强迫耗散非线性临界层动力学的初步研究

研究了强迫耗散非线性临界层动力学，得到了强迫耗散非线性临界层的解析解。解析解表明，在含有强迫耗散的条件下，非线性临界仍有“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”，当时间很大时，“猫眼”趋于定常，强迫耗散因子对非线性临界层激发的“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”的涡度场有重要的调制作用。     

南边界强迫的非线性临界层与副高的形成、维持和振荡

用非线性准地转正压涡度方程模式，在南边界取定常强迫波，采用４种方案模拟了非线性临界层及其上激发的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼，以确定热带的定常强迫对副高的形成、维持和振荡的影响。结果表明，南边界定常强迫仍在非线性临界层内激发行星尺度的准定常反气旋的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼流场，猫眼的移动、强度和形状变化与夏季副高比较相似．而北边界定常强迫所得结果与夏季副高差异较大。因此，南边界所激发的非线性临界层上的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼可能是夏季副高形成、维持和振荡的一种更为重要的新物理机制。文中还提出准定常行星波穿越副热带的非线性临界层的物理机制。     

非线性临界层与副热带高压的形成

本文用无辐散正压涡度方程模拟非线性临界层。结果表明,在非线性临界层内,流函数场出现“Kelvin猫眼”现象。“猫眼”的流场呈准定常反气旋环流形势,“猫眼”的时空尺度、东移和形状变化与副热带高压有相似之处。因此,非线性临界层产生的“Kelvin猫眼”有可能是位于纬向东西风交界面附近的副热带高压形成的一种新的物理机制。     

强迫耗散非线性系统的局域阻塞流型

本文将正压涡度方程约化为强迫耗散的KdV方程,求得了该方程的一个定常解.这个定常解描述了非绝热加热、耗散、非线性平流和线性频散共同作用所形成的阻塞流型.在确定性初条件、随机性初条件和随机热源扰动的情况下,积分时间大于60天的三组试验表明:该阻塞流型闭合高压中心位置维持定常,而阻高中心强度的演变显示出清晰的准两周或一个月左右的低频振荡现象.     

斜压大气亚临界不稳定的数值试验

利用一个由表面摩擦和辐射线弛强迫驱动的斜压准地转两层模式作数值试验，来研究斜压大气中的亚临界不稳定现象。试验结果表明，当无量纲量β≥0.25时，斜压两层大气中能够发生亚临界不稳定现象。亚临界不稳定现象的发生与初始扰动的选择有关。科氏参数的经向梯度的大小又是影响斜压稳定性强度的一个重要因素，其值越大，斜压稳定性强度越小。     

El Nino年和La Nina年的非线性临界层与副高的形成、维持和振荡

采用欧洲中心１９８２年１２月、１９８３年４月、１９８４年１０月和１９８５年４月的月平均纬向风场实际观测资料,作为非线性临界层模式的基本气流进行数值积分,得到：用１９８２年１２月和１９８３年４月的基流模拟出的副高强、范围大、数目少,维持２￣３个单体,且向西移,东西振荡周期１－２个月。用１９８４年１０月和１９８５年４月的基流模拟出的副高弱、范围小,成带状分布,数目多达４个单体,副高合并、分裂得较快,亦     

强迫耗散非线性发展方程准完全平方守恒格式的构造

从描述大气和海洋运动的强迫耗散非线性发展方程出发，对强迫耗散非线性大气和海洋方程组显式差分格式的计算稳定性进行了分析，构造了一类强迫耗散性发展方程的显式准完全平方守恒差分格式，理论分析和数值试验证明，这类显式准完全平方守恒差分格式是计算稳定的．值得推广应用。     

强迫耗散非线性发展方程显式差分格式的计算稳定性

基于计算准稳定的概念来分析强迫耗散非线性方程显式差分格式的计算稳定性，给出强迫耗散非线性大气方程组显示差分格式计算准稳定的判据，为设计强迫耗散非线性大气方程组计算稳定的显式差分格式提供了新的思路和理论依据。     

关于西风急流在强迫扰动中作用的数值试验

本文利用非线性水波方程谱模式模拟了不同基本气流对低纬和中纬地区涡源扰动的强迫响应，进而讨论西风急流在大尺度流场强迫扰动中的作用。试验分析表明，中纬度西风急流对来自低纬的扰动波列有增哟的阻 阻滞的作用，并能影响强迫扰动的波数和路径。在存在西风急流的情况下，基本气流对低纬扰源的响应比对中纬扰源的响应要强得多。     

副高北进过程的个例数值研究

就一次出梅时西太平洋副热带高压北进过程,用数值试验的方法,对副高北进的原因进行了分析研究,重点分析了非绝热过程在副高北进过程中所起的作用。结果表明:1）对应出梅时的环流形势,大气内部的动力调整过程具有使副高增强北进的趋势,是副高北进的主导因子。2）在3～5天时间尺度上,非绝热过程的作用不可忽视,其总效应使副高减弱。就各非绝热因子而言,净辐射过程的总效应使副高减弱,不利副高北进;降水凝结潜热释放有利副高的维持和增强,有利副高北进。就地区而言,南亚季风区加热具有同副高南侧热带辐合带加热相同的作用,正的加热增强有利副高增强北进。     

东北太平洋辐合异常对西太平洋副高异常影响的数值试验

用一个5层原始方程数值模式,对西太平洋副热带高压异常进退的一种可能机制进行了数值试验。试验表明,东太平洋副高的异常增强能通过激发扰动西传引起西太平洋副高加强西进控制中国大陆东南部地区。     

不同海域海表温度异常对西北太平洋副热带高压年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950～2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋) 海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式, 进行了多组长时间积分试验, 对比观测资料, 讨论了这些海域海表温度异常 (SSTA) 对西北太平洋副热带高压年代际变化的影响。结果表明: 全球、 热带、 热带印度洋－太平洋和热带印度洋海表温度变化均对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化有重要作用, 即在这些海域的海表温度变化影响下, 西北太平洋副热带高压均在1970年代中后期发生了年代际变化, 其后副高面积增大、 强度增强、 位置偏西、 偏南, 这与观测结果较一致; 热带太平洋海表温度变化对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化也有重要作用, 在其作用下, 夏季西北太平洋副热带高压的强度、 面积在1960年代后期发生年代际变化, 南界在1970年代中后期发生年代际变化, 这些时段以后副高强度增强、 面积增大、 偏南; 热带印度洋海表温度驱动模拟的西北太平洋副热带高压变化比热带太平洋海表温度驱动模拟的副高更接近于观测结果, 且年代际变化更显著, 其差异的可能原因在于两区海表温度在1970年代中后期以后的年代际变化能在孟加拉湾〖CD*2〗中国东南沿海区域强迫产生的异常环流不同, 前者强迫产生出反气旋性环流异常, 有利于副高的增强、 面积增大和西伸, 而后者强迫产生出气旋性环流异常, 不利于副高的西伸; 热带太平洋和热带印度洋海表温度在1970年代中后期的冷、 暖年代际背景变化对夏季西北太平洋副热带高压年代际变化有重要作用; 热带外海表温度变化对西北太平洋副热带高压年代际变化作用较小。     

SOUTHERN BOUNDARY FORCING RELATIVE TO GENESIS,MAINTENANCE AND OSCILLATION OF A SUBTROPICAL HIGH

A nonlinear critical layer and a Kelvin cat's eye excited thereupon are simulated through fourschemes in the context of a nonlinear quasi-geostrophic barotropic vorticity equation model withforced stationary wave acting along the southern boundary to investigate effects of tropical steadyforcing on the genesis,maintenance and oscillation of a subtropical high(STH).Evidence suggeststhat the southern forcing is responsible for the planetary quasi-steady anticyclonic Kelvin cat's eye-form flow field inside the nonlinear critical layer,with the eye shifting,vigor and shape changingquite similar to the behaviors of a summer STH,in striking contrast to the northern stationaryforcing.As such,the southern boundary-caused cat's eye is likely to be an even more importantmechanism for STH genesis and evolution.In addition,a physical mechanism is introduced forquasi-steady planetary wave moving through the critical layer at subtropical latitudes.     

SOUTHERN BOUNDARY FORCING RELATIVE TO GENESIS, MAINTENANCE AND OSCILLATION OF A SUBTROPICAL HIGH*

A nonlinear critical layer and a Kelvin cat's eye excited thereupon are simulated through four schemes in the context of a nonlinear quasi-geostrophic barotropic vorticity equation model with forced stationary wave acting along the southern boundary to investigate effects of tropical steady forcing on the genesis,maintenance and oscillation of a subtropical high(STH).Evidence suggests that the southern forcing is responsible for the planetary quasi-steady anticyclonic Kelvin cat's eye-form flow field inside the nonlinear critical layer,with the eye shifting,vigor and shape changing quite similar to the behaviors of a summer STH,in striking contrast to the northern stationary forcing.As such,the southern boundary-caused cat's eye is likely to be an even more important mechanism for STH genesis and evolution.In addition,a physical mechanism is introduced for quasi-steady planetary wave moving through the critical layer at subtropical latitudes.     

A Numerical Study of Sensitivity of the Physical Dissipative Technique to Precipitation Parameterization in a Mesoscale Model

1. IntroductionRecently, the improvement of accuracy in the out-puts of a numerical mesoscale model by the physi-cal dissipative technique is reached (Liu et al., 2002;Liu and Liu, 2003). The effect of improvement ofthis technique differs not only from model to model,but from scheme to scheme of parameterization em-ployed in the same model. The rapid developmentof the computer technology makes possible the com-plicated numerical experiments by a model with highresolution and multiple domains …     

Interaction Between Typhoon and Western Pacific Subtropical Anticyclone:Data Analyses and Numerical Experiments

Three kinds of typhoons with distinct tracks are sorted based on a set of typhoon data from 1958 to 1998. The results of composite analyses confirm that different typhoon tracks correspond to different patterns of the subtropical anticyclone over the western Pacific （SAWP）. When the tracks are westward, the SAWP is strong, with a zonal form, and stretches westward; when the tracks are recurving, the main body of the SAWP shifts eastward and breaks near 160~E; and when the tracks are northward, the SAWP is located far east of its normal position. Based on the above result, two different initial fields are configured, one has a zonal and strong SAWP, and the other has a meridional and weak SAWP. By using the GOALS R42L9 climate model, a temperature disturbance is added into these two different initial fields to force the formation of a typhoon. Westward and northward tracked typhoons are well simulated, thus verifying that different patterns of the SAWP have different effects on typhoon tracks. Results also show that typhoons can induce barotropic Rossby waves propagating to the mid and high latitudes. Under different background zonal flows, the wave trains triggered by the typhoons of westward and northward tracks are also different, and their effects on the mid and high latitude circulations and the SAWP are different. Compared to a n.orthward tracked typhoon, a westward tracked typhoon is able to induce positive geopotential height anomaly to its north and northwest, resulting in the SAWP strengthening and developing westward.     

高云和气溶胶辐射效应对边界层的影响

通过WRF(Weather Research and Forecasting) 模式嵌套包含了高云和气溶胶辐射效应的大气边界层模式, 结合激光雷达资料, 进行数值模拟, 定量分析高云和气溶胶辐射效应对城市边界层的影响。模式能很好地模拟出在高云和气溶胶辐射效应下城市边界层的特征。夜间, 气溶胶在低层起到保温作用, 高云使得保温作用得到加强, 地表增温达1.5 K。中高层, 气溶胶降低所在气层温度, 高云使得降温幅度减少, 降温达0.2～0.7 K。白天, 高云和气溶胶减少到达地面的太阳短波辐射, 导致低层温度降低, 地表降温达1.3 K。中高层, 气溶胶加热所在的气层, 高云使得这一增温幅度减少, 在500 m处增温最大, 达0.85 K。无论白天还是夜间, 气溶胶的辐射效应都会抵消一部分形成山谷风的热力条件, 使得中低层的风速减少, 这种影响在白天显得尤为明显。高云的存在使得这种抵消得到少量的补偿。