位势场与涡轮端区二次流的相互作用机理研究

采用数值模拟方法,研究了某亚声速涡轮内部下游导叶位势场与动叶端区二次流和叶尖泄漏流的非定常相互作用,详细分析了不同时刻的流动特性。结果表明:受下游导叶的非定常位势作用影响,动叶出口瞬时时刻二次涡结构呈现明显的周期性变化,并导致动叶出口熵增和效率均随时间改变,文中利用旋涡运动学理论对产生这一现象的流动机理进行了深入探讨。

东亚地区500 hPa位势高度场NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料的比较

运用统计分析方法对3份500 hPa位势高度场资料,即NCEP/NCAR全球大气再分析月平均资料和欧洲中心ERA-40资料,国家气候中心的NMC资料(该资料的基础是站点观测资料的实测数据,并结合中央气象台的日常累积资料整编而成)进行比较,以讨论NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料以及NMC资料的相关性,尤其在东亚地区的可靠性。3份资料综合分析得到如下结论:在东亚地区,特别是贝加尔湖以南至中国西北和中西部的大部分区域内(30°—50°N,80°—115°E),NCEP/NCAR资料和ERA-40资料各季的平均场、相关场均存在大范围的显著性差异区,差异最大的季节在夏季,时段为1958—1970年,而在冬季相关较好。同时NCEP/NCAR资料在20世纪60年代初出现异常低值,在60年代中期有突然的增长,而欧洲中心的ERA-40资料和国家气候中心的NMC资料均无此现象。针对以上问题,对北半球500 hPa资料的使用提出如下建议:在东亚地区应用NCEP/NCAR资料时,如果范围涉及贝加尔湖以南至中国西北和中西部地区(30°—50°N,80°—115°E),尽量应用20世纪70年代以后的资料,尤其在春、夏两季;而该区域内的ERA-40资料和NMC资料在这一时段内是基本一致,具有可信性。

半球月平均位势高度场的若干环流指数及其变化特征

给出了表征半球月平均位势高度场性质的若干环流指数 :气候场强度 Ic、气候异常场平均强度 Ia、气候场不稳定度 Ius。用 NCEP/ NCAR4 0 a再分析月平均位势高度场资料作了计算和分析 ,结果表明 ,这些环流指数存在清晰的时空结构和北、南半球差异 ,它们概括地给出了地球大气位势高度场气候及其异常的基本特点。

500 hPa位势高度场极端天气事件的NCEP集合概率预报效果分析

基于百分位方法,首先通过构建气候等概率区间得到了位势高度场极端天气事件区分方法,并给出了相应的预报结果检验评价方案;以此为基础,对2003年夏季亚欧区域的500hPa位势高度场极端天气事件的NCEP集合概率预报效果进行了深入分析,得到如下结论:1)分析时段和区域内的极端事件的发生频率比气候平均状况略偏高。NCEP集合预报系统对异常偏低的极端事件的预报易偏高,但相对比较可靠;对相对异常偏高极端事件的预报频率随着预报时效的增大而减小,时效小于3d时预报频率偏高,时效大于5d时显著偏低,预报可靠性相对差一些。2)EV(economic value,经济价值)分析表明,NCEP集合预报系统对偏高(低)极端事件的概率预报效果明显高于正常天气事件。3)预报命中率分析表明,在高概率阈值下,预报命中率较低,这与预报系统在部分个例中的不发散有关。随着概率阈值的降低,预报命中率稳步提高,说明集合成员的发散使之可以覆盖实况可能出现的区间,从而得到更好的预报效果。

夏季北半球500hPa位势高度场持续性异常的地理分布及区域特征

本文利用23年夏季3个月的500hPa位势高度场，对20°N以北的热带以外地区的位势高度异常进行了分析，着重研究了持续时间超过天气尺度扰动时间（大约1周）的持续异常。结果表明：500hPa高度场上持续异常的产生具有很大的地理依赖性，在以下几个地区最容易产生持续异常：（1）北太平洋中东部到阿拉斯加南部（NEP）。（2）北大西洋东部到欧洲大陆西海岸（EAT）。（3）前苏联西北部的新地岛附近（WNSU）。（4）加拿大北部的哈得逊湾附近（NCA）。（5）白令海峡以北的北冰洋地区（ARC）。进一步对异常关键区统计分析得到：异常多发区特征显著地不同于异常少发区，正异常与负异常也有所差别。

夏季青藏高原位势高度场的长期振荡与气候变化

利用北半球５００ｈＰａ月平均位势高度场资料，揭示了夏季（６—８月）青藏高原位势高度场的长期振荡及其与两大洋副热带环流的相互联系。并分析了这种长期变化对全球和中国气候的影响。

月平均位势高度场异常持续性初步分析

使用 NCEP/ NCAR的 50 0 h Pa月平均位势高度场球函数展开系数资料 ,分析了北、南半球 1、7月具有较大年际异常方差贡献的 5种低阶球函数 (全波数 n=0～ 4)分量振幅异常的持续性 ,以及它们与热带太平洋海表温度年际异常的关系。结果表明 :振幅异常的持续性随 n增大迅速减小 ,明显的持续性只存在于少数低 n值超长波分量 ;均匀球函数分量振幅异常的持续性显著 ,且存在季节、半球际差异 ;北、南半球均匀球函数分量 (n=0 )振幅异常呈准同步变化 ,它们与热带太平洋 SSTA在 EN-SO尺度上准同步 ;南半球 n=2的带型球函数分量振幅异常也具有较强的持续性 ,且其变化与热带太平洋

半球月平均位势高度场均匀和非均匀异常指数的时滞性分析

将半球月平均位势高度场异常分解为半球均匀和非均匀两部分,构造了均匀异常指数ξ和非均匀异常指数η。对ξ、η的时滞性分析表明:北(南)半球ξ的时滞性较强,1月(7月)可达1a(3a)以上。η的时滞性较弱,显著时滞通常不足1个月;较强时滞出现在北半球夏季平流层,最长可达4个月。

北半球位势高度场的遥相关及其数值试验

利用1971—1990年逐旬500hPa 位势高度场格点资料,按 Wallace 等(1981)给出的遥相关型指数公式,计算出北半球5种遥相关型的特征指数.对每一型制作了合成平均图和合成差值图,分析各种遥相关型的特征.然后,利用 OSU—AGCM 加进不同海区的 SST 距平值作为非绝热加热,通过数值试验探讨外源强迫对遥相关形成的作用.

500hPa位势高度场月季业务数值预报的评估

对Ｔ６３、ＮＪ、ＣＣＭ１、ＣＣＭ２等４个数值模式分别以１９９５年６月～１９９６年３月期间，各月３０日（２月为２９日）００时为初始场进行了１０例月预报，对后２个模式分别用以上的６、８、１１及２月个例为初始场进行了４例的季预报．通过对区域（１０°～５０°Ｎ，７０°～１６０°Ｅ）和北半球５００ｈＰａ位势高度场进行预报与实况距平符号一致率、距平相关系数、均方根误差、ＳＳ评分等因子的检验，分析了各模式预报的特点，对比了模式对以上个例５００ｈＰａ位势高度场的预报能力．结果表明，分辨率高的Ｔ６３模式在月预报个例试验中，无论是对区域还是对北半球，其４项评分相对要好于其它模式．季预报试验表明，对区域和北半球的预报各模式评分都不稳定且比较低，季节预报能力都比较差．

全球大气气候异常位势高度场的时空结构分析

用半球气候异常场强度（Ia）及球函数分析改进方案，分析了NCEP／NCAR再分析项目的全球40年月平均气候异常高度场的时空结构，并分析了对流层下、上部半球平均气温异常的年际变化，结果表明，全球Ia存在明显的时（季节）空（高度、半球）差异；构造出三组参数高度概括地给出地球大气位势高度场异常环流球函数谱结构的基本特点；通过球函数展开的某些系数与半球500hPa等压面平均高度异常成正比，也近似与大气下半部（半球）平均温度成正比，揭示出不同层次大气平均温度异常的年际变化及其与热带海洋SSTA的关系。

全球大气位势高度场气候变率的球函数分析

为了研究全球大气位势高度场的气候变率,利用NCEP/NCAR再分析资料,按照距平高度场平均强度指数(Ia)分析发现,半球距平高度场强度呈年单周振荡,冬大夏小,冬季随高度单调增大,夏季有弱高、低值中心出现,而北、南半球的差异明显表现在季节变化上;进一步根据半球大气位势高度距平场球函数谱低维、低阶的基本特征,将半球环流异常分为半球均匀异常(H′00)、纬向均匀异常(H′0)、超长波尺度异常(H′ul)和长波尺度异常(H′l)4种类型,用波数域0≤m,k≤6上的球函数系数资料求得它们的方差贡献,给出了4类异常的方差贡献随高度、季节变化的规律以及它们的半球际差异。由此得到异常环流球函数谱结构的总体特征为:对流、平流层之间存在明显变化。从对流层进入平流层,一般由超长波异常为主转为纬向均匀异常为主(冬半球)或半球均匀为主(夏半球);半球均匀异常在对流层中不重要,长波尺度异常在平流层中不重要,它们拟合异常方差一般均小于10%;北、南半球最大差异表现在冬季平流层R′00和冬、夏季对流层R′0南半球大于北半球,冬、夏季对流层Rl′北半球大于南半球。

2021年山东夏季降水异常特征及成因分析

基于NCEP再分析资料和山东省122个国家地面观测站数据,对2021年山东夏季降水异常特征及成因进行研究。2021年夏季山东平均降水量较常年偏多25.3%,降雨过程较多,其中,6月降水偏多主要是由于西太平洋副热带高压(简称“副高”)北抬造成;7月中旬降水偏多主要是由于副高强度偏强,副高边缘暖湿气流为山东降水提供了充足水汽,下旬降水偏多是由于台风“烟花”带来强降水;8月降水偏多主要是下旬副高强度偏强,水汽输送充沛造成。此外,2021年夏季山东降水空间分布不均匀,呈西多东少的空间分布。进一步分析近3次拉尼娜事件发现,夏季副高强度偏强是造成近3个拉尼娜衰减年夏季山东降水空间分布异常的主要原因。夏季副高强度是拉尼娜次年山东夏季降水的重要预测因子。

我国近海热带气旋活动的气候特征及其与大尺度环境场的关系

利用1949-2004年共54a的热带气旋资料，通过对历年影响我国近海（距海岸线30012mile范围内）25°N以北及以南热带气旋的基本要素特征值的分析，发现我国近海25°N以北与以南热带气旋影响的频数和年代际变化不一致，尤其是20世纪80年代中期以来呈现反位相特征，近海25°N以北TC偏多，强度强；25°N以南TC偏少，强度弱．对热带气旋个数偏多年与偏少年对应的夏季海温场、高度场的合成分析，发现25°N以北偏多年比以南偏多年的东太平洋海温负距平强度大、范围广，高度距平场上反映出25°N以北偏多年西太平洋（包括南海）负高度距平区更为偏北、偏东；25°N以北TC偏少年时，中东太平洋海温为正距平区，高度场上太平洋低纬区域基本为正距平区，太平洋高纬区域是负距平区，而以南TC偏少年中东太平洋海温是负距平区，高度场上太平洋高纬区域是正距平区．文中还对当年前期各月海温场、高度场与当年以北、以南热带气旋个数分别作了相关分析，得出了一些实用有效的预报因子．

500hPa气候异常高度场强度及谱结构的季节变化与半球际差异

用半球气候异常场强度及球函数分析改进方案,分析了北、南半球500hPa气候异常高度场的环流特征,得到如下主要结论:1)半球异常冬强于夏,北半球强于南半球。2)500hPa气候异常位势高度场具有低阶、低维的特征,它们主要由超长波及长波波段(0≤m、k≤6)的球函数构成。3)北半球500hPa气候异常位势高度场集的球函数谱结构较南半球复杂,夏季较冬季复杂。仅用超长波及长波波段的球函数拟合半球500hPa异常位势高度场,就可保证其有足够的精确度。

北半球500hPa高度场定常波不平稳性分析

提出并阐明Lorenz环流分解意义下的定常波不平稳性概念,它是月平均图上纬向波动分量气候变率与定常波强度相对大小的表征。根据Lorenz环流分解,定义全域(局域)定常波不平稳度Ius(Iu1s),分析了北半球500hPa位势高度场定常波强度较大的30°—60°N纬带的定常波不平稳性,结果表明:(1)全域定常波不平稳带位置存在季节性北进、南退过程。平稳的定常波出现在冬季的35°—55°N的中纬度带和夏季的副热带地区(35°N以南),分别与冬季的东亚大槽、北美槽和较弱的欧洲槽,以及夏季的副热带高压等系统相联系。不平稳度的高值中心出现在春季的35°N和夏季的50°N,这与定常波强度季节变化和月平均图上槽脊位置、强度年际异常有关。(2)局域定常波不平稳度存在着明显的纬向不对称性。平稳带通常位于定常波的强槽强脊所控制的区域,而不平稳带通常位于定常波强度较弱的区域。副热带(35°N及以南)局域定常波不平稳度冬强于夏,中纬度(35°N及以北)则夏强于冬。夏季局域定常波不平稳度地理分布具有复杂的结构。但无论冬夏,北欧是定常波最不平稳的地区,北美大陆附近的定常波则相对平稳。(3)夏季,从华北经东北至北太平洋存在一个定常波不平稳度高值带,其高值中心位于中国黑龙江省东部(45°N,130°E),主要影响中国北方(东北、华北、西北),可能是该区夏季气候脆弱带的环流成因。

华南前汛期降水与500hPa高度场耦合关系特征

利用NCEP/NCAR提供的1950～1999年4～6月逐日再分析资料,通过奇异值分解、子波变换等方法分析了华南前汛期降水与500hPa位势高度场耦合关系的多时间尺度特征。结果表明:华南前汛期降水和500hPa位势高度场相互耦合的空间分布型、季节内变化存在明显的年际差异,具有多层次、多时间尺度特征;华南前汛期降水和高度场耦合相关型许多一致的年际、年代际周期表明两者长期变化的耦合关系密切;另外,两者的年代际突变都十分显著。

北半球1月和7月纬偏场遥相关结构分析

本文利用1951—1986共36年资料对北半球500hPa1月和7月纬偏场的遥相关结构进行了分析结果表明:冬季纬偏场的遥相关结构与位势高度场的遥相关结构一致,都存在5种呈经向分布的遥相关型。但在夏季,位势高度场中的遥相关现象不明显,纬偏场中却存在4种呈纬向分布的遥相关型。对比纬偏场1月和7月的遥相关结构,发现两者存在明显差异。

非地转强迫对Fitow(0114)暴雨的影响

利用非静力中尺度模式MM5对 0 114号台风Fitow从 2 0 0 1年 8月 31日 0 0时～ 9月 2日 0 0时 (UTC ,下同 )的降水过程进行了模拟研究。结果表明 ,MM5对Fitow登陆过程中暴雨落区和强度的模拟与实况比较一致。模拟结果较好地再现了暴雨的中尺度特征。正是维持少动的台风倒槽和嵌入其中的中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生、发展 ,而高、低空中尺度散度场的配置对暴雨有很好的指示意义。在华南台风暴雨区无论是高层还是低层 ,都存在很强的非地转作用 ,非地转涡度项对散度倾向项是重要的强迫因素 ;但非地转作用的实现与中高纬度地区有本质的区别 ,在低层非地转作用是由于强的位势场气旋涡度 (- 2  <0 )与弱的流场气旋涡度 (fζ >0 )不平衡产生的 ;而高层非地转作用是由于强的位势场反气旋涡度 (- 2  >0 )与弱的流场反气旋涡度 (fζ <0 )不平衡产生的。非地转作用是暴雨中尺度系统上升运动发展的触发机制。从动力学角度解释了用非地转 Q矢量散度场来判断暴雨落区要比用准地转 Q矢量散度场好的原因。