南极绕极流对风应力强迫的延时斜压响应

南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current——ACC）对风应力强迫存在两种响应,即正压过程的即时响应与斜压过程的延时响应．主要关注南极绕极流的斜压不稳定机制,即纬向风应力的增强导致南大洋等密面斜率加大,平均流更趋于斜压不稳定;斜压不稳定产生中尺度涡,使得平均流势能向涡旋能量（势能和动能）转化,造成了ACC体积输运在时间上滞后两年的显著减弱．ACC输运与纬向风应力的这种滞后反相关关系可以很好地解释ACC体积输运在近20a保持基本稳定的现象．     

热带西太平洋对风应力的斜压响应

发展了一个线性热带西太平洋两层模式,分别为混合层和温跃层,其密度、温度各不相同.利用这一模式分析了热带西太平洋对纬圈风应力的响应,求出西边界的解,以及解析地求得热带西太平洋温跃层厚度、洋流及海温分布.结果表明,热带西太平洋物理量的变异在El Nino/La Nina事件中起着重要作用,在温跃层中海温变化的振幅明显大于混合层,这从理论上支持了近年来的观测事实.     

热带西太平洋对风应力的斜压响应

发展了一个线性热带西太平洋两层模式,分别为混合层和温跃层,其密度、温度各不相同.利用这一模式分析了热带西太平洋对纬圈风应力的响应,求出西边界的解,以及解析地求得热带西太平洋温跃层厚度、洋流及海温分布.结果表明,热带西太平洋物理量的变异在El Nino/La Nina事件中起着重要作用,在温跃层中海温变化的振幅明显大于混合层,这从理论上支持了近年来的观测事实.     

斜压对流边界层中风廓线和湍流特征的研究

在美国Ｋａｎｓａｓ和Ｎｅｂｒａｓｋａ交界处于１９９２年进行的ＳＴＯＲＭ－ＦＥＳＴ（ＳＴｏｒｍ－ｓｃａｌｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ－Ｆｒｏｎｔｓ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｓｔ）资料基础上,分析了 斜压对流边界层中温度、湿度和风速的垂直分布．分析表明,在对流边界层中温度和湿度常 显示很好的混合;但风速分量有时混合很好,有时则存在切变．计算了存在和不存在风切变 两种情况下的湍流动能收支．最后,讨论了对流边界层中风切变形成的可能原因．     

斜压大气中热带气旋运动特征的动力分析

从绝热、无摩擦、无环境场作用条件下的原始方程组出发,讨论了热带气旋的动力平衡特征,并分别导出了正、斜压大气中综合描述热带气旋中心强度变化的物理量(dI/dt)及其动力平衡关系式,进而分析了正、斜压大气中的热带气旋强度变化及移动的特征.结果表明:热带气旋的定常运动具有"相当地转风平衡”的特征,其等"压能”线和等位涡线均与流线重合;"β涡旋对”及由高(低)层水平风正(负)垂直切变产生的"切变涡旋对”之间的"通风气流”均使热带气旋的强度减弱,高(低)层涡度的负(正)垂直平流则增强热带气旋的强度;热带气旋的中心有向极、向高(低)层涡度垂直平流的梯(升)度方向移动的趋势,垂直运动及高、低层水平风速垂直切变的非对称结构对热带气旋的移动有影响;"γ效应”则是"通风气流”牵引热带气旋移动的动力机制之一.     

斜压对流边界层中风廓线和湍流特征的研究

在美国Ｋａｎｓａｓ和Ｎｅｂｒａｓｋａ交界处于１９９２年进行的ＳＴＯＲＭ－ＦＥＳＴ（ＳＴｏｒｍ－ｓｃａｌｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ－Ｆｒｏｎｔｓ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｓｔ）资料基础上,分析了 斜压对流边界层中温度、湿度和风速的垂直分布．分析表明,在对流边界层中温度和湿度常 显示很好的混合;但风速分量有时混合很好,有时则存在切变．计算了存在和不存在风切变 两种情况下的湍流动能收支．最后,讨论了对流边界层中风切变形成的可能原因．     

冬季大气斜压性对黑潮延伸体年代际异常响应的维持机制研究

黑潮延伸体（Kuroshio Extension,KE）海域附近具有强烈的大气斜压性可显著影响北太平洋上空风暴轴异常,因而有必要研究KE海区附近斜压性的特征和维持机制.本文设计数值试验并结合高分辨率ERA-Interim资料研究了大气斜压性对KE年代际海温变率模态（KEDV-induced SSTA,Kuroshio Extension Decadal variability SSTA）中的中尺度海洋锋（KEDV-induced Meso-scale SST Front,KMSTF）的响应特征和维持机制.研究发现,表层斜压性对KMSTF的响应分布相对KMSTF经向梯度的分布偏南,平流过程的响应起主要作用.表层感热通量的响应相对KMSTF分布偏北,表层温度的响应分布与KMSTF分布的位相差异是导致其偏北分布的主要原因.积云对流过程、垂直热量输送和月内尺度扰动向极热量输送均可削弱表层斜压性,而感热通量加热可加强表层斜压性.研究对流层斜压性的特征发现,斜压大值随高度向北移动,极值在边界层顶附近,积云动量再分配影响的月内尺度扰动通量经向辐合有一定的贡献.同时,相对KMSTF暖海温异常偏南分布的低SLP（Surface Level Pressure）可引发经圈平面内次级环流,并将月内尺度扰动热量、水汽和动量向高纬度输送,从而引起斜压性随高度向北分布并增强斜压性.此外还发现,积云对流过程引发的非绝热加热通过扰动热力作用使高层急流向北偏移.

     

斜压大气中热带气旋运动特征的动力分析

从绝热、无摩擦、无环境场作用条件下的原始方程组出发,讨论了热带气旋的动力平衡特征,并分别导出了正、斜压大气中综合描述热带气旋中心强度变化的物理量(dI/dt)及其动力平衡关系式,进而分析了正、斜压大气中的热带气旋强度变化及移动的特征.结果表明:热带气旋的定常运动具有"相当地转风平衡”的特征,其等"压能”线和等位涡线均与流线重合;"β涡旋对”及由高(低)层水平风正(负)垂直切变产生的"切变涡旋对”之间的"通风气流”均使热带气旋的强度减弱,高(低)层涡度的负(正)垂直平流则增强热带气旋的强度;热带气旋的中心有向极、向高(低)层涡度垂直平流的梯(升)度方向移动的趋势,垂直运动及高、低层水平风速垂直切变的非对称结构对热带气旋的移动有影响;"γ效应”则是"通风气流”牵引热带气旋移动的动力机制之一.     

斜压基本气流对东亚夏季风区气旋扰动低频发展影响的数值模拟研究

本文将夏季气候平均的基本气流分解为正压和斜压分量,使用一个线性斜压模式,研究了不同斜压基本气流对热带西北太平洋地区初始气旋性环流扰动低频发展演变的重要作用.其中,控制试验较好地模拟出初始气旋扰动向西北方向传播、在西北太平洋季风槽附近停滞增强、在东亚地区出现经向波列和在南海到海洋大陆地区形成西北—东南向波列等特征.改变斜压分量的敏感性试验结果表明,正压基流不能为西传的初始扰动供给足够的能量;海陆热力差异引起东亚地区的纬向温度梯度和北风垂直切变,是东亚太平洋型经向波列形成和维持的重要因素;当基本气流中的斜压纬向偏差部分线性增大时,扰动的能量会呈e指数迅速增强,提示在气候变化的背景下,基本气流微小的改变可能带来天气或季节内扰动强度的剧烈响应.     

地表拖曳对斜压波地面锋生的影响

利用三维非静力中尺度数值模式MM5模拟了干湿大气条件中纬度典型斜压波及其锋面系统的生成与演变过程, 重点讨论地表拖曳对干、湿大气中地面锋结构、锋生过程的影响作用. 研究结果表明, 在干大气中, 地表拖曳力对地面锋锋生具有双向作用, 一方面是锋消作用, 主要体现在地表拖曳力减慢地面锋锋生、地面斜压波系统发展; 另一方面, 地表拖曳力导致强的非地转流形成, 从而延长了冷锋锋生过程维持时间, 有利于冷锋强度增大. 同时地表拖曳力可以造成边界层内锋面近乎垂直于地面, 导致锋前垂直运动增强, 这些结果进一步推广了谈哲敏和伍荣生的理论结果. 在湿大气中, 地表拖曳过程对锋面雨带分布有重要的影响作用, 地表拖曳力可减缓对流上 升, 从而导致地表能量的耗散减缓. 当大气低层湿度较小时, 对流不是很强, 地表拖曳力可减缓地表水汽、能量的迅速耗散, 且在锋后边界层中产生摩擦辐合上升区, 这些上升区可逐渐东移到冷锋前, 补偿了锋前上升带的强度, 有利于冷锋降水的维持. 当大气低层湿度场很强时, 对流发展比较旺盛, 此时地表拖曳对低层水汽与能量的束缚作用相对较弱, 相应地表拖曳对锋面及其降水系统影响较小.     

一个三维斜压水动力模型的建立及其在日本琵琶湖中的应用

水温的空间分布对很多湖泊水文现象关系甚大,本文建立了日本琵琶湖的三维斜压水动力数值模式。模拟计算结果表明：１）在不同风速驱动下,湖的上、下两层可形成不同的环流型;２）除形成环流处外,其它部分流速、流向在上、下层表现出明显的垂直切变;３）闭合式温度场储存位能,即使在无风和初始静止流场情况下,也可驱动湖流并形成若干环流特征;４）风对水的驱动作用是形成北湖北部稳定环流的决定性因子,并且本身可构造出温度场     

北太平洋副热带向东逆流区Rossby波斜压稳定性

根据对卫星观测的海平面高度资料的分析,进一步证实了在北太平洋副热带两支向东的流（副热带逆流和夏威夷背风逆流）所在的区域内,海平面高度的70～210天周期振荡是主要的低频变化.发现在这两支向东的逆流区Rossby波的特性不同：副热带逆流区70～210天周期振荡对应的Rossby波西传过程中增幅,在台湾以东振幅达到最大;而在夏威夷背风逆流区,70～210天周期Rossby波在西传过程中不出现增幅现象.依据2.5层海洋模式得到的关于Rossby波振幅、频率与海洋层结之间的关系,揭示了周期为70～210天的Rossby波为不稳定波,这是由于副热带逆流海域模态水存在使得密度的垂直梯度变小的缘故;而在夏威夷背风逆流区位于表层逆流下的北赤道流西深东浅,70～210天周期Rossby长波在逆流的东部有可能不稳定,但其在逆流的西部是稳定的,因此不出现在西传过程中增幅现象;发现在北太平洋副热带两个向东流的海域,年周期Rossby波是稳定的,因此,在该海域海平面周期为70～210天的振荡的振幅要比年周期振荡的振幅大.     

西藏高原斜压对流边界层风、温、湿廓线特征

利用1998年夏季第2次青藏高原大气科学试验当雄观测站的边界层观测资料以及拉萨、改则和武汉等地探空资料,分析讨论西藏高原斜压对流边界层风、温、湿廓线的特征. 研究结果表明,高原地区白天对流边界层发展可高达2200m,显著超过中纬度平原地区和海面上对流边界层高度. 高原对流边界层中温度廓线具有较好的混合特征,湿度廓线有时在某一高度上出现湿度极大值. 高原对流边界层内热量和水汽收支分析表明,水平平流作用对边界层结构具有重要作用. 在对流边界层中平均风速垂直分布存在风切变现象. 水平温度梯度形成较强的斜压性是形成边界层风切变的主要原因.     

长时间强度维持台风内核区位涡的中尺度分布特征及诊断

本文分析长时间强度维持"菲特"台风不同发展阶段的位涡分布特征发现：台风内核区中尺度高值PV带及其变化与台风强度变化具有伴随关系,即高值PV区与内核区强对流不仅具有对应关系;而且其生命史与台风强盛维持期一致;此外在眼墙区附近位涡梯度最大.分析还指出：垂直剖面上的高值PV呈现由单极位涡态（台风发展加强期）向中空位涡态（台风强盛维持期）的转变,到台风快速衰减期,又形成PV量值较小的单极位涡态.位涡收支方程诊断表明：内核区域水平平流、垂直输送和凝结加热的初始增强和大值收支带不仅对台风内中尺度高值位涡分布及长时间强度维持具有重要影响,而且具有伴随关系.此外,位涡收支各项对位涡态的转变起着不同的作用,其中凝结加热在台风强盛期中空位涡塔的建立中作用明显,水平平流项则在眼墙区的位涡塔中上层有着正贡献,垂直输送在高值PV分布的再分配中起中介作用.     

西藏高原斜压对流边界层风、温、湿廓线特征

利用1998年夏季第2次青藏高原大气科学试验当雄观测站的边界层观测资料以及拉萨、改则和武汉等地探空资料,分析讨论西藏高原斜压对流边界层风、温、湿廓线的特征. 研究结果表明,高原地区白天对流边界层发展可高达2200m,显著超过中纬度平原地区和海面上对流边界层高度. 高原对流边界层中温度廓线具有较好的混合特征,湿度廓线有时在某一高度上出现湿度极大值. 高原对流边界层内热量和水汽收支分析表明,水平平流作用对边界层结构具有重要作用. 在对流边界层中平均风速垂直分布存在风切变现象. 水平温度梯度形成较强的斜压性是形成边界层风切变的主要原因.     

中尺度涡的高度计资料同化模拟

中尺度涡在大洋环流中有着重要的作用. 为检验高度计资料同化应用于中尺度涡模拟的效果, 提高环流模式对中尺度涡模拟的精度, 使用三维变分的OVALS同化系统结合POM模式进行了中尺度涡同化模拟实验. 该系统将卫星高度计资料同化反演成为温盐伪观测数据, 然后再次进行常规温盐同化, 得到温盐分析场. 根据中尺度涡现象的物理特性, 经过对比检验, 对系统中的同化参数作了合理设置. 使用T/P和ERS1/2的10 a卫星高度计的海表高度异常资料, 分别用同化与非同化两种方案对西北太平洋的中尺度涡进行对比模拟实验. 将实验结果与观测数据的比较表明, 加入高度计资料同化的模拟结果远远好于未使用同化的模拟结果. 说明高度计反演温盐场的同化方法用于对于模拟中尺度涡现象是非常有效的.     

我国板内强地震与地热涡合并

对我国几十年来,特别是近十几年来6 级以上强地震及其发生前后在地气图上的表现,主要是地热涡的变化情况进行了分析.研究表明,与强地震有关的地热涡的演变有较明显的地域特点,即在不同的地区地热涡的活动有其相对较固定的活动模式,其对强地震的影响方式也较类似.讨论了其中与强地震有关的主要演变模式之一:地热涡合并模式.     

引发1966年邢台地震的地热涡分析

以大范围地温场为背景，结合中小尺度地温场的演变，讨论了１９６６年邢台地震的发生过程．指出：对邢台地震的４个地热涡的合并及合并后的加强是引发此次地震的基本原因之一．值得注意的是，对有些地震前兆（如地温），并非距震中愈近愈清楚．强调对时空连续变化要素的长期监测和综合分析是地震预报工作的当务之急     

开路与闭路涡度相关系统通量观测比较研究

开路(OPEC)与闭路(CPEC)两种观测系统是涡度相关技术观测通量的主要技术手段,用这两种观测系统进行通量观测时,由于系统本身的差异有可能导致观测结果的不同,因此在通量观测中对两种观测系统的观测进行比较分析是非常必要的.ChinaFLUX通量观测网络在长白山(CBS)和千烟洲(QYZ)两个试验站同时安装了OPEC和CPEC两种通量观测系统.本文计算了CPEC红外气体分析仪的CO2和水汽观测相对于OPEC观测结果的延迟时间;比较分析了OPEC和CPEC实时观测数据的功率谱和协谱;以OPEC观测系统的观测结果为标准评价了CPEC观测系统的通量结果.结果表明:QYZ和CBS两个试验站CPEC红外气体分析仪观测的CO2和H2O两种气体的延迟时间分别在7.0~8.0s、8.0~9.0s之间;OPEC和CPEC两种观测系统观测项目的功率谱与?2/3斜线一致,而协谱则符合?4/3定律.QYZ试验站的CPEC观测系统的CO2通量为OPEC的84%,而两种观测系统的潜热通量基本一致,CBS的CPEC系统的CO2通量、潜热通量分别为开路系统的80%、86%;CPEC观测系统抽气管道的衰减作用对碳通量的影响大于对水汽通量的影响,QYZ试验站的OPEC与CPEC两套系统的通量差异小于CBS;两种观测系统的CO2通量日变化趋势非常一致.     

引发1966年邢台地震的地热涡分析

以大范围地温场为背景,结合中小尺度地温场的演变,讨论了1966年邢台地震的发生过程．指出：对邢台地震的４个地热涡的合并及合并后的加强是引发此次地震的基本原因之一．值得注意的是,对有些地震前兆（如地温）,并非距震中愈近愈清楚．强调对时空连续变化要素的长期监测和综合分析是地震预报工作的当务之急．