南海季风爆发与风向改变指数关系初探

通过定义一个风向改变指数,探讨了该指数与南海夏季风爆发之间的关系,得到以下主要结论:利用Yamamoto突变检验,定义了南海关键区,南海季风爆发时,850 hPa上的风场在该关键区确有突变发生;南海夏季风爆发时的风场突变是全球风场突变的一部分;分析了南海关键区上该指数的空间分布和时间演变,发现30～300 hPa平均于5月初风场开始反向,其早于低层风场反向约2周,这对预报南海季风爆发具有启示意义.     

对两个飑线个例的数值试验

近年来随着观测手段的提高、计算机的发展以及中尺度试验计划的实施,中尺度数值模拟有了长足的进步。本文讨论了对1982年6月17日苏北飑线、1975年6月5日北京飑线所进行的数值模拟。限于计算条件,主要模拟飑线系统的产生及其机制。     

1月份两类ENSO的海气环流模态分析

本文对1950～2001年1月份的大气风场和大洋流场做了联合复EOF（Empirical Orthogonal Function）分解,用以探讨1月份两类ENSO（El Ni?o-Southern Oscillation）的海气环流及耦合情况,所得结果主要有:该分解第1、2模态空间场分别相应于东部型、中部型ENSO,前者在赤道太平洋东部和中部都有海温动力异常,并以东部异常最强,后者仅在中部存在此异常,两模态的时间系数都与ENSO有很好相关,为此第1、2模态可分别称为东部型、中部型ENSO的风场流场（异常）模态。东部型ENSO模态具有3～6年的年际变化和13～14年的年代际变化,中部型则有明显的7年年际变化和12、17年的年代际变化,两者中约13年的周期与冬季北太平洋NPGO（North Pacific Gyre Oscillation）的周期相同。东、中部型El Ni?o期间,沃克环流上升支分别从印尼东移至赤道西、中太平洋,并有所减弱;南、北支哈得莱环流则分别位于日界线以东及该线附近,且均有所加强,从而使南、北太平洋副热带高压偏强;而在5°S的南美沿岸则分别有垂直运动上升和下沉异常。在海气耦合上,两类ENSO模态在赤道中太平洋均存在西风异常与海洋赤道Kelvin波和Rossby波的波包解耦合,而海温动力异常对大气的影响则都起到负反馈作用,从而有利于ENSO的维持和稳定。     

三维三层背风波的理论和数值研究

建立了一个三维三层背风波的理论模型，求出当Scorer参数满足中间层大，上、下两层小的情况下，三维三层背风波的理论波长和扰动分布。利用该理论模型对一个实际的背风波个例进行了计算，得到的理论波长与实际波长十分接近。理论结果还表明波动的最大扰动振幅在中层附近。利用ARPS（The Advanced Regional Prediction System） 模式对此个例模拟的结果表明，模拟得到的波长、锲角及波动位相的分布都与理论模型的结果较为一致。     

非线性螺旋行星波的非频散解

本文将柱坐标中正压无辐散大气的运动方程组作适当简化后,求出了螺旋行星波的非频散椭圆余弦波解,并得到了波速公式及波参数间的一些诊断关系。这些关系绝大多数与观测事实相一致,故在大气中这种非频散的椭圆余弦波可能是真实存在的。或者可作为真实的非线性波动的第一近似。     

线性与非线性对称不稳定的数值试验

设计了一个准二维非静力数值模式，用该模式研究了对称不稳定的发展和演变特征。线性和非线性对称不稳定的数值试验结果表明。线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。在基本状态是对称不稳定的情况下，线性对称不稳定在其发展过程中始终维持着向冷区倾斜的对称环流；而非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定程度时非线性平流项的作用不可忽略，原来对称的环流则被破坏。     

不同模态海洋内波特征的诊断分析

本文利用谐波分析理论提出了海洋中内波在不同模态下的特征参量的诊断方法,给出了两种背景场的求取方法:函数逼近法和平均法,并对一个实测内波资料进行了诊断分析,得到了不同模态下内波温度振幅和周期的特性。     

EOF分析用于β中尺度暴雨系统的探索

本文将2008年上海“8.25”暴雨过程的WRF中尺度数值模式模拟结果作为实况资料集,应用EOF（Empirical Orthogonal Function）方法对该资料集进行诊断,以探讨将该方法应用于暴雨β中尺度系统的可行性。主要结论有:当数值模式输出足够稠密、精细的样本,能够较好反映实况时,利用EOF方法对天气尺度和α、β中尺度系统的天气过程进行诊断是可行的。对本文的暴雨过程,EOF分解位势偏差场的前三个模态分别反映了α中尺度中端、低端和β中尺度天气系统的演变特征,分别对应于波长和振荡频率不同的驻波波列。其可分别称之为暴雨背景模态、暴雨系统模态和暴雨雨团模态。各波列物理性质不同,分别属于准地转的Rossby波、准平衡的涡旋波和非平衡的重力惯性波。天气系统EOF分解的物理本质为:可将一个变形和移动的天气系统分解为若干个具有不同物理性质且时空尺度不同相互独立的模态（驻波波列）。这有助于明确和深化对天气系统的认识。EOF分解能够进行天气系统的尺度分离,且分离后得到的各种尺度的天气系统是独立和有特定物理意义的,这更体现了该尺度分离方法的优点。本文中当EOF分解后各波列（模态）在某地时空指数发生三波锁相,且该地的位势表现为低空为负、高空为正,同时低层位势急剧降低时,则有可能在此处发生暴雨。     

冬季北太平洋优势气候模态的转移

采用EOF分解和小波分析,并引入相似度,分析冬季北太平洋的两个主要气候模态,即太平洋年代际振荡（PDO）模态与北太平洋涡旋振荡（NPGO）模态,及其结构特征随时间的演变。结果表明：1988/1989年的气候转移后,冬季海温距平（SSTA）优势模态为NPGO模态的年份越来越多,这种优势气候模态的转移现象表现出准18 a的年代际周期;SSTA与NPGO模态相似度的20年滑动平均在20世纪80年代中后期之后超过了SSTA与PDO模态的相应值,这表明此后SSTA的优势模态发生了转移,由PDO型转换为NPGO型;对典型时间段SSTA的合成分析显示,其优势模态由1988年前的PDO型转变为之后的NPGO型。     

500hPa湿度和逆温层高度对中尺度扰动的影响

利用一个准二维原始方程模式讨论了５００ｈＰａ上的湿度及逆温层的不同高度对中尺度扰动的影响。结果发现它们对中尺度扰动的发展和演变均有重要的作用。５００ｈＰａ上过干或过湿均不利于中尺度扰动的发展；合适的逆温层高度有利于中尺度扰动的发展。