升温。本文是第I部分的继续。它指出:高原上空气柱的每一次急速升温都与中高纬度源于地中海上空的、频率为2～3周的低频（TTO）暖脊东传到高原上空相联系。季风爆发的每一阶段都伴有从南半球向北传播的、频率为30～60天的低频（MJO）散度扰动和从热带西太平洋向西传播的、频率为2～3周的低频（TTO）散度扰动。当这些低频扰动的暖位相和上升位相在所定义的“东亚季风区”（EAMA）锁相时,亚洲季风阶段性爆发出现。大气低频振荡的有利位相在EAMA区的锁相因而是亚洲季风各阶段爆发时间的决定因子。     

东亚大陆冬季风的低频振荡特征

本文对东亚大陆冬季风期间的地面气温、气压的数年资料做了30～60天的低频波、准双周振荡等分析。结果表明，东亚大陆地区地面气温、气压的0～60天波和准双周波具有重要的作用，它们多年平均的低频波方差相对贡献分别为59.2%（气温）和49.8%（气压）左右。并且伴有显著的年际差异，如华北气温30～60天波强的年份其方差相对贡献可达50.2%，而最弱的年只占11.9%左右。另外这两种频率振荡强弱还有明显的地区性，30～60天波一般华北和长江流域(约28°N以北)比其南部地区强；冬季风期间，东亚大陆地区的30～60波的经向传播主要是由北向南传播的。大多数年份可以传播至东亚大陆的南端，历时约3～6天，但是这种传播在长江流域以北地区表现为更清楚，在长江以南地区，一方面受到了冬季风本身强弱的影响，另方面还受到来自热带地区以致南半球夏季风低频波北传等因素的影响使得经向传播往往变得比较复杂。     

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

南海地区大气30～60天低频振荡及其对南海夏季风的可能影响

本文利用1979～2008 年美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)第二套再分析资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的向外长波辐射(OLR)资料及1979～2007年全球降水资料(CMAP), 分析了南海地区热带大气的低频振荡及其对南海夏季风的可能影响。结果表明, 夏半年南海地区存在显著的30～60天的周期振荡。当30～60天低频振荡处于活跃位相时, 南海及其周围地区的低层大气为低频西南风, 南海和菲律宾北部为低频气旋流场且为正的位涡度, 对应着增强的南海夏季风槽和南海夏季风; 当 30～60天低频振荡处于不活跃位相时, 情形正好相反。进一步的研究揭示出, 夏半年30～60天低频振荡变化的空间型与夏半年平均场的年际变化的空间分布非常相似, 并且南海及其附近地区的 30～60天低频振荡活动的年际变化对夏半年平均场的年际变化有显著的贡献。强、弱南海夏季风年30～60天低频振荡活动的比较也说明, 强的南海夏季风年30～60天低频振荡活跃状态发生的概率大于不活跃状态发生的概率, 而弱的南海夏季风年则是不活跃状态发生的概率大于活跃状态发生的概率。因此, 南海地区30～60天低频振荡对南海夏季风很可能有重要影响, 当30～60天低频振荡的活跃状态处于主导时, 南海夏季风往往会偏强; 反之, 如果不活跃状态处于主导时, 南海夏季风往往会偏弱。     

海洋性大陆区域OLR的气候低频振荡及其与中国降水的可能联系

利用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料,研究了海洋性大陆（Maritime Continent,MC）区域的低频振荡气候学特征及其与中国东部降水扰动的关系。结果表明:气候平均状况下MC区域存在显著的低频振荡（CLFO）,30～60 d季节内振荡在4—9月强度最大,且MC区域为低频OLR方差贡献率大值区。低频时间尺度上,MC区域OLR在4—9月有4次比较明显的活跃过程,在1～4（5～8）位相,对流相对较弱（活跃）。OLR的CLFO在热带地区显著东传,在南北方向亦存在位相的传播。从MC区域经南海、菲律宾群岛至中国长江流域存在类似于EAP波列（或P-J型遥相关）的扰动环流分布。不同位相上,低频环流及加热场的变化表明,中国降水的扰动在4—9月间受到MC区域CLFO的可能影响。低频热力场在南北方向上呈现EAP波列状或P-J型遥相关状分布。在OLR的CLFO的峰（谷）位相时,MC区域低层辐散（辐合）,高层辐合（辐散）,低频对流相对较弱（较强）,在MC区域至日本海激发EAP波列（或P-J型遥相关）;在对流层上层南亚高压因低频气旋（反气旋）而位置偏东（偏西）;中国的江南及河套地区降水偏少（偏多）,西南及青海、甘肃等地降水增加（减少）。在转换位相时,MC区域低频对流在部分地区更为活跃,在对流层低层激发低频的气旋-反气旋-气旋的波列,南亚高压偏南,长江中上游、吉林地区出现明显的辐合区,降水偏多,黄淮之间及云贵地区降水偏少。这些结果有助于人们深刻认识气候学意义上的低频振荡特征及LFO的季节锁相问题,有利于进一步认识中国不同地区降水扰动的成因。      

长江流域两个典型旱、涝年大气30—60天低频波差异的初步分析

通过对1980年和1985年大气30—60天低频流场的分析，发现长江流域典型旱涝年在低频流场的配置和低频波的传播方向上均有明显差异。涝年（1980）低频振荡明显，其传播特征与正常年份相同，而旱年（1985）则呈相反趋势。     

北半球中高纬度低频振荡对2012/2013年冬季中国东北极端低温事件的影响

利用NCEP/DOE的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2012/2013年冬季中国东北区域极端低温事件过程中区域平均温度的低频振荡变化特征,然后分析了北半球中高纬度对流低层和中层低频环流系统配置的变化及其与东北地区强冷空气活动过程的联系,最后进一步研究了中高纬度低频环流系统的传播特征及其对温度变化的影响。主要结果有:（1）2012/2013年冬季东北区域平均温度存在很强的30～60 d的周期振荡特征,同时伴随较强的10～30 d低频振荡,后者与实际降温过程对应关系更好;（2）对10～30 d的低频振荡而言,在东北地区低频温度变化降低最大的位相7（位相3升高最大）,500 hPa上,我国东部地区正好处于贝加尔湖地区的低频高压（低压）环流和日本海的低频低压（高压）环流型之间的低频偏北（偏南）的较强引导气流中;同时在850 hPa上,我国东部从东北到南海都是较强的偏北（偏南）低频风控制,这使得东亚冬季风环流系统加强（被抑制）,东北区域则经历一次大幅度的低频温度降低（升高）过程,这些高低空低频环流系统的配置和演变导致了2012/2013年冬季一次次强（或较强）的冷空气沿偏东偏北的路径影响我国东北地区,并导致极端低温事件的出现;（3）沿着乌拉尔山-贝加尔湖-我国东北地区-西北太平洋传播的500 hPa低频波列,是驱动2012/2013年冬季东亚冬季风低频振荡和我国东北地区极端低温事件的环流系统。     

局地热力强迫与准定常大振幅扰动的形成

文中导得了包括热力强迫和耗散的非线性强迫ＫｄＶ－Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,并作了数值求解。计算结果表明,热力强迫和耗散是孤波质量和能量变化的主要原因,耗散使孤波质量能量随时间指数衰减;热力强迫与地形一样,都能在强迫区产生定常孤波,但前者产生的上游扰动振幅更大,而后者产生的下游扰动更为明显;加热和地形一样都能使孤波发生位相漂移,减小其移速,阻挡孤波的移动,从而增加与孤波的相互作用时间;适当大小的耗散与热力强迫的组合迫使移动性孤波在强迫区附近来回振荡,大大增加与热力强迫的相互作用时间;在耗散与热力强迫同时存在的非线性系统中,移动性孤波与热力强迫的相互作用可能是产生阻塞等长生命周期的局地准定常系统的重要因子。     

平流层赤道准两年振荡对爆发性增温的影响

该文对一个平流层和中间层的全球原始方程模式进行积分,考虑100百帕高度上的行星波强迫作用,平均纬向气流的特征分别取在赤道准两年振荡(QBO)的西风位相和东风位相。在100百帕60°N处取1波最大振幅从100米到400米的各种不同强迫作用下进行积分,对比QBO东西风位相的响应情况。在振幅为100米的弱波情形,QBO的位相对结果影响很小,无增暖产生,但在振幅为400米的强波情形,对结果影响虽也很小,但却可产生强的爆发性增温;在中等振幅(特别是约为250米)的强迫情形,模拟的西风和东风QBO两种情况都可产生大振幅波动和平流层增温。然而在东风位相时,增暖发生较早,并且波的变率大。这些结果与观测定性分析是一致的。     

30—60天大气振荡的全球特征

利用ECMWF格点资料,分析研究了大气季节内(30—60天)振荡的全球特征。30—60天振荡动能的分布表明高纬度地区要比赤道地区大得多。说明那里有较突出的30—60天振荡。中高纬度地区的30—60天振荡与热带有明显不同,垂直结构为正压模态,以纬向2—4波为主,多为向酉传播。30—60天振荡存在明显的低频遥相关,北半球主要为欧亚—太平洋(EAP)型和PNA型,南半球主要有澳洲—南非(ASA)型和环南美(RSA)型,并且在全球范围构成南北半球相互衔接的低频波列,即EAP-ASA波列和PNA-RSA波列。南北半球30—60天大气振荡有明显的相互影响,本文研究了南北半球30—60天振荡相互影响的3种主要过程。     

大气中40—60天低频振荡形成的数值试验

观测资料的分析表明,40—60天的低频振荡,除了在赤道附近有向东的传播外,在副热带和高纬度带还存在向西传播的现象.本文利用正压原始方程的谱模式,加以与运动(辐散)相联系的强迫(相当于加热场),模拟这类低频振荡发现有两类波存在:一类是周期约为10—20天向东传播的行星波,另一类是周期为40—60天向西传播的低频波,它是前一类行星波的波包相速度,每天5—6经度,纬向波数为1.这类低频波的出现可能是行星波与加热场非线性相互作用的结果. 这里之所以没有得到东传的40—60天的低频波,可能是由于模式格点较疏,使赤道Kelvin波不能明显激发出来.     

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

用线性化全球原始方程谱模式研究地形强迫行星波垂直传播特征

本文用线性化全球原始方程谱模式来研究地形强迫行星波的垂直传播过程及演变特征.模式的积分结果表明:行星波的能量沿两支波导进行传播,在波从对流层向平流层传播中,极地波导起着主要作用.由于重力波破碎的阻尼作用,地形强迫的行星波无论它的波作用量或振幅都呈现振荡状态.     

大气低频振荡及其与气候异常的关系研究现状

1大气低频振荡的一般概念一些气象因子具有10～90天的准周期变化规律，这种振荡常在30～60天具有较大的振幅，通常将大气中一些气象因子具有的10～20天和30～60天准周期性变化称为大气低频振荡。现在发现具有低频振荡特性的气象因子主要有：纬向风速。气压。云量、降水、南亚季风槽位置、地气系统的射出（外逸）长波辐射等。2大气低频振荡的研究动态七十年代初Madden－J；11tan发现热带岛屿上的风场和地面气压场存在40～50天的准周期性变化，最早提出热带大气低频振荡的现象。此后由于EINino现象和海一气相互作用的深入研究，大气低频振荡…     

东亚和西太平洋地区 30～60天振荡的传播及其与月平均基流的相互作用

选取1985年和1988年这两个东亚和西太平洋地区月平均流场差异很大的年份,研究30～60天低频振荡的传播及其与月平均基流的相互作用.结果表明:在这两年,东亚和西太平洋地区的30～60天低频振荡受到两支低频涡旋的影响,其中一支来源于热带东印度洋,另一支源自中太平洋.在大部分时间里,这两支低频涡旋相遇于20～30°N地区,并影响到该地区位势高度场的变化.当低频气旋(反气旋)移经西太平洋的时候,该地区的位势高度场相应地降低(升高).另一方面,该地区的30～60天振荡还有着显著的年际差异.1985年的波列活动显著,中高纬低频涡旋南移至日本南部洋面.与1985年不同的是,虽然1988年的波列活动不明显,但中高纬的低频涡旋可向南传播至南海地区.从30～60天振荡和月平均基流的动能和有效位能相互转换来看,正压过程、湿斜压过程和干斜压过程的值相当,因而上述3种过程均有可能起主导作用.但转换强度存在年际差异,1985年的值远比1988年的大.研究还表明,暖池地区的30～60天振荡向月平均基流输送能量,中高纬地区的30～60天振荡则从月平均基流获取能量.