大气污染的最优调控与污染源反演问题Ⅰ:离线模式非完整伴随算子的应用

人为大气污染的最终根治,依赖于产业和能源结构的调整与升级,在这些问题解决之前,进行合理和经济的减排调控是有效手段.文章利用自然控制论原理和方法,首先在已知污染源时空分布情况下,用数值天气预报作输入,离线作出污染物浓度分布,求解污染源最优减排方案的非完整伴随算子问题,从而可简便地求解出优化减排方案.所谓非完整伴随算子问题,是指就方程的线性部分求出伴随算子并求解,而非线性项则用迭代算法.如欲验证或求更高精度,则以此作为最优减排方案的第一近似,迭代求高阶近似,直至空气质量满足要求;其次,文章还讨论了由已知污染物浓度时空分布情况下,反演污染源的动态分布问题,提出一种可行的数学方法,有助于解决排放源不确定性大的问题,以便保证最优减排调控的实施.     

棉兰老涡旋的数值模拟

用一个水平分辨率比较高的非线性正压模式,对热带西太平洋海域里的海流进行了数值模拟。计算海流与观测结果颇相一致。结果表明:赤道以北、棉兰老岛以东附近海域中,棉兰老冷涡在一年的大部分时间里都得到发展,但是其范围、强度和中心位置在各个月份并不相同,显示出很强的季节变化;在哈马黑拉岛东北海域,6月份突然出现了一个反气旋式的涡旋;这个涡旋8月份发展得最强,一直持续到10月份,在11月份就消亡了。     

三维斜压模式对冬季南海环流的数值计算

用一个三维、自由表面、原始方程模式对南海环流进行了计算.计算结果表明:黑潮在巴士海峡以西呈一反气旋弯曲流动路径,有一相对高温高盐的水舌从巴士海峡伸入南海,表明有部分黑潮水侵入南海.冬季南海的一些观测事实在模式结果里得到了很好的反映,像冬季逆风向东北方向流动的“南海暖流”和一些中尺度涡旋.同时还分析了巴士海峡沿120.75°E断面的流速和盐度的垂直结构,并同观测结果进行了比较.根据模式结果,我们还进一步讨论了“南海暖流”的形成和驱动机制.     

Variational Principle of Instability of Atmospheric Motions

Problems of instability of rotating atmospheric motions are investigated by using nonlinear governing equations and the variational principle. The method suggested in this paper is universal for obtaining criteria of instability in all models with all possible basic flows. For example, the model can be barotropic or baroclinic, layer or continuous, quasi-geostrophic or primitive equations; the basic flow can be zonal or nonzonal, steady or unsteady.Although the basic flows possess a great deal of variety, they all are the stationary points in the functional space determined by an appropriate invariant functional. The basic flow is an unsteady one if the conservation of angular momentum is included in the associated functional.The second variation, linear or nonlinear, gives the criteria of instability. Especially, the general criteria of instability for unsteady basic flow, orographically disturbed flow as well as nongeostrophic flow are first obtained by the method described in this paper.It is also sh     

NUMERICAL SIMULATION OF THE MINDANAO EDDY AND TROPICAL CURRENTS OF PACIFIC OCEAN

Results of numerical simulation of currents in the western North Tropical Pacific Ocean by using a barotropic primitive equation model with fine horizontal resolution agreed well with observations and showed that the Mindanao Cyclonic Eddy located north of the equator and east of Mindanao Island exists during most of the year with monthly (and large seasonal) variations in scope . strength and central location . In June , an anticyclonic eddy occurs northeast of Halmahera Island, strengthens to maximum in August , exists until October and then disappears . The observed large-scale circulation systems such as the North Equatorial Current . the Mindanao Current and the North Equatorial Countercurrent are all very well reproduced in the simulations.     

5月热带印度洋大气大洋耦合环流的统计动力分析

对大气大洋耦合环流作直接的统计动力分析, 即将大气环流风场和大洋上层环流场看作一个整体, 作经验正交函数(矢量)展开, 从而可以得到在统计意义上的海气耦合模态和分析耦合的特征. 应用该方法对5月份热带印度洋区域(含南海)的大气大洋耦合环流进行联合统计动力分析, 得到以下结论: 第1模态是南海夏季风模态, 该模态时间系数序列有明显的两个态, 分别代表季风爆发前、后的大气、大洋环流并与南海夏季风爆发的迟早有密切关系; 在南海夏季风爆发偏早(晚)的年份, 印度洋表层到次表层的海温距平大多呈正(负)IOD形态, 印度洋赤道辐合带的上升运动和在该带南北两侧的动力性补偿下沉运动均偏强(弱); 总的说来该模态中大洋次表层到表层的流与地面风方向一致, 这表明该流是风生流. 第2模态反映ENSO在印度洋的延伸, 其时间系数序列也有两个态, 分别与Niño 3, 4区的海温异常相关较好.     

Parameterization of the Absorption of the H_2O Continuum,CO_2,O_2,and Other Trace Gases in the Fu-Liou Solar Radiation Program

The absorption properties of the water vapor continuum and a number of weak bands for H2O, O2, CO2, CO, N2O, CH4, and O3 in the solar spectrum are incorporated into the Fu-Liou radiation parameterization program by using the correlated k-distribution method (CKD) for the sorting of absorption lines. The overlap absorption of the H2O lines and the H2O continuum (2500-14500 cm-1) are treated by taking the two gases as a single-mixture gas in transmittance calculations. Furthermore, in order to optimize the computation efforts, CO2 and CH4 in the spectral region 2850-5250 cm-1 are taken as a new single-mixture gas as well. For overlap involving other absorption lines in the Fu-Liou spectral bands, the authors adopt the multiplication rule for transmittance computations under which the absorption spectra for two gases are assumed to be uncorrelated. Compared to the line-by-line (LBL) computation, it is shown that the errors in fluxes introduced by these two approaches within the context of the CKD method are small and less than 0.48% for the H2O line and continuum in the 2500-14500 cm-1 solar spectral region, -1% for H2O (line) H2O (continuum) CO2 CH4 in the spectral region 2850-5250 cm-1, and -1.5% for H2O (line) H2O (continuum) O2 in the 7700-14500 cm-1 spectral region. Analysis also demonstrates that the multiplication rule over a spectral interval as wide as 6800 cm-1 can produce acceptable errors with a maximum percentage value of about 2% in reference to the LBL calculation. Addition of the preceding gases increases the absorption of solar radiation under all sky conditions. For clear sky, the increase in instantaneous solar absorption is about 9%-13% (~12 W m~2) among which the H2O continuum produces the largest increase, while the contributions from O2 and CO2 rank second and third, respectively. In cloudy sky, the addition of absorption amounts to about 6-9 W m-2. The new, improved program with the incorporation of the preceding gases produces a smaller solar absorption in clouds due to the reduced solar flux reaching the cloud top.     

大气环流的季节突变与季风的建立II·个别年份南海夏季风的情况

将流的标准化变差度概念应用到各年南海夏季风建立研究中去,并用其作为大气环流调整的客观定量指标。用该指标定义的南海夏季风建立的预兆日期与用传统天气气候学方法确定的南海夏季风的来临日期,在绝大多数具体年份两者均很接近,故可作南海夏季风建立的先兆指标。但有一些年份,南海季风的建立不伴随着低空环流的突变过程,两种方法都可能不准确,可靠的方法也许是用场相似度作指标。此外,南海夏季风建立前,对流层顶和平流层下层就出现了环流调整,该调整为南海夏季风建立打下基础,而南海夏季风爆发则表现为低空环流的大调整。南海夏季风的爆发是高、低空全球大气环流发生显著调整的结果,并非限于南海范围局部,南海夏季风建立不能看作是发生在南海的局部现象。     

我国低纬高原地区初夏强降水天气研究II·2005与2001年5月云南旱涝成因的对比分析

2001年和2005年的5月云南分别出现了严重的洪涝和干旱天气。通过分析研究表明,这两年在大尺度环流形势、季风爆发的早晚和强弱以及ENSO背景的影响等方面都有着显著的不同。2001年5月对流层中层的东亚槽位置偏西且强度偏强,同时南支槽稳定维持且较强,致使冷暖空气易于在云南地区交汇,这可能是在该地区产生较强降水的主要环流形势,而2005年5月东亚槽位置偏东,南支槽较弱,致使云南地区几乎没有水汽来源和缺乏冷暖空气的交汇,这是产生干旱的主要环流形势;同时南海季风爆发的早晚和强弱与云南5月降水也有着较好的关系,2001年5月南海季风爆发偏早且强度偏强,而2005年5月南海季风爆发偏晚且强度偏弱,这两年5月的降水差异较大;对水汽分布的分析还表明,2001年5月云南地区为水汽辐合区,且较常年平均偏大,水汽通量为西南向,且强度较强。而2005年5月云南为水汽辐散区,孟加拉湾的水汽向东进入南海,云南地区非常干燥;从ENSO大背景对其影响的分析可知,2001年5月的洪涝和2005年5月的干旱与这两年的前期海温变化似乎也存在一定的联系。     

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究II·短波辐射方案的改进

在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3)。数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征。Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1)。此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化。可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础。本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力。