北半球两大地形下游冬季环流的动力分析——Ⅰ.环流、遥相关和定常波的联系

位势场中槽脊的分布、遥相关型的形态和准定常波的传播路径是1月份500hPa月平均高度场的重要特征。通过资料分析和数值试验,本文证明此三者之间是彼此关联的整体,它们与青藏高原和落基山的强迫作用有关。东亚大槽和北美大槽的强度在中高纬度上存在显著的负相关。这种负相关和槽前急流强度的年际变化导致北美和东亚存在相似的相关型分布,准定常波在两大地形下游传播的不同则导致两区域相关波链形态的明显差异。     

北半球两大地形下游冬季环流的动力分析——Ⅱ.行星波的垂直传播

线性、定常、多层半球谱模式模拟结果表明,在东亚纬向气流下,青藏高原能在平流层激发出强大的1波扰动,脊槽分别位于太平洋和大西洋上空。在北美纬向气流下,落基山在平流层激发的1波很弱。观测资料计算指出,对流层行星1波很难通过北美对流层顶上传,但却能自由穿过东亚高纬度地区的对流层顶向平流层传播。北美地形所激发的波动在上传过程中均折向低纬传播。青藏高原所激发的行星1波和2波在上传过程中有分支:折向低纬的一支主要局限在对流层中;折向高纬的一支进入平流层。模拟和分析证明,这些差异是北半球两大地形不同的动力作用的结果。     

青藏高原低涡形成、发展和东移影响下游暴雨天气个例的位涡分析

2016年6月28日至7月1日在我国副热带地区发生了一次青藏高原低涡形成、发展及东传引发长江中下游地区暴雨天气的过程。本文利用MERRA2（Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications）再分析资料和TRMM（Tropical Rainfall Measurement Mission）降水资料对该过程进行位涡诊断分析。结果表明，夏季青藏高原地表加热具有强烈的日变化。高原地表加热由白天感热加热源到夜间辐射冷却源的转变直接影响高原上空非绝热加热率的垂直梯度，使高原近地层白天有位涡耗散，夜间有位涡制造，呈现明显的昼夜循环。当夜间的位涡制造异常强，以至不为白天的耗散所抵消时，通常位涡制造的昼夜循环被破坏，高原低涡形成，低涡周围随之出现降水。当低涡中心移动至高原东部时，中心附近伴随有强烈的降水，显著的凝结潜热加热使位涡中心增强，高原低涡进一步发展。随着低涡系统继续向东移出高原，长江中下游地区中高层出现位涡平流随高度增加的大尺度动力背景，上升运动发展，最终导致强降水发生。     

1998年夏季副热带高压的短期结构特征及形成机制

通过对 1998年 7月副热带高压短期结构及其演变的诊断 ,指出 5 0 0hPa西太平洋副热带高压内并非均一的下沉运动 ,而是多处、多时存在上升运动 ,这是由西太平洋副热带高压的复杂的动力和热力性所决定。诊断还发现 ,在西太平洋副热带高压脊区下方的近地面层 ,多存在一个辐散下沉层 ,这是副热带高压内天气一般多晴空或少云的主要原因。利用动力学理论 ,研究副热带高压的复杂结构的成因 ,指出在 5 0 0hPa副热带高压的西部 ,高低空风场的分布决定了该区域必然多上升运动 ;高空强负涡度平流的存在是副热带高压内出现下沉运动的主要强迫机制     

气候动力学与气候预测理论的研究

主要概述了中国科学院大气物理研究所近些年来在气候动力学与气候预测理论研究领域的若干重要研究进展.通过对气候系统变化多尺度特征及其动力学的分析和研究,提出了一系列气候系统动力学理论,并在此基础上提出了适合于我国季风气候特点的气候预测理论和方法,在国际上率先开展了跨季度数值气候预测,进一步建立了先进、完善的短期数值气候预测系统,并应用于我国夏季旱涝预测业务.这些工作既带有极大的基础性意义,同时也具有巨大的应用价值,为我国大气科学及气候科学乃至环境科学的研究提供了重要工具.     

印度洋和南海海温与长江中下游旱涝

作者统计分析了1958～1999年42年长江中下游地区夏季5～8月旱涝事件的分布特征.结果表明,42年中旱涝月出现频次相等,但洪涝强度远大于干旱强度.对比分析旱涝月的环流异常和海温异常(SSTA)发现,南海地区SSTA和对流层低层经向风异常均与长江中下游旱涝显著相关,尤其正SSTA和涝月的关系更为密切,因此南海SSTA为我国长江中下游地区旱涝的一个强讯号.进一步分析发现,夏季南海SSTA与前春赤道南印度洋SSTA存在显著相关,可将其作为预报因子.最后得到的预报思路为:当前春赤道南印度洋海温异常偏暖,则夏季南海海温异常偏暖,南海低空出现异常偏南风,异常多的水汽向我国南方输送,长江中下游地区易涝;反之当前春南印度洋海温异常偏冷,夏季南海海温亦异常偏冷,南海低空出现异常偏北风,向北输送水汽偏少,长江中下游易旱.     

西大西洋锋面气旋过程的数值模拟和等熵分析

文中使用PSU/NCARMM 5非静力数值模式对 1992年 3月 13～ 15日发生在西大西洋上的一次海洋气旋爆发过程进行了 6 0h的模拟 ;基于倾斜涡度发展理论 ,从等熵面倾斜的角度研究了气旋的发生、发展、运动和变化 ,利用高分辨率模拟结果对这次过程进行了分析。模拟结果很好地再现了气旋的发生、移动、加深、气旋的热力结构以及地面环流等特征。其中主要气旋M在6 0h的模拟中共降压 4 5hPa ;第 36～ 4 2时 (模式时间 ) 6h内降压达 12hPa。剖面图及等熵面图分析指出 ,气旋的发生、发展、运动和变化与等熵面或等相当位温面的倾斜密切相关 ,气旋中心总是位于等熵面或等相当位温面近于垂直的对流中性地区 ,这与倾斜涡度发展理论的阐述是一致的。气旋在弱静力稳定度的海洋表面启动发展之后 ,气旋与大尺度环境场相互作用 ,气旋得到迅速发展。“倾斜涡度发展理论”(以下简称SVD理论 )可以很好地解释此次海洋锋面气旋的发展与移动。气旋的发展和移动与等熵面的倾斜密切相关 ,发展期气旋前部及其移动路径前方自组织的斜升气流与倾斜的等熵面相配合 ,共同构成上滑“倾斜涡度发展”(SVD理论的推广 ,以下简称USVD理论 )的必要因子 ,在一定的条件下 (C·D<0 ,CD 为SVD指数 ) ,使得气旋及其前方 ,尤其是移动路径前方出现USVD发     

原始方程系统中的无加速定理II:纬向平均温度的变化

利用作者在本文第Ⅰ部分提出的原始方程系统中的无加速定理,这部分讨论大气动量、热量的内外源强迫对纬向平均温度场的作用。数值计算结果表明:外源热力强迫引起的温度场的变化主要在对流层下层;而热力内强迫的作用在中高纬对流层中分布较均匀,两者在维持纬向平均温度场的变化中十分重要。机械外强迫和机械内强迫各自的贡献次之。平均经圈环流的贡献则主要在对流层顶附近及平流层中,由于热力内强迫产生的位温变化在一定程度上大致被热力外强迫所平衡,而机械内、外强迫则具有相似的空间分布,从而,总的热力强迫所引起的位温变化的分布基本上为总的机械强迫作用所平衡,纬向平均位温的准定常状态由此得以维持。     

大气平衡态的动力特征 I:多平衡态的共面和非共面性质

本文设计了一个有地形、强迫源和摩擦耗散的球面正压低阶模型来研究大气平衡态的动力特征。在相空间中,存在各平衡态共存的非线性作用曲面、角动量平面和强迫耗散球面。多平衡态的共面特征反映着大气运动的全局行为。指出大气运动的非线性特征只为多平衡态的存在提供可能性,但不提供必然性。动能和位涡拟能的分析表明,不同平衡态处在不同的能级,具有不同的拟能态,在相空间上位于不同的能量球面上。了解各态间的动力差异有助于理解大气运动向定常态收敛和产生振荡的物理原因。这将在第Ⅱ部份深入讨论。     

大气平衡态的动力特征 II:大气的振荡机制和稳定平衡态的吸引机制

本文研究强迫耗散系统的时间积分特征。从各态出发的积分最终都跌入吸引盆。由于能量和角动量的约束,大气向稳定平衡态的跌入成为非随机的、确定的物理过程。由于山脉矩和摩擦矩的相互调整,大气向高能级跌入时伴有次临界的、周期为2—3天的高频次振荡;向低能级跌入时伴有跨临界的、周期为1—2周的低频主振荡。振荡的频率受地形的影响明显。研究还指出,所谓“突变”,实质上是由于大气的能级出现季节性变化,大气状态从一个吸引域转移到另一个吸引域,角动量平衡重新调整的伴随现象。