结构与尾流非线性耦合涡激振动预测模型

预测圆柱涡激振动的尾流振子模型中,通常采用线性的耦合模型,例如位移或者速度、加速度耦合来表征结构对尾流的作用。三种线性模型在预测圆柱锁频阶段的动力特性时存在差异,而且适用范围也受质量比的限制。提出了考虑结构与尾流动力非线性耦合的模型,该模型基于加速度耦合并结合速度耦合进行修正,适用范围不受质量比的影响;与实验结果的对比表明该模型可以更合理地给出锁频区域以及结构位移响应和尾流升力。最后,利用新模型讨论了质量比对锁频阶段结构振动幅值、尾流升力及频率比的影响;结果表明,随着质量比的增大,结构锁频区域变窄,结构振幅和尾流升力幅值减小。     

连续台风对海表温度和海表高度的影响

利用多卫星观测资料,分析了2008年9月3个连续台风前后的海表温度(SST)和海表高度距平(SSHA)的时空变化特征,并探讨了影响其变化的主要因子。结果表明:(1)3个台风引起了强烈的上升流(1×10-5~150×10-5 m/s),海表显著降温(1~6 ℃),海表高度也有不同程度降低(10~50 cm);(2)台风引起的SST最大降温中心与SSHA负值或中尺度冷涡的区域中心十分吻合,同时台风使得先前存在的海洋中尺度冷涡得到加强;(3)同一区域台风对SST影响程度大小受台风的强度、移动速度以及台风对海面强迫时间等因素控制;(4)在原先SSHA为正值的海域,3个台风连续强迫下使得局地洋面形成一个SSHA为负值的中尺度涡,这与单一"打转"台风强迫海洋生成中尺度涡的现象不同。因此,对于西北太平洋海域而言,频发的台风在中尺度涡生消演变过程中的影响应不容忽视。     

北极楚科奇海北部特征水团对浮游植物空间分布的调控

通过楚科奇海北部–加拿大海盆西侧交接地带的生态调查,我们发现0～150 m海域水体中以融冰水(MW,0～20 m)、白令海夏季水(s BSW)和阿拉斯加沿岸流(ACW)等水团为主。水温和营养盐变化与水团息息相关,物理–生化的耦合作用进一步影响了浮游植物分布和群落结构。叶绿素a浓度最大值多位于约50 m深、富含营养盐的s BSW和ACW暖水团中。sBSW和ACW中分别以小型(占比约74%)和微微型(占比约65%)浮游植物为主。藻华初期,溶解无机氮(DIN)虽呈相对限制状态,但仍高于浮游植物生长所需阈值。双单元混合模型显示：浮游植物对氮去除明显,氮吸收量与叶绿素a浓度呈正比,且在温度略高的ACW水团中氮吸收量高于s BSW水团。在北极变暖、波弗特流涡增强以及ACW和sBSW营养盐补给下,该区域的浮游植物的叶绿素a浓度(均值：(0.327±0.163)mg/m³,范围：0.04～0.69 mg/m³)与历史数据相比有所提高。这将增加北极海区的碳吸收通量,有利于其作为碳汇区的发展。     

1998年夏季季风爆发前后南海环流的多涡特征

利用南海季风实验（SCSMEX－IOP1、IOP2）期间（1998年4月底－7月初）所获得的温盐深（CTD）、声学多普勒流速剖面仪（ADCP）资料及TOPEX／POSEIDON卫星高度计遥感资料，分析了南海表层、1．0MPa层和3．0MPa层得力势异常场的分布格局，探讨了夏季季风爆发前后南海的环流特征。结果表明：在夏季季风爆发前（IOP1期间）南海北部以气旋试流动为主，并在此气旋式环流的东部镶嵌着一个较小的反气旋型涡；南海中部和南部以反气旋式流动为主，其中越南以东海域存在着两个南北对峙分布的反气旋型涡，在它们的东侧伴随一气旋型涡。季风爆发后（IPO2期间），南海北部仍然以气旋式流动为主，黑潮水越过巴士海峡南北中线，一部分可能入侵南海北部，另一部分向东北折回黑潮主干；南海中部和南部仍以反气旋式流动为主，越南以东海域北部的反气旋型涡消失，但南西的反气旋型涡加强，与IOP1类似，仍伴随着一个气旋型涡。总体而方，强流区出现在巴士海峡西北侧和南海西部（尤其是越东南东沿岸），南海东部和东南部为弱流区。     

论大洋环流的尺度分析及风旋度—热盐梯度方程式

作者在文献[1]中曾简单地导出过一个描述大洋风生一热盐环流的“风旋度—热盐梯度方程式”，它是一个全流函数所满足的线性位涡方程，表达了海面上风应力旋度和界而上的热盐梯度在侧向湍摩擦所导致的涡度扩散下与行星涡度梯度的平衡。利用该方程，在一个矩形大洋中，作者提出了一个相当简单的准两层模型，     

南海涡致热输送时空变化特征分析

利用11年高分辨率的(OGCM for the Earth Simulator,OFES)模式数据,计算南海涡致热输运(EHT),分析其时空变化特征。并利用卫星高度计数据验证OFES模式模拟南海涡致热输运的可靠性。研究结果表明,南海涡致热输运高值区主要分布在西边界流区,在南海北部和越南东南条带状区域,沿着中尺度涡运动路径,北部条带为向极输运,南部条带为向赤道输运,最大值达到了180MW/m。两高值区中间输运很小,沿着2500m等深线,为涡中心运动路径。南海中部涡致热输运较小。无论暖涡、冷涡,产生的致热输运均为顺时针方向。南海涡致热输运也存在明显的季节和年际变化。越南东南秋季输运最大,春冬季次之,夏季最小;南海北部则是春冬季最大,夏季最小。而在年际上,越南东南在2003、2007、2011年较大,南海北部则在2004、2007、2010年较大。     

南印度洋中尺度涡统计特征及三维合成结构研究

南印度洋是海洋中尺度涡的多发区域。本文利用卫星高度计资料及Argo浮标资料,对南印度洋（10°~35°S, 50°~120°E）区域中尺度涡的分布、表观特征等进行了统计分析,采用合成方法,构建了该区域中尺度涡的三维温盐结构。结果表明,涡旋频率呈明显的纬向带状分布,在18°~30°S存在一个明显的涡旋频率带状高值区;涡旋半径具有由南至北逐渐增大的趋势;长周期涡旋在其生命周期内,半径、涡动能、涡能量密度、涡度等性质均经历了先增大而后减小的过程;涡旋以西向运动为主,在经向上移动距离较小,长周期气旋（反气旋）涡具有明显的偏向极地（赤道）移动的倾向;涡旋平均移动速度为5.9 cm/s,速度大小大致沿纬向呈带状分布。在混合层以下,气旋涡（反气旋涡）内部分别呈现明显的温度负（正）异常,且分别存在两个位温负（正）异常的冷（暖）核结构;气旋涡（反气旋涡）整体上呈现"正-负"（"负-正"）上下层相反的盐度异常结构。中尺度涡对温盐的平均影响深度可达1 000×104 Pa以上。     

2009号台风“美莎克”对黑龙江的影响及非对称结构特征

使用常规观测资料及ERA5（0.25°×0.25°）再分析资料,对2009号台风“美莎克”进行分析。结果表明：此次过程,副热带高压异常强大,位置偏北,并与北侧阻高合并形成高压坝阻挡;“美莎克”沿副高外围北上与中纬度低涡及冷空气相互作用,变性后斜压性明显加大,低涡增强;“美莎克”携带大量水汽,同时中低空急流将海上水汽持续向黑龙江输送,并在黑龙江强烈辐合,形成强的水汽辐合区和水汽辐合带;高低空急流耦合构成强的垂直环流,对应非常强的垂直上升速度;副热带高压向西北伸展,高空引导气流和热成风方向转为西北—东南向,促使“美莎克”登陆后向西北移动,穿过黑龙江,是黑龙江出现大暴雨的主要原因。分析台风中心涡度、散度、垂直速度、位温、湿位涡等物理量的三维结构变化,可以很好地认识台风在北上登陆中的变性过程以及降水出现非对称结构的原因。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。     

一次导致大风的暖区飑线后侧入流分析

长生命史飑线极易造成大范围灾害性大风天气,研究其结构及其维持机制对灾害性大风天气预报有重要参考意义。利用浙江地面加密观测和雷达资料、美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NationalCentersforEnvironmentalPrediction/NationalCenterforAtmosphericResearch）FNL(Final Operational Global Analysis)再分析资料及高分辨率模式模拟结果对2018年3月4日江南地区出现的一次造成大风的暖区飑线后侧入流进行分析,探讨飑线维持机制。结果表明,飑线发生在南支槽前高低空一致西南气流的暖区环境中,环境具有0～6 km中等到强垂直切变、高对流有效位能、中层和近地面有明显干区的特征;3 h负变压异常指数对此次过程具有一定的指示作用。飑线表现为“TS”结构,但层云区相对较窄;反射率因子核位于中层径向辐合下方下沉气流中。模式模拟结果表明,后侧入流及下沉气流在系统内部、后部分别强迫出逆时针和顺时针垂直环流,构成了飑线最主要结构特征;后侧入流紧靠系统后缘而位于对流层中层,促使上升气流由倾斜转为垂直;此后后侧入流...