空间分辨率和空间差分精度对水平网格性能的影响

为了说明在物理空间中空间差分精度和空间分辨率对Arakawa A-D网格性能的影响程度,将线性浅水方程组采用二阶中央差和四阶中央差格距分别取100 km、10 km和1 km在Arakawa A-D网格上进行离散和120 min的模拟预报,模拟结果和解析解进行比较,结果表明：当网格距是1 km时,不论采用二阶中央差分方案还是四阶中央差分方案,重力惯性波在4种网格上模拟的结果相同,即变量配置的影响是可以忽略的;当网格距增加到10 km或100 km时,不同的变量配置模拟的结果是不同的.但是,不论对二阶中央差还是四阶中央差,当网格距相同的情况下,在C网格上模拟得到的结果均方根误差最小,在D网格上模拟得到的结果均方根误差最大.同时也表明：当差分精度从二阶增加到四阶后,模拟结果的误差并非一致减少,并和群速相对误差的变化一致,因此对于初值为混合波的多变量方程组而言,增加差分精度不能改进模拟的结果.并且缩小网格距比增加差分精度对减少在Arakawa A-D 网格上离散产生的误差更明显.     

大气环流的正斜压流型特征与季风类型

利用 NCEP/NCAR的 1 982～ 1 994年全球 1 2层等压面上的风场资料 ,计算了大气流场的正压分量 (即质量加权垂直平均 )和斜压分量 (即各层实际风与正压分量的差值 ) ,分析了全球冬夏季正斜压流场的分布特征 ,并从地面风场的正斜压流型角度对全球季风进行了分类。指出 :斜压流场和正压流场的季节变化都可以产生冬夏季盛行风向的反转 ,因而都能够产生季风。斜压流场反映了大气中不均匀加热 (主要是海陆热力差异 )所驱动的热力环流 ,而正压流场则主要代表动力作用所产生的环流 ,这对认识季风的性质很有意义。进一步分析表明 :亚洲热带地区、非洲、南美等典型季风区属斜压流型季风区 ,南、北半球太平洋中部的副热带地区也为季风区 ,但属正压流型季风区 ,而东亚副热带地区则属正斜压流型共同组成的混合流型季风区。     

热带西太平洋越赤道气流的年际变化对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用美国联合台风预警中心的热带气旋(TC)数据以及日本JRA-25全球再分析等资料,分析了6—10月西太平洋上空3支越赤道气流的年际变化对西北太平洋(WNP)热带气旋(TC)生成数量和位置的影响。相关分析结果表明:越赤道气流主要影响140 °E以东TC的生成数量,越赤道气流越强,在该海域生成的TC越多。通过合成分析讨论了越赤道气流强弱对WNP大气低层的风场、垂直风切变、高空散度、低层涡度以及OLR的影响,结果表明:在140 °E以东的热带WNP,以上要素在越赤道气流偏强背景下的配置均有利于TC生成。同时,通过正压能量转换讨论了越赤道气流强弱对WNP TC生成的动力作用,指出在越赤道气流偏强年,季风槽东伸,东部的扰动容易从基本气流获得动能加强形成TC;在越赤道气流偏弱年,季风槽偏西,扰动动能增加的区域主要位于140 °E以西,导致东部海域较少生成TC。此外,无论在越赤道气流强年或者弱年,在TC生成之前的2～4 d均可发现有临近的越赤道气流突然加强的过程,这有可能是触发TC生成的动力因素之一。      

Interannual variations in energy conversion and interaction between the mesoscale eddy field and mean flow in the Kuroshio south of Japan

Using 19-year satellite altimetric data, variations in the eddy kinetic energy, energy exchanges and interaction between the eddy field and mean flow are discussed for the Kuroshio south of Japan. In the seasonal cycle, the eddy kinetic energy level is a minimum in December/January and a maximum in April/May. In addition to seasonal variations, the eddy kinetic energy undergoes interannual changes. The energy transfers mainly from the mean flow to the eddy field in the Kuroshio south of Japan, and dominant energy exchanges mainly occur along the Kuroshio path south of Japan in each year from 1993 to 2011. In addition, there is often barotropic instability south of Honshu. Regarding interactions between the eddy field and mean flow, cyclonic and anticyclonic accelerations are also found along the Kuroshio path and they flank each other. There is cyclonic acceleration always imposed on southeast of Kyushu, and anticyclonic acceleration dominates south of Honshu from 2001 to mid-2005. Reynolds stress is used to explain the dynamic process of energy exchange. Furthermore, lag-correlation and linear regression analysis show that variability of the energy conversion rate and Reynolds stress involve responses to eddy acceleration at two time scales. The enhanced eddy acceleration induces large Reynolds stress, and enhanced Reynolds stress or barotropic instability further enforces energy transfer from the mean flow to the eddy field.     

东海黑潮上下游不同的涡动能季节变化特征及其产生机制

用一种新的泛函工具——多尺度子空间变换(multiscale window transform,MWT),得到如实的东海涡动能分布,发现东海黑潮上下游区域的涡动能有着完全不同的季节变化特征.根据功率谱分析,东海黑潮流系可正交地重构到背景流尺度子空间(大于64 d)与涡旋尺度子空间(小于64 d),并用MWT得出相应子空...     

正压涡旋中螺旋波失稳问题的研究

将柱坐标下线性化正压原始方程组与其边界条件构成的特征值问题，离散化为矩阵的特征值问题并进行数值求解，研究了正压涡旋中螺旋波的失稳问题。讨论了基流分布和静止流体厚度对正压涡旋内螺旋波失稳的影响，这对了解实际热带气旋中螺旋云带的发生和性质均是有意义的。     

热带海温异常影响夏季环流的机制研究

利用正压涡度方程模式对赤道东太平洋和赤道西太平洋暖池区海温异常影响夏季大气环流的机制进行了研究,结果表明:太平洋海温异常会对大气环流产生明显的影响,我国上空环流受其直接影响较小,大气对赤道东太平洋海温升高的响应比对西太平洋暖池海温降低响应明显.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高都使极涡明显减弱,对中低纬度大气高度场的影响相反.赤道东太平洋海温升高,中低纬度地区槽脊活动表现不明显,而西太平洋暖池海温降低,会使大气高度场产生明显的槽脊扰动.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高,会使涡度场、经向风形成沿驻波波列传播的扰动场.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高同时发生时,经向风场使北半球所有的地方都产生了扰动(两条波列路径仍然清楚),沿纬圈和经向都呈有规律的正负相间的分布,扰动表现为驻波特征.     

斜压热动力耦合强迫在暴雨发生维持过程中的动力诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,从新型散度方程出发,针对2007年7月16~20日川渝地区一次持续性大暴雨天气过程,通过计算新型散度方程中的各项,诊断本次暴雨过程中正压大气非平衡强迫与斜压热动力耦合强迫在不同强降水时段的大小与作用,并与地面1h、6h降水观测资料和TRMM云顶亮温资料进行对比分析。结果表明:1)强降水主要是发生在区域内大气状态为弱不稳定层结或中性层结的时段。2)在强降水开始时期,正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心重合,正压非平衡强迫对强降水的激发作用显著,是本次降水开始的启动机制。3)在降水发展维持时段,正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心对应不好,斜压热动力耦合强迫强负值区与强降水落区相对应,对强降水的发展维持起了至关重要的作用,是本次重庆西南部强降水持续的维持机制。4)正压非平衡强迫和斜压热动力耦合强迫对未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置的指示意义,有助于提高暴雨预报准确率。      

Study of the Optimal Precursors for Blocking Events

The precursors of dipole blocking are obtained by a numerical approach based upon a quasi-geostrophic barotropie planetary- to synoptic-scale interaction model without topography and with a localized synopticscale wave-maker. The optimization problem related to the precursors of blocking is formulated and the nonlinear optimization method is used to examine the optimal synoptic-scale initial field successfully. The results show that the prominent characteristics of the optimal synoptic-scale initial field are that the synoptic-scale wave train structures exist upstream of the incipient blocking. In addition, the large-scale low/high eddy-forcing pattern upstream of the incipient blocking is an essential precondition for the onset of dipole blocking.     

北太平洋风暴轴“深冬抑制”现象的能量分析

采用欧洲中期天气预报中心逐日再分析资料（ERA-40）,从局地能量变化方程出发,通过分析北太平洋风暴轴区域对流层不同层次局地能量的季节演变过程,对风暴轴区域各能量项在“深冬抑制”现象中的作用进行了深入探讨。结果表明,天气尺度扰动动能的季节变化可以很好地反映北太平洋风暴轴的“深冬抑制”现象,并且该现象在对流层上层最为显著,其发生概率约为80％,其中20世纪70年代中后期到80年代前期抑制最强。从同期各能量项的变化来看,扰动动能的变化主要受斜压能量转换项、涡动非地转位势通量的散度项和正压能量转换项的影响。在深冬季节,由于消耗扰动动能的正压能量转换项虽有些微弱减少从而使得扰动动能有所增加,但为风暴轴提供扰动动能的斜压能量转换项和涡动非地转位势通量的散度项减少的幅度却更大,因而总的效果是扰动动能大为减小,这可能是造成北太平洋风暴轴“深冬抑制”现象的直接原因。