推动中国海洋气象学发展的两位大师——第Ⅱ部分:王彬华的故事

青岛是中国现代气象学的发源地和中国气象学会的诞生地,对中国海洋气象学的历史演变过程有重要影响。本文主要介绍王彬华先生的生平概览、科学研究和教书育人,以及蒋丙然与王彬华师生两人的历史命运,从中折射出我国海洋气象学的发展脉络,期盼能为深入理解中国海洋气象学的发展历史提供多角度的认识。

推动中国海洋气象学发展的两位大师——第Ⅰ部分:蒋丙然的故事

青岛是中国现代气象学的发源地和中国气象学会的诞生地,对中国海洋气象学发展的历史演变过程有重要影响。本文主要介绍了海洋气象学定义,以及中国最早的气象学家、中国近代气象事业的开拓者之一、中国气象学会第一届至第五届理事长、青岛观象台台长蒋丙然先生的生平概览和科学研究,从中折射出我国海洋气象学的发展脉络,期盼能为深入理解中国海洋气象的发展历史提供多角度的认识。

海洋气象学进展

海洋气象学被正式作为一门分支学科创建于五十年代初期。内容是研究海洋与大气相互影响和海上天气现象,它是大气科学和物理海洋学的边缘科学。 我校海洋气象学的研究始于五十年代中期,经卅多年的努力,几乎在海洋气象学科的各领域中都开展了研究,在若干研究课题上处于国内领先地位,有些研究是开创性的。 海洋气象学科设有博士、硕士和学士授予点。

海洋气象学专业科研的基本情况

海洋气象学是一门边缘科学。我院建院二十五年来，海洋气象专业的教师们在积极作好教学工作的同时，也在海洋气象学方面进行了科学研究工作。在实践和理论等方面都获得了较好的成果。发现了一些有科学价值的现象，解决了一些国家急需解决的问题，提高了理论水平，也补充了教材内容，提高了教学质量。

云南省雨季降水的年际年代际变化特征及其与热带上层海洋热含量分布的关系

利用云南省126个站1961～2000年的月平均降水资料,基于小波分析方法,研究了云南省雨季降水异常2～6年的年际变化特征和准30年的年代际变化特征,这种准周期振荡与热带海洋上层热含量的异常分布相关,在云南雨季降水偏多(少)的年份,整个印度洋异常偏冷(暖),西太暖地区异常偏暖(冷)而东太异常偏冷(暖)。而云南雨季前期冬季的印度洋上层热含量的异常,特别是南印度洋东西向偶极子型的热异常变化,以及中国南海深水海盆区上层海洋热状况的异常,都与未来云南雨季的降水异常有很好的相关关系,因此冬季南印度洋和南海海域的热状况对于未来云南雨季的旱涝有着很好的指示意义。

海雾过程中海洋气象条件影响数值研究

利用二维数值模式，研究了在海雾过程中海温场、气温场、湿度场、风场等海洋气象条件的影响。结论如下：（１）海温主要影响海雾的生成过程，当海雾生成后，它的作用就逐步减小了；（２）气温梯度（暖平流）较大，不利于海雾生成，逆温不是海雾生成的一个充要条件；（３）相对湿度大小及其分布是海雾能否生成的物理基础；（４）风速大不利于海雾生成，但海雾一旦生成。

挪威学派气象学家的研究工作和生平:J.皮叶克尼斯、H.索尔伯格和T.贝吉龙

气象学的挪威学派(Norwegian School,又称卑尔根学派(Bergen School of Meteorology))由挪威气象学家V.皮叶克尼斯(Vilhelm Bjerknes)创立,在20世纪大气科学发展中贡献卓著,他们创立的极锋理论和锋面气旋模型对现代气象学影响深远。本文以挪威学派为线索,系统介绍了该学派的创立始末、发展历程和主要学术成就,分别对挪威学派三位重要气象学家J.皮叶克尼斯(Jacob Bjerknes)、H.索尔伯格(Halvor Solberg)及T.贝吉龙(Tor Bergeron)的生平经历、研究工作和重要研究成果的形成过程进行了回顾,包括锋面气旋模型和极锋理论、索尔伯格的惯性波研究、贝吉龙冷云降水过程等,并对其贡献进行了总结。

ENSO振幅不对称与赤道太平洋大气对流–海温非线性敏感性的关系研究

ENSO (El Niño-Southern Oscillation)冷暖位相的强度存在着明显的非对称性,即El Niño强于La Niña,前人的研究将其归因于海洋非线性动力加热。本文利用再分析资料比较了ENSO发展期线性动力加热的贡献,发现El Niño发展期内赤道中东太平洋混合层海流及温跃层深度对海面异常风应力的响应要强于La Niña发展期的响应强度,这导致纬向平流反馈以及温跃层反馈均对El Niño的发展产生更大的贡献。这种海洋动力响应的不对称源自于El Niño期间热带中太平洋的异常西风响应强于La Niña时期间的异常东风响应。研究还发现热带太平洋大气对流–海温的非线性敏感性是风场对ENSO冷暖位相海温产生非对称响应的诱因,即在赤道中东太平洋25.5℃~29℃的背景海温区间,海温升高导致的大气对流加强的幅度要强于等量的海温降低引发的对流减弱的幅度,因此El Niño能激发更强的异常西风。由此,本文揭示了海气耦合的不对称性在“海温→大气对流→海面风应力→海流、温跃层→海温”这一动力链条中的传递过程,为解释ENSO振幅不对称提供了动力逻辑上的依据。

北极涛动年代际变化与华北夏季降水的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和华北夏季降水资料,研究了北极涛动的年代际变化及其与大气环流的关系,进而研究与华北夏季降水异常变化的联系。结果表明,北极涛动具有明显的年代际变化,并在1969年发生了气候突变。北极涛动年代际异常与亚洲中纬度高度场异常、850 hPa风场的年代际异常具有很好的一致性。在年代际尺度上,北极涛动与贝加尔湖地区阻塞高压发生频率、东亚夏季风强度和华北夏季降水的关系较为密切。

2006年春季青岛气溶胶光学厚度与气溶胶指数、能见度的关系分析

由多波段天空辐射计观测的太阳直接辐射和散射辐射计算得到2006年春季22个晴天的大气气溶胶光学厚度(AOD),利用OMI(臭氧监测仪)的气溶胶指数(AI)线性插值得到相应22 d的气溶胶指数,说明AOD与AI具有较好的相关关系,并拟合出两者的线性关系式。分析AOD与实测水平能见度的关系,说明春季在少云或无云天气,大气中气溶胶含量高是导致能见度水平下降的主要原因。根据2个不同的能见度公式,分别由浑浊度系数和消光系数来计算22 d的水平能见度,并与实际观测值做相关,得到相关系数分别为0.764,0.760。当气溶胶标高取1.3 km时,由消光系数计算得到的水平能见度整体小于实测水平能见度;由浑浊度系数计算得到的能见度有11 d大于实测水平能见度,另外11 d小于s实测水平能见度。

长江中下游夏季降水与热带对流的关系

本文利用 1979～ 2 0 0 1年中国 16 0站月平均降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料 ,包括OLR资料、5 0 0hPa高度场、海平面气压场及 85 0hPa风场 ,借助相关分析、合成分析研究了长江中下游夏季降水与热带对流活动的关系。结果表明 ,热带对流活动与长江中下游夏季降水之间呈显著的正相关 ,即夏季热带对流活动强 (弱 ) ,长江中下游降水偏少 (多 ) ,易出现干旱 (洪涝 )。热带对流活动异常引起中、低纬度大气环流系统异常 ,中、低纬度大气环流系统异常向中、高纬度传播 ,引起中、高纬度大气环流系统异常 ,构成东亚地区大气环流异常 ,导致长江中下游地区夏季降水异常。

南海季风型海-气耦合模态的时空特征及其与中国夏季降水的关系

使用NCEP/NCAR的海表温度(SST)、海面10 m风场的月平均再分析资料,用联合SVD(CSVD)的方法研究了不同季节南海的海气耦合模的时空分布特征及其与中国夏季降水的关系。通过对不同季节的海-气耦合模的年际变化特征的分析。结果发现:第一模态为最显著模态,模态协方差贡献比在四季均超过80%,空间上SST表现为与南海等深线相一致的海盆模态,风场上主要表现为弱的冬季风或弱的夏季风,各个季节的海-气耦合模态都主要反映了SST-蒸发-风反馈这样1种正反馈的海-气相互作用过程,而且冬季风期间这种相互作用要更强烈些。时间系数均主要表现为一致的上升趋势和1976年前后的年代际突变,以及与ENSO相关的年际变化特征。冬、夏季弱的季风对应暖SST的特征体现了这种耦合模态隔季相关的特征,都对应夏季华南旱(涝)、江南涝(旱),华北、山东半岛旱(涝),东北涝(旱)这样1种波列状的旱涝相间分布。

一种变截面河口中潮位与潮流相位关系的探讨

根据一维线性潮波方程导出了变截面河口中最大潮流与高潮位之间的相位关系,并对其进行了讨论,其中,河口宽度取为B=B_0e^(-bx)深度h=常数。结果表明,在这种变截河口中纯前进潮波的潮流与潮位之间的相位差取决于不同的h、b和频率σ,可以在0—π/2之间变化,而对这种河口中考虑了反射波效应之后的合成潮波,在靠近外海的相当一段距离内也可能出现潮流和潮位之间的相位差小于π/4的情况,这取决于入射波的潮流与潮位之间的相位差以及反射波的衰减情况。因此,在变截面河口中,仅仅根据潮流与潮位之间的相位差接近于零或者接近于π/2来判定潮波是前进波型还是驻波型是值得商榷的。最后,本文提出了一种判定变截面河口中潮波类型的方案。

黄、东海地理环境与环流系统分析——长江口及济州岛邻近海域综合调查研究报告(第二章)

简要介绍了黄海和东海的地理环境概况,着重分析调查海域的环流系统。有如下一些初步看法与结论。 台湾暖流的前缘混合水,可从长江冲淡水底层穿越而影响到苏北沿岸,直到32°N以北的浅水区域。对马暖流西侧的水体是东海混合水,而其东侧为黑潮分支。黄海暖流的流向在不同季节具有规律的摆动。黄海底层冷水团属于季节性水团,其强盛及消衰与温跃层的形成及消亡紧密相关。黄海底层冷水团与中部底层冷水并非每年彼此独立,它们的共同特征甚至比其差异更明显。夏季东海冷水不能借助爬升侵入黄海底层冷水团内部。在济州岛南部区域,中层的逆温、逆盐现象,是由黄海密度环流的扩散效应与东海冷水沿黄海底层冷水团边界的爬升这两个原因而形成的。

渤海的潮波系统及其变迁

采用二维非线性潮波微分方程对渤海M_2、S_2、K_1、O_1四个分潮进行数值模拟,得出四个分潮的潮波图,椭圆长短轴图,同潮流时图以及潮汐、潮流性质图和S_2与M_2、K_1与O_1的迟角差图。依此可以系统地了解渤海潮波系统的分布变化规律。依据30～40年代测得的渤海海图以及假设数十年后渤海的岸形对渤海进行数值模拟,从而了解过去和现在渤海潮波的变化情况,以及对未来潮波的变化作出判断。计算表明,从30年代到70年代以来,渤海南部的半日分潮波发生了很大的变化,而日分潮的潮波变化较小。

民航广汉机场气象能见度的周期性变化特征的初步分析

基于民航广汉机场1986～1995年每日逐时气象能见度的观测资料，利用相关性分析，功率谱分析、带通滤波，以及小波分析等方法，分析和研究了广汉机场气象能见度的周期性变化特征。研究结果表明，机场能见度的变化与机场相对湿度和低云量呈显著负相关，与机场地面温度和地面风速呈正相关特征。广汉机场气象能见度的变化明显具有10—20d的准双周振荡特征和30～50d准周期性季节内振荡特征。

近地层风廓线与垂直湍流强度关系研究

通过改进Prandtl混合长理论,得出近地层风廓线形式u/z为u*/k1z其中k1:(σw/u*)(1-k/2);在中性层结下k1为0.4,风廓线与传统形式完全相同。分析认为Karman常数与垂直湍流强度有关,其量值的弱不确定性是由于“中性”及“近地层常通量假定”不符合实际大气情况所致;所建立的垂直湍流强度与无量纲风廓线关系可以合理地描述在稳定边界层的情况。

半封闭矩形海域中海底地形对旋转潮波系统的影响

为了探讨海底地形对旋转潮波系统的影响,本文对不同底形情况下的潮波运动进行了数值试验。根据试验结果绘制了同潮图并作了讨论。其结论是:(1)对无潮点相对于矩形海域中轴线的偏移来说,摩擦的影响和海底地形的影响可能都是重要的。如果是浅水区域,这种偏移主要是由摩擦引起的,但对平均水深较深、海底在横方向上有坡度的水域来说,底形效应是导致无潮点偏移的主要因素;(2)海底摩擦仅能使无潮点偏移到中轴线的左方(如果人们面向湾顶),而底形则可能使无潮点偏移到中轴线的左方或者中轴线的右方,这将取决于海底横向倾斜的方向。

海水压缩性对海洋内波的影响

在计算瓦依萨拉频率N时，若计及压缩性，应采用N^2=-(g/ρ^- dρ^-/dz+g^2/cs^2) （1）其中，ρ^-=ρ^-(z)为无波动时的密度分布。

海洋水团的Fisher型逐步判别预报

判别分析是多元分析方法之一,我们将其应用于海洋水团的判别预报。用逐步判别的方法挑选因子,依每个因子的Wilks量进行F—检验,逐步地将判别“能力”强的因子选入。同时将由于其他因子组合而相形见绌者及时剔除。根据矩阵变换的信息,给出了Fisher型逐步判别预报式。将北黄海冷水团强度预报作为示例,给出了筛选因子及建立判别式的全过程。用历史资料检验了预报效果。与习用的Bayes型逐步判别预报进行了对比。