热带印度洋偶极子模态的不对称性及其成因的数值研究

热带印度洋偶极子 (Indian Ocean Dipole) 是印度洋海域内海洋和大气环流年际变化的主要特征模态之一, 在热带海气耦合系统中起到非常重要的作用。同热带太平洋的ENSO现象类似, 热带印度洋偶极子也呈现出显著的不对称性。本文利用中国科学院大气物理研究所发展的全球海洋环流模式, 在观测风应力距平的强迫下, 评估了模式对热带印度洋季节变化、 热带印度洋偶极子 (IOD) 模态及其不对称性的模拟能力, 并且通过数值试验分析了IOD模态不对称性特征及其对气候平均态的影响。对照观测资料, 模式较好地再现了热带印度洋SST在季风驱动下的季节变化特征。在年际时间尺度上, 模式不仅能够再现IOD指数的变化趋势, 而且可以成功模拟出IOD模态的空间分布特征, 即表层和次表层海温在西印度洋表现为正异常, 在东印度洋表现为负异常。可见, 对于热带印度洋而言, IOD模态主要是对风应力异常的响应。热带印度洋海温与Niño3.4指数的相关性分析表明, 模式能够模拟出超前热带太平洋ENSO现象2～4个月时海温的偶极子型分布, 但是不能模拟出滞后ENSO现象2个月左右的全海盆增暖模态, 可能是因为模式试验中没有考虑热通量年际异常的强迫。同时, 模式模拟的IOD模态具有同观测结果相类似的不对称性, 进一步的敏感性试验表明风应力的不对称性对偶极子指数的不对称性贡献较小, 次表层及以下海温的不对称性可能主要受到海洋内部非线性动力过程的影响。通过数值试验, 本文还发现热带印度洋海温的不对称性对气候平均态会有影响, 而这种不对称性长期积累后, 会导致上层热带印度洋温度层结趋于稳定状态。     

二十世纪的地球偶极子磁场

1900~2000年的IGRF(国际地磁参考场)资料使研究20世纪中地磁场的变化规律成为可能,在20世纪中,即使从19世纪起,地球偶极子磁场发生了较大的变化,偶极矩一直保持衰减的势头,地心轴的所有3个分量都是减小的.地磁南极的位置变化在1930年左右发生大的转折,1960年起向西和向南快速移动,偶极子轴在纬度方面变化只有1°左右,经度变化在3°左右,离磁极倒转的条件差得远.     

印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响

利用1951—2015年NOAA气候预测中心的SST扩展重建资料（ERSST V3b）、国家气候中心提供的我国160站月降水量资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的各气压层的水平风速、垂直速度和比湿资料,研究了印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响。结果表明,虽然东部型（中部型）厄尔尼诺年秋季我国长江以南地区降水偏多（少）,但当东部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季,我国长江以南地区降水偏多的程度显著提高;当中部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季,我国西南地区降水转为偏多,其他南方地区降水仍然偏少;当中部型厄尔尼诺与印度洋一致增暖型海温同时发生年秋季,我国整个长江以南地区降水偏少,且偏少的幅度要显著高于不考虑印度洋海温异常的情况。此外还对印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响的环流成因进行了分析。     

1998～1999 年间负位相印度洋偶极子事件的长波动力机制研究

使用美国海洋环境预报中心(NCEP)逐日的表面风场和热通量强迫的大洋环流模式(LICOM)研究了1998~1999年负位相印度洋偶极子(IOD)事件期间赤道印度洋环流长波动力机制的年际变化.模式能够很好地模拟出高度计资料的海面高度异常.使用垂直模分解方法对模式输出进行赤道波分解,结果表明:西边界反射在负位相IOD事件发生、发展和衰亡过程中起了重要作用.虽然西边界反射在正、负位相IOD期间均起到了重要的负反馈作用,但两者的来源机制却是不同的.在1998~1999年负位相IOD 事件期间,西边界处产生的两个上翻的开尔文波均来自赤道罗斯贝波在西边界处的反射.第一个上翻的开尔文波主要在西印度洋和中印度洋发生作用,由于受到西风异常强迫的下沉的开尔文波的影响,它并没有成功到达东印度洋,但是却一定程度上削弱了中东印度洋的下沉异常;而第二个上翻开尔文波成功到达东爪哇沿岸终止了那里的下沉异常,最终终止了负位相IOD事件.首次从赤道长波动力学角度解释了1998~1999年负位相IOD事件的结束机制,有利于进一步了解IOD对印度洋周边气候甚至太平洋的影响.     

山地中尺度环流中的大气边界层湍流摩擦效应

建立了一个三维原始方程数值模式，模拟在光滑下边界和无滑脱下边界两种情况下，山区中尺度环流的演变过程，指出在弱层结条件下，边界层湍流摩擦效应有利于流场的分离和涡旋偶极子环流的发展；在强层结条件下，表面摩擦效应削弱了分离气流和涡旋性环流的强度，但使其范围扩大。边界层湍流摩擦效应引起的分离流场和尾流区环流与非粘性动力过程引起的流场分离现象，虽然从其表现形式上看完全相同，但是其形成则是由完全不同的物理机制所控制。边界层湍流摩擦效应在上述两种分离流场的演变过程中表现出完全相反的作用。地转科氏力的调整作用在山地背风坡上促进了气旋性辐合环流的发展，而抑制了反气旋性环流的发展。     

地球主磁场空间功率谱的变化特征

根据第8代IGRF模型，计算分析了1900－2000年地球磁场和分量X，Y，Z的空间功率谱的变化特征。结果表明1900－2000年主磁场的空间功率谱呈减小趋势，由功率谱随谐波阶次n的变化关系得出的非偶极子场的等效磁源位于核幔边界附近，而且其位置随时间变化，用n=1,2两阶谐波的谱得到的等效磁源位于地球内核边缘，1900年以来离开地心一直向外增大。     

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料，分析发现，上年秋季尤其是11月的赤道（热带）印度洋偶极子（tropical Indian Ocean dipole, TIOD）模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析，结果表明：上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致，显示出从高纬度到低纬度“+、-、+”的相关分布，反映出当上年11月TIOD正位相（负位相）时，次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显（不明显）、中纬度30°～37°N低值系统活跃（不活跃），西太平洋副热带高压偏强（弱）、位置偏南（北）的重庆夏季典型的降水偏多环流特征；前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时，两个事件的作用相互叠加，使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南，造成重庆夏季降水的异常偏多。     

地磁长周期变化与日长10年尺度波动的相关分析

分析1900～2000年期间地磁长期变化和日长变化10年尺度波动的相关性,估算了核幔电磁耦合力矩,并与国外一些研究者的结果进行了对比。结果表明,地磁偶极矩的变化率M&与日长10年尺度波动存在时滞相关,地磁偶极矩变化比日长变化滞后大约10 a;在地幔电导为108～5108 S时,核幔电磁耦合力矩具有与日长10年尺度变化所需力矩的量级。     

北极大气偶极子异常与冬季北极海冰运动

依据国际北极月平均浮冰观测资料(1979~1998)、美国国家环境预测中心和国家大气研究中心再分析资料(1960~2002), 研究了一个以前被忽略的大气环流异常——北极大气偶极子结构异常及其与冬季海冰运动的关系. 偶极子结构异常是冬季(10月~ 次年3月)70°N以北月平均海平面气压经验正交分析的第二个模态, 它解释了总方差的13%. 偶极子异常中心之一位于加拿大的北极地区, 另外一个中心位于欧亚大陆北部和西伯利亚边缘海区. 由于大气偶极子异常强的经向性, 它成为驱动北冰洋海冰和冷空气进入巴伦支海、北欧诸海以及北部欧洲的重要机制.     

一种新型的低剖面定向45°线极化水天线

本文提出了一款具有高前后比的45°线极化水天线.天线利用电偶极子作为馈电结构,实现了边射的辐射特性.通过减小电偶极子与地板之间的距离,能量被束缚在电偶极子与地板之间,减少了水介质损耗所引起的能量.天线的反射系数在828~873 MHz频段内小于-10 dB.在整个工作频段内,天线的增益在7.73 dBi左右,辐射效率达到了70%以上.