1998年7月副热带高压短期结构演变特征与垂直运动的关系

针对1998年7月长江中、下游地区二度梅期间副热带高压短期演变特征,利用大尺度大气运动的三维环流分解方法,计算出7月副热带地区Hadley环流、Walker环流以及总体垂直运动的速度场分布情况.通过分析它们的演变过程,揭示了Walker环流、Hadley环流与副热带高压短期演变特征的关系,指出大尺度大气运动的三维环流分解模型将有助于发展副热带高压的异常变化与大尺度Walker环流、Hadley环流之间的定性、定量化的动力学关系,对气候预测效果产生影响.     

全球气候变暖背景下的大气环流基本模态

利用NCEP/NCAR REANALYSIS1948年1月～2001年2月1000～100hPa的高度场资料研究全球纬圈平均大气环流的变化.EOF1显示全球纬圈平均大气高度场在高纬度和低纬度地区呈明显的反向变化,这一变化特点解释了总方差的一半左右.从时间系数上看,近53年低纬度高度上升,高纬度高度下降.这表明20世纪60年代以后,特别是20世纪80年代中期以后,对流层中纬度西风有明显的加强趋势.与全球平均地面气温变化比较证明这种大气环流的变化与全球平均地面气温的变化有显著的相关.用观测海温强迫运行大气环流模式积分两个50年(1900～1950年和1950～1999年),EOF1与再分析资料所得的EOF1特征十分相似,解释的方差大小也基本一致.伴随着近20年的全球气温的剧烈上升,低纬度高度场升高,高纬度高度场降低,两个半球中纬度西风显著加强成为全球大气环流变化的最主要特征.     

西太平洋海温和北极海冰异常对大气环流的影响

利用九层菱形截断１５波的全球大气环流谱模式,对赤道西太平洋海表温度,北极海冰及综合异常精形在北半球夏季大气环流中的作用进行了一系列数值试验和分析。结果表明：赤道西太平洋海表温度的异常变化与北极海冰面呼焦异均可显著影响大气环流,但海冰异常对低纬大气环流的影响远小于西太平洋的海温异常的影响。对全球大气环流异常形成机制的讨论,表二维Ｒｏｓｓｂｙ波开的传播及外强迫引起的大气内部动力学过程虽夏季大气环流异常     

基于Helmholtz速度分解的黏势流耦合方法

针对Navier-Stokes(N-S)方程,根据Helmholtz速度分解,将流场速度分解为势流部分和非势流部分,剥离势流部分后得到黏势流耦合的变形N-S方程.变形N-S方程求解的是非势流部分速度分量,其在远场的影响较弱,故较传统计算流体动力学(CFD)方法求解N-S方程计算区域小,计算效率较高.以圆柱绕流为例,势流部分速度分量采用解析解,并在OpenFOAM平台内实现了变形N-S方程的黏势流耦合计算.对不同雷诺数下圆柱绕流进行了计算模拟,并将耦合方法计算获得的流场中的速度、压力,与文献中的试验及传统CFD等计算的结果进行仔细比较和分析,相关结果吻合良好.研究表明,该方法适用于层流和湍流模型的计算模拟,为改善黏流计算效率提供了新的途径.     

南海Sverdrup环流的季节变化特征

利用气候平均的风应力资料,计算了平底南海内区海盆尺度的Sverdrup输送,得到南海海盆尺度Sverdrup环流的季节变化基本特征.将这些基本特征与历史观测资料相比,证实了在冬、夏、秋季风生环流在南海表层环流中的重要地位.明确指出风的非均匀性是南海海盆尺度环流呈现多中心的重要原因之一,秋、冬季南海北部18°N纬带处的西向强流可仅由局地风生成,南海南部环流比北部环流具有更明显的季节变化,春季风场有利于在海盆的中部发生环流的季节转换,秋季气旋式环流的向北输送最大.     

开封两次大暴雪天气气候背景差异分析

利用开封所辖5站气象资料和NCEP/NCAR提供的全球再分析2.5°0×2.5°逐月格点值、逐日格点值资料,分析了开封两次大暴雪发生时的大气环流与时空特征,大暴雪发生前期异常气候现象,赤道中东太平洋海温和前期大气环流的异常演变.认识到大暴雪出现前开封气候已经偏离常态,处于气温偏高,降水偏多或偏少状态.500 hPa位势...     

全球地形影响大气和海洋经圈环流的耦合模式研究

利用气候系统模式(CESM1.0)研究陆地地形改变对大气?海洋经圈环流的影响。模式首先给出真实海陆分布及陆地地形情况下的大气?海洋气候态, 然后给出平板陆地情况下(陆地海拔均匀10 m)的气候态。与真实世界相比, 平板陆地情形下大气?海洋经圈环流发生重大改变: 首先, 年平均大气对流中心南移到赤道附近, 使得大气哈德雷环流相对于赤道对称; 其次, 海洋的经向翻转流变强, 大西洋经向翻转流完全消失, 取而代之的是在太平洋出现强大的经向翻转流及热盐环流。在平板陆地情形下, 北半球中高纬度大气抬升减弱, 向北的大气热量输送减少, 北半球温度降低, 大气对流中心因而向赤道迁移; 同时, 海洋向极地的热量输送也减弱, 中高纬度海洋变冷, 北太平洋海水密度增加很多, 北大西洋海水密度降低, 导致海洋经向翻转流从大西洋转移到太平洋。     

南极大气环流特征探讨

本文应用日本南极昭和基地１９８２年的探空资料＾［１］，讨论了从地面至２０ｈｐａ高度之间的风、温和４００ｈｐａ以下的湿度场的月平均年变化结构及大气环流特征。对位温、相当位温和饱和相当位温与大气环流的关系也进行了分析探讨。为研究全球大气环流的变化与异常及南北半球大气环流的相互作用的时空尺度遥相关提供了参考。     

一种低阶大气环流模型的全局指数吸引集估计

本文研究一种低阶大气环流模型的全局指数吸引集估计问题。针对具有变参数的大气环流模型,通过广义Lypunov函数方法,给出了模型全局指数吸引集的估计式,此估计式验证了系统的最终一致有界性.     

基于粒子群优化的后向非线性独立分量分析算法

在分析后向非线性混合独立分量分析算法的基础上,提出了一种基于粒子群优化的独立分量分析算法.该算法以互信息量最小化为目标函数,用高阶奇数多项式拟合非线性分离函数,针对现有粒子群算法的不足,引入带有扰动项改进速度更新公式,通过对粒子群位置矢量和速度矢量的更新,得到全局最优值,从而得到分离矩阵和分离多项式参数.仿真结果表明所提算法是一种非常有效的盲源分离算法.     

网络系统异常处理的数学模型

物流以网络流方式运行,网络中顶点有中转容量,同时也有顶点环流容量,顶点环流使用顶点分开为入点和出点的方法来表示.当网络流发生异常变化时,可引起顶点环流增加或减少的变化;而顶点环流也可以起到对网络流异常的调节作用,使网络保持一个可行流.     

采用模糊自适应控制的MMC环流抑制策略

针对由模块化多电平换流器结构缺陷带来的环流问题,基于其数学模型和作用模糊子集推理方法提出了模糊自适应环流抑制策略. 首先,分析换流器拓扑及其控制特性得到隶属度函数以及模糊控制规则,然后根据桥臂二倍频环流计算模糊系统输入量,并利用重心法解模糊,从而实现自适应的环流抑制控制. 最后通过PSCAD/EMTDC仿真算例验证所提控制器的有效性,在输电系统动态变化时本研究设计的控制器的快速性和鲁棒性均优于传统PI控制器.     

北部湾冬半年环流特征及驱动机制分析

【目的】为了给北部湾的环境保护提供科学依据,研究北部湾冬半年的环流变化特征及其驱动机制。【方法】通过POM模型构建三维斜压后报模型,模拟2006~2007年南海西北部的环流,模拟时考虑了日平均风场、日平均热通量、河流径流和潮汐等强迫场;通过无季风驱动的敏感性实验分析东北季风对北部湾冬半年流场的作用;通过洋浦港外海在2005年12月25日到2006年1月25日的一个月海流观测数据来分析冬季海南岛西北岸的海流特征。【结果】模拟结果与观测数据吻合较好,北部湾冬半年环流呈气旋式,嵌套着南部的气旋式环流,而且秋季与冬季环流存在季节性振荡特征:在秋季,南部的气旋式环流可向北侵入至19°N,比冬季深入得多;在冬季,湾西岸和海南岛西北岸的南向流比秋季要强;这种季节性变化特征可从表层直达深层。另外,海南岛西北岸流在冬季为西南向而非东北向。【结论】冬半年北部湾的北部环流为局地风驱动,南部环流是由东北季风驱动的南海陆架流侵入北部湾而形成的;这种季节性涛动受东北季风的高频振荡分量驱动,尤其风场的南北向分量贡献较大,也说明风场的时间分辨率对北部湾环流影响较大;海南岛西北岸的西南向流受琼州海峡的西向流驱动,而东北季风只起辅助作用。     

京津冀地区局地大气环流耦合效应与区域可持续发展的战略思考

本文针对京津冀地区局地大气环流耦合效应和大气环境可持续发展问题,应用中尺度非静力模式MM5.V3,采用三层双向嵌套技术,模拟了京津冀地区山谷风、海陆风和城市热岛环流的耦合效应及其形成的该区域的复杂的大气环流特征。模拟结果表明:在弱天气系统控制下,该地区大气边界层中可同时存在海陆风、山谷风和城市热岛环流及其明显的耦合效应;海陆风环流极盛时可深入陆地200公里左右,山谷风环流的影响最大可覆盖北京区域内的平原地区,而城市热岛环流则发生在城市中心几十公里的范围内,并对前两个环流起明显的削弱作用;三环流均存在日变化特征,海陆风、山谷风环流的相位相差约6个小时左右;三环流的耦合结果使一年内京津冀地区边界层环流形势大致可分成春夏型与秋冬型,在一天内又可分为凌晨至上午的平原风和下午至深夜的山地风;三环流的耦合在该地区西北部山地与平原的交接地带形成一条大致沿地形等高线走向的风场辐合带。这条水平风辐合带几乎常年存在,其下端一直向西南方向延伸直到和另一条平行于太行山走向的水平风辐合带汇合,从而对京津冀地区大气污染物的积聚与输运过程及大气环境质量可能产生重要影响。     

干的无粘大气环流方程组混合问题的适定性

该文针对干的无粘大气环流方程组的混合问题,讨论其底部边界的混合问题.所采用的分析方法是将该混合问题分解成两部分:一个纯Cauchy问题和一组积分表达式.首先证明了这样的分解与原问题同解,然后用分层方法讨论相应Cauchy问题的适定性,从而得到了原混合问题的适定的充要条件.最后给出了构造适定混合问题解析解的计算方法.     

南京地区夏季暴雨年际变化的主要模态及其与大气环流的联系

EEMD(集合经验模态分解)方法在处理非线性及非平稳时间序列时表现出了很大的优势和应用潜力。利用EEMD方法研究南京地区夏季暴雨年际变化周期,对55年(1946-2000)的南京地区夏季暴雨频数进行分解,分别得到一系列模式,其中包含有2-3年周期分量和7年周期分量,而且2-3年周期分量幅度较大,变化特征与暴雨频数原始数据变化具有很高的相似性。不同于传统方法,EEMD方法给出了暴雨频数在不同时间尺度上各自分离的变化特征.这两种时间变化模态对应于不同的200hPa环流型,前者主要作用区域在南亚和欧亚大陆到西太平洋的副热带地区,而后者相关区域在西太平洋热带和亚洲中纬度地区。     

全球环流异常特征及其与中国气候变化的关系

采用球谐函数展开方法对1948—2009年NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心)高度距平场再分析资料进行分析,通过"时间-高度"的二维坐标方式考察环流异常的立体结构特征,发现南、北半球大气环流在1980年前后发生了明显的正负位相(槽脊)突变.与中国冬季温度和夏季降水的相关分析表明:前期春、夏、秋季的北半球环流纬向正异常越强,华北地区的冬季气温越高,反之越低;前一年冬季环流异常与华北—河套地区的夏季降水呈现反相关,春季北半球均匀异常环流与华北及西南夏季降水呈现反相关;大气环流的纬向异常与华北—河套地区的夏季降水呈现正相关,而同期环流异常与华北东部、西南及江南北部的降水呈现负相关.     

冬季北半球Hadley环流圈的增强及其与ENSO关系

对1948—2005年冬季(12月—次年2月)的质量流函数进行了经验正交分析(EOF),结果显示其主要是由两个空间模态组成,即关于赤道非对称和对称模态.进一步分析表明这两个模态具有明显不同的时间变化特征,它们分别代表了冬季北半球Hadley环流圈在年代际和年际尺度上的变化.非对称模态的时间系数(定义为非对称模态的强度指数AMI)呈现出显著的年代际增强趋势,表明该模态对北半球冬季Hadley环流圈在最近几十年的增强具有显著贡献.同时它还与热带海洋,尤其是印度洋到西太平洋暖池地区的海温相关显著.而对称模态时间系数(定义为对称模态强度指数SMI)主要体现了Hadley环流在年际尺度上的变化,它与ENSO之间的相关系数在整个时段都是显著的.结果还显示:冬季北半球Hadley环流与ENSO之间的相关系数在20世纪70年代中后期发生的年代际突变也很可能是由于非对称模态引起的.     

Hadley环流上升支特征及其与东亚臭氧变化的关系

 利用NCEP/NCAR再分析风场资料和TOMS臭氧总量资料以及ECMWF臭氧混合比资料,用叠加计算方案分析了1992~2002年整10 a的平均经圈环流(MMC)气候态特征;在此基础上定义了Hadley环流上升支强度指数(HAI),研究Hadley环流上升支与东亚地区臭氧的相关关系.结果表明:南、北半球的2个Hadley环流圈的公共上升支具有明显的季节特征;冬、夏HAI(WHAI/SHAI)均表现出明显的年变化,WHAI在2月最强,SHAI在8月最强,WHCI与其所处高度的负相关性较夏季好.分析还指出,Hadley环流上升强度越强,同期东亚相对应的Hadley环流上升极值高度处对流层臭氧浓度越小.     

滴水湖夏季环流的三维数值模拟

利用改进的ECOM三维数值模式,计算夏季滴水湖由河流驱动的吞吐流、海表面加热产生的密度环流和风生环流,以及三者综合作用下的总环流.由河流驱动的吞吐流主要出现在河流进水和出水的连线上,并在湖中出现涡流.由湖表面加热产生的表层密度环流在两深潭处出现气旋式的环流,东侧的范围比西侧的大,中层和底层的流速减小.表层风生流在湖的中央为大致流向西北的弯曲流动,在大弯曲的地方一侧出现涡流.为满足质量守恒,底层出现与表层流向相反的补偿流.总环流在表层基本上为朝西北的流动,在底层同样出现向东南的回流,主要是由风应力驱动的.在总环流中河流驱动的吞吐流受逆风的作用,出现在中下层.