大气中的适应过程和发展过程(二)——非线性問題

在第四节中我们已经得到了正压大气运动方程的积分—微分方程型的解答,并且可以表为反映初始扰动效应部分h_Ⅰ,u_Ⅰ,v_Ⅰ和反映出非线性效应的部分五h_Ⅱ,u_Ⅱ,v_Ⅱ之和:     

初始扰动垂直结构对热带斜压大气半地转适应过程的影响

文中利用一个半位势涡度时间不变式对热带斜压大气地转适应过程中的尺度准则进行了研究。结果表明 :对深厚系统而言 ,只要初始扰动的纬圈特征尺度足够大 ,则不论其初始扰动的经圈特征尺度多大 ,适应后的压力场的变化都很大 ,而纬圈流几乎维持不变 ,压力场向纬圈流适应 ;至于浅薄系统 ,对纬圈和经圈特征尺度都很大的初始扰动而言 ,适应后的压力场易于维持 ,主要是纬圈流向压力场适应 ;但当初始扰动呈现出纬圈型扰动特征时 ,适应后的压力场变化也很大 ,压力场向纬圈流适应     

大气过程和天气对人体的影响

本文的目的在于简要地介绍国外有关天气对人体影响问题的研究状况,主要是最近10—15年的。环境介质,特别是大气过程对人类生存和活动的影响问题起源于古代,已有很多世     

太阳活动和磁层扰动对天气过程的影响

一、引言对流层大气运动的能源直接或间接的来自太阳。在很早以前人们就开始了太阳活动与气候变化相关问题的研究。早期的工作是太阳黑子数与气候要素长期变化之间的研究,后来才注意到地磁活动与短周期天气现象之间的相关研究。但当时只限于地面上的观测数据,没有空间有关因素的直接探测资料,致使这方面的研究难以深入开展下去。近十多年来由于空间探测技术的迅速发展,取得了较广泛的     

自由大气非定常扰动对大气边界层的内参数的影响

本文用大气边界层运动方程的数值积分方法,研究了当自由大气(边界层顶)风作非定常的周期扰动时,对非中性层结的大气边界层的内参数u*/G(u*为摩擦速度,G为自由大气风速)和角α(地面风与自由大气风向的夹角)的影响。并将其结果与中性层结大气边界层的相应结果作了对比。最后对斜压大气情形也作了相应讨论。说明了大尺度模式中边界层的参数化的结果应考虑层结、斜压性与非定常过程的共同作用。     

大气的随机扰动对波速的影响研究

从大气运动方程出发,利用随机微分方程的最新理论和摄动法进行分析,通过对波动的分析,得到了一些有意义的结果。     

斜压大气中的特征波动和地转适应过程

本文对斜压大气的小扰动方程作了严格和全面的数学分析:论证了关于垂直边界条件的正确提法以及初始场一些特殊问题,澄清了迄今不正确的和混乱的提法;给出了解的存在、唯一和稳定性的证明。在这基础上,对大气的特征波动作了分类,并证明内波的能量总是向宇宙空间弥散掉,最终强度趋于零。因此,即使扰动的水平范围为无限,或者严格地考虑到地球表面为球面,也有地转适应过程,这是以在未研究过的机理。     

在有热源和耗散情况下的大气适应过程

本文讨论在热源和摩擦耗散作用下大气的适应过程。一、分析无穷空间点源扰动函数积分形式的解。二、在热源沿水平方向周期分布的情况下,求解有摩擦时环流向常定外源及下垫面外强度场适应的过程,并和无摩擦的情况相比较。三、求出在常定外源和摩擦的共同作用下大气适应的终态。四、给出系统垂直结构与热源空间分布的关系。     

锋生过程对扰动发展的影响

本文用WKBJ方法讨论了叠加在Hoskins-Bretherton［1］]锋生模型背景上的小扰动发展问题。考虑了大尺度变形场、锋区斜压气流及锋生环流对扰动发展的作用，发现锋生过程有利于与锋平行的中小尺度扰动发展，而锋消则有利于沿锋传播的横波型扰动发展。     

斜压大气中地形扰动过程的一个数值试验

本文应用了考虑地形边界的三层模式对一个纬圈环流的初始理想场进行了60小时地形扰动过程的数值计算。试验结果表明地形扰动影响具有一定的时滞性(扰动过程在48小时后才趋于相对稳定状态)。其次,西藏高原对带状流的强迫分支(绕流现象)在计算结果中有较明显的反映。在半球范围内形成的地形槽脊位置基本上亦与环流平均槽脊位置较为相似,这表明模式中所取边界条件的基本适用性。     

平流层球面大气地转适应过程和惯性重力波的激发

观测表明,在1979年2月平流层爆发性增温期间由于准定常行星波的上传,平流层存在着强烈非地转运动,从而导致很强的散度场和很强的大振幅重力波活动.作者用Hough函数构造一个线性正压全球谱模式,以1979年2月22日平流层爆发性增温期间10hPa上的实际地转偏差作为初始扰动来模拟平流层在爆发性增温时非地转扰动的地转适应过程,并从散度场的变化来讨论平流层爆发性增温时重力波的激发和传播.模拟结果表明:由于在平流层爆发增温时,伴随着大范围的非地转运动的产生,气压场将很快与流场相互调整(此过程以气压场向流场调整为主),经过2～4 h气压场与流场达到地转关系,并且在适应过程中散度场产生剧烈变化,这说明在适应过程中所激发的惯性重力波的活动是很剧烈的.     

辐射和积云对流过程对大气辐射通量的影响

基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的全球大气环流谱模式(SAMIL-R42L26),研究了澳大利亚气象局研究中心(BMRC)新辐射方案和新Zhang-McFaflane积云对流方案对大气辐射通量模拟的影响.新辐射方案相比原辐射方案在辐射计算光谱分辨率、气体吸收和计算效率等方面作了很多改进,其对大气辐射通量的模拟能力相应提高.在晴空条件下,大气顶出射长波、大气吸收短波和地表入射短波等与观测的偏差较原辐射方案明显减小,尤其是在对流活跃区域.在云天条件下大气辐射通量与观测的偏差也较原辐射方案减小,但其偏差依然较大,这与模式中积云对流参数化方案模拟能力不足引起的辐射通量偏差有关.为此,换用了新Zhang-McFarlane积云对流方案,其结果表明,对流活跃区水汽含量显著增加,原对流方案中偏强的"双赤道辐合带"现象明显减弱,赤道辐合带地区的大气辐射通量偏差有明显减小,在海洋地区晴空大气顶出射长波和地表入射短波的量值及空间分布均接近观测结果,同时大气顶全球平均能量收支的年变化和观测结果趋于一致,其中模拟的伞球年平均大气顶能量收支和观测的偏差不到0.6 W/m2.试验结果同时表明,在未来研究中引入气溶胶分布、调整相关的云物理和陆面过程等物理参数化方案是进一步提高SAMIL-R42L26辐射通最模拟性能的关键.     

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。     

在1982/1983 ENSO过程中暖池和赤道辐合带相互作用对大气表面风的影响

利用一个耦合海气模式,用数值试验方法分析了1982/1983 ENSO期间的暖池和赤道辐合带(ITCZ和SPCZ)的相互作用对大气表面流场和散度场的影响。结果指出,ENSO高峰期和成熟期SPCZ比ITCZ更重要(即ENSO高峰期和成熟期SPCZ与暖池相互作用比ITCZ与暖池相互作用更强烈);ENSO的形成初期和衰减期SPCZ和ITCZ同样重要。      

清除过程及对大气污染物的影响

清除过程能有效地清除大气中的许多污染物,针对城市空气质量预报需要,着重从理化方面介绍其清除机制.     

不同扰动场对大气重力波参数结果影响的初步探讨

如何获取大气重力波参数是大气动力学理论研究的重点和难点。本文以2013年8月6—8日晋西北地区出现的一次雷阵雨天气过程为例,利用常用的二阶、三阶、四阶曲线拟合和带通滤波方法获取垂直高分辨率探空资料的扰动场,对这些扰动场提取的大气重力波参数进行对比分析。结果表明:不同扰动场(二阶、三阶、四阶曲线拟合以及带通滤波)对所获取重力波参数的大小及变化趋势存在影响,但对不同重力波参数的影响程度不一样。其中,对波固有周期、水平和垂直波长的大小及变化趋势影响很大,而对波传播方向、对地水平群速及固有相速的影响程度则较弱。结合6—8日天气现象的大气动力特征,发现由二阶曲线拟合、带通滤波对应扰动场得到的重力波参数的大小及变化趋势与此吻合,其结果可信度最高;而由四阶曲线拟合扰动场得到重力波参数值的可信度最低。     

斜压大气中基本气流与扰动的若干制约过程

将涡度方程及绝热方程分离变量,化成非线性常微分方程组,以Runge-Kutta法在电子计算机上进行数值积分。从所得的结果中看出:基本气流与扰动是相互制约的,基本气流的变化有准周期性,具有10—13天不等的周期,在各个循环中,基本气流增长及减弱的速率也很不一样。波数为6的扰动,变化周期为11—13天,振幅变化近于正弦曲线;波数为4的扰动,其振幅变化较复杂;波数为2的扰动,变化周期为3天。波数为6的扰动,上下层同时发展或同时阻尼,但波数为4及2的扰动,上下层的变化趋势刚好相反。 最后从所得的结果中看到:对于非线性方程,如果初值不同,那么解的平均周期也不同。     

海南島南部杂交水稻制种和繁殖的农业气象問題

1975年冬到1976年春我省在海南岛南部崖县、乐东、陵水一带,搞杂交水稻制种和繁殖不育系种子(以下简称冬季南繁)三万三千余亩,获得全省平均亩产70多斤的好收成,其中十二个县和农场的育种队平均亩产过100斤,慈利县育种队50多亩突破亩产200斤大关。冬季我们从大陆到海南岛的目的是加     

大气中的适应过程和发展过程(一)——物理分析和线性理論

适应过程和发展过程是大气运动的两种基本动力过程。在一般情况下,大气运动基本上是处于地轉平衡的,但同时也存在着沿某一比較規律的方向演变的过程——发展过程;而发展过程却正是通过地轉平衡的不断破坏来实現的(在完全的地轉平衡条件下,大气的运动是常定的).这就說明大气运动中存在着地轉适应过程和地轉平衡不断遭到破坏的內部机制。但在过去,地轉适应过程是用线性理論研究的,它給出了适应过程而得不到发展过程(場趋向于常定状态);而发展过程却是考虑了場的非綫性而借助于諸簡化模式忽略了适应过程来研究的。要全面揭露这种內部机制,看来,我們必須应用非线性的完整的动力学和热力学方程組.完整的方程式組也应該能够揭露出大气运动的准地轉性,亦即在通解中应該作为主要部分而区分出地轉部分来.同时我們还可以研究大尺度的准无水平輻散运动(准地轉运动)部分与非地轉部分的相互作用問題,并确定諸簡化模式的适用程度。 本文就是用非线性的完整方程式組来研究上述諸問題。