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在热带大多数时间天气变化显然和中纬度不同,热带地区的大气环流具有非常重要的地位。本文利用最新的资料针对热带海洋地区的大气运动作了以下几个方面的研究。
中高纬度自由大气的运动是满足地转平衡的,而在热带地区,由于热带大气运动的复杂性,加之热带有广阔的海洋,观测资料不足,大气平衡关系仍不是十分清楚。本文第二章利用1998-2003年6-8月的NCEP(National Center for Environmental Prediction,美国国家环境预报中心)的实时格点分析资料(1.0°X1.0°经/纬度网格),以对流层中部500hPa高度层为重点,分析了北半球夏季(6-8月)低纬度(0°-30°N)太平洋地区(160°E-120°W)各物理量(水平速度u、ν、P-坐标垂直速度ω,垂直涡度,水平散度等)的特征,并计算了水平运动方程中各项的大小,通过比较对热带大尺度运动方程进行了简化,给出了不同纬度范围所适用的方程。本文通过计算表明,在离开赤道1、2°至30°之间的运动基本是半地转的,需保留的项应根据具体纬度而选取;在热带地区也可以用Rossby数作为准地转的判据,但是x和y两个方向的Rossby数应该分别考虑。y,方向的R<,0>比x方向的小一个量级,处处都是远小于1的,说明纬向风更容易达到地转平衡。北半球热带太平洋洋面是台风的重要源地,本文第二章通过实际资料得到这一区域运动的很多特点,并分析了各种力之间的平衡关系,为热带运动的动力学研究提供了量纲分析基础,这些结果对台风的发生、发展及运动的作用有待进一步研究。
大气环流指全球大气大规模的运动状态,平均经圈环流是大气环流的重要组成部分,它联系了低纬和中高纬的风场,在不同纬度之间的角动量、动量、热量和水汽交换中起着重要的作用。三圈环流模型概念化表达了MMC本质特征,在大气科学、地理科学等领域被广泛应用,因而为人们所熟知。然而,经典的二圈环流模型中,中间环流即Ferrel环流与中高纬度存在强盛的西风带这一现代大气观测手段所证实的事实相悖,对其是否存在,及其环流形态一直存
在着很大的争议。本文第三章利用1998-2003年的NCEP实时格点分析资料(1.0°×1.0°经/纬度网格),根据北半球夏季(6-8月)太平洋地区(0°-60°N;160°E-120°W)的三维风场的基本特征,分析了北半球夏季太平洋地区的平均经圈环流,特别是Ferrel环流的特征,发现Ferrel环流具有与已往研究不同的性质,并在此基础上提出了Ferrel环流新的概念模型。新的模型与过去的经典的环流概念模型相比能较好的描述高低空环流的基本特征,同时在考虑地球自转效应下,能够完满地解释中高纬度西风带的维持。研究结果对经向环流的直观形态提出了新的见解,加深了对夏季太平洋洋面中低纬平均经向环流的理解。 热带有许多重要的大气系统,其中热带气旋由于具有极大的破坏力,尤为引人关注。热带气旋的形成需要一定的热力学和动力学条件,人们对热带气旋的大尺度影响因子的了解已经颇为广泛,积累了丰富的研究成果,本文第四章首先回顾了关于这一方面的研究进展。西北太平洋由于季风槽的存在而成为热带气旋的重要源地,本文利用中国气象局整编出版的《热带气旋年鉴》资料对近年来(2000-2004年)西北太平洋发生的热带气旋进行了总结,分析了其发生的气候背景,然后利用NCEP 2000-2004年7-9月每日4次的FNL分析资料(final analysis),对热带气旋高发生月份(7-9月)的大尺度环境场做出了分析。由于海表面温度是缓慢变化的,而低层涡度和风场垂直切变这两个参数变化的时间和空间尺度都很小,文章中着重分析这两个变量。研究结果发现热带气旋不仅多在纬向风场垂直切变的零线附近生成,而且更倾向于在垂直切变为负值(随高度东风增强)的区域产生。低层相对涡度较高的区域有较为丰富的初始扰动,因此其高值区与热带气旋的初始生成位置有较好的对应,本文的研究结果发现,低层相对涡度和?w/?z的乘积组成的与螺旋度有关的变量,其高值区比相对涡度更能表征热带气旋的发生地。第四章结论部分还讨论了热带气旋发展过程中切变风螺旋度随时间的演变,提出用该变量作为预报指标的新的设想。