龚振淞[1]2002年在《全球大气月平均温度场的球函数分析》文中进行了进一步梳理本文给出了一个利用高度场球函数分析结果进行半球月平均气温场球函数分析的方案，主要用它分析了NCEP/NCAR月平均气温场气候及其异常场集的球函数谱结构。分析揭示了月平均温度气候及其异常场集具有低阶、低维的特征。并在此基础上重点分析了球函数谱结构随季节、高度的变化，以及这种变化的南北半球差异。另外对实测气温和NCEP大气半球平均气温的相关分析和年际变化分析表明，NCEP大气温度的质量对于气候异常分析是可用的。
孙杨青[2]2013年在《全球大气环流与中国气候变化关系研究》文中研究表明本文利用球函数展开法对1948-2009年NCEP/NCAR高度距平场以及温度场资料进行了分析,通过“时间-高度”的二维坐标以及“半球滑动球函数”的方式考察了环流异常的立体结构特征。结果表明,南北半球高度场环流特征在1980年前后发生了明显的位相突变,且不同高度层的变化有所不同；同时这种突变现象还存在明显的纬向分布特征,环流位相异常呈现交替状分布。将其与我国夏季降水和冬季温度做时滞相关分析,结果表明,前期春、夏、秋季的北半球高度场环流纬向异常与华北地区的冬季气温有滞后正相关趋势,当球函数展开的半球顶点设于赤道的某些半球范围时,环流异常与华北河套地区也有着滞后正相关趋势,即环流正异常会引起暖冬现象,反之引起冬季低温；将半球顶点设于赤道的某些半球范围时的球系数展开表明,环流异常与东北地区的冬季气温呈现负的滞后相关,即环流正异常会引起低温,反之引起。降水方面,前冬的环流异常与华北-河套地区的夏季降水有反相关趋势,春季北半球均匀异常环流与华北及西南夏季降水反相关。而环流的纬向异常与华北-河套地区的夏季降水呈正相关。同期环流异常与华北东部,西南及江南北部的降水为负相关。通过对全球温度距平场的球函数展开,可以发现均匀球函数分量存在明显的年代际变化,从50年代到80年代初期基本处于一个稳定状态,进入80年代以后半球均匀球函数开始有攀爬的趋势,这与全球气候突变有这一致性,到90年代中期上升速度开始增加,直至2007年左右上升到一个最大值,之后有一个下降的趋势。这表明全球温度确实在过去的60年里有所增加。而带形、扇形以及田形球函数拟合量均有一个较稳定的数值范围,但也有少数点落在稳定值范围之外,可以认为这是一种偏离平衡位置的不稳定状态。不同的分量在17层中都存在明显的时变特征,均匀球函数分量的年代际变化较为明显,随着高度的增加各个分量的绝对值均有增大的趋势,相较于高层,低层的温度变化相对稳定些。过去62年的全球温度距平场中均匀球函数分量对中国区域冬季温度的影响区域主要集中于长江黄淮地区以及华北河套地区,且均为正相关趋势,这表明在全球增温的背景下,这些区域的温度也是增加的。而对其余叁个分量的响应较弱,原因可能是冬季温度对拟合这些分量的不同系数的响应存在不同,同一个拟合量中的系数,某些对温度的影响是正的,而某些为负的,这也许就是导致拟合以后起相关程度较弱的原因。过去62年的全球温度距平场中均匀球函数分量对中国区域夏季降水的影响区域主要为珠江叁角洲区域以及渤海沿海地区,而对其余叁个分量的敏感性较弱,原因可能与温度类似。
闵凡花[3]2004年在《北半球中平流层环流转型、成因及其与对流层环流关系的研究》文中研究指明中平流层(10-70hPa)半球环流流型年变化不同于对流层、低平流层的显着特点是其夏季存在以极地为中心、范围达半球的反气旋型环流为主的阶段。因此，在由冬到夏或由夏到冬的某个阶段，该层环流流型出现由气旋向反气旋或由反气旋向气旋型环流转变的过程。等压面半球高度场球函数系数A_2~0由负转正和由正转负能客观定量地反映这一转变。本文用NCEP／NCAR北半球1958～1997年中平流层五层(10、20、30、50和70hPa)逐日高度场再分析资料，计算出其球函数系数A_2~0，并据A_2~0稳定地由负转正的日期确定了逐年中平流层各层环流转型的日期，在此基础上着重分析了春季中平流层环流转型日期的气候及异常规律及它们与平流层环流异常及与对流层环流的关系。其主要结果如下： 1．中平流层环流转型日期的多年平均值及其随高度的变化，各层转型日期的气候变率及异常存在年代际、年际变化规律。多年平均20hPa环流最先转为反气旋型(平均在4月24日)，然后逐渐下传，至70hPa(平均在6月17日)历时54天；而中平流层上部(10hPa、20hPa和30hPa)转型日期的年际差异较下部(50hPa、70hPa)大；50、70hPa层环流转型日期具有明显的年代际变化特征，1978年以前转型日期偏早，1978年以后偏晚。 2．中平流层环流转型异常与赤道平流层纬向风准两年振荡(QBO)及平流层臭氧总量异常存在显着相关联系。分析发现10hPa及70hPa层的热带纬向风与相应层环流转型日期之间的相关显着，10hPa热带东(西)风位相、70hPa西(东)风位相时环流转型滞后(提早)。臭氧总量异常与中平流层转型日期异常之间为反相关关系，臭氧总量偏高(低)，流型转型日期偏早(晚)。 3．中平流层环流转型与对流层重要系统(极涡、西太平洋副热带高压)存在一定关系。70hPa层转型日期偏早(晚)时，西太平洋副高强度偏弱(强)、位置偏东(西)。10-70hPa转型日期偏早(晚)时，5-7月亚洲区极涡面积偏大(小)，强度偏强(弱)；10-30hPa环流转型日期偏早(晚)时，4月亚洲区和北半球极涡偏弱(强)。
孙杨青, 万仕全, 钱忠华[4]2013年在《全球环流异常特征及其与中国气候变化的关系》文中进行了进一步梳理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.
张朝林[5]2000年在《谱模式基本动力学框架的研究》文中进行了进一步梳理谱模式是当今数值预报、气候变化研究中应用最为广泛的一种模式,改进谱方法的精度、效率对数值预报的发展可起到重要的促进作用。谱方法最核心的两部分,即对非线性项谱系数计算方法及半隐式时间积分格式数值计算方案的应用,全集中体现于在谱空间进行的动力过程求解上。但近叁十多年来,以上两方面的研究却较少。本文新设计了一个满足大气全球能量积分守恒等基本性质的谱模式动力学求解框架,并利用此动力模式,重点研究了谱模式中的非线性项谱系数和半隐式时间积分格式等计算方案,以期促动国、内外现行的谱模式数值求解框架向前发展。通过进行理论分析,和分别进行多个例数值对比试验,论文对比研究了新设计的谱模式动力学模式框架与目前国际谱模式通用求解框架的性能,主要取得以下方面的结果: (1).新设计的一个谱模式基本动力框架,在理论和数值求解上,均可满足能量等其一系列重要的物理量守恒性质。新设计的谱模式动力框架算法易于在国际上的任一谱模式数值求解框架中实现。 (2).根据变维、经向假谱、纬向全谱方法的非线性项谱系数计算方法的原理,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。此方案采用指数函数进行纬向变量分离,非线性项谱系数在傅里叶空间计算,在经向上采用高斯网格设计,实现高代数精确度的高斯数值求积。使用这一方法求解非线性顶谱系数不需进行傅里叶空间和网格空间之间的相互转换(傅里叶变换和傅里叶逆变换),即完全避免了混淆误差,还消除了采用变换法时,进行傅里叶(逆)变换的纬向数值积分会引入的舍入误差。从而可消除谱模式计算非线性项(如平流项)时存在的小固定误差源,提高平流项等非线性项计算精度。另外,新方案中的纬向谱系数计算式,合理利用谱系数的复共轭性质及球函数关于赤道对称或反对称特性,使计算量减半。并考虑到加法数值运算较乘法数值运算省时的特点,充分利用加法结合律合并计算式中可能存在的同类项,优化了算法,提高了新方案的数值计算效率,可十分方便地应用到任一全球或半球谱模式。仅就谱模式动力框架本身而言,其计算量与变换法相差不大,在中、长期数值天气预报或气候模拟中,计算精度可有明显提高。 (3).新设计的非线性项谱系数计算方案,在纬向上采用完全的谱方法来展开大气要素场,这有利于在谱数值预报系统中反映和刻画大气运动以纬向为主的
闫芳[6]2012年在《试验训练体系结构大气环境资源开发》文中研究指明任何武器装备都要在一定的自然环境中使用，作为自然环境重要组成部分的大气环境对武器装备的影响不容忽视。试验训练体系结构HIT-TENA是结合国内试验训练领域发展现状而提出的通用虚拟试验体系结构，虚拟环境的构建是HIT-TENA的重要研究内容，本课题的目的就是为HIT-TENA开发大气环境资源。为了建立适合于虚拟试验的大气环境数值数据，对大气环境的组成成员风场、温度场、云、雾、能见度的建模方法进行了研究。在建模过程中借鉴了气象学及流体力学的相关理论，并根据工程需求对现有的模型进行了适当简化。特别的，在微下击暴流场的建模过程中，针对广泛采用的多涡环模型，引入嵌套DE算法进行模型的参数选择，使得微下击暴流场的构建更加灵活。为了提高大气环境数据的表示与交互的规范性，分析了综合环境数据表示与交换规范(SEDRIS)的技术要素及运作方式，研究了基于SEDRIS的大气环境数据表示与交互方法。基于以上研究结果，开发了HIT-TENA大气环境资源的相关软件，包括大气环境数据生成软件、大气环境资源订购发布列表配置软件和大气环境资源软件叁个部分。利用UML语言对叁个软件的设计过程进行了描述，并对其中的关键过程进行了分析，最终在VisualStudio及Qt平台上完成了软件的开发工作。经过测试，大气模型合理，软件能够依照用户配置生成大气环境数据，且符合SEDRIS表示与交互规范。综合训练体系结构的大气环境资源能够为HIT-TENA中其他试验成员实时提供大气环境数据，满足设计要求。
张朝林, 郑庆林[7]2002年在《一个改进的谱模式非线性项的计算方法及其应用》文中研究说明根据变维、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.
曹剑[8]2015年在《NUIST地球系统模式研发及对末次盛冰期全球季风活动的模拟》文中研究说明为了满足当前国际上对古气候形成原理、无缝隙天气预报、高灾害性天气预报和未来环境变化预估的需求,本研究采用已有的ECHAM v5.3, NEMO v3.4, CICE v4.1叁个性能优越的分量模式,通过利用当前最先进的耦合物理过程,在OASIS3-MCT并行耦合器的耦合下参与研发了第一代南京信息工程大学地球系统模式(Nanjing University of Information Science and Techenolog (NUIST) Earth System Model version 1,NESM1)。通过采用了两种不同的强迫场驱动模式,评估了耦合模式的模拟性能,并将模式应用于研究末次盛冰期四种强迫对全球季风活动的影响。首先,在1990年代强迫条件下驱动耦合模式进行长时间积分,利用模式达到平衡态后的输出资料,对将模式不同时间尺度上的大气响应在当前公认的模式评估标准下进行定量评估,并与CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)耦合模式结果进行比较。表明：模式能够合理地模拟出全球海表面温度的气候平均态和赤道太平洋海温异常的年循环特征,也能较好地反应降水的气候平均场和季风降水模态,而较难描述季风降水的春秋非对称模态。对ENSO的空间结构特征、周期功率谱、ENSO锁相及两类ENSO(CP/EP-ENSO)的模拟较为真实,但模拟的准两年周期的ENSO事件偏多,CP-ENSO振幅偏大。模式较准确地把握了MJO活动范围和强度、空间结构特征和其东传特性,然而MJO传播速度比观测偏慢。同时模式也能够合理地模拟出PDO,NAO, AO,AAO等主要气候模态的空间特征。与20个CMIP5耦合模式定量比较发现,模式在月平均海温变率、冬季ENSO变率的EOF1,、AAM的S-EOF1空间结构和降水的模拟上具有优势。其次,为了检验耦合模式的气候敏感性,采用LGM时期的强迫条件驱动NESM1模式,利用现有对LGM时期气候状态的研究结果验证了模式。通过与工业革命前时期气候对比分析表明：模式能够模拟出LGM时期比现代偏冷偏于的气候特征,其比现代温度低约4.7℃,降水减少约0.3mm/day(11%);降水对温度变化的敏感性约2.26%/℃,这也与PMIP3的耦合模式结果相一致。在模式较好的把握LGM时期气候的前提下,分别研究了大陆冰架、温室气体含量变化、海陆分布变化和地球轨道参数变化等四种强迫对LGM时期气候形成的不同影响。通过设计四组单独强迫的敏感性试验,与PI控制试验结果对比。表明：大陆冰架的存在能引起全球平均近地面气温降低约1.2℃,降水减少0.06mm/day,而且大陆冰架的影响主要集中在北半球,分别使温度和降水降低2℃和0.14mm/day;温室气体含量降低至LGM时期水平引起的降温为2.6℃,降水减少0.15mm/day,其变化在南北半球较为均衡；而海陆分布改变和地球轨道参数变化引起的温度变化和降水变化很小。而且四种强迫单独影响的线性之和并不完全等于四种强迫同时作用的结果,由此可见LGM时期各种强迫的影响还存在很强的非线性作用。在对季风活动变化上：大陆冰架对季风降水的影响是南北半球不对称的,其明显减弱北半球夏季风活动,而南半球季风受其影响不明显；温室气体的变化减少既影响北半球季风降水也对南半球季风活动有作用,主要降低南北半球夏季风降水,对冬季风降水影响很小;海洋性大陆区域海陆分布改变能够对亚洲季风降水和澳大利亚季风降水产生重要影响,引起亚洲季风区夏季风降水增强,而减弱澳大利亚冬季风降水；而地球轨道参数变化对季风降水季节变化的影响还需要进一步研究。
苏磊[9]2007年在《海气系统不稳定耦合波的空间结构与年代际振荡》文中研究说明本文利用了带有深海作用的简单海气耦合模型，分析了海气系统中不稳定耦合波的空间结构(位相差和振幅)，并结合不稳定耦合波的时间结构(e-折时间尺度和周期)讨论了其年代际振荡的特征，并用观测资料对理论结果进行了诊断分析。结论如下：(1)对于海气系统中的不稳定耦合波，大气扰动位相超前海洋扰动位相0到π／2，特别的，最不稳定海气相互作用出现在大气扰动位相超前海洋扰动位相π／4时；(2)大气和海洋扰动振幅之间的关系由风应力系数和海洋加热系数的相对大小来决定，大气扰动振幅可以小于海洋扰动振幅，也可以大于海洋扰动振幅；(3)深层海洋对海洋混合层的作用对于海气耦合波的空间结构影响很小，海气耦合系数较小时，深海作用系数的增大会使位相差和振幅比值减小，海气耦合系数较大时，深海作用系数的增大会使位相差和振幅比值增大；(4)海气不稳定耦合波的空间结构(位相差和振幅)以及深海作用，与海气系统的年代际振荡有一定的联系，海气不稳定相互作用可能是海气系统年代际振荡的机制之一；(5)诊断分析表明，中纬度北太平洋海区内海表温度场和海表气压场均有显着的年代际周期变化，该地区的海表风应力场也存在年代际周期变化，且海表温度场和风应力场在年代际周期变化范围内相关程度较高，二者存在一定的位相差。在中纬度北太平洋区域内，冬季海表温度场和500hPa高度场在年代际范围内有明显的正相关关系。
王佳莹[10]2016年在《南海海面风场、高度场和温度场的变化趋势及年际变化特征》文中认为本文利用1988-2011年南海海面风场、1993-2014年南海海面高度场和1982-2015年南海海表温度场的月平均资料,分析南海环境要素的变化趋势及年际变化特征。经过计算得到南海海域内区域平均海面风东分量的线性趋势为0.005±0.005(m/s)/yr,其年际变化与负中太平洋厄尔尼诺(EMI)指数的相关系数可达0.570,滞后9个月,北分量的线性趋势为-0.003±0.005(m/s)/yr,其年际变化与NINO3指数相关系数可达0.682,滞后1个月;南海海域内区域平均海面高度场线性趋势为0.420±0.107cm/yr,其年际变化与负NINO3.4指数相关系数可达0.518,滞后4个月;南海海域内区域平均海表温度场线性趋势为0.006±0.004℃/yr,其年际变化与NINO3指数相关系数可达0.538,滞后5个月。其中海表温度的趋势相对减小与近期全球变暖的停滞相一致。采用经验正交函数分解方法分析了各环境要素的年际变化特征,结构显示海面风场的第一模态呈现海盆尺度的反气旋格局,其对应的时间序列与NINO3指数相关系数达到最大值0.871,滞后1个月。海面高度场的第一模态沿南海东边界出现较低海面高度,其对应的时间序列与EMI指数相关系数达到最大,为0.721,滞后7个月。海面温度场的第一模态呈海盆尺度的升温现象,其对应的时间序列与NINO3指数相关系数可达0.588,滞后5个月,表明在厄尔尼诺事件之后整个南海会出现升温现象。
参考文献：
[1]. 全球大气月平均温度场的球函数分析[D]. 龚振淞. 南京气象学院. 2002
[2]. 全球大气环流与中国气候变化关系研究[D]. 孙杨青. 扬州大学. 2013
[3]. 北半球中平流层环流转型、成因及其与对流层环流关系的研究[D]. 闵凡花. 南京气象学院. 2004
[4]. 全球环流异常特征及其与中国气候变化的关系[J]. 孙杨青, 万仕全, 钱忠华. 扬州大学学报(自然科学版). 2013
[5]. 谱模式基本动力学框架的研究[D]. 张朝林. 中国气象科学研究院. 2000
[6]. 试验训练体系结构大气环境资源开发[D]. 闫芳. 哈尔滨工业大学. 2012
[7]. 一个改进的谱模式非线性项的计算方法及其应用[J]. 张朝林, 郑庆林. 科学通报. 2002
[8]. NUIST地球系统模式研发及对末次盛冰期全球季风活动的模拟[D]. 曹剑. 南京信息工程大学. 2015
[9]. 海气系统不稳定耦合波的空间结构与年代际振荡[D]. 苏磊. 南京信息工程大学. 2007
[10]. 南海海面风场、高度场和温度场的变化趋势及年际变化特征[D]. 王佳莹. 国家海洋局第一海洋研究所. 2016