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[硕士论文] 贲海荣
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:利用1979-2014年ERA-Interim月平均温度再分析资料,分析了对流层中上层(500-150 hPa)温度纬向偏差的分布特征,并将青藏高原对流层中上层温度纬向偏差进行垂直积分后,尝试构建一个新的表征青藏高原热力指数(PHI,Plateau Heating Index),并分析该指数的季节演变特征及其与东亚大气环流以及对中国东部夏季降水的影响。结果表明:(1)对流层中上层温度纬向偏差的暖中心存在着季节性的移动:春季暖中心由西太平洋迅速移至青藏高原,而秋季则快速东移到西太平洋;(2)PHI在年进程上呈现出明显的单峰型变化特征:在11月至翌年2月,为负值,其余为正值;(3)各季PHI与纬向西风的显著相关区大致以30°N为界,呈现出北正南负的反向分布。当PHI增强时,青藏高原北(南)部西风增强(减弱),副热带西风急流增强(减弱),反之亦然;(4)各季PHI与200hPa位势高度的显著正相关均出现青藏高原上空,表明青藏高原对流层加热有利于其上空位势高度的增加。当夏季PHI偏强(弱)时,对应着南亚高压偏强(弱);(5)夏季当PHI较强(弱)时,江淮流域降水偏少(多),而华北地区降水偏多(少),高原热力作用主要是通过影响西太平洋副热带高压和经圈环流进而导致中国东部夏季降水异常。
[硕士论文] 高世仰
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:青藏高原的热力作用对于全球大气环流和中国的天气气候都有重要影响,在高原大气的热量源汇与地面的热量平衡中,感热通量起着至关重要的作用。然而,由于青藏高原地形及地表状况复杂,气候条件差异较大,加之高原上的观测站点缺乏代表性,青藏高原地表感热通量的计算一直存在不确定性。本研究利用再分析资料和台站观测资料,结合多种卫星遥感资料,建立了高原感热通量参数化方案,建立了感热2000~2014年的序列,研究了近15年来高原感热的时空变化特征,并分析其与积雪、风速、地-气温差等因子的关系。结果表明:
  (1)通过修改原始廓线公式,增加了植被指数和植被高度表征的植被作用项,得到粗糙度的优化方案。使用地-气温差修正,得到热传输附加阻尼(kB-1)的改进方案。最终得到了一套适用于青藏高原非均匀下垫面的感热参数方案。使用站点观测资料的热力输送系数对本文计算结果进行检验,证明该估算方案具有一定合理性。比较了ERA-Interim、JRA-25、NCEPR1、NCEPR2四套再分析资料的感热空间分布与时间变化趋势,本文估算结果覆盖了其他结果的大值区域,最值分布基本一致。2000~2014年各种资料均呈现感热增加的趋势,但本文的感热计算值大小与观测资料结果最为接近。
  (2)通过分析青藏高原相关参数的空间分布特征,发现动力学粗糙度(z0m)、热传输附加阻尼、热力学粗糙度(z0h)的空间分布与植被指数(EVI)密切相关,各参数在高原不同地区差异很大。对于不同的生态地理区域,热力输送系数的年际变化差异较大,高的植被高度、密度和地表的热力特征对应高的热力粗糙度和热力输送系数(CH)。青藏高原感热的空间分布特征具有南北差异和东西差异,季节演变特征大致为夏季>秋季>春季>冬季,高植被和地-气温差偏大的区域感热偏大。2000年以后,高原感热的年际变化趋势总体为增强,不同区域又呈现不同的变化速率,其中中西部腹地感热为微弱的减弱趋势,东南部作为平均感热最大的区域,其年际增加速率也最大。
  (3)青藏高原感热通量与积雪关系显著,呈现明显的负相关关系,其中春季积雪对夏季感热的影响要强于春季同期相关。青藏高原感热通量与风速的关系季节和区域差异较大,大多分区在春季呈正相关,而夏季和冬季呈负相关,秋季有正有负。青藏高原感热通量与地-气温差关系显著,除了东部两个分区在夏季呈负相关,秋季未通过信度检验,其他分区在各个季节都呈现较好的正相关关系,与感热计算公式一致。结果可能会受植被的生长状况变化的影响。
[硕士论文] 张晓晨
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:为了更好地认识江淮飑线系统演变特征,利用WRF中尺度数值模式,对2014年7月12日发生在江淮地区的一次飑线过程进行了数值模拟,根据模拟结果分析其成熟阶段中尺度垂直结构特征、边界层冷池、湍流动能及湍流输送特征。结果表明:(1)此次飑线属于槽前型飑线,切变线南侧有低空急流出现,低空急流加强的时候,其北侧出现飑线天气。降水有明显的中尺度特征,呈带状分布,有几个暴雨中心,并随时间自西向东移动。(2)飑线发生前在对流层低层向飑线发生区的水汽通量较大,同时飑线发生位置的假相当位温等值线密集,汇集了大量的不稳定能量。(3)飑线系统前部低层辐合,高层为辐散,中高层有较强的上升运动,有利于新生对流单体的发展加强;飑线系统的对流主体低层为辐散反气旋式涡度区,对应飑线雷暴高压,中高层为辐合气旋式涡度区,抑制了强对流单体的发展。老对流单体不断减弱消散,新对流单体在飑线系统前沿不断生成加强,从而此次飑线系统向前移动。(4)飑线发展期冷池作用较小,随飑线系统的发展,冷池作用显著,冷池对环境风的阻碍作用加强,冷池前沿辐合加强,有利于触发新对流;飑线系统消散阶段阵风锋比对流主体移速快,阻碍偏南风暖湿气流的输送,使对流减弱。(5)边界层湍流动能在飑线不同发展时期的特征及主要湍能源不同。飑线发生前,浮力项为边界层湍流动能的主要产生项,湍能随高度减小;飑线系统过境时,切变项为主要的湍能源,并且在边界层高层较大;飑线对流前的晴空区域内,边界层湍流运动向下输送动量,补充边界层摩擦损耗;飑线强对流影响的区域,近地层湍流运动向上输送动量,减弱了大风的影响。(6)向上较大的潜热、感热通量增强低层的大气不稳定性,有利于强对流系统的发生发展。飑线成熟期对流处,感热通量为较大的负值,潜热通量也减小,不利于对流的持续加强;飑线消散阶段,对流前方的阵风锋处的潜热加强,则不利于对流的消散。
[硕士论文] 苏洋
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用中尺度数值模式WRF3.1.1模拟了2014年3月31日一次华南飑线过程,利用模式输出的高分辨率资料,对此次飑线过程的动力、热力和云微物理特征及其演变特征进行了分析研究。结果表明:(1)此次飑线过程发生在阻塞形势下,高低空急流相配合,高层强冷空气与中低层暖湿空气相叠置,低层辐合区内气旋性切变产生了动力抬升,中低层存在强的垂直风切变较和充沛的水汽输送,对流形成区域不稳定层结显著。(2)初始时期,沿移动方向的对流的单体合并的过程中始终存在一个垂直环流。对流发展时期是这次飑线过程中对流最旺盛的时期,中尺度气压场上的“低高低”结构在这个时期就出现了。0-3km垂直风切变也在对流发展时期最大,当垂直风切变的方向与飑线方向垂直时,飑线的对流发展更旺盛。(3)近地面冷池出流与暖湿空气的辐合不断触发对流单体在冷池前缘新生,使得飑线向前传播。层云区的强后向入流中心在衰亡时期切断了中低层向高层的前向入流,与冷池切断低层的暖湿空气输送相配合,使得系统逐步衰亡。(4)水汽凝结为云水、云水碰并增长为雨水和霰融化为雨水是转化率最大的三个微物理过程。雨水蒸发冷却对地面冷池有重要的贡献,后向入流带来的干冷空气中霰粒子的融化冷却是主要过程。高层水汽凝华为雪的转化率和加热率虽略小于其他云微物理过程,但是对于层云的增长却有重要的作用。(5)相变潜热作用在对流区显著,对流层高层的弱冷却主要是由冰晶升华和过冷云水的蒸发以及水凝华为冰晶造成,近地面的冷却率是由近地面云水蒸发和雨水蒸发过程产生的,而中低层的净加热则是由多种云微物理过程共同作用下的结果,其中水汽凝结为云水是最大的加热项。
[硕士论文] 王瑾婷
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用中尺度WRF模式,NCEP/NCAR再分析资料以及常规气象观测资料,对2014年7月11-12日发生在江淮地区的一次飑线过程进行数值模拟、地形敏感性试验和对比分析,研究了在经过大别山地形时飑线内部组织结构的变化特征以及地形对其发展的影响。结果表明:
  (1)实况与模拟均得出了类似的飑线组织结构变化,即飑线在大别山主体西部发展,东部减弱,当飑线移至大别山东侧边缘时发展,在大别山山下位置,飑线中的对流线又有明显的后向新生现象,下山后呈现出成熟飑线特征。飑线经过大别山主体时在山前生成加强,过山后迅速减弱,其主要原因与山前对流不稳定、上升运动大于山后有关;大别山东部边缘对飑线的加强有增幅作用,当午后飑线移至大别山东部边缘时,东部边缘谷风加强并强迫对流单体在飑线的前部新生,试验得出:谷风可使低层风速最大增强6m/s左右,使低层冷空气与西侧暖湿气流持续交汇加强新生对流发展,与后部对流体合并,呈现前向新生型飑线,当无山谷存在时前向新生单体不再出现;大别山山下出现对流的后向新生,其原因为:对流线内部的偏冷出流迅速与西南侧的暖湿气流交绥,从而激发单体新生,使得对流线得以维持。
  (2)经地形敏感性试验得出:控制试验中,背风一侧,既有较强的背风波扰动,同时有充沛的水汽补充,在背风一侧会产生较强的对流,促使飑线发展;当大别山整体地形加高后,虽有背风波扰动增强,但由于山脉阻挡作用,抑制了东部水汽输入,飑线对流发展较弱;当整体地形抹平后,背风波扰动减弱,西南气流与偏北气流辐合加强,对流发展整体偏向东南侧。
  (3)大别山地形对700hPa锋生作用有着积极的影响。从锋生的各项贡献来看,辐散项F1在锋生作用中的贡献最大。若将地形改变后,则辐合和水汽条件明显变化,二者共同作用影响了锋生作用的大小。因此,地形高度的改变使锋生作用变化偏移对飑线系统内部对流的活动造成很大的制约和变化,从而影响对流降水的分布。
[硕士论文] 王文迪
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:中国西北地区东部包括部分青藏高原、黄土高原、河西走廊及内蒙西部,位于青藏高原东北侧,地处亚洲季风影响区边缘,是典型的气候敏感区和生态脆弱区。本研究利用再分析资料和台站观测资料,对该地区夏季近地层主导风向频率进行分析;采用箱法计算西北地区东部各边界水汽通量,并对比分析西北地区东部边界水汽通量与中纬度西风、东亚季风与高原季风强弱年之间的差异。结果表明:
  (1)宁夏全区夏季南风偏角频率和夏季降水量的年际变化有较为显著的正相关。选取南风偏角出现频率较高且波动较明显的位于宁夏中部干旱带的2个代表站,进一步分析气象日内近地层气旋性风场配置与雨日及其与降水量的相关关系。雨日与气旋性风场配置满足较好的同时性对应关系,气旋性风场配置的年际变化对降水量具有较好的指示意义,即站点降水与近地层风场配置年际变化具有一定的相关性。
  (2)通过计算西北地区平均的空中水汽通量,分析西北地区水汽来源。发现西北地区东部夏季水汽输送受中纬度西风和东南季风共同影响,水汽主要来源于中纬度西风,同时南部也有少量季风携带的水汽。
  (3)定量比较了西北地区东部4个边界夏季的年平均净水汽通量,结果表明西北地区东部东边界为水汽净输出,西、北边界为水汽净输入,由西向东水汽输送主要通道在中层(600hPa),东西边界水汽通量较强,南北边界水汽通量相对较弱。
  (4)通过大尺度环流背景下的风与水汽场分析,进一步揭示风与水汽场之间的协同差异关系。即在三种大尺度环流背景下西北地区东部水汽场受多种因素影响,中纬度西风、东亚季风与高原季风强/弱年各边界水汽通量,净水汽收支也存在一定差异,初步得出低层风场变化可能是导致西北地区东部水汽分布差异的主要原因。
[硕士论文] 刘福梅
数学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:Rossby波是大气与海洋运动的主要波动之一,是影响地球流体大尺度运动的主要波动。本文从含有完整Coriolis力的地转位涡方程出发,对非线性Rossby波的演变主要作了如下的两方面研究:
  一方面,考虑正压流体中纬向基本气流具有弱切变的情况,推导出非线性Rossby波包振幅满足推广的非线性Schr(o)dinger方程。结果表明,Coriolis参数水平分量对Rossby波包产生一定的影响。同时,β效应、地形效应和耗散也是诱导及影响Rossby波包产生的重要因素。并且研究了基本气流存在线性弱切变下的本征值问题。
  另一方面,通过合理的赤道β平面近似,利用摄动法和时空伸长变换法,得出在地形和耗散的作用下的非线性Rossby波振幅满足的非齐次Benj amin-Davis-Ono-Burgers(BDO-Burgers)方程。通过实例说明了地球旋转水平分量和地形等对Rossby波演变的影响。取特殊情况时,结论可以退化为前人已有的的结果。
[硕士论文] 沈沉
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:本文利用NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料对比分析了亚洲季风区夏季对流层中上层海陆热力差异的变化特征,并定义海陆热力差指数,发现亚洲季风区夏季陆地上空温度呈下降趋势,海洋上空温度呈升高趋势,海陆热力差呈减弱趋势。在此基础上,利用CMIP5中20个模式的输出结果,对其进行了模拟评估,并且利用RCP4.5情景下的优选和差选模式对其进行了预估,得到以下主要结论:
  (1)观测资料显示,1955-2005年亚洲地区夏季对流层中上层平均温度有显著的变化趋势,陆地上空温度下降,海洋上空温度升高。根据选取出的关键区分别定义陆地、海洋和海陆热力差指数,各指数年际变率较大;海陆热力差指数呈减小趋势;该指数能反应强弱季风的变化特征。NCEP和ERA-40资料较为一致,NCEP资料的线性趋势更为明显。
  (2)CMIP5模式对500hPa、200hPa纬向风场、高度场的气候态模拟性能较强;对温度场模拟较弱。模式对各指数年际变率模拟不够准确;对年代际趋势的模拟结果为:海洋指数升高、海陆热力差指数减小,但陆地指数上升。结合统计计算得到:GFDL-ESM2G、MPI-ESM-LR、MPI-ESM-MR为模拟较好的模式,bcc-csm1-1-m、MRI-CGCM3、MIROC5为较差的模式。模式对海陆热力差的模拟能力可以反映对夏季风的模拟能力。
  (3)RCP4.5情景下CMIP5模式模拟的该地区平均温度在未来21世纪中升高。模拟结果为洋面上空的增温趋势大于陆地上空,陆地、海洋指数升高,海陆热力差指数下降。较差模式对于未来该地区温度模拟结果偏高,尤其对洋面上空的温度;较差模式未能模拟出海陆热力差减小的特征。
[硕士论文] 奚子惠
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:利用1979-2013年NCEP/NCAR月平均再分析资料及NOAA研究中心的CMAP(CPC Merged Analysis of Precipitation)月平均降水资料,采用相关分析、线性回归、合成分析等方法诊断分析了北半球春季海陆间大气质量迁移规律,在此基础上,通过定义海陆间大气质量迁移指数IMAMLO(MAMLO,Migrationof Atmospheric Mass over Regions between Lands and Oceans),重点讨论了春季欧亚-北太平洋、太平洋-北美上空大气质量迁移的年际变化规律及其与同期欧亚、北美气候异常的联系;同时按照两遥相关指数的不同配置对比分析了大气质量环流的不同特征及其对欧亚、北美气候的不同影响。得到以下主要结论:
  (1)欧亚-北太平洋遥相关型在中高纬为纬向分布,此不同于AO的经向分布特点。春季MAMLO-EP(Migration of Atmospheric Mass over Regionsbetween Eurasia and North Pacific)指数具有显著的年际和年代际变化特征。垂直环流和来自西欧大陆的Rossby波动传播对欧亚-北太平洋间大气质量迁移具有重要作用,将西北太平洋地区的大气质量变动与欧亚大陆上空的变动联系了起来。IMAMLO-EP与春季同期降水及地表气温异常关系密切。IMAMLO-EP为正时,东亚以北地区、鄂霍次克海西岸以及西欧沿岸降水显著减少,欧亚西部及我国华北地区降水显著增加。850hPa上受异常环流控制,欧亚大陆北部地表显著增温,西伯利亚以东、我国东北、华北-江淮地区及韩国、日本南部地表显著降温。西欧-我国西北部分地区大面积显著降温现象与异常偏北气流影响有关。
  (2)大气质量变化在副热带太平洋和北美大陆上空表现为“跷跷板”分布。春季MAMLO-PA(Migration of Atmospheric Mass over Regions between NorthPacific and North America)指数除存在弱的上升趋势外还具有显著的2-4年振荡周期及明显的年代际变化特征。大气质量流水平空间分布以及副热带东太平洋区域的扰源将扰动能量向北美地区的输送均显示太平洋和北美上空存在联系。IMAMLO-PA偏高时引起美国、墨西哥以及拉布拉多高原等地降水显著增加,加拿大中部降水显著减少。异常偏北气流将大气质量往南输送造成北美大面积气温异常偏低,而东太平洋异常气旋性环流对北美西侧沿岸有增温增湿作用。MAMLO-PA遥相关型有别于太平洋北美型(PNA型),两者间存在不显著的弱的正相关,且它们的空间分布和形成机制均有显著差别。
  (3)IMAMLO-EP和IMAMLO-PA相互独立,其相关系数仅为0.03。按照两指数不同位相分为四种配置:++、--、+-以及-+。在不同位相配置下大气质量流、波动运动、降水、地表气温以及非绝热加热的空间分布都有所不同。北太平洋是欧亚和北美大陆之间的纽带,通过北太平洋上空波扰能量的辐合和向外频散将两个大陆上空的大气环流变化联系了起来。指数同为正位相时,亚洲西部、我国东部沿海地区、北美墨西哥地区的加热场结构显示除了潜热加热外,辐射和地表感热潜热输送加强,大气柱加热,对流活动的加强,对应降水异常增加。而贝加尔湖、阿拉斯加、哈得孙湾沿岸平原的加热场结构则相反,对应降水异常减少。受异常环流控制,亚洲西部、北美中部地表气温异常偏低,西伯利亚、堪察加半岛-阿拉斯加地区异常升温。当MAMLO-EP为正位相,MAMLO-PA为负位相时,墨西哥地区大气冷却下沉,降水异常偏少。欧亚大陆为显著的带状低温区,北美大部分地区出现异常增温。
[硕士论文] 徐栋
大气科学·气象学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:本文分析了中蒙(75°E-105°E,35°N-50°N)、中亚(50°E-67°E,28°N-50°N)和北非(17°W-32°E,15°N-32°N)三个典型干旱区1961-2010年间的降水时空变化,分析了其水汽来源和输送特征,并对其变化的可能原因进行了分析。结果显示,中蒙、北非和中亚干旱区的降水受不同的气候系统影响,中蒙干旱区和北非干旱区受季风系统影响,中亚干旱区受地中海气候影响,因而中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同,中蒙和北非干旱区夏季降水多,而中亚干旱区冬春降水多。本文着重分析亚非干旱区降水变化特征及其与水汽输送关系,同时以中蒙干旱区主体—中国西北干旱区为例,分析水汽收支变化与降水关系的关系,得到以下主要结论:
  (1)冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽的纬向输送,而中亚干旱区水汽主要为经向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因。1961-2010年间,中蒙干旱区冬季净水汽输送呈增加趋势(0.6×104Kg?s-1?10a-1),中亚干旱区冬季净水汽输送呈减少趋势(-0.62×104Kg?s-1?10a-1),北非干旱区冬季净水汽输送呈增加趋势(0.48×104Kg?s-1?10a-1),冬季亚非干旱区水汽输送趋势均通过95%MK检验。夏季中蒙和北非干旱区净水汽输送均显示出显著的减小趋势,分别为-0.4×104Kg?s-1?10a-1和-0.23×104Kg?s-1?10a-1,中亚干旱区夏季净水汽输送有增加趋势(0.03×104Kg?s-1?10a-1),但增加趋势不显著。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水有增加趋势,分别为4.2mm?10a-1、1.3mm?10a-1和1.0mm?10a-1;而中亚干旱区冬季和夏季降水有增加趋势,为1.2mm?10a-1和0.1mm?10a-1,年降水则呈减少趋势(-0.8mm?10a-1);北非干旱区年降水和夏季降水呈现增加趋势,为0.3mm?10a-1和1.0mm?10a-1。
  (2)干旱区冬季降水受到北半球冬季低纬度和高纬度环流通过定常波的影响。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要和西太平洋到印度洋由南向北波列有关,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:冬季,中蒙干旱区降水与太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,相关系数达到0.36以上,通过99%的显著性检验,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区降水冬季与地中海海温呈显著负相关,夏季呈显著正相关,与阿拉伯海温始终为正相关,相关系数均通过99%显著性检验;北非干旱区降水与大西洋中部和地中海海温呈现显著相关,冬季为负相关,夏季为正相关,相关系数通过95%的显著性检验。
  (3)1961-2010年,中国西北干旱区各季节降水均呈现增加趋势,冬、春季降水增加趋势显著,夏、秋季降水增加趋势不显著。西北干旱区冬季总水汽输送呈现增加趋势,春、夏、秋季总水汽输送呈现减少趋势。西北干旱区各季节蒸发量显著增加,且夏季增加的趋势最大。各季节水汽通量散度显著减小,水汽辐合加强,夏季水汽辐合增强最明显。综上,蒸发增大和水汽辐合增强是西北干旱区降水增加的主要动力,但是外部水汽输送变化也会影响到降水变化。冬季总水汽输送和蒸发增加,冬季西北干旱区空气中水汽增加,加之水汽辐合增强,最终导致冬季降水显著增加;春季总水汽输送减少,但是蒸发量增加,空气中水汽含量减小不明显,加上水汽辐合增强,春季降水显著增加;夏季水汽输出增加,秋季水汽输入减小,虽然蒸发和水汽辐合增强,但夏、秋季降水增加不显著。
[博士论文] 胡志远
大气科学·大气物理学与大气环境 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:作为气候系统中一个关键的强迫因子,大气气溶胶通过改变地球-大气系统的能量收支平衡和云滴粒径、停留周期,对全球气候、水循环以及生态系统平衡产生极为重要的影响。因此,准确地模拟气溶胶在大气和积雪中的时空分布以及其复杂的物理化学反应过程对于研究气溶胶的气候效应具有十分重要的意义。近年来,随着数值模式不断的发展和改进,已经可以对大气中气溶胶的来源、分布、传输以及沉降过程进行准确与精细的模拟研究。本文主要是在前人的基础上,对区域气候模式WRF-Chem(Weather Research and Forcasting couple with Chemistry,以下简称WRF-Chem)进行改进,研究全球尺度范围内季节性积雪中气溶胶的辐射强迫和空间分布以及气溶胶在太平洋上的传输和演变。
  本研究主要内容包括:⑴利用类全球WRF-Chem模式模拟2010年至2014年气溶胶的全球分布,并利用观测数据对气溶胶在太平洋传输区域的气象场及气溶胶特性进行评估分析。结果表明,模式可以很好的模拟这一地区的降水和风场。总体而言,模式模拟太平洋地区的气溶胶光学厚度(以下简称:AOD)和吸收性气溶胶光学厚度(以下简称:AAOD)与卫星反演的结果一致,主要受污染性气溶胶、沙尘和海盐的影响。Angstrom波长指数模拟结果表明,模式中气溶胶粒子大小分布比较合理。此外,模式可以较好的模拟太平洋地区近地面由海盐气溶胶引起的消光系数垂直廓线和季节变化以及4 km高度以上由污染型气溶胶和沙尘引起的消光系数垂直廓线和季节变化。模式中海盐气溶胶排放源的偏差以及卫星反演误差是引起模式和卫星结果差异的主要原因。与美国西海岸地面观测相比,本文的模式能较好模拟地面上沙尘、硫酸盐和硝酸盐的密度,但是明显低估了含碳气溶胶的密度,主要原因是模式在处理生物燃料和二次有机气溶胶的时空变化时存在一定的偏差。敏感性试验结果表明,沙尘、硫酸盐和硝酸盐通过太平洋传输明显的影响美国西海岸的地面空气质量,但是含碳气溶胶主要受北美排放源影响。观测和模拟结果均显示,2010年至2014年的气溶胶特性变化很小。本文主要证实了类全球 WRF-Chem模式能够很好地模拟气溶胶在太平洋上的传输过程,并且为利用高精度区域模式研究太平洋传输污染物对美国西海岸的空气质量和气候的影响提供可靠的化学侧边界条件。⑵将SNICAR模式(Snow。Ice。and Aerosol Radiation,以下简称SNICAR)耦合到WRF-Chem模式中,并利用2010年1月至2月中国东北地区季节性积雪采集试验结果对模式模拟积雪中黑碳和沙尘气溶胶含量以及辐射强迫进行评估。结果表明,模式对表层积雪中黑碳和沙尘的模拟结果与观测相一致。模式轻微地低估了干洁地区的黑碳含量,而明显高估了污染地区的黑碳含量。但是模式结果与观测的变化趋势一致,且合理的分布在不确定范围之内。在源区,积雪中黑碳和沙尘气溶胶浓度最高可以分别达到>5000 ng g-1和>5 mg g-1;当远离源区时,迅速减小为<50 ng g-1和<1μg g-1。积雪中黑碳和沙尘颗粒能够产生等量的辐射加热量级(~+10 W m-2),并且与大气中黑碳和沙尘引起的辐射冷却量级相近。本文主要讨论了区域模式框架下季节性积雪中黑碳和沙尘浓度的模拟及其直接辐射强迫。尽管本文利用观测资料与模式模拟结果进行对比,但是模式结果还存在一定的不确定性,需要利用更多的大气和积雪中气溶胶的观测资料以及气溶胶的沉降通量资料对模式进行评估和改进。⑶利用已耦合的类全球WRF-Chem模式模拟研究气溶胶对积雪覆盖和地表温度的影响。研究区域主要集中在东亚和欧洲。结果表明,东亚和欧洲大气中沙尘和黑碳在地表的辐射强迫有明显的季节变化,最大值出现在春季;而积雪中沙尘和黑碳的辐射强迫最大值出现在冬季。东亚地区,积雪中气溶胶通过改变地表反照率,增加地面净辐射通量,导致雪水当量减少;而欧洲地区,积雪中气溶胶增加地面的雪水当量,主要是通过增加零摄氏度以下降水。气溶胶通过吸收和散射太阳辐射以及改变地表的感热和潜热,影响地表温度。大气中气溶胶增加了地表的感热和潜热,减少地表的净辐射。东亚地区,积雪中气溶胶主要是通过增加地表净辐射,导致地表温度增加;而欧洲地区,主要是通过感热、潜热和地表净辐射共同作用影响地表温度。
[硕士论文] 刘潇
大气物理学与大气环境 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:利用2012年6月-9月南海夏季风期间,近海海洋气象观测平台(海上平台站)和电白国家气候观象台(电白站)的地面气象站资料、气象塔资料、GPS探空资料及通量观测资料对海上平台站和电白站两站在季风活跃期和非活跃期的大气边界层结构特征和海-气、陆-气通量交换特征进行了研究分析,结果表明活跃期与非活跃期两地大气边界层结构特征有明显差异。(1)在活跃期两站风向全天由东南风主导,风速值较大,且两站均出现连续降水,受云系和降水的影响,与非活跃期相比,电白站近地层日平均气温降低约为2℃左右;非活跃期两个站点风向全天无规则变化,且风速值小。(2)电白站探空资料分析结果表明,在活跃期大气边界层内风向均为一致的东南风,风速较大,200m以上的风速均大于8m/s,而在非活跃期大气边界层内风速较小,风向变化较大,同一时刻不同高度的风向差可达180°。由位温廓线的日变化分布可见,在季风非活跃期大气边界层高度最高可达937m;而在活跃期,受降水和云系的影响,混合层高度明显降低,最大高度仅达到700m左右。(3)在季风活跃期,Rn与Rs的日变化趋势与非活跃期较为一致,只是个别时刻由于云系影响观测值会突然下降。季风活跃期感热通量小于非活跃期。(4)在季风非活跃期电白站动量通量值主要受辐射影响,湍流受热力作用影响;在季风活跃期动量通量值受风速影响较大,湍流能量主要源于动能。活跃期陆-气和海-气过程湍流均增大,因为活跃期风速增大,动力作用增强所致。
  为了更好的研究季风活跃期与非活跃期边界层结构特征变化,对电白站进行模拟研究,模拟结果表明在季风活跃期电白站由东南风主导,风速增大,气温降低,湿度增大的特征。
[硕士论文] 尹旸艳
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:利用再分析数据集以及实际观测资料,采用气候统计诊断方法,通过构建海陆间大气质量迁移指数,对夏季亚洲/北美大陆与北太平洋间大气质量异常迁移及与气候变动的联系进行了研究。主要结果如下:
  在北半球中高纬亚洲大陆和中低纬北太平洋上空异常大气质量呈现反相变化。夏季MAMLO指数IMAMLO总体呈缓慢下降的趋势,同时还具有准3年振荡周期以及显著的年代际变化特征。亚洲大陆中高纬地表气压变化与北太平洋低纬气压变化的反相关关系主要归因于:(1)异常大气质量环流。大气质量流在西伯利亚地区附近低层异常辐散,高层异常辐合,北太平洋上低层出现异常辐合中心,高层异常辐散,形成了亚洲大陆异常下沉、太平洋地区异常上升的异常垂直环流圈;(2)海陆异常加热对比。大气非绝热加热异常在亚洲大陆与北太平洋间形成强烈对比,推动了海陆间大气质量进行交换;(3)Rossby波能传播。准定常Rossby波的能量频散导致大气环流异常并进而引起大气质量在海陆间重新分布。MAMLO与欧亚、太平洋地区夏季气候异常关系密切,尤其在中国地区。MAMLO为正(负)时,中国大体呈现出北方降水偏多(偏少)南方降水偏少(偏多)、北方偏冷(偏暖)南方偏暖(偏冷)的空间分布。
  中高纬北美大陆和中低纬北太平洋上空异常大气质量存在显著的反相振荡。这种振荡的准2年周期明显。对流层低层辐散风在美国大平原附近异常辐散,北太平洋上异常辐合。对流层高层情形与之相反。垂直环流表现为北美大陆异常下沉,太平洋地区异常上升。大气非绝热加热异常、准定常Rossby波的能量频散、海陆上空水汽含量异常的差异均利于推动海陆间大气质量进行交换。振荡指数INANP为正(负)时,对应着加拿大平原部分区域、大熊湖南部和育空高原东北部地区降水减少(增多),美国大平原西北部区域和中东太平洋气温升高(降低),而夏威夷群岛附近和阿拉斯加湾南部降水增加(减少),北美大陆中东部地区和西北太平洋气温降低(升高)。
  夏季亚洲-北太平洋间大气质量迁移的位相变化与MC区域对流活动位相变化的不同配置下,欧亚地区气候异常存在显著不同。定义的夏季MAMLO指数和MC区域对流活动(CAMC)指数的相关系数仅为0.06。二者存在4种不同位相的配置类型且发生频率大致相当。MAMLO和CAMC呈现不同位相配置类型时,大气质量的重新分布可造成不同的地表气压异常分布,并对降水和气温异常分布产生明显影响。
  这些结果有利于深刻认识夏季北半球环流变化机理和寻找降水与气温异常预测线索。
[硕士论文] 史嘉琳
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:本文重点探讨寒潮强烈天气过程对我国黄海海域海气界面热量和动量通量的影响。利用CFSR大气海洋再分析资料分析了2009-2013年5年间在寒潮活跃期海气要素及热、动量通量的多年月平均时空分布特征;利用中央气象台micaps资料统计2009-2013年黄海海域寒潮天气过程发生的频次、强度及影响路径,并统计分析了在寒潮过程中热、动量通量发生显著变化;最后通过FVCOM区域海流模式与FVCOM-SWAVE浪流耦合模式模拟典型寒潮过程黄海海域海气要素及海气热、动量通量对其的响应特征,对比分析寒潮要素特别是风浪要素对海气热、动量通量传输的影响作用。
  (1)首先寒潮活跃期是指当年的11月、12月及次年的1月、2月、3月这五个月份,在寒潮活跃期受海表大风、海气温差及海洋环流等因子的影响,动量通量交换强烈,热通量失热状态显著。动量通量在12月与1月传输最强烈,最大值位于黄海东部区域为0.14N/m2,而春季3月则减弱为0.1N/m2以下;热通量在冬季一月份表现出强烈的失热状态,失热中心也位于黄海东部,最大值为-250W/m2,春季3月份热通量强度减弱到-50W/m2左右。
  (2)统计2009-2013年影响黄海海域的寒潮,发生寒潮频次最高的月份是11月和12月,最低的月份是1月。寒潮影响黄海的路径主要分为两种:一种是偏北路径,此路径寒潮冷空气距源地近,通常从极地取最短路径南下影响我国黄渤海,偏北风为主,寒潮在海域东北部强于西南部;另一种是偏西路径,此路径寒潮虽然冷空气源地纬度相对偏低,但在其东进途中有冷空气加入,亦可以在华东地区造成大风和显著降温,此类寒潮入侵我国东部海域时,偏西北风为主,往往南部强度较强。在寒潮发生期间海气热、动量通量输送比多年平均状况会显著增强,偏北路寒潮过程中海气热通量比多年月平均值增大1-6倍,动量通量增大1-5倍;偏西路寒潮中海气热通量比多年月平均值增大1-4倍,动量通量增大1-5倍。
  (3)选取典型偏北路寒潮与偏西路寒潮进行数值模拟,由于寒潮冷空气强度与影响路径的差异,海气热量和动量通量的响应特征差异明显:在偏北路寒潮中,冷锋呈纬向入侵黄海,东部强于西部,造成海域东部为热量和动量通量大值区,由于偏北路寒潮的冷空气强度大,热量和动量通量的响应也更为强烈。偏西路寒潮过程中冷空气纬度偏低,冷空气自西向东推进,冷锋呈经向入侵黄海,南部强于北部,相应的海面热量和动量通量在黄海南部形成大值区,但热量和动量通量响应弱于偏北路寒潮,偏西路径寒潮动量通量强度较偏北路径弱约1/4,而热通量则弱大约1/2。
  (4)对比不同波浪状况的FVCOM-SWAVE耦合数值模拟结果与FVCOM控制实验数值模拟结果,进一步探讨风浪要素对海气热、动量通量的影响,结果显示:由于风浪使海表粗糙度加大,海水混合增强,造成无论是偏北路寒潮还是偏西路寒潮,风浪作用均增大海气间热、动量通量的交换传输,结果与实况更加接近。当风浪进一步增大到1.5倍,动量通量最大值增大约60%,热通量增大10-160W/m2;而风浪减弱则会削弱海气间热、动量通量的交换传输,当风浪减弱0.5倍,动量通量最大值则减弱了约20%,热通量减小10-55W/m2左右。风浪作用对热动量通量传输的影响特征为相对于同样的变化量,风浪增大时通量增量显著强于风浪减小时的通量减量。风浪在黄海不同区域对热、动量通量的影响也有所差别,对三个关键纬度的纬向平均显示,偏北路寒潮在风浪的作用下,动量通量增幅在12.5%-18%,热通量增幅在5%-10%;偏西路寒潮动量通量增幅为2.6%-3%,热通量增幅在3%-16%。
[硕士论文] 王子威
大气科学·气象学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:本文利用1979-2009年ERA-Interim再分析资料,诊断分析了平流层准两年振荡(QBO)和残余环流(或称Brewer-Dobson环流,BD环流)的长期变化趋势以及两者之间的相互联系,得到了以下结论:
  1.针对热带平流层中QBO的振幅、周期和下传速度这三种不同指标,利用谐波分析方法诊断分析了近30年来QBO的变化特征,结果表明:QBO的振幅在1979-2009年间呈现出统计上显著减弱的变化趋势。采用相邻两个东风极值的时间间隔表征QBO周期并发现其在过去30年有变短的趋势,约为-0.33month/cycle,这一趋势也通过了显著性检验。另一方面,QBO西风下传速度在近30年内是显著减弱趋势,减小趋势是-0.05km/month/cycle。
  2.在中纬度地区,5hPa、10hPa、100hPa附近的BD环流垂直向速度w*呈现出显著的负趋势,而在赤道地区,5hPa和10hPa的w*是显著正趋势,赤道100hPa的w*是负趋势。这表明BD环流在中高纬度的下沉运动是显著增强的,在热带中上平流层的上升运动也是显著增强的。就BD环流水平向速度而言,北半球中纬度地区5hPa的v*是显著的正趋势,10hPa和100hPa的v*是显著的负趋势,南半球各高度上v*的长期变化特征则呈现出与北半球相反的趋势。这表明BD环流在南北半球中纬度中上平流层内,由赤道向极地地区的运动是增强的,但在中纬度下平流层内的向极运动是减弱的。进一步分析结果表明,BD环流在热带平流层上升运动的深支(30hPa以上)、浅支(30-70hPa)和过渡支(70-100hPa)都是显著减弱的,也就是说近30年来BD环流的上升运动在热带下平流层呈现出显著减弱的趋势。本文进一步诊断了驱动BD环流的行星波活动在过去30年中的变化情况,结果表明,1979-2009年间45-75oN附近50hPa的EP通量垂直分量呈现出正趋势。表明上传进入中高纬度平流层的行星波是显著增强的,这是导致BD环流呈现出增强趋势的主要原因。
  3. BD环流在热带QBO的东、西风位相下呈现出显著的差异。在QBO的东、西风位相下赤道区域垂直方向上均存在三对经向的差值环流,沿赤道呈纬向对称分布。不同位相下的差值环流方向相反,在北半球,东风(西风)位相下在中下平流层和上平流层各形成一对顺(逆)时针方向环流圈,在平流层中层形成了一对逆(顺)时针方向的环流圈。由于热成风关系,在低层由于异常的辐合(辐散)引起的空气异常上升(下沉)运动将会在高层(低层)以辐散(辐合)的形式补偿。与此同时,东风(西风)切变区伴随着大范围的负(正)温度异常。温度的这种变化特征主要是由异常的上升(下沉)运动伴随的绝热冷却(绝热增温)所引起的。QBO可以通过激发次级环流影响BD环流强度,但是这种影响较弱,总体上QBO东风(西风)位相下BD环流整体是增强(减弱)的。在中高纬度区域,QBO主要通过调节行星波活动从而对BD环流产生影响。相比于QBO西风位相,在QBO东风位相下,高纬度地区的平流层会出现异常的EP通量的辐合,与之相对应的在中纬度地区的平流层会出现折射指数的正异常,引起更多的行星波上传至平流层,使得中高纬度波活动增强,进而导致BD环流的增强。
[硕士论文] 叶丹
大气科学·气象学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:陆面为大气运动提供下边界条件,是连接大气与气候系统中其他各圈层相互作用的重要途径,陆面过程模拟的好坏直接关系着气候预测和中长期天气预报的准确度。近年来,陆面观测试验在不同下垫面开展,获取了大量的观测数据,极大地促进了陆面过程的研究和陆面模式的发展。虽然目前已发展了许多复杂程度不同的陆面模式,但不同模式的模拟能力在不同区域差别很大。
  我国西北干旱半干旱区陆面过程特征的观测和资料分析研究较多,但是不同参数化方案在干旱半干旱区的适用性研究开展较少,针对此种情况,本文借助具有多种可选参数化方案的陆面模式Noah-MP,利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)和干旱区黑河生态水文遥感试验戈壁站的观测资料,开展不同的感热输送系数、植被气孔阻抗和土壤阻抗参数化方案在西北干旱半干旱区的适用性研究。
  首先采用模式默认的3种参数化方案,即M-O感热输送系数方案、Ball-Berry气孔阻抗方案和SZ09土壤阻抗方案,利用Noah-MP模式对这两个站点的陆面过程进行模拟,通过与观测值进行比较评估模式在这两个站点的模拟能力。模式对干旱和半干旱区土壤湿度和土壤温度具有较好的模拟能力;净辐射通量的模拟值与观测值都非常接近,但是潜热通量与感热通量在干旱和半干旱区的模拟偏差较大。
  其次,针对模拟过程中出现的地表热通量模拟值偏差较大的问题,分别选用Chen97感热输送系数方案、Jarvis气孔阻抗方案和LP92土壤阻抗方案来代替原有默认方案,对比选用的参数化方案对模拟结果的影响。选用Chen97方案计算感热输送系数可以改善模式在干旱和半干旱区对感热通量的模拟效果;Jarvis气孔阻抗方案能增大半干旱区SACOL站的植被蒸腾,改进潜热通量的模拟效果,同时也使热通量在感热和潜热间分配比例更合理;使用LP92土壤阻抗方案可增加半干旱区SACOL站的土壤蒸发,明显改善潜热通量的模拟效果,但是LP92方案的使用并未改善干旱区戈壁站潜热通量偏小的问题,甚至增大了感热通量的峰值。
  最后,将选用的3种参数化方案进行不同形式的组合,以期进一步改进模拟性能。组合试验在半干旱区的模拟结果明显优于默认参数化方案的;相比一次只更换一种方案,采用同时更换2组或3组原有参数化方案可以进一步减小模拟的感热和潜热通量的误差,但是土壤湿度和温度的模拟效果并没有同步改善。组合试验在干旱区模拟的潜热通量与默认参数化方案相比变化非常小,感热通量的模拟结果则改进明显,但模拟误差和可预报性均低于单独使用Chen97方案的结果。
[硕士论文] 卫翔谦
大气科学·应用气象学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:干旱区占陆地面积比例约40%,其地表特征多样、生态脆弱,受人类活动影响较大,下垫面陆气相互作用过程较复杂,对局地气候乃至全球大气环流系统的形成、发展具有较大影响。近地层能量不闭合问题,即近地层可利用能量高出测量得到的湍流通量,对下垫面和近地层之间的能量分配产生不确定影响,增加了干旱区地气相互作用过程模拟研究的复杂性,也使未考虑能量闭合度的陆面过程参数化方案不能够准确描述地气相互作用过程,受此影响,局地大气形势及大尺度环流形势的预测模拟过程与实际会不断产生偏差,使气候中长期模拟累积误差增大。为研究干旱区不同能量闭合度情形对中长期气候数值模拟所产生的影响,基于前人对能量闭合的研究基础,在区域气候模式中分别引入闭合和未闭合情形下干旱区下垫面湍流输送参数化方案,展开不同能量闭合度情形下地气相互作用的气候敏感性研究,揭示干旱区地气相互作用过程对东亚季风环流形势发展的推动作用,探究干旱区陆面过程变化对气候变化的贡献情况。
  地气相互作用过程受人类活动影响较大,例如干旱区农业种植大面积推广地膜覆盖栽培,而地膜覆盖农田会抑制土壤水分蒸发,改变下垫面向大气的水热传输过程。本文结合地膜农田下垫面陆气相互作用过程的研究资料,在RegCM4数值模型中构建简易地膜覆盖农田数值模型计算方案,引入地膜农田下垫面土地使用类型,探究在干旱区大范围农田铺设地膜和不铺设地膜情形下,地气相互作用过程的变化,对局地气候以及东亚季风区大气环流形势所产生的影响,了解农业生产活动中地膜种植对气候变化的影响。
  本文主要结论如下:
  (1)干旱区不同能量闭合度气候数值试验结果显示,依据能量闭合理论修正的湍流输送方案,使近地面大气从下垫面获得的能量增多,气流上升过程增强,增加的能量随大气运动输送到整层大气。从对流层下层到中上层,干旱区上空大气位势高度增加、气流辐散增强,对东亚季风气流的北推过程产生一定的扰动作用,表明能量闭合度问题研究对改进气候模拟预测具有很大意义。
  (2)地膜方案数值模拟结果显示,该计算方案能够较准确模拟出:地膜覆盖的农田阻挡土壤向大气潜热输送,增强了地表感热输送,使近地面大气温度升高——这一系列地气相互作用过程。基于地膜方案的这一动力机制过程,对局地对流性天气过程的发生、发展产生直接影响。首先,地膜对大气的加热效果促进了对流性天气的形成和发展;其次,地膜阻挡土壤水分向大气输送,使对流性降水过程的水汽供应减少,抑制了降水的发生。
  (3)大面积农田覆盖地膜对下层大气的加热效果明显,使对流层下层气流上升过程增强、气旋性环流特征增强,而气流上升过程中,温度降低,降到露点温度之后发生凝结,由于下垫面的水汽输送减少,凝结潜热释放减少,气流抬升动力减弱,在对流层中上层气流开始辐散,使对流层中上层气流呈反气旋环流特征。
  (4)由于大范围地膜覆盖农田促使局地气流抬升、加强对流层下层气旋性环流,使局地气压得到减弱,对西太平洋副热带高压向西北方向推进产生扰动作用,对我国夏季降水偏移产生一定影响。本试验为理想情况下,地膜面积比实际大很多,受地膜效应影响,干旱区850hPa高度气压降低,对副高北移产生一定影响,表明地膜覆盖农田的研究对气候环境评估有实用价值。
[硕士论文] 杨彦龙
大气科学·大气物理学与大气环境 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:陆气相互作用对区域气候乃至全球气候和大气环流变化有非常重要的影响,地表能量平衡又是陆气相互作用研究过程中一个不容忽视的问题。全球干旱区范围分布广大,约占陆地面积的1/3,同时下垫面类型较多,不同下垫面之间地表能量平衡特征差异明显,并且相同下垫面的地表能量平衡特征随季节、天气和土壤干湿的不同发生剧烈变化。为了深入了解干旱区地表能量闭合特征,本文选取西北干旱区荒漠和农田两种典型下垫面的陆面观测资料,对比分析了两种下垫面地表能量平衡特征季节变化及差异,同时也分析了天气状况对能量平衡的影响,并探讨了干旱区不同下垫面的地表能量特征及影响机制。主要研究成果如下:
  (1)降水过程对地表能量平衡特征的影响分析显示,在干旱区降水前,荒漠下垫面土壤水分较低,感热通量显著大于潜热通量,地表可利用能量主要以感热形式释放;雨后地表水分充足,潜热通量大于感热通量,地表可利用能量主要以潜热形式释放。降水前、后能量闭合对比分析表明土壤水分对能量闭合度有显著影响,能量闭合度随着土壤水分增加明显提高,暴雨过程对能量平衡的影响能持续三天左右。
  (2)利用EBR方法分析能量平衡显示,通过PlateCal法和TDEC法计算的地表热通量对能量闭合度的影响存在一定的差异,PlateCal法得到的能量闭合度优于TDEC法;OLS方法分析显示,TDEC法得到的能量闭合度优于PlateCal法。能量平衡特征的季节变化分析显示,选用EBR法分析时,整体闭合度优劣程度为:秋>冬>夏>春;选用OLS法分析时,PlateCal法和TDEC法得到的闭合度有共同的特征,闭合度优劣程度为:夏>春>秋>冬。
  (3)荒漠下垫面地表能量不平衡主要受空气热储存和垂直平流输送的影响,其中空气热储存平均日变化最大值可达4.7W·m-2,垂直平流输送平均日变化最大值可达36.3W·m-2。补偿空气热储存和垂直平流输后不闭合残差平均日变化最大值由84.1W·m-2降到了60.6W·m-2,地表能量平衡的闭合度由82%增至98%。
  (4)农田非均匀下垫面地表能量不平衡受空气热储存、光合作用、生物量储热和垂直平流输送的影响。空气热储存平均日变化最大值可达10.6W·m-2,光合作用平均日变化最大值可达9.9W·m-2,生物量储热平均日变化最大值可达32.4W·m-2,垂直平流输送平均日变化最大值可达22.9W·m-2。补偿空气热储存、光合作用、生物量储热和垂直平流输后不闭合残差平均日变化最大值由105.9W·m-2降到了79.3W·m-2,地表能量平衡的闭合度由79%增至90%。此外,农田下垫面反演的地表温度受到植被冠层的影响,由此地表温度计算得到的地表热通量偏大,出现过闭合现象,而用直接测量的5cm深处的土壤温度计算的土壤热储存更为准确。
  (5)干旱区荒漠下垫面的闭合度要高于农田非均匀下垫面。由于荒漠下垫面均匀,影响地表能量不平衡的因素较为单一,更接近理想下垫面,而农田非均匀下垫面影响地表能量不平衡的因素十分复杂。
[硕士论文] 卢国阳
大气物理学与大气环境 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:本论文利用观测资料研究了前期秋季不同海域海温信号与东亚冬季风关系的年代际变化,并探讨了年代际变化的可能原因;同时利用CMIP5大气环流耦合模式的输出数据,对影响东亚冬季气候异常遥相关型的模拟能力进行了评估和预估,主要结论如下:
  1.前期秋季印度洋海温与后期东亚冬季风之关系呈现不稳定的年代际变化。1948~1960为显著负相关时段,1962~1988为弱的正相关,1999~2012又突变为负相关。1948~1960和1999~2012时段500hPa高度场异常表现为亚洲地区的南北向偶极子分布,东亚大槽区为显著正异常;高层200hPa呈现自印度洋至亚洲北部的“正、负、正、负”异常波列分布。对流层低层风场与高度场相匹配,东亚沿岸盛行显著偏南风,东亚冬季风偏弱。而1962~1988时段前秋印度洋海温与后期冬季东亚地区大气环流无显著联系,导致二者关系的阶段性减弱。同样,东亚地表温度以及我国台站温度与印度洋海温关系呈现显著的年代际变化。其年代际变化的可能原因是:1948~1960和1999~2012时段前期秋季海温偏高,后期冬季印度洋-西太平洋地区降水为“西正东负”的偶极子分布,该分布型导致印太区热源异常进而激发极向传播的Rossby波,引起东亚冬季风环流系统异常。1962~1988时段,印度洋海温与后期冬季偶极子降水型分布联系显著减弱,特别是与西太平洋区负相关变得不显著,造成海温信号和东亚冬季气候关系的减弱。
  2.墨西哥湾流延伸区海温与东亚冬季风联系在20世纪70年代中后期发生明显年代际变化,由1948-1976(P1)显著正相关转为1980-2012(P2)时段的不显著负相关。同时,与湾延区海温异常相联系的环流在P1和P2时段改变明显:P1时段湾延区海温偏高,日本上空东亚大槽加深,东亚沿岸产生显著偏北风;而P2时段湾延区海温偏高,东亚大槽区为弱的正异常,东亚沿岸有不显著偏南风异常。造成该突变的可能原因是P1时段湾延区海温偏高容易激发出北大西洋到东亚“正、负、正、负”的异常波列,且该异常中心与正位相EU波列的异常中心位置基本一致,位相叠加加强了正EU,进而造成东亚冬季风的异常强劲。而P2阶段从西欧到东亚沿岸呈现不显著的类似于负位相EU波列,且异常中心与EU波列的异常中心位置有偏差,导致其与东亚冬季风关系相对于P1阶段发生了由显著正相关到不显著负相关的转变。
  3.整体而言,14个耦合模式对EU、WP信号的具体时间变化特征模拟能力很弱,而对其空间模态特征模拟效果较好,能很好的再现遥相关的异常中心,但也存在一定的位置偏差。多数模式能再现EU与东亚以及西北太平洋地区表面气温的负相关性,但对我国华北以及黄淮流域降水负相关性模拟能力较差,且低估了EU与东亚地区气温、降水的关系。各模式对WP与东亚—西太平洋区气温相关性的南负北正分布均有很高模拟能力;能再现WP与降水在东北亚鄂霍次克海的正相关性,但对于我国大陆至西太平洋的负相关性模拟能力较弱,且各模式对WP与之气温关系的模拟优于其与降水的关系。对EU、WP整体模拟能力评分可知,GISS-E2-R对EU整体评估能力最强,NorESM1-M对WP综合评估能力最好,而HadCM3整体评分较低。RCP4.5情景下,EU和WP在未来略趋于负位相发展;EU与东亚气温和降水相关范围北抬;WP与气温相关范围西撤,与降水相关显著增强。
[硕士论文] 张婷
数学 内蒙古大学 2016(学位年度)
摘要:球面效应和旋转效应是大气运动的基本特征.Rossby在1993年发表的论文“Relation between variations in the intensity of thezonalcirculation of the atmosphere and the displacements of thesemi-permanent centers of action”[1]提出了研究地球流体中所观测到的大尺度波动的恰当方法.他指出大气壳的浅薄特性使得大气的大尺度运动主要呈现水平特性,所以只有地球行星涡度的局部垂直分量f=2Ω sinφ,在动力学上起显著作用.其中参数f是行星涡度垂直于地面的局部分量,称为科里奥利参数(科氏参数).Ω,φ分别是地球旋转角速度的大小和纬度.地球的球形效应通过另外一个平面上厂的线性变化进行模拟的模式,称为β平面模式;而不需将厂进行线性化模拟的模式,成为f平面模式.
  存在于大气的波动中,Rossby波是生命史很长,结构上有组织的前后一致的大尺度永久性波动.它的产生正是由于地球的转动和地球曲率而使得位涡在深度和纬度上发生改变.Pedlosky[2]给出了浅水模式中的Rossby波,指出若科氏参数f和地形坡度s为常数的情况下能够产生Rossby波.Redekopp[3]在纬向流中引入了切变流,进而提出了纬向流中Rossby孤立波产生的原因.Chamey和Straus[4]从准地转位涡度方程出发,研究了一个β平面通道中考虑地形、非绝热加热和摩擦的正压大气模式.吕克利等[5]利用渐进展开和时空伸长变换得到了包括地形和耗散的FKDV-Burgers方程,显示出地形对扰动具有明显的增幅作用.宋健等[6]进一步研究了基本气流有切变的条件下β平面近似下非线性地形变化及其外源对Rossby孤立波振幅的演变,指出了当基本气流有切变,非线性β效应,地形效应都是Rossby孤立波产生的重要因子.
  本文在以上结论的基础上,首先从正压流体的浅水模式方程出发,考虑地形坡度参数随纬度的变化,进行f平面近似下,β平面近似下的小振幅波动方程的推导,得到产生低频Rossby波的频散关系.结果表明当地形坡度参数与其关于纬度的一阶导数和科氏参数f满足一定条件时,即可产生低频Rossby波.特别在β平面讨论时,得到Rossby波的频散关系随纬度变化的结论.
  考虑到大气运动的多时空尺度的特点,我们从正压流体的准地转位涡方程出发,采用多重尺度和摄动展开的方法推导了在线性缓变下垫面和耗散共同作用下的非线性Rossby波包演变满足推广的非线性Sch(o)dinger方程,并得到单个包络的孤立波解.通过分析包络的孤立波解,指出在耗散与下垫面共同作用下,大气中会出现双曲正割形状的Rossby孤立波包.同时得到,在切变基本流存在的情况下,地形强迫和耗散对Rossby包络孤立波的传播速度、波数和频率均有影响的结论.
  在浅水波方程中,采用半地转的概念研究了线性和非线性Rossby波的解及其稳定性.结论指出:东西坡度和南北坡度都会对线性Rossby波的传播速度和周期有影响.同时指出不存在孤立波.
  最后,考虑到大气的斜压性,从包含科氏力项和热源项的基本大气运动方程组出发,采用行波法和半地转近似的方法,研究了地球流体中的Rossby波.结果表明,β效应,层结效应和热源诱导的Rossby波满足KDV方程,存在椭圆余弦波解.在一定条件下,退化为孤立波解;同时指出,线性Rossby波的相速度与β效应,层结效应和热源有关,而非线性Rossby波相速度与以上三因素无关,但与波振幅与波数有关.
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