跨赤道惯性急流的多平衡态

发展了Anderson和Moore跨赤道惯性急流理论, 应用非线性等值浅水模式, 根据与急流相联系的有旋大尺度气流(大气)或洋流(海洋)特征定出新的普适函数, 从而求出跨赤道惯性急流区中沿流线的位势涡度和能量守恒式, 由于最后的控制方程是非线性的, 因此可以有条件的存在跨赤道的多平衡态的惯性急流解. 通过急流区外不同的大尺度气流或洋流的特征分析, 讨论了跨赤道惯性急流区中可能存在平衡态的条件, 并给出多平衡态的解例.     

风生边界急流稳定性的渐近理论

观测表明,当冬季盛吹北风时,在南中国海西边界附近将形成一支向南的急流,在一定条件下这支急流可弯曲成波动甚至形成涡旋.本文应用等值浅水模式,采用截断模方法,分析了急流的稳定性,并给出急流上不稳定波出现的条件.分析表明只有当向南的风生急流很强很窄时,由变性的Kelvin波和风应力强迫出的地形Rossby波在长波波段耦合而出现不稳定,不稳定波在波长约200 km时向北传播的相速度约为02 m·s-1,波振幅增长到e倍所需的时间约15天.分析进一步表明,夏季向北的风生流在海洋的西边界附近是稳定的.这些结果在一定程度上解释了观测结果.     

热带斜压大气的适应运动和发展运动

研究了热带斜压大气中的适应运动和发展运动 .当以重力惯性波为特征的适应过程基本完成后 ,运动进入缓变的发展或演变阶段 .发展运动可以是纬圈半地转平衡的 (即长波近似的Gill模式 ) ,也可以是经圈半地转平衡的 (短波近似 ) .分析了这两种半地转发展模式的特点后 ,提出了低频近似的发展模式 .在低频动力系统中 ,包括了除重力惯性波外 ,由Mastuno指出的所有热带基本运动 ,即Kelvin波、Rossby波和混合波中的Rossby短波 .因此 ,这个模式能反映热带运动更多的动力学行为 .     

论热带纬圈半地转运动的建立

文中在赤道β平面上 ,在滤掉低频 Rossby波的情况下 ,研究了纬圈半地转运动的建立。指出 ,只有当运动的纬圈尺度很大时 ,非地转风分量才能随着重力惯性波的频散而消失 ,从而建立起纬圈半地转平衡。应用位势涡度不变式 ,给出了纬圈半地转适应后物理场的解。同时指出 ,Kelvin波 (对赤道对称情况 )和混合波的 Rossby波波段 (对赤道反对称情况 )将不参与适应运动 ,它们属于发展运动中的角色。     

黑潮季节变化对次级海洋环流的影响

黑潮是全球大洋中和大气之间进行热量交换最多的海域之一,它所携带的热量对局地的海-气相互作用具有重要影响。20世纪50—60年代,中国学者就发现冬季黑潮流域的海表温度与中国长江流域汛期降水存在着密切联系。文中利用一个两层半海洋模式主要从动力学角度探讨黑潮流域热源的季节变化对次级海洋环流的影响。结果表明,在黑潮流域冬暖夏冷的外源强迫下,温跃层的海温异常峰值比热源的峰值滞后一个季节,春季的海温异常达到最大。混合层年平均海温异常为正,从冬季到夏季均偏高,春季最大,仅秋季为负异常,这与观测资料一致。混合层与温跃层的春季海温异常的量值大体相当,在其他季节混合层的海温异常均高于温跃层。从冬季到夏季,温跃层和混合层的次级环流呈现从气旋型环流到反气旋型环流的转变,这样的异常环流在夏季有利于向中国东部附近海域输送热量。     

热带西太平洋对风应力响应的动力学

应用一个线性等值浅水模式,在低频近似下研究了热带大洋西部对风应力响应的动力过程.指出,由于西边界将激发出振幅大的Kelvin波,以及激发出能形成动力边界层结构的Rossby短波,这种结构使来自风应力的能量可在边界附近聚集和维持,并向东传播,表明了热带西太平洋对El Nino(La Nina)事件的形成和发展较热带东太平洋更为重要,因为后者只激发非色散的Rossby长波.一个重要的观点是:热带西太平洋发展成El Nino的初始暖海温距平是在强烈东风应力作用下形成的,当大气改吹西风时,暖的温度距平只是向东传播及进一步发展而已,而西风恰恰是形成La Nina事件的前期动力.另一个结果是当风应力停止作用于海洋后,海洋边界上的经圈流仍随时间呈正比的发展,这一类不稳定性的发现加强了对热带特西太平洋在El Nino(La Nina)发展中作用的认识.     

港珠澳大桥岛隧工程施工海域潮汐调和分析与预报

对港珠澳大桥岛隧工程施工海域2013年的潮汐观测资料进行调和分析,发现该海域潮汐特征为不正规半日潮,以M2分潮为主,其次为K1、O1、S2和P1等分潮;利用调和常数做预报时,分潮个数的选择会在一定程度上影响预报精度。结果表明:分潮由5个增加至25个可以明显改进预报效果,再增加几乎没有改进。选用25个分潮建立调和预报模型预报2014—2016年的潮位,同时对2012年的潮位做了回报,并与实测潮位进行对比。检验结果表明预报潮位与实测潮位趋势一致,大小基本吻合,3 a平均的均方根误差为0.16 m,可以作为施工潮位窗口的选择依据。对调和预报误差的进一步分析表明,误差主要来源于径流和风的影响,台风带来的风暴增水可以达到1.33 m。     

热带海洋对风应力异常的响应

针对在南方涛动循环中东太平洋信风变化的特征,用国家海洋环境预报中心的五层太平洋环流模式模拟热带海洋对气候风应力脉动的响应.试验结果表明,当南方涛动处于高指数时,赤道东太平洋海表温度从表层至250m深都会出现负距平,表层距平洋流向西,下层200m深左右距平流向东,即赤道潜流加强,而当南方涛动指数取负值时,热带东太平洋东风应力减弱,热带太平洋海表温度增高,这种增暖自东向西扩展,上层距平洋流向东,下层距平洋流向西,赤道潜流有减弱趋势,这些正是典型的埃尔尼诺特征.计算结果与观测结果基本一致.     

热带大气垂直环流对海表温度异常的响应——一个初步的理论分析

本文提出了一个β平面定常的线性二维模式,并考虑了海面边界层和赤道侧向边界层,讨论了热带海表温度异常对大气所产生的垂直环流——经向环流和纬向环流。结果表明:热带大洋东部(例如太平洋)海表温度比平均状态暖而西部较冷时,其上空经向环流(Hadley环流)比平均状态强,而纬向环流(如在太平洋上,称Walker环流)弱。相反,当热带大洋西部暖而东部冷时,经向环流减弱,纬向环流加强。这些是与观测事实比较一致的。     

A TWO-DIMENSIONAL ENERGY BALANCE CLIMATE MODEL INCLUDING RADIATION AND ICE CAPS-ALBEDO FEEDBACK

A simplified two-dimensional energy balance climate model including the solar and infrared radiation transports, the turbulent exchanges of heat in vertical and horizontal directions and the ice caps-albedo feedback is developed The solutions show that if the atmosphere is considered as a grey body and the grey coefficient depends upon the distributions of absorption medium and cloudiness, both horizontal and vertical distributions of temperature are identical to the observation.On the other hand, comparing the models that the atmosphere is considered as a grey body with ones that the infrared radiation is parameterized as a linear function of temperature, as was considered by Budyko, Sellers(1969), then the results show that even though both of them can obtain the earth's surface temperature in agreement with the observation, the sensitiv ity of the climate to the changes of solar constant is very different. In the former case,the requirement for the ice edge to move southward from the normal 72°N to