东亚加热场和大地形对大气环流季节变化影响的数值试验

众所周知,地球的地貌以及由其引起的热力差异对于大气活动中心和平均槽脊的形成及其季节变化有很重大的影响。为了研究这种影响,我们最近用钱永甫等人设计的 P—σ二层原始方程模式和姚兰昌等人计算的1979年1—12月东亚大气平均冷热源进行了一些数值试验。试验共分两类,一类是有地形无冷热源,一类是有地形有冷热源,都做了12个月。试验的主要结果是(1)大尺度地形产生的扰动及其年变化和实测的西风带平均槽脊形势及其年变化是相似的。(2)大地形扰动的强度和西风带的强度成正比,可是大地形扰动的季节变化主要是与急流的位置变化有关。(3)加热场的一个主要作用在于加深东亚大槽和减弱高原北面的地形脊。(4)无论冬夏加热场作用总能使最大西风有所增加。加热场对对流层急流位置的季节变化有所贡献。(5)东亚的加热场对盛夏南亚高压的建立有重大贡献。还需指出的是看来热源处在对流层平均风速很小的东西风交界处是南亚高压生成的必要条件。     

地形对大气环流瞬变过程的影响

本文用一个12维的强迫耗散的非线性系统数值地研究了地形对大气环流瞬变过程的影响。有、无地形对比试验的结果表明:在一定的参数集合,地形的引进可以激发环流的指数循环过程和季节性的环流突变。     

欧亚地形对不同季节大气环流影响的数值模拟研究

利用气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL,设计了有、无欧亚地形的对比试验。通过分析其高度差异、流场差异、降水差异和温度差异得到欧亚地形对不同季节大气环流影响的特征。结果表明,欧亚地形对大气环流和气候的影响随季节变化而变化,基本可分为冬季型(11月~次年4月),夏季型(6~9月)及转化型(5月,10月),在中高纬高低层呈相当正压结构。冬季型高度差异以35°N和100°E为界,在北面呈西高东低,南面呈西低东高。夏季型在西太平洋地区为北高南低,在大陆上空为上正下负。850 hPa流场差异场的冬季型在西太平洋北/南部为气旋式/反气旋式环流,在大陆上以“青藏高原(TP)偶极流型”为主要特征;夏季的副热带以环绕青藏高原的气旋性环流和西太平洋的反气旋环流为主要特征。地形强迫的冬半年“TP偶极型”加强了冬季西伯利亚冷空气活动,形成了江南的春雨和华南的早汛期降水。地形强迫的夏季流型形成了孟加拉湾-青藏高原中东部的强降水差异,使东亚降水向北伸展,并引起亚洲降水分布的调整。     

两类大气热机对大气环流型影响的数值试验

本文使用简化全球大气环流模式,研究大气环流型季节特征的成因问题。模拟了两类不同热机在大地形强迫背景下形成的环流型的异同之处,分析了两类热机对大气环流型季节特征的影响程度及其形成机理,从而得到关于大气环流型成因的较为直观、清晰的物理图象。      

两类大气热机对大气环流型影响的数值试验

本文使用简化全球大气环流模式，研究大气环流型季节特征的成因问题。模拟了两类不同热机在大地形强迫背景下形成的环流型的异同之处，分析了两类热机对大气环流型季节特征的影响程度及其形成机理，从而得到关于大气环流型成因的较为直观、清晰的物理图象。     

大气环流的一个数值试验

考虑地形及加热作用,建立了一个大气环流数值试验准地转二层模式。在辐射加热中考虑了云对长短波辐射的影响,而假定云的出现与否仅依赖于垂直速度。在模式中放置了北半球实际的地形及海陆分布,而下垫面的温度由求解下垫面热传导方程得出。把方程组化成非线性常微分方程组,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求解。 在不计扰动的情况下,在具有年周期的太阳短波辐射的作用下,逐渐建立起下垫面纬圈平均温度梯度及基本气流。下垫面温度具有很清楚的季节变化,位相落后于太阳短波辐射一个月,求得的冬夏季的下垫面温度值与实际的气候值相当。基本气流也有明显的季节变化,夏季风速减弱,急流向北移,冬季风速增强,急流向南移,位相落后于太阳短波辐射一个多月。 北半球实际的海陆分市的热力特性,在冬季能使亚洲及太平洋上空变冷,并能使大西洋及欧洲上空变暖。在非绝热加热和地形的共同作用下,在冬季出现了随时间变化着的东亚大槽和北美大槽,以及冷空气活动过程。这种冷空气活动有其偏爱地区:起源于苏联新地岛上空,并向东南方向移动。     

夏季青藏高原雪盖对东亚大气环流影响的数值试验

采用钱永甫 模式和与颜宏模式嵌套，并引入修正的青藏高原雪盖下垫面上的反照率参数化，来研究理相民状态下青藏高原东部及南侧夏季有雪盖对东亚大气歪流的影响。／     

区域气候模式对地形影响东亚大气环流季节变化的数值模拟研究

利用ICTP新推出的高分辨率第三代区域气候模式RegCM3,进行了有、无地形高度两个数值试验.通过分析两个试验模拟的环流场和降水场等的差异特征来研究东亚地区地形影响大气环流的季节变化特征.结果表明,东亚地形对大气环流的影响存在较明显的季节变化.冬季/夏季高层流场差异场的特点是以高原为中心成反气旋/气旋性环流形势,这种结构特征对西风急流的季节性北进南退起主导作用.位势高度差异场呈北高南低的分布形势,大致以30 °N为分界线,冬季/夏季呈"北弱南强","陆地低海洋高"/"北强南弱"、"陆地高海洋低"的分布特征,这种配置对西风急流越过高原后强度的增强减弱关系密切.此外,地形对大气的辐射加热作用的季节性变化以及海陆热力差异的季节性振荡也说明地形不仅能通过动力和热力作用来直接影响高低层的环流系统,也可能通过调节海陆热力差异来间接影响季风环流.     

正压大气中青藏高原地形影响的数值试验

本文用不计摩擦和绝热的正压原始方程和Lagrange平流格式试验了青藏高原地形的动力作用,网格距取为1×1经纬度,用双三次样条函数值的高原真实地形作为地形场,分别试验了几种不同的初始场的自然爬绕、绕流和爬坡过程。结果表明:高原地形能使越过高原的气流在其主体及其东侧产生低值系统,而强迫抬升的爬坡运动尤其有直接的作用;在爬坡过程中,低涡的生成受初始场的影响较小,不同的初始场在地形强迫的爬坡过程的动力影响下,最后趋于形成大体上相似的高度场,东亚大槽和印度孟加拉湾低压的生成和维持与高原地形的动力作用有一定关系,低纬东风的存在有利于印度低压的生成和维持。     

不同地转速度下的冬季大气环流及气候异常的数值模拟

利用IAP二层全球大气环流模式，进行改变地球自转速度下冬季大气环流及气候异常的数值模拟。其中试验1: 设25 h/d (350 d/a)；试验2:设23 h/d (381 d/a)；控制运行:24 h/d (365 d/a)。联系从古至今地球自转逐渐减慢的情况，主要讨论地转减慢对冬季大气环流和气候的影响。结果表明，地球自转速度减慢以后，能使西风急流加强，南极附近增温。     

夏季青海湖局地环流及大气边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力模式,采用两重嵌套方法,模拟了青海湖区域的局地环流及大气边界层特征,并且与无湖试验进行了比较。结果表明:白天由于青海湖的存在有很好的降温作用,夜晚则有保温效应,表现出明显的冷(暖)湖效应;青海湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热都小,夜间情况相反,这使得白天青海湖是冷干岛,夜间是暖湿岛;青海湖使得白天湖面边界层顶低,陆面边界层顶高,夜间相反。这样的边界层顶高度和温度、地面能量通量相配合,形成了一个很好的保护机制,对青海湖的水土保持和生态环境的维持有正效应;青海湖使得湖面上空大气下沉,陆面上空大气上升,从而产生了湖面上空大气冷干,陆面上空大气暖湿的边界层特征;青海湖边缘的陆面形成的较大的湿气柱围绕着湖面,起到了保护湖面的作用;青海湖低空白天有明显的湖面向四周的辐散气流,而夜间则为从北偏东方向来的陆风。     

关于大气“记忆”的大气环流模式模拟研究

通过２种大气环流模式（ＧＣＭ）的数值模拟,研究了大气对于赤道东太平洋海温（ＳＳＴ）异常外强迫的“记忆”问题。结果表明,大气对外强迫的“记忆”比传统意义的“记忆”要长得多,这是因为外强迫通过影响大气内部动力过程而激发产生了低频振荡（即大气低频遥响应）,使得外强迫的影响可持续相当长的时间,大气对外强迫的“记忆”也就变得相当长。     

热带大气10～20天振荡的大气环流模式数值模拟

利用大气环流模式对热带大气10～20天振荡进行了数值模拟研究，其结果同观测资料分析基本一致。模式资料的功率谱及动能的分析表明，10～20天振荡确实比30～60天振荡更突出地存在于热带大气中。同热带大气30～60天振荡的结构有些不同，对于在热带10～20天振荡，除纬向1波外，纬向2波也很明显；流动的斜压结构特征欠佳；系统以较快速度沿赤道西移。暖SST事件对热带大气10～20天振荡的影响也进行了模拟，对结果的比较分析表明，暖STT将使10～20天大气振荡减弱，使其结构更趋正压性。     

建筑物对大气污染物扩散影响的大涡模拟

利用一个大涡模式对一个方形建筑物周围的气流场进行了模拟,并与相应的风洞实验结果进行比较,对比结果表明大涡模拟方法可以精细地反映建筑物周围的流场特征.在此基础上,将拉格朗日随机游动扩散模式与大涡模式相结合,对在受建筑物影响的气流场中的大气污染物扩散进行模拟,模拟结果表明该方法可以很好地模拟出在建筑物影响下的气流变形所引起的各种污染物散布情况.建筑物周围的气流结构特性使得建筑物顶部污染源位置的细小变化可能造成建筑物周围污染物分布形势的很大不同,特别是对建筑物背风侧的空腔区内地面污染物浓度有着很大的影响.当排放     

长白山高压对辽宁中部城市群大气污染影响的数值模拟

利用新一代空气质量模式系统Models-3,通过改变模式中长白山山脉区域地形高度,对比分析长白山高压以及辽宁中部城市群5城市气象环境要素的变化情况。结果表明,改变地形后,原来较强的长白山高压有了明显的减弱,城市群5城市的水平气流辐合场消失,风速增大,逆温强度也减弱,有利于污染物的传输扩散;模拟结果也表明污染物浓度有明显的降低,试验较好地揭示了长白山高压对辽宁中部城市群大气污染的影响机制。     

欧亚地形对夏季南亚大气环流日变化影响的数值模拟研究

利用大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL，设计了有、无欧亚地形的对比试验，并与NCEP/NCAR再分析资料进行比较，通过分析其流场、高度场、温度和涡度的差异，得到欧亚大陆地形对夏季大气环流场日变化的影响特征。结果表明，欧亚大陆地形对大气环流和气候日变化的影响主要集中在青藏高原地区。由于青藏高原上空大气对太阳辐射加热场的日变化最为敏感，随着日间加热场的增强，热力适应造成白天高原低层大气气旋性环流加深，相应地使周边地区向高原辐合增强，引起高原地区日间的上升运动更为强盛，而使大气高层反气旋环流增强，引起高原上空向外辐散气流增强。也就是地形效应在白天增强了高原“感热气泵”的效率，使其产生明显的日变化，随之带来高原及周边地区局地环流强烈的日变化。由于上升运动的日变化，引起高原南部地区降水的日变化，同时降水的增加正反馈于上升运动，使得上升运动在高原南部地区日变化尤为强烈。     

大气环流异常分析中使用合成方法的一个问题

通过一个实例的研究，指出，如果仅根据差值的绝对值大小来挑选关键区，其结果可能不可靠。它可能导致虚假的关键区或遗漏掉重要的关键区（在低纬度）。提出了解决问题的方法。     

黑河地区绿洲一沙漠环流的数值模拟研究

地气相互作用现象的研究对预测未来气候变化意义重大。黑河地区绿洲和沙漠戈壁地表间水热特性的强烈差异所引发的绿洲—沙漠中尺度环流 ,能够影响该区绿洲生态系统的维持和发展。利用中尺度数值模式RAMS成功地再现了黑河地区绿洲—沙漠环流 ,同时对环流出现时温、湿场的模拟分析表明 ,绿洲—沙漠环流的发生和发展直接依赖于非均匀下垫面热力场的差异 ,白天发展强盛 ,夜间作用小。环流作用能够保证绿洲—沙漠系统的物质和能量平衡 ,对沙漠戈壁环境中绿洲的维持十分重要     

太平洋大尺度环流数值模拟 II:长期平均环流

用本文第Ⅰ部分所给出的四层太平洋环流模式,模拟在定常年平均大气强迫场驱动下太平洋长期平均环流。所进行的53年数值积分表明,模式成功地模拟出观测到的太平洋大尺度环流基本特征,特别是能直接计算出在海洋动力学和大尺度海气相互作用研究中有重要应用的海面起伏,对表层流场的模拟也明显优于具有同等分辨率的其他模式的结果;对气候有重要影响的SST形势的模拟结果同观测也较为一致。本文还用第53年数值积分资料进行了扰动压力场、斜压扰动压力场和海表热通量等的诊断计算和分析。文中还对模拟结果进行了物理和动力学的分析和解释。