大气运动的慢流形概论

从动力学系统的慢流形（slow manifold）的一般概念及数学描述出发，系统地论述了大气运动的慢流形的存在性和一般性质。文中侧重于讨论与大气运动的慢流形密切相关的一些重要问题，包括平衡运动或平衡流的性质以及它对惯性重力波的自发辐射（spontaneous emission）、PV反演理论和应用、与数值模式初始化问题的联系等，并对上述研究领域的研究历史和现状也进行了较为全面的综述，旨在为国内气象界相关方向的研究者提供了解该领域概貌并较快切入具体研究问题的线索。     

美国军方发布《国家安全与气候变化威胁》报告

2007年4月16日,由退休将军组成的美国海军分析中心军事咨询委员会发布了《国家安全与气候变化威胁》报告,从军事角度评估了气候变化对美国国家安全的潜在威胁。这是继2003年10月美国国防部给布什政府提供的一份秘密报告《气候突变的情景及其对美国国家安全的意义》后,美军方再次抛出的关于气候变化成胁美国国家安全的报告。该报告一经发布,媒体争相报道,在国际社会引起了极大反响。     

夏季亚洲季风区的水汽输送及其对中国降水的影响

利用1948-2005年NCEP/NCAR逐日及月平均资料,研究了亚洲季风区水汽输送的气候特征及其与中国夏季降水的关系.结果表明:(1)亚洲夏季风区不论在纬向和经向输送上,都表现了其独特性.夏季亚洲季风区为强大的水汽汇,东亚大陆和印度季风区均有较强的水汽辐合中心.(2)大部分水汽集中在对流层中下层,主要来自印度季风区,而对于对流层中上层,则以西太平洋和中纬西风带的输送为主.(3)印度季风在5-7月纬向向东的输送加强,东亚季风在6-7月以经向向北的输送加强为主,7月达最强,8到9月季风减弱直至结束.亚洲季风区青藏高原南侧的南支西风对东亚的水汽输送有重要作用,表现为春季最强,中高纬和热带西风输送变化同步,在盛夏达到最大,7月热带西风输送的水汽占三支水汽总输送的80%左右,来自中高纬地区的水汽约占18%.(4)季风爆发后,大量水汽从南半球输送到亚洲季风区.水汽辐合增加最大在孟加拉湾、中南半岛和南海地区,中国大陆的水汽主要经南海北边界输入.(5)水汽输送的北进与雨带的北推相一致.水汽输送场的时空分析表明,EOF1和EOF2分别代表强弱季风年的水汽输送特征.EOF1反映了东亚季风区一致的异常向北输送,并且在1970年代末发生了明显减弱.它与华北降水相关密切,表明自1980年代以来东亚季风向北水汽输送的减弱是华北干旱的主要原因.EOF2的主要特征是从1980年代之后,来自东北和西南的异常水汽在长江流域辐合,导致长江流域降水增多.相关分析表明,东亚夏季风在年代际尺度上的变化对此起了重要作用.     

东海地区温带气旋爆发性发展的动力学分析

本文对东海地区两个气旋波的爆发性发展过程进行了动力学分析。结果表明:明显的对流层中下部增温、增温以及不稳定的大气层结和强高空西风急流,及其有关的次级环流的作用是气旋爆发性发展的重要条件。在气旋爆发性发展过程中,上升运动、正涡度以及高空辐散和低空辐合的散度场皆达到最强。加热场的计算也表明非绝热加热特别是凝结潜热释放也在气旋爆发时刻达到最强,最大加热区位于气旋的东北象限内。这时涡动动能的增加十分显著,它主要是由涡动有效位能向涡动动能的转换造成,这说明气旋的爆发性发展是与斜压发展密切有关。     

气象场的客观分析和中尺度滤波

为了解决诊断分析中资料处理的问题,本文对逐次订正法作了一些改进.所得到的分析结果比目前常用的有限元插值法有所提高,尤其是在分析要素场的高低值区和水平梯度方面. 在上述客观分析基础上进行的中尺度滤波表明:过滤后的要素场与暴雨天气系统有更好的对应关系。通过两种中尺度滤波方法的比较得到:高斯权重滤波方法在不少方面比选择滤波方法有更好的性能.     

全球海气耦合模式对我国极端强降水模拟检验

以1961—1999年我国地面观测逐日降水资料作为观测基础, 初步分析了18个全球海气耦合模式对我国20世纪极端强降水的模拟能力。分析模式对不同级别降水的模拟发现, 各模式模拟的我国1~10 mm小雨日数普遍明显偏多; 10~25 mm中雨日数的模拟结果总体上也以偏多为主, 虽然部分模式能够模拟出我国南方存在的高值中心, 但位置偏北至长江中下游地区; 25~50 mm大雨日数在我国南方明显偏少, 并且大值中心的位置基本都没能模拟出来; 50 mm以上暴雨日数的模拟结果也明显偏小, 除MIROC3.2(hires) 外大部分模式在长江以南地区的结果都未超过2 d; 大部分模式不能正确模拟出我国东部地区大雨日数变化趋势的空间分布。进一步分析各模式对极端强降水的模拟发现:各模式极端强降水阈值明显低于观测; 半数左右的模式模拟出了1961—1999年西北西部极端降水增加的趋势, 个别模式趋势系数的大小与观测相当, 大部分模式对东北和长江中下游地区的模拟结果呈与观测反向的变化趋势, 没有模式能够模拟出我国东部地区存在的东北—华北与华中—长江中下游—华南存在的极端强降水日数增加-减少-增加-减少的空间分布; 大部分模式模拟的极端强降水日数标准差与观测结果比较接近, 这可能主要是由于对观测和各模式使用了同样的判定极端强降水发生的方法。总的来看, 全球海气耦合模式对我国极端强降水的模拟能力还有待进一步改进。     

东亚夏季风水汽输送带及其对中国大暴雨与洪涝灾害的影响

东亚夏季风每年给中国东部地区带来充沛的降水，是中国水资源的主要来源，同时也常常给中国造成严重的洪涝灾害。东亚夏季风水汽输送的强度、影响范围和持续性在极端暴雨过程中起着关键的作用。这支夏季风气流的水汽输送带可称为东亚季风水汽输送带，与国际上近期提出的"大气河"概念相近，但又不完全相同。东亚夏季风水汽输送带是东亚夏季风最具地区性的特征，也是东亚地区夏季大暴雨和洪涝的制造者。本文根据近百年来的资料，综合评述了东亚夏季风水汽输送带的特征和形成原因，并以海河、黄河、淮河与长江近百年最强的5次持续大暴雨过程为例，分析了季风水汽输送带的重要作用。最后，提出气候变暖可以通过4个方面影响全球水循环，包括气候变暖后大气可容纳更多的水汽、大气环流发生变化、辐射强迫改变以及气溶胶影响的区域性等，这些变化都会对季风水汽输送带产生重要影响。     

青藏高原在影响行星环流反馈机制中的作用

一些时间以来,人们认为,青藏高原对于产生行星长波具有很大的作用,这种长波与洛矶山脉形成的类似波动发生谐振,一起形成了在高空月平均气压形势图上观测到的熟悉的准静止罗斯贝波型。这种波动在旋转圆筒流体实验中也能产生。作为第一近似位势涡度守恒原理可说明这些大山脉在形成行星波中的作用。 在青藏高原地区,对流型的季节强迫作用是很强的。许多作者指出,在春季融雪之后,高原加热地表的作用特别显著,可启动副热带高压带向北移动和夏季风发展。这些环流以后在很大程度上是靠潜热释放来维持的。 最近研究提出青藏高原也可能被包含在以一种重要方式控制大气环流年际变化的反馈机制中。陈烈庭的看法值得注意,他认为高原上雪盖可能为地—气系统提供一种“存储器”,以此使中国上空的夏季环流在多雪盖冬季后的情况不同于少雪盖冬季后的情况。从中华人民共和国进行的工作看来,这些环流的差异对南亚和东亚大多数地区的季风天气型带来显著的影响。 我们自己的研究提出,这种在青藏高原上观测到的冬季和来年夏季环流之间的“存储器”,可能是包括南半球环流特征和海气关系等在内的复杂反馈机制系统中的一部分。从少台风年和多台风年对比研究表明,它们分别与少雪年和多雪年后的夏季在青藏高原上空的环流变化相似。这些变化似乎影响到太平洋、印度洋甚至非洲的广大区域。有迹象表明,调整沃克环流强部的“南方涛动”与用来说明某些观测到的环流变化的“遥相关”有关系。从这个结论可以推测,由赤道也可能由湿带的海湿异常所表示的海气相互作用以及西藏高原的热力作用都与青藏高原上观测到的雪盖年际变化、台风频率以及其它环流特征有关系。 近年来论述甚多的有关青藏高原对亚洲上空大气环流年际变化的影响,仅仅是秘鲁海岸的爱厄尼诺问题和萨赫勒地区干旱等大气反馈机制中的一种重要表现。如果我们能深入理解上述各种现象的机制,将会使我们对某些地区的国民经济有显著影响的天气现象作出较为成功的长期预报。     

非保守系统中的对称不稳定I弱粘性的强迫作用

对非保守系统中的对称不稳定问题进行了深入的研究,第一部分讨论弱粘性的强迫作用。研究结果表明,在取一级近似时,弱粘性的首要作用是衰减波长较长的波,对波长较短扰动的衰减作用要小一些。在Ｐｒ～Ｏ（１）的条件下,波动的衰减率σ１对Ｐｒａｎｄｔｌ数的依赖性较小。在取二级近似时,弱粘性的主要作用则是衰减短波。因此,在中尺度对称不稳定中,粘性的作用主要是衰减长波及短波,从而确保发展的扰动具有中尺度量级。     

影响西太平洋和北大西洋热带气旋发生频数相关的大尺度环流分析

从近三十年西北太平洋台风和北大西洋飓风发生频数的资料中选取了四组最显著的年份,进行了大尺度环流的分析,发现两大洋热带气旋发生数的距平同时为正与同时为负的年份具有完全反相的长波型,并且高低纬的长波分布也趋于反向,在两大洋热带气旋发生数距平反号的两种情况下,热带和副热带长波型也是近于反相的,但高低纬长波分布近于同相.研究还揭示热带环流和海温场对于所选的对比年份也表现出不同的特征.