第一斜压Rossby波在大洋传播中的调整

利用全球气候平均态的1°×1°的温度、盐度资料,根据Sturm-Liouville本征值理论,得到全球1°×1°的第一斜压Rossby变形半径λ1。根据层结流体中线性自由Rossby波理论,可知第一斜压Rossby波位相速度为βλ21,故由全球各个大洋海盆的宽度可得到第一斜压Rossby波在各大洋海盆中从东边界传到西边界的时间。由于第一斜压Rossby波在高纬海区传播非常慢,而南极绕极海区又是最宽的海盆,所以第一斜压Rossby波在此海区的调整时间最长。在简单的线性自由Rossby波理论下,南极绕极通道是全球Rossby波调整的控制海区。

北太平洋副热带向东逆流区Rossby波斜压稳定性

根据对卫星观测的海平面高度资料的分析,进一步证实了在北太平洋副热带两支向东的流(副热带逆流和夏威夷背风逆流)所在的区域内,海平面高度的70-210天周期振荡是主要的低频变化.发现在这两支向东的逆流区Rossby波的特性不同:副热带逆流区70-210天周期振荡对应的Rossby波西传过程中增幅,在台湾以东振幅达到最大;而在夏威夷背风逆流区,70-210天周期Rossby波在西传过程中不出现增幅现象.依据2.5层海洋模式得到的关于Rossby波振幅、频率与海洋层结之间的关系,揭示了周期为70-210天的Rossby波为不稳定波,这是由于副热带逆流海域模态水存在使得密度的垂直梯度变小的缘故;而在夏威夷背风逆流区位于表层逆流下的北赤道流西深东浅,70-210天周期Rossby长波在逆流的东部有可能不稳定,但其在逆流的西部是稳定的,因此不出现在西传过程中增幅现象;发现在北太平洋副热带两个向东流的海域,年周期Rossby波是稳定的,因此,在该海域海平面周期为70-210天的振荡的振幅要比年周期振荡的振幅大.

斜压大气中的Rossby和赝Rossby波

本文在半地转近似下,运用波动方程行波解的常微分方程分析,讨论了斜压大气中的Rossby波和赝疆Rossby波问题。

大气中非线性Rossby波和Pseudo—Rossby——(Ⅱ)斜压大气情形

本文利用文(1)中的方法,讨论了半地转近似下斜压Rossby波的存在和求解问题,分析表明,在描述Rossby波的方程中,除了具有通常意义的Rossby波解外,还存在一支Pseudo—Rossby波解.

基本流场切变对赤道长Rossby波的影响

文中应用赤道β平面近似 ,建立一个简单的斜压大气半地转模式 ,在热力学方程中引入表征基本位温场 (θ)经向分布特征的无量纲参数 σ,对线性化的扰动方程进行了频率分析 ,研究基本位温场经向非均匀分布以及基本气流垂直切变对赤道纬向超长尺度 Rossby波动的影响 ,并指出仅考虑基本气流垂直切变或者基本位温场变化的作用是不合适的。定性分析结果表明 :基本位温场经向温差必然有基本气流垂直切变与其相匹配 ,而基本气流垂直切变将导致赤道长

两种类型中尺度涡旋Rossby波的相速度及其物理机制

本文使用正压浅水方程组以及纬向切变基流下二维中尺度横波型扰动的Bouss-inesq近似方程组,分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动的波动传播物理过程。研究结果表明,中尺度涡旋Rossby波划分为两种类型。由于纬向基本气流的方向的二阶水平切变或者基本气流的垂直涡度在南北方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用。如果考虑基流的二次垂直切变时,可以得到第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速-U的二次垂直切变或者基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0也是单向传播的,其相速度与纬向波数k有关,能量是频散的,在纬向x方向存在群速度。在基本流场的风速-U存在二次垂直切变时,横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby-重力波的不稳定;而当基本流场的风速-U仅仅存在线性切变,不存在二次垂直切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,横波型扰动的不稳定则仅仅是重力惯性波的不稳定。最后利用横波型扰动的总涡度守恒方程对第二类涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释。

台风涡旋系统的波动性质及其数值模拟

本文使用柱坐标系下的正压浅水方程组以及斜压扰动方程组,分析得出台风涡旋系统中的涡旋Rossby波划分为两种类型。由于切向基本气流的二阶径向水平切变或者基本气流的垂直涡度在径向方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于切向基本气流是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。当基本流场垂直涡度-ζz沿着径向r方向增大时,第一类涡旋Rossby波是沿着切向圆周方向逆时针方向传播的;反之则是沿着切向圆周方向顺时针方向传播。如果考虑切向基流的二次垂直切变时,可以得到台风涡旋系统中第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是切向基本流场风速的二次垂直切变或者基本流场径向r方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于切向基本气流也是单向传播的,当-ζr沿着空间z方向上增大时,第二类涡旋Rossby波就是相对于基本气流-V0是顺时针方向传播的;反之则是相对于基本气流逆时针方向传播。在基本流场的风速-V存在二次径向水平切变或者垂直切变时,台风中的波动可能是混合的涡旋Rossby波——重力波;而当基本流场的风速-V仅仅存在线性切变,不存在二次切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,台风系统中的波动则仅仅是重力惯性波。最后,采用WRF模式对“云娜”台风进行了数值模拟,验证了上述结论。

斜压大气中的非线性Rossby波

半地转近似下,三维斜压大气运动的涡度方程为其中各量的物理意义与文献[1]中的相同.

北太平洋海表面高度的年际变化及其机制

利用15年(1993～2007年)月平均的海表面高度(SSH)异常资料,分析了北太平洋海表面高度的年际变化的时空结构,并研究了热通量和风应力两个因子对其的强迫作用.结果表明,北太平洋年际时间尺度SSH变化的大值区在黑潮延伸区和西太平洋暖池区.EOF分解第一模态的空间结构沿纬向呈带状分布,第二模态为沿经向呈带状分布.热通量强迫作用在中纬度的东北太平洋可以解释SSH年际变化40%以上.风应力对SSH的作用包括正压和斜压两个方面.正压Sverdrup平衡模型模拟的SSH年际变化较弱,仅能解释高纬度副极地环流西部的20%～40%.由大尺度风应力强迫的第一阶斜压Rossby波模型可以解释热带地区的20%～60%,中纬度中部的20%～40%,以及阿拉斯加环流东部和副极地环流西部的20%～60%.风应力强迫的一阶斜压Rossby波模型对SSH的强迫机理又可分为局地风应力强迫和西传Rossby波作用.其中,风应力的局地强迫作用(Ekman抽吸)在东北太平洋、白令海以及热带中部有显著的预报技巧,可以解释SSH年际变异的40%以上.Rossby波的传播作用在中纬度海域的副热带环流中西部和夏威夷岛以东起着重要作用,可解释20%～60%.

2000／2001年冬季北欧异常流型形成机理及其对我国北方天气的影响

从Rossby波能量的频散和瞬变斜压扰动的正压反馈角度,探讨了2000/2001年冬季盛行的斯堪的纳维亚环流型(正位相)的维持机理,并讨论了其对我国北方地区天气气候的影响。该环流型上游部分,即北大西洋和斯堪的纳维亚半岛的两个活动中心主要由瞬变斜压扰动的正压反馈所形成,部分由Rossby波能量频散所维持。而下游部分,即贝加尔湖附近的气旋式环流异常主要由Rossby波能量从上游频散所形成和维持。与该环流型对应,冷空气在西、中西伯利亚堆积,并在其南侧的西风气流区中平流,使得我国华北部分地区和东北地区比常年冷。该环流型导致新疆北部地区、内蒙古东部及东北地区降雪量显著增强。大西洋急流的东伸及对应斜压扰动的显著加强是预报北疆和内蒙古东部及东北地区多雪的一个重要前兆因子。

南海简正模态型季节内振荡的数值模拟

本文基于大洋环流数值模式HYCOM对南海季节内振荡进行模拟,并利用CEOF方法对季节内振荡的物理特性进行了分析。结果表明,季节内振荡起源于南海东边界并以5.87cm·s-1向西传播,在南海海盆内存在3个完整波型,波长为360km,周期为71d。季节内振荡引起的流速振幅在表层最大,随着深度的增加迅速减小。Rossby波理论的分析结果表明,该振荡是南海海盆内的简正模态,属于Rossby波的第一斜压模态。

热带印度洋Rossby波的基本特征

海洋斜压长Rossby波在海洋动力学中占据重要地位,是物理海洋学研究的一个重要任务。它维持并影响大洋西边界流,是海盆内能量传播的主要机制,是海洋对大气驱动的主要响应现象(Pedlosky,1979;Gill,1982)。20世纪70年代以来,XBT资料的积累使人们能够从水文资料中,特别是次表层海温的变化中发现大尺度Rossby波的存在依据(White,1977;Kessler,1990)。

2007年夏季中国大陆85°E以东的异常天气与气候——中国科学院大气物理研究所2007年汛期降水预测的总结

对中国科学院大气物理研究所2007年的夏季（6-8月）降水预测进行检验,结果表明,3月底的预测与实况有一定差异,6月的预测有所改进。简要讨论了2007年夏季的主要降水过程及其成因。2007年夏季华南、长江中下游和淮河流域先后出现梅雨锋强降水,6月中旬和8月中旬出现两次Rossby波列的下游发展效应,引起陕甘宁一次强降水以及加强了圣帕台风引起的强降水。7月上中旬出现高压脊发展后,下游小低槽强烈斜压发展过程引起淮河出现致洪暴雨以及济南暴雨灾害。7月中下旬,由于阻高南侧的3次高空槽切断过程,造成重庆地区以及山西和豫西的暴雨灾害。在东亚季风区,夏季大气季节内振荡很显著,而且对降水的时空分布有重要影响。由于短期气候预测对夏季风季节内变化的预测还是一个难点,这给汛期降水的可预报性带来了限制。

全球海洋高频振荡分布特征

基于1992年10月~2006年6月时间间隔为7 d的卫星高度计海面高度异常(SLA)资料,分析了周期短于165 d的高频波动及其能量的空间分布特征。在功率谱密度计算基础上,分析了各频段所含能量占周期在15~165 d的高频波动总能量的百分比,发现随着最显著波动周期从1个月增大到5个月,其对应的纬度从7°增加到32°,最显著波动周期在全球呈明显的纬向带状分布。由二维方向谱分析上述高频信号主要是第一斜压模Rossby波的信号,并且在每个纬度带上的最显著波动周期与该纬度的Rossby波阈值周期一致。