大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 Ⅰ:对赤道东太平洋SSTA的响应

本文通过在IAP-GCM上实现的数值模拟,研究了大气对赤道东太平洋地区暖SSTA的响应,着重讨论了大气遥响应的性质和演变过程. 数值模拟清楚地表明,大气对异常外源的响应主要是一种具有30—60天周期的低频遥响应.分析不同地区和不同季节这种强迫响应的30—60天低频振荡的结构及活动,可以清楚看到它与大气中实际存在着的30—60天振荡极为相似.因此也可以认为,大气对海温异常的强迫遥响应是激发产生全球大气30—60天振荡的重要机制.

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟——Ⅱ:对欧亚中高纬“寒潮”异常的响应

本文通过用IAP GCM所作的数值模拟研究了欧亚大陆中高纬度地区的外强迫在全球大气中激发的响应.结果清楚表明,同赤道地区的热源强迫一样,中高纬度地区的外强迫也可以在全球大气中产生低频遥响应;通过低频波列EAP,欧亚大陆中高纬度地区的寒潮异常可以对赤道中西太平洋地区的大气运动及全球大气环流有重要影响.对30—60天振荡的强迫激发来讲,地球大气的气候基本态是极为重要的,热带大气对于全球大气的低频振荡活动具有尤为突出的作用.

9000年前古气候的数值模拟研究

本文用大气物理所的全球大气环流模式模拟了9000年前一月份和七月份的古气候.得出:北半球夏季由于地球轨道参数的变化引起的比现在多7％的太阳辐射使得温度升高了,尤其是高纬地区,海陆对比的加强又增强了季风,季风区域降水增加了;而冬季因为太阳辐射在北半球减少了7％,温度变低了.这些结果与现有的古气候证据相一致,并与其他模拟结果进行了较详细的比较,还作了进一步的讨论.

黑潮和南海北部海流相互关联的数值模拟研究

根据北太平洋环流区域性模式的计算结果研究了黑潮和南海北部上层海流的相互关联问题。计算结果表明:在巴士海峡南部一年中大部分时间都有一部分黑潮水流入南海,其中一部分在南海呈一反气旋式弯曲,然后在巴士海峡北部又流回到黑潮主干;另一部分与南海北部的一个气旋式涡旋的北翼,一起向西流动,有时可以一直流到南海的内部海域。6月份南海北部并不存在气旋式涡旋,在巴士海峡南部进入南海的水,只呈反气旋式流动,从巴士海峡北部又流回太平洋,并不存在一直向西流动的海流。除9,10月份以外,在其它月份里都有一个和高海面起伏对应的脊通过巴士海峡伸入南海,一部分海水沿脊的等值线流动,使流动路径呈反气旋式弯曲。在9和10月份,由于黑潮的流轴已经向东北推移,没有海面高度脊伸入南海,也不存在呈反气旋式流动的海流。从巴士海峡进入南海的水全部向西一直流到海南岛以东,并汇入向南流动的沿岸流。计算结果还显示出,没有黑潮的分支沿台湾西南海岸向北流入台湾海峡。计算结果与以往的一些中外学者的研究结果一致,并且部分被海流观测结果所验证。

全球大气低频遥相关

本文用欧洲中期数值天气预报中心(ECMWF)的格点资料(1980—1988年)对全球大气30—60天低频振荡的活动进行了分析研究,其结果表明了一个重要特征,即全球大气30—60天振荡存在着极明显的低频遥相关型.北半球有欧亚-太平洋(EAP)遥相关型和太平洋-北美(PNA)遥相关型;南半球有澳大利亚-南非(ASA)和环南美(RSA)两个主要低频遥相关型.同时,北半球的EAP和PNA低频波列同南半球的ASA和RSA低频波列是相互衔接和相互影响的.

GPS“射线打靶”模式高效数值方法的研究及其并行实现

全球定位系统 (GPS)“射线打靶法”是GPS MET(气象 )资料变分同化中一种自成一体的观测算子 ,由于其计算量非常巨大而一直没能在资料同化中得到使用 .为了减少该观测算子的计算量 ,针对GPS射线轨迹方程为一可分Hamilton系统的特点 ,采用二阶经济辛格式求解 ,与经典的四阶Runge Kuntta法相比 ,不仅计算准确度没有降低甚至有所改善 ,而且节省近 4倍的计算时间 .同时进一步研究了改进后的GPS“射线打靶”

短期气候预测试验研究的进展

正当CO_2温室效应问题甚嚣尘上之际,气象学家们却将注意力投向气候异常问题的研究。近十余年来人们普遍感到地球上灾害频繁,我国东部是农业生产的主要地区,也是一个多气候灾害的地区。特别是大范围、长时间的旱、涝灾害,对社会经济。

斜压切变基流中横波型扰动的特征波动──Ⅰ:谱点分析

文中对谱点的分布作了定性分析和数值计算。结果发现：当基流存在切变时，无论是重力惯性波还是涡旋波都存在连续谱。在通常的环境下，对天气尺度的扰动，3支波动的连续谱不重叠，3支波动明显可分；当扰动尺度小于临界波长l0时，可出现涡旋波和一支重力惯性波的两波连续谱区的重叠，当扰动尺度小于l0／2时，可出现涡旋波和一对重力惯性波的三波连续谱区的重叠，此时两种波动不可分。当出现重叠谱时，若出现不稳定扰动，其频率的实部落在重叠谱区。

近海对台风的响应注记──Ⅰ.大亚湾海况对8708和8710号台风的综合响应

根据大亚湾海洋生态零点调查获得的水温、海流、潮位和气象观测资料，分析了1987年8月间大亚湾对8708和8710号台风的综合响应。结果显示，台风期间除增水外，整个大亚湾的水文结构因台风的影响发生了显著变化。其主要特征表现为：湾内垂直环流改变，海水层化消失，以及总体水温升高。分析表明，台风作用下垂直环流的调整可能是造成台风过程中大亚湾层化消失、总体水温升高的重要因素，而陆地边界的存在显然改变了海洋对热带风暴的响应特征。

海温异常对台风形成的影响

本文利用地球流体力学实验室(GFDL)的低分辨气候模式进行数值试验,以研究海温异常对台风形成的影响.试验采用恒定8月气候条件和海表温度(SST).海温异常(SSTA)被置于北太平洋不同区域.结果表明,台风生成频率在暖SSTA区明显增加.这是由于暖SSTA区低层辐合的增强一方面使低空气旋式环流和高空反气旋式环流加大,另一方面导致低层水汽向该区辐合,使潜热释放加强,对流加剧所致.此一机制被用于解释台风频率和ENSO事件的相关.在冷ENSO年份,西北和西南太平洋台风增多不仅是由于赤道东太平洋SST异常冷,还与西太平洋SST异常暖有关.

急流加速产生的高空锋生和低空锋生

本文用数值模拟方法证实了曾庆存提出的一种锋生机制,即高空急流加速或高空动量输入通过地转适应过程造成高空锋生.我们采用二维非弹性数值模式模拟了五种急流加速分布产生的锋生过程:三个低空锋生,分别由中尺度地面、中尺度低空和次天气尺度低空急流加速产生;二个高空锋生,分别由高空次天气尺度和天气尺度急流加速产生.模拟的结果表明:(1)通过地转适应产生的位温梯度的大小依赖于急流的空间结构以及Rossby变形半径和急流扰动尺度的比值,比值越大,适应锋生越强.(2)在相同的尺度条件下急流加速产生的高空锋生比低空锋生更强.(3)地转适应过程将加速的高空急流动量向下层传输,使锋区变陡并向对流层中、下层延伸,这种对流层高低层的非地转耦合可能是低空急流形成的另一种机制.(4)在模拟的五个过程中急流振荡的主频率约是惯性频率的1.7倍.

泥沙冲积和三角洲发育的数值模拟

泥沙冲淤动力学是在航道、灌溉、水利工程和港口等许多问题中必须考虑的问题,尤其是在中国、亚洲和热带地区问题更为严重。毫无疑问,自然环境的演变,例如三角洲的生成、河流的游荡、苍海桑田和陵谷巨变,都和水流冲刷或泥沙沉积有密切关系,要认识它们并进一步控制和改造自然环境,有关的动力学理论的建立和发展也是十分重要的。

一类高时间差分精度的平方守恒格式的构造及其应用检验

为适应气候数值模拟、数值天气预报和海流数值模拟工作的需要,利用Taylor展开的方法,在原显式完全平方守恒差分格式的基础上发展了一套高时间差分精度的差分格式,通过用四波的Rossby-Haurwitz波和南海月平均流数值模拟的应用检验,发现新格式不仅有更高的协调性和计算精度,而且可以增大时间步长,节省计算时间,值得推广应用.

一类快速经济算法——线性与非线性的分解法

本文以正压“浅水”方程为例,在经典分解算法的基础上建立一种新的分解法——线性与非线性分解法。该分解法把一个非线性的大气动力学方程分解成局部线性过程和非线性过程,使得节省了大量的计算时间。尤其是当把它应用于显式完全平方守恒差分格式时,可充分发挥高阶线性协调耗散算子的作用,进一步增大时间步长,取得最佳的时间效益。

一类新的显式Runge-Kutta法

对经典的Runge-Kutta法作了改进和完善,使得这类耗散型格式在保持原格式形式和计算精度不变的前提下变为平方守恒型格式,并在初步的数值试验中获得了与辛格式同等的效果,从而使得这类几乎要被淘汰的古典格式获得新生。

非线性稳定性与奇异值的关系

研究了奇异值的大小与基流的非线性稳定性和不稳定性的关系.结果表明,它们两者之间存在很好的对应关系;奇异值的大小随着基流的稳定性(不稳定性)加强而变小(增大).稳定情形下最大奇异值明显小于不稳定情形下的最大奇异值.

一个近岸海流数值计算模式的开边界条件

为了计算的省时性，ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法，即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。文章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化，得到了适合不同过程的开边界条件。对于适应过程，控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述，而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程，求出了解析形式的通解。在流出点上，边界条件可以借助解析解由上一时刻区域内部或边界上的已知值求得；而在流入点上，边值保持定常。对于耗散过程，不需要边界条件。最后对所提出的开边界条件进行了数值检验，结果是令人满意的。

解析解生成的自适应网格在台风路径预报中的应用

在原台风路径预报的自适应网格模式的基础上做了以下改进:(1)采用解析解来生成自适应网格,从而减少了原方案需要迭代求解一个拟线性椭圆型方程所花费的时间;(2)采用了球坐标下的正压原始方程来代替局地坐标;(3)重新推导了自适应网格坐标下的方程,比原方案的方程在形式上要简单;(4)在保持台风中心网格分辨率的前提下减少了网格点数,从而大大地减少了计算时间。

风海流方程三系数谱模式的多态解问题

本文研究一个带强迫、耗散的非线性准地转海流方程三系数低谱模式的多态解问题,着重讨论了类似热带气旋下的海流状况,给出了多态解与Rossby数(R)和底摩擦参数(ε)的依赖关系图。看到在R<0.5和ε<0.22的范围内有1个近似三角形的区域存在3个平衡解,其中有2个解是稳定的,另1个是不稳定的。稳定平衡解的特征是其展开系数A很大或B较大;而不稳定解是A和B均较小。它们分别反映了风应力反馈给海洋的能量较多或较小,并且A大时解的稳定性比B大时的稳定性要稳靠得多。

利用IAP模式模拟CO_2含量倍增的气候变化

本文对于用IAP大气环流模式耦合一个混合层海洋模式及海冰模式,对CO_2含量增加一倍引起的气候变化的模拟研究结果进行了综合分析。首先是模式气候与观测气候的一些对比,借以评价模式的模拟水平;然后分析了模拟CO_2加倍的气候变化的一些主要特点,并与观测的气候变化作了初步对比,同时也同国际上其它模式的研究结果作了比较分析。