简单的热带海气耦合波——Rossby和Kelvin波的相互作用

本文分析了当大气和海洋中未经耦合前的自由波分别为Kelvin波和Rossby波,经相互作用后所产生的耦合波的性质。结果表明,不管大气的自由波为Kelvin波或Rossby波,而海洋的自由波为Rossby波或Kelvin波,经相互作用后的耦合波可以分成两类。一类耦合波的色散关系接近自由的Kelvin波;另一类则由不同经圈模的Rossby波经相互作用后的耦合波。这两类波都具有不稳定性。文中讨论了耦合波的传播和不稳定的物理机制,并指出这类不稳定的热带耦合波,对研究ENSO事件中的某些现象有一定的参考意义。     

二维能量平衡模式中大气温度对二氧化碳增温效应的响应

利用一个考虑了辐射能传输的二维能量平衡气候模式,解析地分析了二氧化碳浓度改变后冰界纬度的变化,得到了冰界纬度随CO2浓度变化的关系以及全球平均温度的变化曲线.结果表明,当CO2浓度由工业革命前的280×10-6增加到700×10-6时,冰界仅后退(北半球向北)几个纬度;当CO2的浓度继续增加时,冰界纬度会加速向极地退缩,直至出现全球无极冰覆盖的现象.同样地,当CO2浓度由280×10-6增加到700×10-6时,全球地表平均温度虽然在增加,但增加的速率很小,并且增加的速率在减小,而当大于700×10-6之后,温度增加的速率会快速增大,温度将加速上升.对不同反照率进行敏感性试验,发现当反照率从0.1到0.32时,结果并没有显著地改变,即结果对反照率的变化并不敏感.这一计算结果表明,在目前的状态下,由CO2引起的增温作用似乎处于变化很小的准饱和状态,即目前气候不会因为CO2浓度的增加而迅速变暖.较为实际的情形可能是大气温度在缓慢增加到一定程度后才会迅速升高.这并不意味着可以忽视CO2的增温效应,因为根据计算结果,这个临界值大概在700×10-6左右,当CO2浓度增加到超过临界值之后,气温会剧烈上升,气候将会处在一个非常温暖的阶段.     

风应力对热带斜压海洋的强迫

利用一个线性的具有不同密度、温度的热带海洋两层模式,分析了热带西太平洋对纬圈风应力的响应.解析地求得热带西太平洋温跃层厚度、洋流及海温分布.结果表明次表层温度变化明显要比表层海温变化大,同时在大洋西部次表层发展起来的扰动向东传播能引起海温分布形态的异常.理论结果支持观测己表明的热带西太平洋物理量的变异在ElNino/La Nina事件中起着重要作用的事实.     

沙尘暴垂直输运的两相流理论Ⅱ：气柱挟卷模式

为了改进气块法对沙尘沉降问题的研究,文中利用气柱法,考虑沙尘气体与环境的交换作用以及气柱内湍流交换作用.计算结果表明,均匀场中有利于沉降的条件为较大的初始沙尘浓度扰动与较小的初始温度扰动,而且温度扩散系数越大越有利于沙尘沉降,沙尘浓度扩散系数越大越不利于沙尘沉降,湍流过程在均匀场中对沙尘沉降影响不大.考虑剑更真实的环境场,得出在环境的垂直沙尘浓度梯度与温度梯度的参数域中,初始沙尘扰动越大越有利于沙尘沉降,初始温度扰动越大,越小利于沙尘沉降.同时给出4种不利于沙尘沉降的过程:(1)上升浓度变化过程;(2)下沉浓度变化过程;(3)上升温度变化过程;(4)下沉温度变化过程.根据这些过程分析参数对沙尘沉降的影响得到:温度扩散系数越大越有利沙尘沉降;沙尘浓度扩散系数越大不利十沙尘沉降;垂直温度湍流交换系数越大有利于缓降区甚至是非沉降区的上升;垂直沙尘浓度湍流交换系数越大越有利于沙尘沉降.     

热带海气相互作用波及其不稳定性

本文利用一个简单的海气耦合模式,讨论了热带海洋和大气中Rossby波的相互作用。结果指出,海洋和大气中向西传播的Rossby波耦合后,不仅存在着向西传播的波动,而且还可以产生一类向东传的新波。这种向东传播的波动出现在波长较长的波段范围内,这个范围的大小受海气相互作用强度的制约。另外,波动可以出现不稳定性,向西和向东传的波均有不稳定现象发生,不稳定增长率也受海气相互作用强度的制约。最后,根据所得到的海气相互作用波,对ENSO现象作了一个可能的解释。     

沙尘暴垂直输运的两相流理论Ⅰ:气块模式

沙尘暴是风蚀荒漠化中的一种天气现象,其形成受到两方面因素的共同影响:(1)自然因素,包括大风、降水减少及沙源;(2)人类活动因素,人类活动因素是指人类在发展经济过程中对植被的破坏以后,导致沙尘暴爆发频率数增加.沙尘暴已经成为中国西北、华北地区严重的气候灾害,而对沙尘的研究主要集中在起沙问题与沙尘沉降的问题,在理论上对前者研究较多,而对后者的研究则比较缺乏.假设空气块中带有沙尘,沙尘颗粒很小,随空气一起运动,可不计沙尘Stockes末速度,这样由空气和沙尘组成两相流.在两相流情况下,分析了均匀环境和非均匀环境条件下沙尘沉降的条件和速率.通过分析得到在均匀背景场下有利于沙尘沉降的条件为大的初始沙尘浓度扰动与小的初始温度扰动.进一步考虑更为真实的环境场,模式给出3种特征沉降区域:(1)速降区,沉降速率较快;(2)缓降区,沙尘先上升后下降,沉降时间较长;(3)波动区,沙尘在空气中不断地上下波动,此时很难判断沙尘何时沉降,取决于地面状况.同时也分析了沙尘不断上扬的背景条件.     

砧状积雨云发展的一个动力学分析

本文在考虑了水汽凝结的反馈影响后,用近似方法求出了积云动力学方程组的解。对解的一个数值计算表明:积云强烈的发展最后必然会使云顶出现砧状结构,从而发展成砧状积雨云。     

論云中水滴对气流拖带的动力效果

本文进一步研究了对流云中,降水貭点对气流的拖带作用。把降水貭点和空气作为混合介貭看待,根据泥砂輸运理論,重新推导了問題的基本方程組.在这一基础上,分析了問題的常定和非常定解。得到两点主要的結果:1)按云中实际可能出現的含水量数量,通过拖带作用后,可以产生与观測結果同量級的下沉气流强度;2)云中降水泡(降水集中区),在降落过程中,水量将向泡的前沿区集中,由于水量的这种聚集,降水到达地面时有可能出現陣性,即降水强度一开始就很大。     

论小尺度过程动力学的一些基本问题

本文对层结大气中小尺度过程动力学的一些基本问题作了研究。 首先用频率法对线性化后的小尺度运动方程作了分析。分析指出,线性化后的运动方程中包含了两种不同类型的波动,即快速传播的声波和相对声波而言的慢波——重力内波。 对于有气象意义的运动而言,声波是一种“噪音”,必须从运动方程中把它滤掉。文中指出,由于静力偏差(非静力平衡)对小尺度运动的发展具有重要的意义,一般用静力平衡来消除声波的方法对小尺度运动并不适用。文中提出了三种不同的消除声波的方法,即1)不可压缩条件的应用;2)将解按参数ε’(=V~2/gL)的冪次展开; 3)平衡方程的应用。同时分析了这三种不同滤波方法所带来的误差程度。 作为初值问题,研究了当在某一时刻在大气有限区域内的扰动破坏了静力平衡后所激发出的声波的频散性质,指出,从静力平衡的破坏到其种平衡状态的建立,场的这一适应过程完成得极其迅速。 最后,利用所提出的滤波方法,建立了滤掉声波后的二维非线性运动方程组。