热带海气相互作用及其对副热带高压长期变化影响的研究

热带是推动大气热机的主要能量源地。那里大部分为海洋,海洋与大气之间的能量和各种物理量交换,在整个地球—大气系统的能量平衡中占有十分重要的位置。近几年来,我们开展了热带太平洋海气相互作用的研究。揭露了热带太平洋海气系统中存在着一类低频的振荡过程,这一振荡过程对北太平洋副热带高压的长期变化有明显的影响。同时,从物理量的诊断分     

热带海气耦合系统中的长周期振荡及大气中的赤道辐合带

在考虑到大气中各种非绝热加热和对海洋的反馈过程后,建立了一个纬向平均的海洋、大气耦合系统模型。对系统的频率分析表明:存在着一类周期在月以上的长周期振荡。周期的长短依赖于海洋的混合层深度、所在纬度和各种物理过程(如对流凝结加热,辐射冷却、海面蒸发、海水上翻和云量对辐射平衡的调节等)的强弱。 在上述的基础上,讨论了赤道辐合带的形成和变化。计算所得的辐合带宽度和纬度与观测事实是比较一致的。     

热带运动的尺度分析

本文对热带大尺度运动的动力学特征作了尺度分析,与Charney不同,在文中首先引进热带经向宽度动力学定义,分析表明,在这种情况下,热带运动的性质将因其纬向尺度与这个经向宽度之比而异。当这个比值的量级为O(1)时,运动是层结三维的,当这个比值的量级甚大于O(1)时,类似于Charney的结果,运动将趋于正压化。     

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。     

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.     

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。     

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件的协调发展

对次表层海温距平的分布和变化的分析表明,在热带印度洋和太平洋都存在海温距平的偶极子模态,即在赤道附近大洋东、西两个部分的海温距平在不少年份呈反符号分布。进一步分析表明,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系。在分析它们和850hPa纬向风距平后指出,正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来。     

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     

简单的热带海气耦合波——Rossby波的相互作用

在本文中分析了当大气和海洋中未经耦合前的自由波均为Rossby模时,经相互作用后所激发出的耦合波的物理性质。结果表明,由于大气和海洋的背景状态不同,可以激发出两类不稳定耦合Rossby波。一类波要求大气的背景场是斜压的,而海洋的混合层较深,即热容量较大。这是一类弱相互作用的不稳定波。另一类要求大气的背景场趋于正压性,而海洋的混合层较浅,即热容量较小。这是一类强相互作用的不稳定波。色散关系的计算表明,这两类不稳定波产生的物理机制也不相同。文中对解不同截断模的本征值问题提出了几种数学方法,同时还进一步提出了一种使大气和海洋自由Rossby模的色散关系不受歪曲的处理方法。     

对热带不稳定海气相互作用模式的改进

对以前提出的热带海气相互作用模式［１］风应力的参数化作了改进。和以前一样，在这个耦合模式中，滤去了大气和海洋中的重力惯性波，只保留了向西传播的Ｒｏｓｓｂｙ波。但经过海气相互作用后，理论分析指出，在耦合模式中存在着快的和慢的两类波动。快波频率的实部、即其相速度是向西传的，并接近于未经海气相互作用时大气中Ｒｏｓｓｂｙ波的频率；而慢波的性质和以前的结果类似，短波部分是向西传的，长波部分向东传，东传波的临界波数随海气相互作用增强向短波部分位移。与以前结果不同的是，除一个慢波不稳定增长外，另一个快波在长波部分也是不稳定增长的。海气相互作用越强，不稳定增长率和不稳定波所出现的波段范围越大。另外，本文的研究结果还指出，高频和低频不稳定波产生的物理条件是不一样的。