中尺度涡旋混合参数空间变化对物理场以及CFC-11模拟的影响

本文选用中国科学院大气物理研究所全球海洋模式(LICOM),对中尺度涡旋参数化方案(GM90方案)中等密度扩散系数和等密度面厚度扩散系数(统称为涡旋扩散系数A_ρ)对物理场及CFC-11(一氟三氯甲烷)分布的影响进行了研究。本文做了两个试验,即涡旋扩散系数采用常系数方式(对照试验)和采用在非绝热层以下A_ρ随海洋浮力频率垂直变化的参数化方案(浮力试验)。模拟结果表明,依浮力频率垂直变化的方案对模式物理场的模拟能力有一定程度的提升,如南极绕极流的输送强度比常系数方案增大了约20%~30%,与观测事实更接近;浮力试验对对照试验中过强的南极中层水有一定的削弱作用,使得模式对南大洋高纬次表层位密度的模拟有一定的改善。稍有不足的是,浮力试验对南极底层水也有一定的削弱,使得2000~3000 m深度位密度模拟较常系数方案偏低。通过对CFC-11分布、存储以及输送的研究发现,次网格参数取值的不同对南大洋CFC-11模拟情况有较大影响。浮力试验加大了南北高纬CFC-11海表的吸收通量,对南极大陆周边海域向南大洋主储藏区(34°S~60°S)的CFC-11输送能力有一定的增强,使得南大洋对CFC-11储藏量增大,大部分海区与观测资料更接近。通过CFC-11断面分析,浮力试验对南大洋上层海洋位密度模拟的改善使得CFC-11垂直结构与观测更接近。     

基于高度计遥感数据的北太平洋中尺度涡提取

针对海洋中尺度涡现象,提出一种基于海平面高度异常数据(SLA)的中尺度涡泛克里金提取算法。该算法运用变差函数工具计算SLA变差场,定义为广义振幅场,再利用泛克里金插值消除数据虚警和噪声,借助广义振幅场与实际振幅的关系通过少数几条特征等值线实现涡旋及其属性的提取。选取北太平洋作为实验区,采用2012年4月的4期SLA进行了中尺度涡的定量提取、分析,共提取出841个中尺度涡(含3个多核涡),包含450个气旋涡和391个反气旋涡;与其他遥感提取方法的对比显示北太平洋中尺度涡的成功检测率接近90%,过度检测率小于20%。结果表明:(1)算法具有省时高效性,通过对SLA场的重构创建广义振幅场,避免了等值线筛选过程,相对于海面高度闭合等值线等其他遥感方法具有判据简单及提取速度快的特性;(2)可靠性好,能够通过推导得出的特征等值线确保稳定的提取准确度;算法建立在发展成熟的等值线提取方法之上,并且有变差函数与泛克里金法的理论支撑;(3)自适应性强,可以对任意海区进行实时的涡旋检测和提取,并且除振幅值统计资料及必要基础数据外无需依赖其他辅助性数据。     

圆形涡旋中心非对称扰动的斜压不稳定研究

涡旋中的非对称扰动又是一种较为常见的流体运动现象,如不成熟飓风中出现的中尺度深厚对流云区(又称圆形抽气云CEC),热带风暴发展时的不对称性以及环流中心往往位于浓密云区的边缘等,都是涡旋中存在不对称扰动的表现形式.然而对于涡旋中非对称扰动的稳定性问题的研究,目前还比较少.文中从柱坐标下的斜压模式出发,研究了热带气旋等一类涡旋中心的非对称扰动的不稳定问题,结果表明:(1)与平直的基本流相比,涡旋中更容易出现斜压不稳定,扰动更容易发展;(2)不稳定可以使涡旋中的能量由基本场向扰动场转换,涡旋变得不对称.扰动是一种重力内波,其传播速度远小于基本流角速度,有些甚至逆基本流缓慢倒转;(3)在通常的稳定度参数条件下,发展扰动主要集中在高层,从结构上看,扰动的倾斜度大.当稳定度参数很小时,扰动可扩展到整个对流层,倾斜度较小;(4)高层反气旋也可以激发出不稳定内波,这种扰动在低层表现明显.当稳定度参数较小时,扰动发展较快,并且也以很小的速度倒转.     

对流层中层中尺度对流涡旋在台风榴莲(2001)生成中的作用——模拟诊断分析

本文基于PSU/NCAR MM5中尺度模式对台风榴莲 (2001) 生成过程成功的数值模拟, 利用模式输出的较高时空分辨率资料, 对台风榴莲生成过程中对流层中层中尺度对流涡旋 (MCV) 的作用进行了诊断分析。结果表明, 中层MCV在台风榴莲生成中的作用有三个重要方面: 第一, 中尺度组织化作用: 伴随中层MCV的垂直次级环流圈, 使得区域内的积云对流热塔趋向于逐步在中心区域集中, 热塔相互之间容易发生相互作用, 通过合并过程有些热塔得到加强, 而有些趋于消亡。同时, 热塔聚集后的群体效应反馈作用又使得中层MCV加强或维持, 进一步促进热塔的合并以及向轴对称化发展; 第二, 存贮效应: 因为中层MCV的生命史比积云对流热塔长, 能够将消亡对流热塔所携带的热量、 水汽、 涡度加以存贮和保留, 使得中层MCV区域向有利于TC生成的方向发展, 最终成为TC环流的 “胚胎”; 第三, 中层MCV与对流层低层的槽 (涡旋) 以及对流热塔之间通过相互作用, 共同实现中低层系统的垂直耦合。     

大尺度涡旋的正压不稳定

用极坐标中线性化的正压涡度方程，将大尺度圆形基流上扰动的稳定性问题化为广义特征值的问题，得到了扰动振幅增长率沿方位角方向波数的关系。然后以不稳定模态的扰动流函数场作为初始场，在强、弱两类圆形基流的条件下，用直角坐标中准地转正压模式，分别实施积分时间为６０ｈ的试验。结果在模式大气中，初始扰动均随时间而增幅；强圆形基流的扰动增幅更快，并形成与台风螺旋云系看似有些相近的结构。     

泛华夏大陆群与东特提斯构造域演化

本文以板块构造理论为基础,根据全球各大陆陆块和微陆块的相对亲缘性、统一性和独立性,提出晚前寒武纪末一早古生代初泛大陆解体后,整个古生代期间,全球大陆可划分为三大陆块群,即冈瓦纳大陆群、劳亚大陆群,和泛华夏大陆群。论述了三大陆块群,特别是泛华夏大陆群的形成演化及其作为独立大陆群存在的统一性。指出泛华夏大陆群的独立性和统一性表现在:①早古生代末,扬子、华夏(包括黄海一东海一南海古陆)、中朝、柴达木、塔里木、昆仑一北羌塘一昌都一印支等陆块曾一度拼贴在一起,形成统一的大陆;②晚古生代中晚期形成独立的华夏植物群区系;③晚古生代末一早中生代,泛华夏大陆群主体部分的扬子一华夏和中朝陆块向西运移楔入,导致其南北两侧古特提斯洋的同步消亡和全球泛大陆的最终形成。泛华夏大陆群的形成演化历经了晚前寒武纪末一早古生代初各陆块的裂离、割据;早古生代末的拼贴、统一;晚古生代的再次分裂和晚古生代末一早中生代与南北大陆群拼贴4个发展阶段。同时指出在东特提斯构造域内,古特提斯既表现出对原特提斯的继承性,又有新生性;中特提斯不是古特提斯的延续和发展,它是标志泛大陆裂一聚巨旋回演化中另一旋回的开始。最后讨论了显生宙地球上大陆由南聚北散到北聚南散,陆块在总体上向北漂移中旋转、裂、聚和泛大陆重组和立即又解体的可能的动力学机制,即地球内部物质向南半球运移,南半球膨胀,促使泛大陆解体。地球内部物质的南移又迫使软流层物质向北运动,驱动大陆碎块北上。蠕动的软流层中,除具有垂向环流的对流环外,还具有大小不等的水平涡旋运动。正是巨大的水平涡旋运动导致了陆块的旋转、会聚(泛大陆形成)和很快脱离涡旋体面离散(泛大陆解体)。     

磁层顶的涡旋诱发重联和单X线重联

用二维MHD数值模拟研究了地球磁层顶的涡旋重联和单X线重联,并将两者作了比较。涡旋重联和单X线重联各在Alfvèn马赫数M_Λ大于和小于0.5时出现于向阳面磁层顶。前者所产生的磁岛与涡旋同心重叠;后者磁力线重联仅产生X点,而不闭合形成磁岛,涡旋分布于X点两侧。在涡旋重联的自组织过程中,互螺旋度等近似守恒决定其渐近态的拓扑结构。最后,讨论了这两种重联对通量传输事件所起的不同作用。     

梅雨锋活跃模式与暴雨云团演变

利用适时红外增强卫星云图和环境物理量场资料．对“91.7”湖北强降水过程进行分析。综述了典型的梅雨锋活跃概念模式；概述暴雨云团的活动特征和涡旋云团、锋面云团演变的概念模式．     

利用GPS反射信号遥感全球海态

最近几年，迅速发展一种新的空基海洋遥感技术。它在低轨卫星上接收经海面或地面反射的GPS信号，通过分析C／A或P码的相关函数波形及其后沿，荻得全球海面平均高度、浪高、海面风场以及土壤湿度等，提供海洋中尺度涡旋发展、演变信息，监测和分析高纬地区冰层厚度。它采用无源探测方法，具有成本低、荻取数据量多和快速等突出特点，是传统卫星高度计探测的重要补充和发展。该文讨论了这项技术发展现状、反射信号的时间延迟以及海态参数计算等关键技术；也给出作者利用掩星观测资料分析得到的海面反射回波一些重要结果。     

西北太平洋等位势密度面上的东向副热带逆流

用美国海军高分辨率气候月平均温盐资料和等位势密度面P-矢量方法, 计算了西北太平洋各月等位势密度面环流. 主要讨论西北太平洋副热带流涡内部东向副热带逆流(简称: STCC)的空间分布、垂直结构、体积输送及其附近的涡旋现象. 计算结果很好地再现了STCC的一些观测特征, 并且还揭示了STCC在等位势密度面上呈现的一些新现象: (1) 在24.6 σ_θ面上, STCC的空间分布、源地和流动态势都有很强的季节变化, 1 ~ 3月份不存在STCC; (2) 5 ~ 10月, 日本以南黑潮逆流的一个分支汇入了STCC, 使得STCC的流速增强, 流幅显著地加宽; (3) 流速矢量场明显地表现出: STCC和它附近的一些涡旋伴随而生, STCC存在时它附近总伴随着一些涡旋, 当STCC消失时涡旋也就消失了; (4) 通过137.5°E断面, STCC的输送量夏季最强, 8月份最大输送量达6.9 Sv (1 Sv ≡ 10⁶ m³/s), 春、秋季较弱, 4和11月份的输送量分别为1.7和1.6 Sv, 输送主要集中在24.0≤ σ_θ ≤25.0面之间; (5) 纬向流沿137.5°E断面的分布表明, STCC的流核位于24.3 ~ 24.7 σ_θ之间.