北半球冬季准定常行星波传播的年代际变化

通过利用NCEPNCAR再分析资料对1958—2004年共46个冬季北半球大气准定常行星波传播的年代际变化进行分析，发现气候态意义下的准定常行星波沿高纬度由对流层向平流层的传播和在对流层内向低纬度的传播之间存在显著的反相振荡关系. 进一步的研究还表明，准定常行星波传播的年代际变化与北极涛动有密切的联系；北极涛动的正位相对应于在对流层有异常强的从中高纬度向低纬度对流层顶附近的波动传播，同时通过极地波导向平流层的传播明显减弱.其结果不仅说明大气内部的准定常行星波与纬向平均流相互作用可以产生年代际尺度的变化；而且提供了平流层变化影响对流层大气环流长期变化的一种动力学机制.     

影响大气长波调整的因子分析

为了分析影响大气长波调整的因子,揭示长波调整的机制和规律,以β平面准地转正压位势涡度方程为数学模型,通过数值计算的方法,研究了非线性、初始场、基流和纬度对大气长波调整的影响,并分析了真实基流下的长波调整情况。结果发现:长波纬向调整的出现与基流在y方向的结构无关,但长波调整出现的时间与调整结果与基流切变有关,非线性作用是长波调整的重要机制之一。长波调整出现时间和调整方向与初始波动结构、基流的分布和波动所处在的纬度有关,非线性Rossby波一般向低波调整,初始纬向波数越大,调整出现的时间越早,切变基流也能加速长波调整的出现;非线性Rossby波所处的纬度越高,其纬向波数变化越早且变化趋势越稳定。     

大气对流层顶热量收支变化的时空结构研究

 利用1948~2006年NCEP/NCAR的温度场、风场和对流层顶气压场的逐日资料,对全球对流层顶热量收支及其方差进行了计算.通过对计算结果的分析发现:①南北两半球对流层顶断裂区附近以及青藏高原是对流层顶热量收支变化的显著区域,南半球纬向平均加热率随纬度的波动比北半球剧烈;②赤道附近对流层顶的热量收支处于相对的准平衡态,而加热率突变性最强的区域位于海陆交界的洋面上空;③全球对流层顶的平均热量收支是处于大气冷却为主的热力学状态结构中,而且平均加热强度的主要年代际演变呈现出整体降低的趋势,年际变化则具有显著的QBO现象;④南北半球对流层顶正负加热率存在着随季节变化的空间波列结构,夏季加热率的经向梯度较弱,而冬季经向梯度增强并具有多样性;⑤对流层顶断裂带所在区域为加热率方差常年显著的带状区域,方差的高值带随着季节的转换存在着南北向的移动和东西向的伸缩现象,冬季是对流层顶空间热量收支变化最活跃的季节.     

冬季全球大气季节内振荡的特征分析

利用欧洲中期数值天气预报中心的ERA-40逐日再分析资料,计算得到350 K等熵面上45年冬季气候平均位势高度场,再利用Butterworth滤波器得到等熵面上位势高度30～60 d低频波.应用经验正交分解(EOF)对冬季350 K等熵面上的低频位势高度场进行时空分析,结果表明:在第1主分量场上,空间分布特征最明显的是南极涛动(AAO)、北极涛动(AO)、北美-太平洋涛动(PNA)以及经向偶极型低频变化.这种空间分布形式说明在350 K等熵面上南北半球间通过太平洋地区的经向低频波列传播,使得AAO与AO相互影响,相互作用.第2主分量场上,空间分布特征则表现出全球经向和纬向上的低频波列特征,以及南北半球在大西洋地区的相互作用.将EOF分解得到的前2个主分量场的时间系数投影到1957—2002年冬季的时间序列中,发现冬季全球大气低频振荡在20世纪70年代末80年代初发生了明显的年代际突变,并在80年代末以后逐渐加强.说明在80年代末以后冬季南北半球的低频变化相互作用有所加强,也说明太平洋,大西洋上的经向传播特征更为明显.     

中国科大蒙城流星雷达观测中间层-低热层大气风场和潮汐研究(英文)

中国科学技术大学蒙城流星雷达（33.4°N,116.5°E）自2014年4月运行以来，已经持续观测超过了8 a。本文报道了该流星雷达8 a的水平风场和大气潮汐波动观测结果。另外，给出了该流星雷达观测和Navy Global Environmental Model-High Altitude(NAVGEM-HA)模拟的对比结果。观测结果表明在北半球较低中纬度地区，流星雷达观测的流星数量存在明显的周日变化，流星数量在当地时间的上午增多，在午后和夜晚降低。同时流星数量也存在明显的周年变化，在9和10月份出现大值，在2月份出现低值。此外，北半球较低中纬度地区中间层-低热层大气水平风场存在明显的周年变化，在84 km以上，纬向水平风场在夏季表现为东向风场，冬季表现为西向风场；而在84 km以下，冬季为东向风场，春季为西向风场。经向风场则表现出冬季为北向风场，夏季为南向风场。此外，大气风场存在明显的太阳热力潮汐波动，主要表现为周日潮汐，半日潮汐次之。其中纬向和经向周日潮汐均在春季3月份出现了最大值，振幅分别可达到40和30 m/s，而在秋季9月份出现较大值，振幅分别可达到30和25 m/s。周日潮...     

平流层Brunt-Vaisala频率的分布特征

讨论了Brunt-Vaisala频率的重要性,并利用NCEP/NCAR再分析资料和HALOE资料分析了平流层中它的空间分布和时间变化特征.结果表明:从对流层到平流层Brunt-Vaisala频率在垂直方向上有明显的变化,特别是在低纬度地区,它在对流层向上迅速增加,在平流层向上减小;在平流层下层,它随着纬度的增加而减小,在平流层则经向分布比较均匀;在陆地上空Brunt-Vaisala频率的垂直梯度明显大于海洋上空,且出现高值中心;无论在对流层还是在平流层,Brunt-Vaisala频率冬季的值皆大于夏季的值;该频率也有准两年周期的变化.作为一个例子,我们运用实际计算出的Brunt-Vaisala频率对行星波垂直传播的影响进行了初步的讨论.     

大气低频振荡的水平波状结构的理论解释

本文把慢变介质中波动的传播理论应用于正压大气中传播的Rossby波。慢变介质与域的球面性和基流的纬向结构有关。得到了波射线路径方程,导出了波作用密度守恒关系和波动能量密度变化方程,这与观测结果是一致的,并给出了低频振荡水平波状结构的简单解释。     

Andes上空中间层和低热层中大气周日潮的流星雷达观测研究

利用Andes(30.3°S,70.7°W)流星雷达2010年1月1日~2014年3月21日的观测数据,研究了中间层和低热层(mesosphere and lower thermosphere,MLT)区域水平背景风场、周日潮汐以及周日潮汐与行星波之间的相互作用;并与模式结果进行了比较。多年观测结果表明,在80~100 km高度,月平均经向风场在5~8月份是南向风,在10~2月份是北向风,其变化范围在~(-1)1~13 m·s~(-1)间,明显比HWM-07模式计算的月平均值-4~6 m·s~(-1)范围大;观测的月平均纬向风场全年主要以东向风为主,只有少数月份的少数高度为西向风,风速范围为~(-1)4~32 m·s~(-1),比模式计算的月平均值-20~37 m·s~(-1)变化范围略小。观测和GSWM-00模式给出的周日潮汐月平均振幅时空分布都呈现双峰结构,观测的最大峰值出现在3月份,经向和纬向分量月平均振幅峰值分别为51 m·s~(-1)和44 m·s~(-1),次峰出现在9月份,经向和纬向分量月平均振幅次峰值分别为40~37 m·s~(-1)。模式计算的经向和纬向月平均振幅峰值约为观测值的2倍,且峰值出现的时间也比观测值晚1~2个月。这些研究结果表明,模式对南半球月平均风场和周日潮汐的描述,与实际观测值间存在明显差异,还需要加强对南半球的观测研究,来不断提高和完善目前的模式。此外,我们的研究显示,在MLT区域,由于周日潮汐和行星波都比较强,周日潮汐能与不同周期的行星波相互作用,产生新的谱成分,从而导致潮汐发生短期变化。     

潮汐锁相行星的大气环流与气候

红矮星是宇宙中数量最多的恒星,其表面辐射温度比太阳的辐射温度低得多,因此,红矮星的宜居带与恒星的距离非常近．因为距离其恒星较近,在强大引力的作用下,位于红矮星宜居带内的宜居行星很可能是潮汐锁相行星．锁相行星的特征是其一侧永远面对恒星,另一侧则永远背对恒星,从而形成极端不均匀的加热．我们在本文中使用一个真实的大气环流模式与平板海洋相耦合来研究锁相行星表面的气候要素和大气环流特征．我们特别针对两种自转速度进行了模拟试验．结果发现,在慢速自转条件下（自转和公转周期均为243天）,大气环流基本是热力驱动的下层辐合和上层辐散的运动,行星的表面仅有恒星直射点附近比较湿润,其他区域均比较干燥,背阳面尤其寒冷．在快速自转条件下（自转和公转周期均为l天）,科里奥利力的作用比较显著,大气环流以纬向西风为主,并呈现波动特征,赤道上空出现超级旋转的西风急流,湿润区域显著扩大．EP通量诊断分析表明,赤道超级旋转急流是由于热带Rossby波随高度向极地方向传播所产生的EP通量在赤道附近的辐散造成的．     

平流层全球重力波活动的气象电离层及气候卫星观测

利用从2007年1月~2013年2月的COSMIC(constellation observation system for meteorology ionosphere and climate)温度数据,分析了平流层(20~35 km)的全球重力波活动及其随纬度、高度和季节的变化特征,揭示了平流层不同纬度重力波活动的中期变化规律;以及重力波振荡周期随纬度的变化。赤道地区重力波全年活动很强,且存在明显的准两年振荡(quasi-biennial oscillation,QBO)。在20°S~20°N的重力波势能极大值区与强对流区域保持一致。中高纬地区重力波主要表现为冬季强夏季弱。中纬地区,两个半球冬季陆地上重力波活动强于海洋,且南美洲南部安第斯山每年除夏季外,都有较明显的重力波活动。高纬地区,南半球冬季重力波分布保持稳定,而北半球则在某些区域增强,某些区域较弱,这一现象可能是与SSW(stratospheric sudden warming)相关。通过LS谱图分析,发现QBO主要出现在平流层低纬地区,AO(annual oscillation)和SAO(semiannual oscillation)则主要出现在平流层中高纬地区。