锋和地形

本文采用一个简单的模式研究山岳附近锋的传播和变形,这里将锋定义为两种均匀流体的分界面。由这个模式算出来的山岳附近锋的移动的基本特征已予证明。关于网格的分辩率,山地的表述以及高空流的方向和速度等方面,对山地附近锋的传播预报的敏感性作了试验。 一、引 言 冷锋的结构和它的传播速度均受到山脉的强烈影响,冷空气可以受到一个山岳的阻挡,其传播速度就会随之降低。然而,在有利的条件下,当冷锋沿着山脉移动时,它的速度明显加大。这种气流的数值模拟的出现是可能的。(例如,Gauntlett等MWR 112 1984)无论如何,然而预报这种锋的畸变仍然是困难的。     

非传统近似下海洋内波的一类WKB近似解

在非传统近似(即,包含地转水平分量在内的完整地转效应)条件下,用 WKB(Wentzel-Kramers-Brillouin)方法得到了密度连续分层海洋内波的一类 WKB近似解.为了检验所得到的 WKB 近似解的有效性,对WKB解各垂向速度模态与基于三点中心差分格式及QR算法的数值计算结果进行了详细比对,结果表明,当浮...     

强非线性和色散性Boussinesq方程数值模型检验

采用同位网格有限差分法,建立了强非线性和色散性Boussinesq方程数值计算模型。以稳恒波Fourier近似解给定入射波边界条件,对均匀水深深水和浅水域不同非线性的行进波、缓坡地形上深水至浅水域的浅水变形波、以及缓坡和陡坡地形上的波浪水槽实验进行了数值计算,并将计算结果与解析解、解析数值解以及实验值进行了较为详细的比较,从而检验了模型的色散性、非线性以及不同底坡下非线性波的浅水变形性能。     

东海黑潮混沌特征的数值分析

以英国 OCCAM(The Ocean Circulation and Climate Advanced Modeling Project)全球环流模式的 1 994年计算结果作为初始场和边界条件 ,用 POM模式 ,对东中国海黑潮季节变化进行了数值模拟 ,特别注意了海水运动的混沌特点和质点移动轨迹。研究结果表明 :东海黑潮区地形引起的黑潮流剪切是导致混沌的主要原因 ;东海黑潮区混沌运动有明显的季节变化 ;黑潮主轴区基本是输运的屏障区。     

(→Q)矢量分析法在福建两次飑线天气过程分析中的应用

简要介绍了准地转(→Q)矢量分析方法,并用NCEP 1°×1°格点资料计算了(→Q)矢量、(→Q)矢量散度场及(→Q)矢量锋生函数等物理量.从(→Q)矢量流场、(→Q)矢量散度场水平和垂直分布,及(→Q)矢量锋生函数场分布等方面,对2005年5月5日福建前后两次飑线天气过程进行了分析.其结果表明(→Q)矢量分析方法对强对流天气的预报具有指示作用.     

波浪辐射应力对海流模式影响的数值分析

将波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力引入海流数值模式POM(princeton ocean model),在渤海海域进行了初步的数值研究。在目前的数值分析中仅考虑了波浪辐射应力的横向分量(也是最重要的分量)。在POM模式中引入非地转和地转意义下的波浪辐射应力两种方案,并与原模式直接运行(即不考虑波浪辐射应力)的结果进行比较。比较显示,波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力对海流模式结果的影响不容忽略。在海浪场存在的条件下,由风应力和地转意义下浪致作用力共同作用产生的海流强度应比理论上Ekman漂流的强度大,尤其是在浪致作用力显著的表层,表层流将明显增强,且不会完全符合Ekman漂流理论的转向规律。     

海岸锋生的数值试验

本文利用二维中尺度模式研究了寒潮爆发时,背景风场和下垫面特性对大陆东海岸海岸锋生的影响.数值试验结果表明,海岸锋生主要发生在夜间和地面附近.背景风场为东风时,它有利于海岸低层锋生,背景风场为西风时,它不利于海岸低层锋生,背景风的垂直切变对海岸锋生有着重要的影响.海气温差增加,夜间海岸低层锋生加强.海岸陆地斜坡角较小时,海岸斜坡地形对海岸锋生影响较小.锋生机制分析表明,影响海岸锋生的主要因子是速度水平变形场.     

山东半岛一次强冷流降雪过程的中尺度特征分析

利用高空和地面的常规观测和天气加密观测资料,以及MM5V3.6中尺度数值模式系统的模拟结果,对2003年1月3~5日山东半岛北部地区发生的暴雪过程进行了中尺度特征研究。实况资料表明:在高空有利的大尺度环流形势控制下,不断入侵的冷空气作用下,受渤海暖海面的热力作用和山东半岛地形作用,产生了中尺度的海岸锋。在强冷平流、海岸锋锋生及半岛地形的摩擦抬升共同作用下,产生了这次强冷流降雪。海岸锋环流形成的对流云能引起降水量的局部增强。数值模拟结果表明:海岸锋生过程及其产生的沿岸辐合带是形成山东半岛冷流暴雪的主要原因,同时海岸锋同低层大气重力波耦合形成了海岸锋陷波。本文给出了山东半岛北岸海岸锋的概念模型。     

港池中波浪折射、绕射的数值模拟方法

从流体运动方程和动量方程出发,引入海底摩擦力和港池不完全反射作用,推导出了Berkhoff折射、绕射方程。在深海部分解析方法用精确解(含待定系数)、在复杂地形用数值离散方法求解,中间过度段用的光滑匹配将离散数值(有限元)和解析解(精确解)一同求解。通过极值问题建立泛函,利用泛函的驻定性将海岸(港湾)问题进行数值离散,建立了可行的数值模拟模型。     

海洋测深的波束角效应及其改正

测深仪波束角效应使记录的测深图像(海底地形)产生变形,本文将测深仪波束角效应分为三种:时移效应;双曲线增伪丢失效应;深度丢失效应。并对这三种效应进行了分析研究,提出了改正方法,不同类型海底地形的数值试验结果证实了该方法的有效性,该方法可极大地提高海洋测深的精度和可靠性。     

1987年南半球夏季南设得兰群岛邻近海域CWB的特征及其成因

本文利用1987年1-2月中国第三次南极考察期间在南设得兰群岛邻近海域获得的STD资料,详细阐述了群岛以北海域中的一条海洋峰——大陆水边界(CWB)在表层、次表层和深层的表观特征,并给出了测区表面的地转流分布,计算了斜压变形半径R_bc.作者认为这里沿锋向海流处于地转平衡状态,且锋主要由边界流的作用所致.CWB的沿锋尺度约360km,平均宽度约30km.     

一次秋季大暴雨过程动力机制的数值分析

利用中尺度大气非静力模式MM5对2003年10月9～12日发生在冀东南和鲁西北的大暴雨过程进行了数值模拟。基于合理的模拟效果,着重分析了产生此次暴雨的动力、热力机制及中尺度天气系统之间的相互作用。结果表明：蒙古高压前部与西南低压外围在华北平原西部形成东北一西南走向的锋面,冷暖空气相遇,在锋前形成大范围静力不稳定区;生成于河南西南部的中-α涡旋向东北方向移动过程中引起地转平衡局地破坏,质量场向风场的调整过程中激发出惯性重力波,而惯性重力波的频散加强了西南风低空急流中急流核的移动,将水汽和能量向锋前输送;位于锋前的冀东南和鲁西北地区的大气层结不稳定度最大,重力波传播到此迅速发展,触发了该地不稳定能量释放,造成了此次局地大暴雨。     

陆坡附近锋面的稳定性

本文用二维的半地转模式研究了陆坡附近锋面(坡折锋、西边界锋)的稳定性及不稳定机制。指出:锋面的稳定性与锋面结构有关,下层厚度的增加使得a_i(扰动生长率)减小。对坡折锋地形变陡a_i略有所增,这与Flagg和Beardsley的说法相反[1],扰动为斜压不稳定。对上层位涡均匀的西边界锋,其实际地形下的a_i只有平底时的1/7,扰动为正压不稳定,这与背景流场的强水平剪切有关。对于双曲正切结构锋,得到了与实际相一致的相速(～0.5m/s),扰动为斜压不稳定。圆顶结构锋的a_i及相速几乎不随波长而变,扰动为斜压不稳定。     

波浪在缓变海底上传播的一个简单数学模型

基于Liu和Shi(2008)的波浪势函数零阶、一阶近似解,采用四阶龙格-库塔法,对缓变海底上一维波浪传播理论模型进行了数值求解,并对波浪在定常坡度的斜坡地形、双曲正切地形为例的传播、变形进行了研究。为了更逼真地描述流体质点的波动特性,将在Euler坐标系下得到的解转换至Lagrange坐标下的解,并绘制Lagrange坐标下坡度为0.2的海滩上的一个波周期内临近破碎前的波形的详细变化过程。此外,计算得到了变水深区域波浪速度势以及自由面的分布,并与Athanassoulis and Belibassakis[34]的结果进行了对比,表明本文模型比保留了六个瞬息项的后者更有效。     

副热带逆流二十年研究概况(续)

四、副热带逆流的可能成因关于副热带逆流形成的原因,迄今尚无一个完满的普遍接受的解释。20年来,不少学者提出了几种有关逆流成因的可能解释,主要的有:1)吉田和城所的风应力反气旋涡度的“槽”理论;2)杉原伸夫(Suginohara,1973)的风生大洋环流三层模式;3)竹内谦介(Takeuchi,1983;1984)的副热带锋及副热带逆流的形成机制和数值模式;4)Cushman-Roisin(1984)的不考虑Ekman辐聚的副热带锋生成论;5)White & Walker(1985)的夏威夷群岛的影响论等。总的讲来,吉田和城所的理论提出     

近岸区域波流耦合作用的数学模型

本文提出了一个讨论近岸波浪和波生流耦合作用的二维数学模型。在波浪场中运用波数矢量无旋和波作用量守恒方程求解波浪在波生流作用下的折射、绕射变形,以辐射应力作为波生流场的驱动力,考虑地转柯氏力和海底底摩擦的作用。文中采用Dingemans（1987）的地形对波流耦合作用进行了分析。数值计算结果表明波流耦合作用对近岸波浪场和波生流场的影响比较显著,在工程实际上应当综合考虑波流耦合问题。     

近岸波浪折射-绕射-破波耗散联合模式的有限元数值研究

建立了近岸波浪折射-绕射-破波耗散的有限元数值模式。采用的有限元方法为改进的混合元法,其中外域开边界条件得到改进,内域有限元为伽廖金有限元。用理论解检验了所建立的数值模式,并将该模式应用到一个模型港湾。     

“选尺度资料同化”方法在海洋数值模拟中的应用:对一次西沙强暖涡过程的模拟试验

"选尺度同化"(SSDA)方法是指在资料同化中考虑观测资料和模式变量的多尺度特征,选择性地对模式变量在某一尺度上进行调整同时保持在其他尺度上不变。为检验该方法在海洋资料同化中的应用效果,以2010年8月南海西沙群岛海域出现的强暖涡(称为西沙暖涡)为试验对象,对比了同化卫星高度计海表高度资料及其反演的地转流对暖涡的改善效果,其中对地转流的同化采用了两种同化方法,即采用和未采用选尺度同化方法。各个试验结果对比表明,同化海表高度和利用选尺度同化方法同化地转流均能改善对西沙暖涡的模拟,两者同时同化对西沙暖涡模拟的改善最显著。其中,同化海表高度是通过压力场调整速度场,对西沙暖涡的范围改善更显著;选尺度同化方法则通过速度场调整压力场,有利于维持海水向暖涡中心的辐合,对暖涡强度模拟效果更好。此外,不采用SSDA方法同化地转流(即不对模式流场进行尺度分离)的试验模拟效果最差,原因在于通过地转流直接调整整个流场会抑制小尺度流场(非地转流部分)的自由发展。     

南海东北部地转运动与近惯性运动间动能交换的时空变化特征研究

地转平衡运动与近惯性运动是海洋里普遍存在且含能较高的两种运动形态,二者间的相互作用与能量传递在大洋能量串级中扮演着重要角色。然而受到现场观测和数值模式时空分辨率不足等因素的制约,目前对于二者间动能交换的时空变化特征及其在二者动能收支中所扮演的角色尚不清晰。本文利用1/48(°) MITgcm数值模式资料,对南海东北部地转与近惯性运动的动能交换率时空变化特征进行了刻画,并定量评估了动能交换率在二者动能收支中的作用。研究结果表明,在地转动能较强的吕宋海峡区域,二者间的动能交换率显著高于地转动能较弱的南海东北部内区。在吕宋海峡,地转运动向近惯性运动正向传递动能,年平均总动能交换率为3.61×10^-7 m³·s^-3,但季节变化不显著;在南海东北部内区,近惯性运动向地转运动逆向传递动能,且受黑潮入侵影响,表现为冬强(-11.37×10^-8 m³·s^-3)、夏弱(-5.26×10^-8 m³·s^-3)。与...     

华南前汛期暴雨研究的进展

每年春季,冷空气南下常可引起华南地区大范围的一般性暴雨。华南前汛期特大暴雨则主要是由热带天气系统和来自孟加拉湾—南海中,南部的暖湿西南气流,以及来自西太平洋的暖湿东南气流所引起的暖区降水。研究表明,低层(行星边界层)流场和湿度场的作用要比高度场-温度场显著得多。低层西南风急流的非地转性和脉动性,对于华南暴雨的产生及其时空分布的非均匀性有显著影响。华南海陆风效应极为明显,这正是华南易于出现大暴雨以及沿海和内陆最强雨峰出现时间不同的一个重要原因。