ENSO的海气耦合不稳定发生、发展理论

在高背景表面海温作用下,波——CISK的凝结潜热和海水蒸发感热加热可以引起海气耦合系统正反馈,从而激发甚低频强不稳定的海气耦合似Kelvin波。这一海气耦合不稳定理论可以相当好地解释1982—1983年ENSO事件发生、发展的演变过程。     

海气耦合系统相似韵律现象的研究

本文首先利用一个相似离差形式的海气耦合模式,探讨了相似韵律现象形成的动力学机制,指出相似韵律现象的产生是由于在月平均环流季节变化的强迫下,海气系统非线性耦合相互作用造成的相似离差扰动的不均匀振荡。文中进一步利用一个全球海气耦合的动力-统计季节长期数值预报模式,对相似韵律现象进行了数值模拟和各种敏感性实验,结果不仅证实了理论分析结果,也为进一步利用该模式进行季节长期数值预报提供了依据。     

El Nino海温异常对纬向平均经圈环流及大气输送特征的影响

本文用欧洲中期天气预报中心高分辨谱模式,对1982/1983 El Nino期大气环流异常的模拟指出,持续的赤道东太平洋海温距平导致热带非绝热加热和直接经圈环流间的正反馈,从而加强了Hadley环流。同时,冬半球高纬涡旋输送特征发生明显变化,使强迫反环流加强。在纬向平均意义下,El Nino海温距平在月的时间尺度上导致副热带地区变干,而热带和北极地区变暖、变湿。     

夏季青藏高原气象学若干问题的研究

本文使用经过1979年5—8月青藏高原气象科学实验观测资料订正过的欧洲中心FGGE—Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料及其它一些资料,详细分析了夏季青藏高原的水汽状况、热力层结状况和月平均环流场的主要特征;计算了主要经圈环流圈的位置分布和从高原上上升气流的轨迹;通过逐月、逐日的涡度方程诊断分析,讨论了夏季高原高、低空稳定环流场的维持机制,发现高原上存在的强盛频繁的积云对流活动对高原大型环流场的维持是非常重要的;最后提出了一个高、低层多层次的对流活动振荡过程造成的热量水汽接力式上传输送的物理模型,认为它可能是夏季青藏高原高空大气高温、高湿状况维持的主要物理过程。     

臭氧加热对大气环流影响的数值试验

本文在一个全球9层大气环流模式中,加入一个臭氧方程来模拟臭氧吸收太阳紫外辐射对高层大气的加热作用以及由此而引起的温、压、风场的变化。试验表明平流层臭氧加热率远大于其它要素,如水汽等引起的加热率。在考虑臭氧加热作用的情况下,计算出的对流层顶以上的温度分布和纬向风强度与不考虑臭氧作用的计算结果有明显差异。臭氧加热作用不仅影响纬向风,同时也影响经向风,因而使Walker环流和Hadley环流都发生相应的变化。试验还表明,臭氧层的存在对各气象要素场的影响在对流层中部已相当小,然而在近地面却还有明显的反应。特别是对陆地上影响比海洋上要强得多。     

热力强迫下斜压大气的多平衡态与副热带高压

本文用Lorenz的湿模式,在低谱简化下得到了描述大气运动的非线性耗散系统,讨论了在热力强迫与大气环流的非线性相互作用下,湿、斜压大气在参数空间的多平衡态与副热带高压冬、夏流型的转换及其东西振荡,并与相应的干模式进行比较。结果表明:副热带高压冬、夏流型的转换是一种不连续跳跃现象,是经过流场上的快速调整重建新的流型的过程。在干模式中反映不出副热带高压中心的东西摆动,而在湿模式中,由于引入了水汽的热力效应,体现了流场与加热场的非线性相互作用,促成了副热带高压中心的东西摆动。     

副热带高压北跳与月尖(CUSP)突变

观测事实表明,大气在一个广泛的时空尺度中出现各类突变现象。本文以René Thom首创的突变论为工具,通过月尖突变模型讨论了副热带高压北跳这一大气突变现象,指出控制参数的渐变如何导致现象的突变,进而解释了大气环流的“(六月)突变”现象。文中还指出,由于行星尺度副热带高压的移行发展,有时与等压面位势高度场的变化直接相联,因而副热带高压未必是作为一个系统“实体”而移行发展的。     

季节性和非季节性外强迫引起的大气动力过程对短期气候异常变化形成作用的数值研究

本文指出在没有非季节性外强迫的25年模拟结果中,同样可以找到和外强迫异常引起的类似型类的气候异常变化,这表明季节性外强迫和非季节性外强迫引起的大气动力过程,都可以形成短期气候的异常变化,并使用两层IAP大气环流模式,对两组不同初态和不同自然气候变化子序列在同样热带海温异常条件下进行了数值试验,研究表明,模式大气中的气候异常现象是大气长期气候自然变化过程中固有的大气内部动力过程和外强迫异常所引起的动力过程的相互作用的结果;在北半球冬季,500hPa距平型的分布特征和非季节外强迫引起的动力过程所产生的异常特征比较一致,而南半球夏季,500hPa距平特征和季节性外强迫引起的动力过程所产生的距平特征比较一致。     

热力强迫下大气平衡态的突变与季节变化、副高北跳

本文研究了具有连续季节变化热力强迫的低阶正压耗散系统的平衡态和平衡态的突变。由此得到,大气环流的典型季节性平衡态是冬季型环流和夏季型环流。由于热力强迫和大气非线性运动的相互作用,随着热力强迫参数的连续季节变化,可以出现大气环流的多次的季节性突变和副热带高压的北跳。在不同的经向和纬向热力差异下,副热带高压可以出现不同类型的北跳。     

冬季低纬度热源异常对北半球大气环流影响的物理机制

本文应用球坐标系的波折射指数平方来讨论北半球的冬季低纬度强迫所产生的准定常行星波在实际基本气流中的传播规律,指出了冬季北半球低纬度热源异常将会引起北半球中高纬度大气环流的异常。本文还应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散准地转球坐标模式,来研究北半球冬季理想热源强迫所产生的扰动系统在北半球的传播情况。计算结果表明:在冬季由于热带太平洋上空热源异常,可以产生PNA型大气环流的异常。     

CO_2含量加倍引起的气候变化的数值模拟研究

在本工作中,大气物理所两层全球大气环流模式同60m深的混合层海洋模式及热力学海冰模式耦合起来,模拟了现代气候(1×CO_2)及CO_2含量加倍后的气候,进而研究了CO_2含量加倍后引起的全球气候变化。CO_2含量加倍后,全球表面气温上升1.75℃。模拟出的气候变化存在着很大的区域差异和季节差异,北半球高纬区和南极区增温幅度较大。而陆地区域的增温幅度又大于海洋区域的增温幅度;降水在热带及高纬区一般是增多而副热常区一般减少。另外,两个半球均是冬季增暖强一些。中国西南和华北地区夏季降水减少,而冬季增多。     

地球自转年际变化、El Ni■o事件和大气角动量

本文采用多级数字滤波技术,分析了25年(1962—1986年)的地球自转日长变化△LOD资料,结果表明在地球自转的长期起伏过程中,伴随着时间尺度为几年的非准周期性的年际波动,它使日长产生0.3×10~(-8)量级的相对变化。通过年际日长变化时间序列与表征El Nio事件的东太平洋赤道带海温资料比较,发现地球自转年际速率的减慢和加快,与赤道海温的增暖和减暖现象存在着很好的一致性。根据较强的日长年际变化和赤道海温最大增暖现象,文中还分析了用全球带风资料所归算的大气角动量(AAM),发现其年际变化超前2—3个月。由此认为,地球自转的年际变化和El Nio事件,可能是固体地球和海洋各自对大气环流变异的响应。上述分析表明,利用天文常规观测所测定的UT_1资料,归算和监视△LOD序列的极小值,可以对El Nio事件作出预测期约为1年的长期预报。     

求解大气-海洋系统辐射传递方程的迭代法

本文在近似地将大气和海洋分别看作为均匀分布且视其分界面为平面的情况下,给出了一个求解该系统辐射传递方程的新方法——逐级迭代法,从而求得了大气-海洋系统内方位积分辐射度的分布表示式。     

干旱地区大面积灌溉中尺度气候效应的初步研究

本文使用土壤-大气相互作用的中尺度模式研究在干旱的中纬度地区大面积灌溉对中尺度气候的调整。研究表明,在干旱地区大面积灌溉可导致由于热力强迫作用产生一个在性质上非常类似于海风环流的潮湿土壤风环流。在该环流的作用下,使该地区从干旱气候向类似于沿海气候的方向调整。文中还讨论了地转风对这个中尺度环流的影响。     

异质材料微流体通道电渗流热效应

本文对玻璃和聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制作的微流控芯片电渗流焦耳热效应进行数值研究.采用双电层的Poisson-Boltzmann方程,液体运动的Navier-Stokes方程和液-固耦合系统的热传导方程研究二维微通道电渗流的温度特性.研究发现:由于材料属性的差别,温度场和速度场在微通道断面存在不均匀性.微通道表面的温升会降低双电层的电荷密度.热效应会对电渗流速度场产生影响,并诱导压强梯度和改变外电场在微通道的变化特征.     

大气环流模式动力框架对初值的敏感性研究

本文是为建立一个大气环流数值模式而进行的一系列基础性研究的一部分,主要叙述模式的动力框架对Haurwitz波型初值的三种敏感性试验两结果,同时,对Haurwitz波的稳定性也作了一些讨论。     

青藏高原对层结大气纬向环流动力影响的模拟实验

本文用旋转层结流体模拟实验方法,研究了青藏高原对西风环流的动力作用。分析了在不同的罗斯贝数R和旋转欧拉数E条件下,高原附近流场的主要特征,并给出了流型的R～E区域图。对于春、秋、冬三季各月的大气平均情况,在主要相似判据R和E相同条件下,对高原东南部的低涡、低槽和切变线系统,高原西北部的斜脊系统、高原上游和下游槽的形态、垂直环流结构和高原北侧与东南侧的急流等流场特征,都得到满意实验结果,这表明青藏高原动力作用对东亚大气环流影响是很重要的。     

关于大气中的非线性Benjamin-Ono方程及其推广

本文利用多重尺度方法研究了大气中两层浅水波方程的非线性问题。文中指出:在经向扰动速度不太强的情况下,可以得到一个非线性Benjamin-Ono方程,并对它的代数孤立波和周期波进行了计算。同时还讨论了代数孤立波的演变过程,发现它在演变过程中可发生分裂,并产生波形的突陡,这可解释大气中的飑线过程。另外还指出:在经向扰动速度较强的情况下,可以得到一个修正的Benjamin-Ono方程,即Benjamin-Ono-KDV方程。     

涡旋运动中的波作用密度守恒及稳定性

在层结旋转流体中,当背景场为轴对称涡旋时,用WKB方法导出了扰动运动的波作用密度守恒.从这一守恒方程出发,得到了涡旋中扰动不稳定的必要条件.在一般情况下,这一条件为:当涡旋中扰动的周向相速度与基本气流的旋转角速度相等,即存在共转圈时,扰动可能发展。 据此,文中以大气中的台风为例,分析了其中扰动的发生发展条件,并根据实际资料推出台风中的垂直环流将是双圈的,为台风眼的存在提供了一种可能的解释。     

一个改进的太平洋环流数值模式及模拟结果

本文基于大气物理研究所海洋环流模式和太平洋大尺度环流数值模拟工作,设计了一个考虑实际海陆分布和海底地形、较高分辨率的太平洋环流数值模式(水平经纬圈方向网格距为2°×2.5°,垂直方向为不等距的8层);并且采用垂直扩散参数化方法和稳定有效的时间积分方案.在年平均大气强迫场驱动下成功地模拟出海面起伏中赤道槽、赤道脊、北赤道逆流槽和北赤道脊等分布特征;完整地模拟出与这些槽脊分布相对应的北赤道洋流、南赤道洋流和介于它们两者之间的北赤道逆流;模拟得到的黑潮和赤道潜流强度也和观测结果相当.