北大西洋涛动活动中心空间位移年际年代际变化

利用Twentieth Century Reanalysis(V2)月平均再分析资料, 通过对冬季平均海平面气压(SLP)距平场上北大西洋涛动(NAO)活动中心空间位置的直接确认, 建立4 个NAO 空间位移指数反映NAO 活动中心空间位移特征, 发现NAO 南北活动中心的经向位移趋势与纬向位移表现非常一致, 表现为NAO 活动中心往往沿着西南-东北方向移动. 多窗谱分析显示, NAO 空间位移指数的周期主要集中在2~6 年, 与NAO 指数的高频变化存在共同的2~3 年的振荡周期.在年代际变化上, NAO 指数与NAO 空间位移指数有显著的正相关关系. 但在年际变化上,NAO 指数与NAO 北活动中心纬向位移的关系却并不显著. NAO 指数与NAO 活动中心年际变化的联系很可能是通过天气尺度的Rossby 波破碎(RWB)产生作用的, 在NAO正(负)位相阶段,伴随着反气旋性波破碎(气旋性波破碎)事件, NAO活动中心偏北(南), 且NAO南活动中心偏东(西), 而NAO 北活动中心在纬向上没有发生明显偏移. 虽然北大西洋地区平均纬向风强度与NAO 空间位移指数存在显著的正相关关系, 但这很可能只是NAO 指数对NAO 活动中心空间位移影响的外在表现.     

改善月动力延伸预报水平的一种新途径

从数值模式普遍存在的一个重要预报误差源—— 纬向平均环流入手, 提出了一种改进月动力延伸预报的新途径. 首先, 应用重构相空间理论和非线性时空序列预测方法, 在大量历史资料的基础上构建纬圈平均环流(纬向平均高度场)月尺度逐候非线性动力学区域预报模型; 然后将非线性动力预报和数值模式动力预报结合起来, 即将非线性预报结果转化为模式需要的预报量, 再在模式积分过程中实施过程订正. 试验结果表明, 这种方法不仅有效减少了模式的系统性预报误差, 而且通过波流非线性相互作用, 使部分波分量的预报得到了较明显的改善.     

一种判定非线性发展方程差分格式计算稳定性的新方法

针对非线性发展方程的非守恒差分和式和非周期边界条件,以一维非线性平流方程为例,给出了一种判定差分格式计算稳定性的新方法。数值试验证明是实用的和有效的,得到的稳定性判据的确定是保证差分格式计算稳定的必要条件。     

广义系统的概周期解

研究了广义系统的概周期解问题,得到了广义系统的概周期解存在的判据,同时,给出了应用的实例。     

经典的Holladay-Varga定理的极图的完全刻画

近半个世纪来 ,Ｈｏｌｌａｄａｙ -Ｖａｒｇａ定理 (即ｄ个环点的ｎ阶本原有向图的指数均≤ 2ｎ -ｄ - 1)一直是被广泛引用的著名结果 .而刻画一些极值指数的图一直是很受关注的课题 .本文完全刻画Ｈｏｌｌａｄａｙ -Ｖａｒｇａ定理最大极值的图———极图 .　　ｎ阶非负矩阵Ａ称为本原矩阵 ,如果存在某个自然数ｋ使Ａｋ>0 ,这样的自然数中的最小者称为Ａ的本原指数 ,记作γ(Ａ) .Ｄ为ｎ阶有向图 ,若存在自然数ｋ ,当自然数ｍ≥ｋ时 ,Ｄ的任意两点ｕ ,ｖ有一条长为ｍ的ｕ至ｖ的有向通道(通道允许经过一点多次 ) ,且存在两点之间没有长为ｋ -…     

北极涛动比南极涛动纬向对称性更好

Fan (2007)最近从年际变化的角度研究了南极涛动的纬向不对称性问题. 利用观测和再分析资料以及海气耦合模式的模拟试验研究了北极涛动的纬向不对称性. 结果表明: 北极涛动同样存在纬向不对称性, 然而, 北极涛动的纬向不对称性显著地弱于南极涛动. 这出乎意料, 因为北半球海陆分布的纬向不对称性远远比南半球大. 进一步的分析表明: 1959~1998年北极涛动的东西两个半球的分量之间相关系数为0.54, 远大于南极涛动的东西两个半球分量之间的相关系数(0.23). 研究提出, ENSO可能是造成南极涛动和北极涛动的纬向不对称性差异的原因. 分析与南方涛动相关联的海平面气压场可以发现: 在北半球中高纬区的纬向不对称性要显著地弱于南半球的情况, 从而导致北极涛动的纬向不对称性要显著小于南极涛动. 利用一个海气耦合模式进行了敏感性试验, 初步研究了热带海气耦合作用对北极涛动纬向不对称性的影响.     

2013年北大西洋破纪录高海温与我国江淮-江南地区极端高温的关系

2013年7月,我国江淮-江南地区持续高温,多个地区气温打破历史纪录,影响重大.本文从气候学的角度开展了其归因研究,结果发现在2013年7月,北大西洋中纬度地区海温持续偏高,打破160年的历史纪录,海温的异常通过遥相关波列与东亚上空纬向西风和西太平洋副热带高压产生联系,进而可能影响到我国江淮-江南地区夏季气温的变化,这可能是造成该地区2013年7月破纪录高温事件的重要原因.对于江淮-江南地区的极端高温,一般关注的是西太平洋副热带高压的影响.本研究指出,江淮-江南地区上空纬向西风的变化也是影响该地区夏季气温变化的重要气候因子,尤其是2013年7月,该地上空纬向西风破纪录的偏弱与夏季气温破纪录的偏高密切相关.这意味着,对于我国江淮-江南地区夏季气温和极端高温事件的研究,不但需要关注西太平洋副热带高压的作用,还需要关注高层纬向风的变化.     

三维准地转运动的非线性稳定性研究的一个注记

文献[1]对于水平区域为β-平面上有界区域的三维准地转运动,首次建立了只需确定两维 Laplace 算子最小特征值的非线性稳定性判据,它对应于 Arnold 第二定理.本文通过更加精细的分析、估计,给出了一个新的判据,它优于文献[1]中的结果.在β-平面近似下,三维准地转模式如下:     

具有时滞的Duffing型方程+g(x(t—τ))=p(t)的2π周期解

关于微分方程x(?) g(x)=p(t)=p(t 2π),(1)讨论其周期解的文献已经很多,在g(x)满足强非线性,亚线性以及避开共振点条件下均已讨论过其周期解的存在性问题(参见丁同仁及葛渭高教授等近几年发表的论文),相对来说,对于时滞Duffing型方程这方面的研究还比较少.1981年,文献[2]在类似避开共振点条件下,证明了如下具有时滞的Duffing方程     

纬向海陆热力差异的季节转换与东亚副热带季风环流

通过分析气候平均场上对流层中层温度的纬向偏差, 其演变特征表明由春入夏高原东侧我国东部大陆的迅速增温及青藏高原的春季加热, 东亚大陆和西太平洋纬向海陆热力差异的季节转换最早发生在副热带, 且强度最强; 与其相伴随的对流层低层冬季盛行偏北风转变为夏季偏南风, 对流降水也同时出现. 这可能标志着东亚副热带夏季风的建立. 因此提出亚洲大陆(含青藏高原)与西太平洋之间的纬向热力差异在太阳辐射季节背景下所形成的季节循环可能是东亚副热带季风自身独立存在的推动力.     

颗粒流体系统的非线性特征和分支现象

颗粒流体系统的主要特征在于其非均匀的时空动态结构及其随操作条件改变出现的突变行为.由于非线性非平衡系统不存在普适的稳定性判据,因此,寻求非线性颗粒流体系统自身特定的稳定性条件及其变化规律是实现这一系统定量化的关键.垂直并流向上的颗粒流体系统随流体对颗粒控制能力的增加,可依次出现颗粒控制     

波射线理论在大气正压不稳定中的应用

应用球面上Rossby波射线理论初步探讨了基本流为急流的大气中正压扰动的动力学行为,对正压不稳定的条件进行了再思考,指出存在一个准地转位势涡度梯度bM的负区,在这个区域中向北传播的扰动振幅增长很大,为扰动发展的不稳定区,此外扰动能量无法穿越β_M=0的线,据此称之为陷波线.在90°E,20°N给定一个初始扰动,应用包含急流的理想风速廓线分析指出,对于非定常波,扰动的行为依赖于初始的纬向波数k和经向波数l.k值较小的大气长波经向传播范围大,向北传播容易被陷波线捕获,而尺度较小的短波不能到达陷波线,因此能够在西风中南北振荡并向下游传播.对k=1,l=8的大气长波,向北传播时波能量增加,在急流以北波能量达到最大值,当靠近陷波线时能量迅速减小,最终在陷波线中能量衰减为零.向北传播时波能量的增大,意味着扰动从急流以南的基本风场中获得的能量传到急流以北,在陷波线附近能量又还给了基本流,完成了大气中能量的南北输送.进一步计算了1和6月500 hPa上实际纬向风速廓线下扰动能量的传播,其结果大体和理想基流的结果相同,不同之处在于冬季低纬度向南的扰动容易被东风带阻挡,不能传播到南半球;而夏季低纬非定常扰动可以穿越东风带到达南半球,并且在东风带中形成西传的波动.     

离子声波非线性朗道阻尼的实验研究

电子或者离子波的非线性朗道阻尼是最重要的非线性等离子体实验现象之一。1965年O'Neil,Al'tshul和Karpaman等人理论预言,大振幅的电子或离子波的振幅衰减并不是像线性理论表明的按指数衰减规律。1972年Franklin等人测量非线性电子朗缪尔波的振幅在传播过程中的衰减也证实其并非为单调性的指数衰减。证明振幅的振荡是由于捕获电子的非线性效应而产生,从而实验证实了电子朗缪尔波非线性朗道阻尼现象的存在。     

倍周期序列吸引子稳定性转变中的普适结构

非线性耗散动力学系统吸引子轨道的稳定性由李雅普诺夫指数表征。规则吸引子的李雅普诺夫指数呈现平台的结构及关于平台的严格对称性我们对于一般的均匀耗散二维映射,给出了这种平台及对称性结构存在性的解析证明,对于Henon映射:     

南半球对流层上层纬向风与东亚夏季风环流

研究了南半球对流层上层纬向风和东亚夏季风在年际变化尺度上的关系, 用150百帕60°S和30°S之间的纬向平均的纬向风差值(ISH)可以很好地代表南半球纬向风的年际变化. 结果发现: ISH和东亚夏季风环流在年际变化尺度上有非常显著的负相关关系. 研究揭示: 从南半球到热带区域的纬向风的径向遥相关型(主体在东半球)可能是这种关系的主要内在原因. 通过这种遥相关型使得风场和气压场发生改变从而影响东亚夏季风环流; 另外, 与ISH相关连的欧亚大陆区的异常遥相关波列也是一个重要的机制. 而且ISH和东亚夏季风环流的关系有同时性, 也有非同时性. 因此这种关系的存在一定意义上也具有预测价值.     

青藏高原与低纬度地区大气环流的一些关系

青藏高原是全球最高的大高原,是影响全球大气环流的重要因子之一。尤其是夏季高原上空的青藏高压不仅影响北半球流场,而且与南半球流场直接相关。文献[1,2]把青藏高压看作对流层上层的大尺度阻塞高压,对于低纬度纬向气流是巨大的障碍。最近我们进一步研究了夏季青藏高原在低纬地区突出的加热效应,讨论了青藏高原对全球低纬地区平均经圈环流的影响,还研究了拉萨和南、北半球低纬遥远地区一些台站200毫巴高度变化趋势的相关。     

一个改进的谱模式非线性项的计算方法及其应用

根据变维，纬向全谱的非线性项谱系数计算方法原理，新设计了一种适用于国际通用谱模式数值求解框架采用的非线性项谱系数计算方案；并利用自行设计的国际通用谱模式动力学求解框架，通过理论分析与多个例数值预报试验，与目前广泛采用的谱变换法进行了深入的对比研究，以期促进国内外现行的谱模式数值求解框架的发展。     

全新世太阳活动驱动的太平洋上层热力结构的瞬变演化

在中等复杂程度地球系统模式(UViC-ESCM)中, 受过去7千年来瞬变太阳活动驱动, 北半球冬季太平洋上层水体热力结构表现出百年尺度变化特征, 西太平洋暖池(WPWP)的三维热力响应被大幅度增强. 太阳活动最大值期, 热带西太平洋表层海水温度变化幅度比Niño3区域大30%左右, 而次表层海水温度变化幅度在副热带北太平洋比赤道西太平洋大40%; 太平洋纬向表层海温梯度(西-东)和经向次表层海温梯度(北-南)同时增强, 且在百年尺度周期上线性响应于太阳活动驱动. 表层海温梯度的208 a周期最为显著, 而次表层海温梯度在大于208 a的周期上更为显著. 此外, 表层海温梯度在百年尺度周期上的相位滞后(响应时间)要比次表水海温略小, 表层海温梯度中出现的148和102 a周期并未见于次表层海温梯度. 上述模拟结果初步指示WPWP古海洋记录中的全新世百年尺度波动可能来源于太阳活动变化.     

重力波上传破碎对中层纬向平均流拖曳的参数化方案

回顾了McFarlane关于重力波破碎对纬向平均气流拖曳作用的参数化理论. 针对McFarlane参数化方案中没有考虑重力波破碎耗散作用的问题, 对该方案进行了改进, 不仅考虑了重力波破碎后尚存的动量通量对纬向平均流的拖曳作用, 而且考虑了在重力波破碎区, 耗散作用造成的动量损失对纬向平均气流的影响. 从理论上得到了比较完整的描写定常重力波破碎对纬向平均气流拖曳作用的参数化方案.     

青藏高原大气热量源汇在海-地-气相互作用准4年振荡中的作用

使用１９６１￣１９９５年逐月的青藏高原地区大气视热量源汇〈Ｑ１〉资料,英国气象局的海温资料和美国国家大气研究中心和环境预报中心（ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ）再分析资料,讨论了青藏高原热状况与亚洲太平洋地区大气环流和Ｅｌ Ｎｉｎｏ／Ｌａ Ｎｉｎ＾￣ａ的关系,发现：青藏高原〈Ｑ１〉,高原东侧低层经向风、赤道太平洋低层纬向风、赤道东太平洋海温以及高原北侧中、高纬度环流之间存在着明显的相互作用,其相互影响的周期大