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1991年  第15卷  第4期

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太平洋大尺度环流数值模拟 I:数学模式及其性能
张荣华, 曾庆存, 张学洪
1991, 15(4): 1-16. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.01
摘要:
本工作基于曾庆存的海洋环流模式设计思想和大气物理研究所海洋环流模式(IAPOGCM)基本动力框架,设计并实现了四层太平洋环流模式;同时引进稳定有效的时间积分方案和海表热通量参数化方法,对太平洋大尺度环流进行了较为系统的数值模拟. 本文首先导出消除“刚盖”近似、扣除海洋标准层结、保持总有效能量守恒的OGCM基本方程组;给出空间差分格式和时间积分方案,引入海表热通量计算方法;然后,在太平洋区域对所设计的四层OGCM的一些模式性能进行了分析、表明,时间积分方案采用基于“灵活性系数”技术的加速收敛方法和适应过程中流场正压斜压进一步分解算法,同时采取一些技术处理,可确保模式稳定而有效地进行长时间数值积分、有效能量分析表明,与海面起伏相联系的有效表面位能是总有效能量的重要组成部分,它与动能同量级甚至更大些,因此在OGCM中须考虑有效表面位能与其它能量间的转换机制,这在物理上更加合理,而采用“刚盖”近似则是不合理的;同时,扣除海洋标准层结,缩小了位能与动能之间的量级差别,有利于长期数值积分的稳定进行.此外,这个模式能直接计算海面起伏和分析有效能量,使得表面流场和上层海洋热储率的模拟比已有文献的结果有明显的改进.除模式设计外,本部分只给出模式的基本性能,系统的模拟结果将在第Ⅱ,Ⅲ两部分发表.
强迫耗散非线性系统的局域阻塞流型
罗哲贤, 马镜娴
1991, 15(4): 17-25. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.02
摘要:
本文将正压涡度方程约化为强迫耗散的KdV方程,求得了该方程的一个定常解.这个定常解描述了非绝热加热、耗散、非线性平流和线性频散共同作用所形成的阻塞流型.在确定性初条件、随机性初条件和随机热源扰动的情况下,积分时间大于60天的三组试验表明:该阻塞流型闭合高压中心位置维持定常,而阻高中心强度的演变显示出清晰的准两周或一个月左右的低频振荡现象.
北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(一)——基本结构
陈烈庭, 吴仁广
1991, 15(4): 26-34. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.03
摘要:
本文利用1951—1980年逐季的平均值资料(共120个季)讨论了北方涛动和与其相联系的北太平洋海温与北半球海平面气压场、500hPa位势高度场遥相关的基本结构,并与南方涛动和赤道东太平洋海温的结果进行了对比分析.发现北太平洋Namias海区和加利福尼亚海流区海温的变化与北方涛动具有很密切的联系;北方涛动和这两个海区的海温同北半球中高纬度大气环流特别是PNA型和NAO型环流异常存在明显的遥相关关系;南方涛动和赤道太平洋海温同WP型或NPO型环流异常关系比较密切,而与PNA型和NAO型的关系不如北方涛动和Namias海区及加利福尼亚海流区海温的显著.
暴雨中积云对流的反馈机制
李勇, 梁必骐
1991, 15(4): 35-42. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.04
摘要:
本文在分析梅雨期暴雨中尺度水热场特征的基础上,利用Nitta的云谱模式和积云对流参数化方法对暴雨区积云对流对环境水热场的反馈机制进行了诊断研究.结果表明,在暴雨过程中,主要是高云和低云两类云的活动,在对流层中层很少有卷出的积云;积云对流的补偿下沉气流强烈地加热和干燥环境大气,这种加热和干燥效应主要被积云卷出的液态水再蒸发所抵消;同时,在暴雨过程中还可能存在某种不同于积云卷出液态水的蒸发冷却和湿润环境大气的物理机制.
海-气相互作用系统可能性态的研究
林振山
1991, 15(4): 43-51. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.05
摘要:
本文建立了一个简单的海—气相互作用振子模式,并利用拟能函数和Melnikov函数,讨论了海—气系统的振荡、分岔和非周期性态.分析的结果表明该气候系统存在一个唯一的分岔点和一个唯一的极限环,其演化行为是确定性行为和类随机性行为并存.
大气中偶极子阻塞的观测研究
罗德海, 纪立人
1991, 15(4): 52-57. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.06
摘要:
本文利用日本气象厅发布的北半球5天平均的500hPa位势高度图,对1969—1984年间北半球所产生的偶极子阻塞进行了统计研究,并且还讨论了偶极子阻塞的季节性和区域性变化,同时对偶极子阻塞的纬度分布等问题也作了探讨,得到了许多有意义的结果.
中尺度大气运动中孤立重力波特征的研究
许习华, 丁一汇
1991, 15(4): 58-68. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.07
摘要:
通过对斜压大气(基本风场有垂直切变)运动中重力内波的研究发现:对于小振幅扰动(弱非线性问题),考虑波动之间的非线性相互作用以后,控制重力内波波包(调制波)的演变方程是非线性Schrodinger方程.然后通过对冷锋爆发冷涌过程的计算表明:冷涌主体前沿的宽度约10km,行进速度约为13/s,随着冷涌的增强,其宽度变窄.这些计算结果与实际的观测结果比较一致.
包括大地形作用的大气环流模式的长时期性状
包宁
1991, 15(4): 69-78. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.08
摘要:
本文用一个两层斜压原始方程模式研究了包含大地形作用的大气环流模式的长时期性状.首先以刚体旋转为初值条件,用绝热无摩擦的两层斜压模式作了一个月的数值积分,研究了模式大气对纯粹地形强迫的响应.结果发现积分至第15天以后,中纬度西风渐弱,使得积分前期由地形强迫产生的槽脊难以辨认.本文通过不同模式之间的比较,对500hPa高度场上的球谐分析以及对动量方程的诊断,认为它是一种确定的动力学现象,而不是计算紊乱.在模式中引入纬向对称型加热和地面摩擦过程后,即使将模式积分长达5个月以上,由地形强迫激发的扰动所形成的槽脊仍可长久地维持,但它不是简单意义下的定常波,位相分析表明只有二波分量近似驻波,与转盘实验结果相似.
初夏南海季风低压发展的数值试验
容广埙, 谭锐志
1991, 15(4): 79-86. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.09
摘要:
本文用热带有限区域σ—坐标六层初始方程数值预报模式对1979年6月下旬一次南海季风低压的发展过程进行了数值模拟,试验结果表明,本例南海季风低压的发展对大地形不敏感,与南海台风的数值试验结果不同.削减湿度场的试验表明,季风低压的发展与大气中水汽含量密切相关,湿度减小,季风低压发展缓慢甚至发展不起来.积云对流过程及其潜热的释放对季风低压发展有显著影响,它使得低压区的上升运动加强.改变低压南侧的西南风强度,导致水汽及能量输送的减小,不利于低压的发展.低压的发展主要由积云对流所驱动.
北京市郊区及城区边缘的大气湍流结构特征
张霭琛, 吕杰, 张兵,
1991, 15(4): 87-96. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.10
摘要:
为了比较城市边缘地区和郊区大气边界层中湍流结构的差异,本文分析了1986年春、夏两季在北京市城市边缘地区和郊区两处大气湍流观测结果.结果表明,由于城市边缘地区的下垫表面具有较高数值的粗糙度,使其近地面层大气受到较强的动力影响,在其湍流速度分量谱曲线;无量纲化湍流速度分量标准偏差,σ_u/u*,σ_v/u*和σ_w/u*;以及无量纲化湍流耗散率φ_ε等湍流特征量在近中性层结条件下显示出与大气稳定度的关系比较微弱.
1975—1986年古田水库人工降雨效果总分析
曾光平, 方仕珍, 肖锋
1991, 15(4): 97-108. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.11
摘要:
本文对福建省古田水库地区1975—1986年人工降雨试验效果进行总评价.12年共进行244次随机试验,三种不同的统计分析方法(区域回归分析法、双比分析法和多元回归分析法)均表示122次催化平均相对增雨在20%左右,显著度高于5%水平.此外,按云型、天气条件、雷达回波顶温度分类统计,为选择有利作业条件提供科学依据.云和降水物理观测(冰核、雨水中银离子含量、雷达回波和雨滴谱)及数值模拟的工作,其结果为人工增雨统计结论提供某些初步物理学解释.
太阳紫外光谱及NO2光解系数的观测
范志华, 毛节泰
1991, 15(4): 109-115. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.12
摘要:
本文讨论了利用自动太阳光谱仪测量地面的紫外辐射光谱,并进一步计算了NO_2的光分解系数.光谱测量范围为310—375nm.测量结果表明,在北京地区秋季NO_2的光解系数变化在(1—4)×10~(-3)S~(-1),有明显的日变化.
声波逾量衰减的估算
潘乃先, 刘建强
1991, 15(4): 116-122. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.13
摘要:
本文计算表明速度场湍流对逾量衰减的作用比温度场湍流的大5倍.在有限宽度声束条件下,引入有效湍流外尺度Le后,计算表明在大多数情况下逾量衰减系数难以忽略.当波束有张角时,同样的大气湍流状态下逾量衰减系数值随离声源距离增大而增大.过量衰减系数与声波波长关系近似为Ke∝λ~(-2).提供了考虑通量衰减作用的计算C_T~2的简单方法并给了几个计算实例.
山东旱涝气候变迁的五个阶段
燕子杰, 杨洪昌
1991, 15(4): 123-128. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1991.04.14
摘要:
本文根据山东旱涝气候变化中盛行的7—8年周期,确定将1470—1985年的山东旱涝演变划分为60个气候时段,用模糊信息检索方法把这些气候时段分为6种类型,根据气候时段序列具有的规律使用模糊判别法定出判据,又进一步将60个气候时段分别划归五个气候阶段,得出:干旱少雨的第5气候阶段将在本世纪末以前继续维持.