有限元集中质量法在非饱和土壤水流中的应用

利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元集中质量法,讨论了非饱和土壤水流动的数值计算模型,用以模拟均质土壤,地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动。通过将第一类边界条件齐次化,而对于第二类非线性边界条件采用变分的办法将其直接转化为已知边界通量的计算,从而容易且较好地处理了带通量约束边界条件。对于入渗或蒸发问题,用通常的离散方法容易产生振荡非物理解。我们采用有限元集中质量法,将质量矩阵的非对角元集中到主对角元,避免了这种非物理解的产生。利用该方案统一地模拟如下情况：稳定入渗和蒸发、蒸发一段时间后达到风干率,以及波动入渗蒸发时土壤水势的变化状况。模拟表明,在已知有关土壤参数的情况下,该模型能较好地模拟非饱和流水势及含水量分布。     

气候系统及模式中反馈机制研究 Ⅰ.研究和方法

气候系统中存在着各种各样的气候反馈机制,而气候模式对这些反馈机制描述的差异,正是造成不同模式对同一直接辐射强迫（如二氧化碳加倍）的响应不同的主要原因。因此,只有正确描述气候系统中的各种反馈作用,气候模式才可能用来对未来的气候变化进行预测。为此,本文首先介绍了气候系统及模式反馈机制分析研究时所常用的一些概念,如气候敏感性参数、云辐射强迫等,随后概述了气候模式反馈机制比较分析时常用的各种方法,并指出了这些方法各自的优缺点。而详细的有关气候系统及模式中反馈作用及其机制的分析则在文章的第II部分给出。     

前言

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低纬高原地形对强降水过程影响的数值试验研究

在对云南2001年5月31日～6月2日的强降水过程较为真实模拟的基础上,对云南特有的地形对此次强降水过程的影响进行了对比试验.结果表明:红河河谷的喇叭口地形结构对此次云南强降水的落区和降水强度都有着不可忽视的作用,它不但能改变近地层气流的走向,而且对低层水汽通量散度分布也有一定的影响;同时,改变云南南部地形对此次强降水过程的气流走向和水汽分布也都有影响,但相对而言不如红河河谷的作用显著;而降低云南东北部地形,则使云南北部的近地层气流辐合线发生变化,它主要对此次云南北部地区的降水产生影响,但对该地区水汽输送影响不大.     

非对流云的观测事实及其对大气环流模式设计的意义

通过非对流云的气候资料分析和个例分析表明：(1)非对流云有季节变化,也随海陆分布的不同而变化,还与大气三圈环流及季风等密切相关。由于它们的相关性,在大气环流模式(GCM)中对非对流云的模拟必须与提高模式其他部分的模拟能力相辅相成。(2)产生于中高纬度大范围上升气流的非对流云,由赤道辐合带积云对流所致的高空赤道地区的卷云与卷层云和形成于副热带冷海水上空的层云与层积云是新一代大气环模式显式预报的3类主要非对流云。这3类非对流云均是大尺度的,GCM的网格能显示分辨,但在垂直方向如何提高GCM的分辨率问题仍是一个有待研究的问题。(3)在GCM中如何模拟冷海水上空的层云和赤道ITCZ所对应的大范围卷云和卷层云是十分困难和必要的。(4)通过对东亚及西太平洋区域非对流云系的个例分析,可以认为在新一代大气环流模式中,应显式预报行星大槽及赤道辐合带所对应的非对流云系。在模拟这些非对流云系时,应考虑它们的生消过程、平流过程与辐射过程。由于一段时间内大气环流模式尚难以分辨锋面与α中尺度的气旋,因此有必要在GCM中参数化这些系统,或采用更小的网格距。至于对非对流云所对应的降水参数化问题的研究,需要进一步的观测为基础。     

青藏高原人工水汽通道对西北地区夏季降水及环流的影响Ⅱ.对月降水量的模拟试验

采用数值天气预报模式对月降水量进行模拟,探讨"空中调水"的可能性问题,即观察在青藏高原上打开一些通道对我国西部地区夏季降水将产生何种影响.这里,我们讨论1998年6月和7月两月累计雨量的模拟.结果表明,如果在高原中部开一个通道,夏季的暖湿气流可以沿通道向北输送,使得通道内的水汽含量有所增加,在通道中部中心地段,6、7两月份月降水量约增加50～200mm,亦即在局部地区有明显增雨效果,但除此局部地区之外几无影响,且在入口和出口地区降水反而减少,水汽也不能输送到西北地区.在高原西部打开通道几乎无影响.对模拟环流的分析表明,开凿通道后,仍难于改变高原周围的环流形势,尤其是塔里木盆地上空的下沉气流没有大改变,因而,即使有部分水汽能够到达高原以北,仍很难增加该区域大范围的降水.     

有云时大气红外遥感及其反演问题：Ⅰ.理论研究

我们已经研究了晴空情况下的大气红外遥感及其反演问题。本文对有云情况下的大气红外遥感及其反演问题进行了研究，首先指出国际上通用的处理有云反演的晴空订正法存在误差放大问题，然后提出了３×３相邻视场同步反演法。在该方法中，假定３×３相邻视场具有共同的大气温度廓线和大气水汽廓线，从而使求解方程数增加到９倍，反而反演参数只增加有限的几个，大大提高了有云情况下反演的稳定性。     

一个混合型热带海洋-大气耦合模式 I. 模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋-大气系统相互作用和El Ni?o/Southern Oscillation动力过程的混合型(hybrid)耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式(区域为热带太平洋:120°E～80°W，30°N～30°S；水平分辨率为2°×2°)，海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°，垂直方向分为不等距的14层)。两模式间的耦合是这样进行的:简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量(蒸发与降水之差)由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式(OGCM)的强迫场；而OGCM计算出海表温度(SST)，在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正(fluxes correction)，耦合模式未出现气候漂移(climate drift)现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行了对耦合模式的比较研究，以验证其良好性能和对实际热带太平洋气候系统的模拟能力。     

太平洋大尺度环流数值模拟 II:长期平均环流

用本文第Ⅰ部分所给出的四层太平洋环流模式,模拟在定常年平均大气强迫场驱动下太平洋长期平均环流。所进行的53年数值积分表明,模式成功地模拟出观测到的太平洋大尺度环流基本特征,特别是能直接计算出在海洋动力学和大尺度海气相互作用研究中有重要应用的海面起伏,对表层流场的模拟也明显优于具有同等分辨率的其他模式的结果;对气候有重要影响的SST形势的模拟结果同观测也较为一致。本文还用第53年数值积分资料进行了扰动压力场、斜压扰动压力场和海表热通量等的诊断计算和分析。文中还对模拟结果进行了物理和动力学的分析和解释。     

帝舜《南风》歌考

张铭发现了世界上第一篇关于季风的文献,即见于<史记>等古籍的帝舜<南风>歌,它对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响记载和刻画得极为简明和深刻.作者对此作了详细的解读和考据.帝舜时代约为公元前23至22世纪.<南风>歌传唱于帝舜时代,经过战国时期(公元前4至前3世纪)润色而成为流传到现代的版本.<南风>歌直译成现代文是:夏季风依"时"(季节)从"南"吹来,温"熏"多雨,使农业收成丰"阜","民""财"充足,免受饥寒("解""愠").