李强[1]2004年在《太平洋年代际变化及其非线性作用机制初探》文中研究指明太平洋除了存在类似ENSO的年际变化以外，还存在年代际尺度的变化，其在北太平洋主要表现为PDO(太平洋年代际涛动)现象，并且太平洋在1976-1977年附近存在气候的跃迁。有关太平洋年代际变化机制的研究，尚存在诸多的争议。 本文利用现有的JEDAC、NCEP、COADS等资料，分析了PDO现象的时间与空间变化特征，并讨论了大气风场对PDO现象的贡献，风应力的变化对PDO为一正反馈作用。 根据PDO现象的上述特征，建立了一非线性海气耦合模型以解释太平洋年代际变化的形成和发展机制。这一模型的定性分析结果表明，中纬度纬向风异常引起的Sverdrup输运对该地区热量年代际尺度上的收支起重要作用；高纬和低纬的温度差是维持中纬度异常风场的重要因素。当该温差达到某一临界值时，由于海气耦合系统的非线性作用，会产生异常风场的突变。风场的异常变化又会重新改变高纬和低纬的热收支，从而产生不连续的耦合的振荡，这一振荡的周期是年代际尺度。因此，中纬度太平洋自身也可以产生年代际的振荡。并且这一海气耦合机制同样适用于大西洋。另外，这也同时表明10°N-20°N上层热含量的年代际变化并不完全是由潜沉作用引起的。 热带太平洋与中纬度存在相似的年代际变化，也存在类似PDO准20年和20年以上周期的异常信号，NINO3指数和PDO指数存在良好的正相关，并且热带太平洋东、西海区分别与黑潮延伸体处的上层热含量异常成正相关和负相关。 根据中纬度海气耦合系统的分析，太平洋低纬度上层热含量也存在年代际的变化，并且与高纬度存在负相关。这一区域热含量的异常会影响赤道区的东风，从而产生在热带太平洋东西部的热含量异常的年代际反位相振荡。ENSO等短时间尺度现象的调制作用对赤道海区东西反位相振荡的贡献不可忽视。因此热带太平洋准20年及20年以上年代际变化的源地可能是在中纬度。另外，热带太平洋上层热含量和温跃层还存在准10年际的西行信号。
陈珂[2]2007年在《太平洋有效重力位能及年代际变化成因初探》文中研究指明根据有效重力位能的最新算法,利用WOA98和SODA1.4.2资料计算了太平洋各区域的有效重力位能,分析了其季节、年际和年代际变化特征,并进一步分析了各时间尺度上不同区域有效重力位能的变化的可能原因。在此基础之上,结合数值模式和已有理论,初步探讨了热带太平洋年代际变化的原因。利用WOA98计算的太平洋(所研究区域)的有效重力位能,仅占太平洋总位能的不到万分之一。另外,热带太平洋的有效重力位能密度要大于中纬度洋区的有效重力位能密度。从中尺度有效重力位能的计算结果来看,太平洋的有效重力位能高值区主要集中在黑潮延伸体以及南、北赤道流和南、北赤道逆流附近,在这些区域,较强的流速剪切或强的密度锋可能是导致局地有效重力位能偏大的原因。结合SODA资料计算并分析了太平洋有效重力位能的变化特征。北太平洋的有效重力位能与南太平洋有效重力位能的季节变化规律相反。这主要是受太阳直射点的迁移所引起的海表净热通量的季节变化所导致的。热带太平洋的有效重力位能季节变化规律与南太平洋的变化规律比较相似,这应该是由于南赤道流跨越赤道,热带地区有较多的南太平洋季节变化信号造成的。太平洋(整体)有效重力位能与PDO指数在年际和年代际尺度上都有较好的反位相关系,这一特征与热带太平洋有效重力位能的特征是一致的。研究还发现热带太平洋有效重力位能的年际变化与Nino3.4指数也有较好的反位相关系。ENSO现象与太平洋有效重力位能的年际变化有着非常密切的关系。着眼于20世纪70年代末期的太平洋“冷暖”位相调整,太平洋(整体)有效重力位能和热带太平洋有效重力位能均表现为位相调整之后的均值要低于之前的。但北太平洋却表现为位相调整之后的均值要大于之前的均值,这一规律与热带地区的变化规律完全相反。在热带太平洋,1977年前后,热带太平洋的温跃层发生了年代际调整,温跃层“西深东浅”的趋势减弱;另外,热带太平洋次表层海温降低和上层海水增温也加强了该区域的层结稳定性。这些变化会导致热带太平洋整体的重力稳定度加强,因此有效重力位能减少。在北太平洋,1977年的气候跃迁发生后,海温发生了大面积的负异常,垂向从表层到500米的深度上均表现为异常变冷。这会导致上层海水增密,使得重力不稳定性加强,有效重力位能增大。从太平洋整体来看,1977年以后的平均重心位置要低于之前的平均重心位置。重心变低则可能意味着更多的较重的海水移向大洋深处,或者上层海水变轻,意味着海洋的稳定性加强,因此有效重力位能减少。风场、温跃层、温度结构、重心等的变化是导致各区域有效重力位能年代际变化的可能原因。热带太平洋受北太平洋海气耦合的影响较小,SST和有效重力位能的结果均证实了这一点。结合潜沉水质点的轨迹图可以发现,北太平洋混合层底部的水质点很难到达赤道海域,而南太平洋混合层底部的水质点则可以较为畅通的进入赤道海域。从1971年左右,随着海温异常在南太平洋的传播,有效位能的高值区的位置也随之发生变化。从南太平洋副热带的东部开始,在大约200m的深度上,可以发现有效重力位能地高值区从南太平洋副热带的东部向热带西太平洋传播,并在1977年左右到达170°E,2°S的海域并进入赤道潜流区。这一结果从能量角度验证了Giese等人提出的南太平洋影响赤道太平洋的的观点。本文工作的创新点为结合海洋模式同化资料,计算了太平洋各区域有效重力位能的变化特征,并初步分析了导致有效重力位能各时间尺度不同区域的变化原因。结合数值实验、水质点运动轨迹追踪方法研究了南、北太平洋对热带太平洋年代际变化的贡献,并从能量角度对已有的学说进行了验证。
丁瑞强[3]2007年在《非线性误差增长理论与可预报性研究》文中进行了进一步梳理本文针对过去动力系统线性误差增长理论研究的不足,利用非线性动力系统的理论和方法引入了非线性误差增长理论;然后利用实际观测资料,结合大气的动力学特征,给出了利用非线性误差增长理论确定大气可预报期限的计算方法;最后分别研究了大气中不同变量场天气可预报性和气候可预报性的时空分布,天气可预报性的年代际变化,以及海温可预报性的时空分布等问题。主要结论如下:(1)、对非线性系统的误差发展方程不作线性化近似,直接用原始的误差发展方程来研究初始误差的发展,定义了非线性局部Lyapunov指数的概念,引入非线性误差增长理论。根据非线性混沌动力系统的性质和概率理论,证明了混沌系统误差增长的饱和值定理;根据这个定理,对于一个非线性混沌动力系统而言其平均相对误差增长到达饱和后系统的演变进入了随机运动状态,可预报性丧失,因此,非线性动力系统平均相对误差增长达到饱和的时间即为非线性系统可预报性时间。利用这个定理可以定量地确定混沌系统整体的可预报期限,也可以定量地确定混沌系统单个分量的可预报期限。此外,混沌系统可以通过系统局部平均的相对误差增长定量地确定出局部可预报期限的大小。(2)、一些简单混沌系统的可预报期限与初始误差的对数存在线性关系,线性系数与全局最大Lyapunov指数有关,最大Lyapunov指数越大,则可预报性期限随着初始误差对数的增大线性减少的速率也越大。(3)、初始误差和参数误差对非线性系统可预报性的影响所起的作用大小主要取决于初始误差和参数误差的相对大小,当初始误差远大于参数误差时,系统的可预报期限主要由初始误差决定;反过来,当参数误差远大于初始误差时,系统的可预报期限主要由参数误差决定;当初始误差和参数误差大小相当时,两者都对系统的可预报期限起重要作用。(4)、利用实际观测资料,结合大气的动力学特征,给出了利用大气的实际观测资料估计大气可预报期限的计算方法;利用NCEP/NCAR再分析资料,对大气高度场、温度场、纬向风场、经向风场以及垂直速度场等要素场的可预报性的时空分布进行了研究,结果表明对于不同的要素场,其可预报期限的大小以及时空分布规律都不一样;对于同一高度层而言,全球大部分地区高度场和温度场的可预报期限相对较大,纬向风场和经向风场次之,垂直速度场的可预报期限最小。(5)、在500 hPa高度场上,全年平均的月和季节尺度可预报期限的空间分布都存在明显的南北纬向性差异,其中在热带地区月和季节尺度可预报期限都为最大,而从热带地区到南北半球的中高纬度地区,月和季节尺度可预报期限迅速减少。(6)、在全球的大部分地区天气可预报性都存在着明显的年代际变化特征。具体来说,在对流层各层(850 hPa、500 hPa和200 hPa)的热带太平洋地区,天气可预报性在1980、90年代,与1950、60年代相比较明显增加,而在热带非洲和大西洋地区天气可预报性在1980、90年代,与1950、60年代相比较明显减小;此外,北半球中高纬度的大部分地区从1950年代至1990年代天气可预报性明显减小,南半球中高纬度的大部分地区天气可预报性明显增加。在平流层的下层(50 hPa),在整个热带地区(30oS~30oN)从1950年代至1990年代可预报期限都明显增加。(7)、从海温全年平均可预报期限的空间分布来看,可预报期限的最大值出现在热带中东太平洋地区即发生ENSO现象的区域,可预报期限基本上都在8个月以上,最大值达到了11个月以上。此外,在热带印度洋和热带大西洋的大部分地区,可预报期限也相对较高。北太平洋地区、北大西洋地区以及南半球中高纬度海区可预报期限较小。全球大部分海洋可预报期限都随季节有明显变化,在热带中东太平洋地区和热带东南印度洋地区,可以分别发现春季和冬季可预报性障碍对可预报性有很大的影响。
胡泊[4]2016年在《20世纪90年代末东亚夏季降水年代际变化及其机理初探》文中研究表明在自然变率和人类活动的共同作用下,东亚地区的夏季降水表现出了显着地年代际变化特征。在1990s末,华北及东北地区夏季降水持续减弱,而江淮流域却洪涝频发。因此本文基于以上前提,利用相关分析,小波变换,合成分析,相似系数,EOF分解等气象中常用的方法,围绕“东亚夏季降水年代际调整-环流系统异常-水汽输送异常-海温外强迫作用”的主线,开展了对1990s末东亚夏季降水年代际的时空变化特征,以及对应的环流变化特征、水汽输送变化特征和外强迫特征进行机理分析,主要结论如下：(1)东亚北部夏季降水在1990s末发生年代际的转折。主要表现为由湿向干转变,而东亚南部夏季降水在二十世纪九十年代初和二十一世纪都发生了年代际转变,降水由干转湿再变干。从东亚区域宏观整体的角度则更表现为雨型的“+-”型向‘-+’型转变,同时东亚北部地区夏季降水的年代际变化特征较东亚南部地区夏季降水的年代际变化特征明显。(2)东亚地区1990s末夏季环流的年代际变化特征。造成东亚地区夏季降水在20世纪90年代末发生年代际转变的直接原因就是东亚地区夏季环流年代际异常呈现南北反相的偶极子型。如：对应着20世纪90年代末此次年代际变化,欧亚大陆中高纬度高度场形成“两脊一槽”的分布,东亚地区从南到北呈现“-+”的偶极分布特征有利于在中亚地区形成阻塞高压频发；850hpa风场在东亚北部为反气旋所控制,而U200风场辐合,东亚南部形成一气旋,高层辐合,低层辐散；整层的水汽输送在东亚北部地区反气旋式异常输送,水汽输送辐散,南部地区形成一气旋式异常输送,水汽输送辐合,有利于东亚南部地区降水。同时北太平洋和西太平洋海温在20世纪90年代中后期变冷。通过北太平洋海温指数和西太平洋海温指数对东亚夏季降水和500hpa高度场进行相关分析：太平洋海温指数跟东亚夏季降水和500hpa高度场都有很好的对应关系,因此北太平洋海温和西太平洋海温是引起东亚夏季降水,500hpa高度场发生年代际变化的重要成因之一。(3)1990s末,东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区(90。-145。E,35。-55。N)西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500hPa高度场、850hPa风场和850hPa比湿均显着相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋一欧亚(AEA)遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。
吴永萍[5]2011年在《气候变化对塔里木河流域大气水循环的影响及其机理研究》文中研究表明我国是一个缺水严重的国家,不仅人均占有水量低,水资源时空分布不均且往往与用水不协调,形成了严重的供需结构矛盾。一方面受季风气候影响,我国的水资源经常呈现阶段变化,导致严重的洪涝与干旱;另一方面,我国经济在迅速发展的同时也造成了水资源的严重污染,加剧了我国水资源短缺的局势。水生态失调已经成为制约我国可持续发展的瓶颈。目前,我国的水资源供应已经出现不安全迹象,未来全球变化背景下水资源的形势将更加严峻。新疆塔里木河是中国最长的内陆河,也是世界第二大内陆河(仅次于伏尔加河)。位于干旱的塔里木盆地北部,占地约1.02×106平方公里,是该地区生态、自然和各民族生存的生命线,因而被誉为“生命之河”,或“母亲河”。塔里木河流是环塔里木河流域的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开都河—孔雀河、迪那河、渭干河与库车河、克里雅河和车尔臣河等九大水系144条河流的总称,流域总面积102×104kmm2(约106万平方公里),占我国国土总面积的9.41%。塔里木河干流全长1321km,自身不产流,依靠源流补给维系其生态环境。塔里木河流域叁面环山,使得该地区水汽输送十分复杂,其机理也一直是个悬而未决的问题。长期以来,气候变化和人类对水土资源的过度开发导致平原地区河道断流,湖泊枯竭,土地沙化。该地区生态环境发生了明显变化,经济和社会可持续发展受到严重制约,直接影响着整个西部地区的生态安全。所有这些,在很大程度上取决于空中水资源和大气水循环的变化及其趋势。因此,为了进一步理解该地区水汽输送状况以及未来发展趋势,研究该地区的水循环机理显得十分重要和迫切。由于塔里木河流域地形十分复杂,且塔里木河流域地处塔克拉玛干大沙漠腹地,受西风控制且处于季风边缘,叁面环山,被一个背对西风的U形大地形包围,形成了该地区独特而复杂的区域地理特征。但大地形、西风环流以及季风在区域气候形成中的相互关系尚不清楚。为此本文要解决的两个主要问题是：1)影响塔里木河流域水汽输送的多尺度环流与大地形的相互作用关系；2)气候变化对不同下垫面状况的局地水循环和降水的影响机理。本文选择塔里木河流域空中水汽、降水、湿度、风场、温压和DEM等资料,分析其在气候变化背景下的时空演化特征;对流域按不同的坡向、高程以及不同的下垫面状况进行对比分析,揭示进行气候变化对流域尺度水汽输送变化的驱动机理,即影响塔河流域水循环的多尺度大气环流系统的相互作用关系,以此为背景,研究典型区域内部水汽交换过程及其与降水特别是山区降水的关系,探索发生的原因,揭示气候变化对水循环的影响机理。主要的研究内容和结论如下：(1)塔里木河流域水汽输送时空演化特征。结果表明,塔里木上空水平方向为水汽汇,且纬向贡献大于经向；水汽的水平和垂直净收支均具有季节性变化,且夏季辐合为主,冬季辐散为主；水汽的水平输送和经纬向净输入量都表现为较一致的年际变化,且均在1970s年代中后期出现了较明显的年代际突变；在1978年到2003年全球变暖明显的时段内,水平方向水汽净输入量呈减少趋势。(2)塔里木河流域水汽通量散度时空演化特征。结果表明,塔里木河整个流域均表现为水汽的辐合,辐合中心位于塔里木河流域的南边,昆仑山北坡和帕米尔高原东交界处的盆地内和田河流域,其空间分布大致呈由西北到东南逐渐增加的趋势；整个对流层水汽的辐合主要集中在600hPa高度以下的对流层下层；在年代际变化上,20世纪60年代辐合量较大,20世纪70年代开始减小,到了20世纪80年代整个水汽辐合量有所增加,20世纪90年代又有所下降,21世纪初10年(近10年)有回升的趋势,但不明显。(3)塔里木河流域大气可降水量时空演化特征。结果表明,塔里木河流域上空大气可降水量在塔里木河流域腹地平原区域为相对高值区,四周的山区为低值区；降水量多年大气可降水量明显高于降水量少年,差值最大为2千克／米2,位于塔里木河流域腹地；塔里木河流域山区、平原以及整个流域大气可降水量年变化均呈现明显的季节性特征,全年可降水量的最大贡献为夏季,且最大值在7月,最小值在1月；在年代际变化上,山区与平原变化比较一致,在20世纪60年代中期到20世纪70年代中后期,大气可降水量出现了明显的下降趋势,其后的变化幅度相对减小。(4)塔里木河流域降水的时空演化特征。结果表明,塔里木河流域的降水主要呈现由东南向西北逐渐增大的空间分布形态；不同地区的降水量存在差异,山区总体大于平原,整个流域以天山南坡山区降水量为最多,昆仑山北坡平原地区最少；降水量随海拔高度的升高而增加,但在不同地区,降水量随高度的变率也不相同,与坡度和风向有关；整个塔里木河流域的山区和平原的降水量年际变化比较一致,但年代际变化差异较大,尤其是1987年到2003年全球气温显着增暖的期间,山区呈现明显的上升趋势,而平原则呈现基本不变甚至略有减小的趋势。(5)塔里木河流域降水转化率时空演化特征。结果表明,塔里木河流域山区降水转化率约为平原的7.7倍；山区和平原的降水转化率年际变化比较一致,相关系数为0.437,但两者年代际变化差异较大,尤其是在20世纪70年代后期到21世纪初,全球变暖较为明显的阶段,塔里木河流域山区的降水变化率呈现非常明显的增加趋势,而平原增加非常缓慢,几乎没有变化。(6)塔里木河流域多尺度大气环流的相互作用及其对水汽输送的影响。结果表明,影响塔里木河流域水汽输送水的主要大气环流因子包括：西风环流、NAO、ENSO及与之相关的东亚季风,主要的局地环境因子包括：U型大地形,内陆地理位置、植被分布等。由于西风环流和U型大地形的相互作用,使得塔里木河流域的水汽输送在对流层的上层和下层之间出现了转向,并影响了四边界的水汽输入量及其变化。另外,在ENSO、NAO以及东亚季风等的扰动下,西风环流的强弱发生非线性改变,并进一步影响塔里木河流域的水汽输送。在这些因子的综合作用下,塔里木河流域的水汽输送呈现以下特征：整个流域水汽净输入量的最大贡献为东边界,依次为北边界和西边界,南边界输入为负,这与传统的塔里木河流域的水汽输送以西方路径和西北路径为主的结论有所不同；在对流层上层,纬向和经向水汽净输入量之间存在负相关关系,西风环流主要影响纬向水汽净输入量；但在对流层下层,经纬向水汽净输入量之间存在非常显着的正相关关系。以上正是由于U型地形对水汽输送的转向作用导致的。(7)气候变化对塔里木河流域水循环的影响机理。结果表明,气候变化和人类活动导致了全球变暖,并使得全球大气环流发生改变；全球变暖加速了水循环,但不同尺度的水循环对气候变化的响应有所不同；由于海陆间水循环通过大气环流的变化来调整,局地水循环则受局地因子,如地表水资源、植被等的影响；从而使得塔里木河流域的水循环在山区和平原出现了不同的响应。可能由于中纬度大陆地区人类活动的加剧,使得中纬度地区增温幅度大于低纬地区,减小了中低纬度之间的热力差异,导致全球海陆间水汽运输减缓。这一变化直接导致塔里木河流域水汽净输入量以及空中水汽含量的减少。这对于地表水资源和植被都比较稀少的塔里木河流域的平原地区影响很大,并直接导致该地区降水量的减小,水资源匮乏。但对于山区影响不大,由于塔里木河流域山区具有丰富的地表水资源和茂密的植被分布,全球变暖直接导致该地区局地水循环的加速,并引起降水的增加。
谭桂容[6]2007年在《夏季亚洲中纬度大陆高压活动特征及其异常的机理》文中研究表明利用观测资料、NCEP／NCAR再分析逐日资料、月海温资料和CCM3.6气候模式，分析了亚洲中纬度大陆高压的地理分布和时间变化特征，重点以20世纪70年代末气候突变以来异常频繁发生的贝加尔湖南侧地区大陆高压为例，分析了大陆高压异常的时空演变特征，利用诊断分析和数值试验，从内部动力学和外部强迫两个方面探讨了大陆高压维持及其异常频发的原因，然后在此基础上讨论了大陆高压异常对我国夏季气候的影响。结果表明：1．大陆高压存在两种类型，与两类大陆高压相联系的大尺度环流场特征基本相反。1979年以来，贝加尔湖南侧(35-55°N；90-105°E)区域的大陆高压活动异常增加，特别在7、8月份。大陆高压以维持日数在3天以上的占多数，其中具有闭合中心的大陆高压占少数。2．大陆高压维持的波能传播路径主要有叁条，北太平洋西部和北大西洋东部近欧亚大陆海域为大陆高压异常维持的海洋热强迫涡动源区。扰动能量在大气中传播通过涡流相互作用引起的动量和热量输送，在贝加尔湖附近有利于扰动从基流中获得能量而发展，是贝加尔湖南侧大陆高压维持的重要大气内原因。3．北大西洋东部和北太平洋西部近大陆海域海温异常增暖是贝加尔湖南侧大陆高压异常频发的重要原因。夏季北半球海温(Mode1和Mode2)和环流(AMode1和AMode2)主要存在两种异常分布型，AMode1除受热带海温影响外，还反映了北大西洋东部和北太平洋西部近大陆海域的海温异常对大气环流的影响。AMode2对应热带地区海温异常，北半球热带外地区的海温异常为对大气异常的响应。Mode1对应的关键区域海温变化趋势与贝加尔湖南侧大陆高压的变化趋势一致，为大陆高压频发的主要原因。热带海温异常(特别是太平洋)的不同分布，分别对应不同类型大陆高压的发生。4．大陆高压发生时，中国东部盛行偏北风异常，夏季风减弱。不同环流背景下大陆高压异常对我国气候的影响不同，大陆高压的作用表现为对背景环流场影响的调节。对应大陆高压的年代际异常，华北降水分布及其耦合环流的年际关系发生了改变。当大陆高压活动异常频繁时，华北夏季降水主要与西风带系统有关；反之，华北夏季降水则主要与西太平洋副高的变化有关。
刘聪[7]2014年在《中尺度涡对北太平洋副热带西部模态水的影响初探》文中进行了进一步梳理利用卫星高度计提供的地转流异常场及Argo浮标温度盐度剖面，研究了北太平洋副热带区域中尺度涡及北太平洋副热带西部模态水（NPSTMW）的分布特性及中尺度涡中NPSTMW的统计特征。北太平洋副热带区域共探测到2992个生命史长于30天的中尺度涡，主要向西迁移，迁移速度为4.6cms1。通过融合Argo浮标及由地转流异常数据得到的涡旋资料，发现由于28°N以南远离NPSTMW生成区域，鲜有较厚NPSTMW存在。28°N以北反气旋涡中NPSTMW的平均厚度比气旋涡中厚60dbar；在反气旋涡中厚于150dbar的NPSTMW的概率是18%，而气旋涡中仅有不到1%。28°N以北区域NPSTMW厚度大于100dbar的核心位温的年际变化与黑潮指数的年际变化密切相关，而其核心盐度与NPSTMW的主生成区的上年暖季的蒸发降水通量有关。通过融合高度计资料和Argo浮标剖面资料，3377（3517）个剖面被用来重构气旋涡（反气旋涡）。在5-12月反气旋涡能把低位涡水体限制在其中心，而气旋涡中NPSTMW强度较周围弱。垂直断面上看，低位涡水体在反气旋（气旋）涡中心最厚(薄)。重构的反气旋涡（气旋涡）的“保留深度”是300m（500）m。“保留深度”即涡旋的旋转速度超过涡旋平移速度的最大深度。这表明反气旋涡比气旋涡不仅能生成更多模态水，而且更能保存模态水。
刘祖涵[8]2014年在《塔里木河流域气候—水文过程的复杂性与非线性研究》文中研究说明全球暖化现象正在世界各地以加速的节拍在发展,而伴随全球暖化的结果之一就是全球气候及水文循环正在急剧的改变,气候-水文过程因气温的上升及气候极端变化而有明显的调整。塔里木河流域作为一个干旱区典型,是气候水文变化的敏感区域,许多研究人员对其已经展开了大量的研究和讨论。对气候-水文过程的特征及其随时间演变的规律和内在动力学机制的研究,将有助于制定新的环保治理措施和发展更有效气候-水文预测预报方法,从而减缓气候-水文环境的恶化。气候-水文系统由多个子系统组成,并受到多圈层、多要素、多尺度的共同作用,子系统之间一种或多种方式发生非线性的内部或者外部的相互作用,导致它们不仅在时间上而且在空间上产生多种复杂形式的关联结构,形成了外有压迫、内有非线性耗散的复杂巨大系统,整体表现出复杂性。其影响因素有很多,例如,人类活动、地理位置、下垫面复杂的特征等等。但这些因素不是相互独立无关的,而是在各种时空尺度内产生复杂的非线性相互作用,从而使得塔里木河流域气候-水文过程的时间演化过程呈现出内在非线性外在复杂性的特征。针对上述问题,本文引入分形理论、混沌理论、复杂网络理论等并结合GIS技术对塔里木河流域的气候-水文过的复杂性与非线性特征进行了系统的定性与定量分析；深入研究了气候-水文因子某些复杂的时间演变过程和动力学机制；最后分析了气候-水文过程的临界自组织行为,对其存在的复杂性与非线性进行初步解释。本文主要的研究工作及其结论如下：1.首先应用重标极差法(R/S分析)、消除趋势波动分析法(DFA分析)以及谱分析法对日平均温度、日降水量、日平均相对湿度、日蒸发量和开都河日径流量序列进行分析,研究其长期持续性特征。结果表明,五个因子时间序列在较短的时间尺度上(约一年),具有明显的标度不变性,均表现出相类似的较高的长记忆性；而五个序列而在较长的时间尺度上(大于一年),不同因子时间尺度上的幂律特征存在着一些明显的差异。然后,借助消除趋势互相关性分析(Detrended Cross-Correlation Analysis, DCCA)揭示五个因子之间的长程互相性。结果发现,F2(S)与s的双对数曲线存在两个甚至叁个无标度区间。最后在GIS空间分析技术支撑下,应用联合克利金插值法,分析研究了塔里木河流域气候-水文过程的长记忆强度的空间分布特征。2.根据混沌理论,对日平均温度、日降水量、日平均相对湿度、日蒸发量和开都河日径流量序列通过相空间重构,应用Rosenstein算法及G-P算法,分别计算了它们的序列的关联维数D、最大Lyapunov指数λ1以及Kolmogorov熵K等特征量。结果表明五个因子时间序列中存在明显的混沌特性,是非线性混沌动力系统演化的结果；塔里木河流域的气候-水文过程的变化同时具有确定性和随机性。最后在GIS空间分析技术支撑下,应用地统计理论,通过叁个特征量分析了塔里木河流域的混沌特征和复杂度的分布。我们发现在气候变化复杂、具有径流、海拔较高的区域的值较大,混沌特性较强,复杂度较高,而受气候-水文过程影响较小的沙漠腹地区域的值较小,混沌特征较弱,复杂度较低,趋势明显。另外,通过关联维数D我们知道,D值越小(大),系统的层次越高(低),趋势越明显(不明显)。通过最大Lyapunov指数λ1,我们还知道五个因子的最大可预报尺度差异显着,低值地区最大可预报时间较长,高值区域较短；气候-水文因子系统的蝴蝶效应强弱程度表现为日平均相对湿度>日平均温度>日降水量≈日蒸发量,年径流量系统蝴蝶效应的平均强弱程度表现为和田河>叶尔羌河>阿克苏河≈开都河。3.应用两种多重分形方法(多重分形盒维数)对各气候-水文因子时间尺度和强度尺度上的多重分形结构进行分析。多重分形盒维数的分析表明,各因子在整个时间尺度上具有完全不同的多重分形特征,这些特征可以用叁个具有明确物理意义的参数(B,Aa和△f)进行定量表征。进一步,本文将五个时间序列分为5个或者4个年代,分析了各年代因子的多重分形特征的变化,并结合塔里木河流域的气候水文变化进行了分析。最后在GIS空间分析技术支撑下,应用联合克利金插值法,分析研究了塔里木河流域气候-水文过程的多重分形强度的空间分布特征。4.根据粗粒化方法,将塔里木河流域的逐日平均温度、日降水量、日平均相对湿度、日蒸发量和开都河日径流量序列转化为由5个特征字符{R,r,e,d, D}构成的气候-水文因子符号序列。以符号序列中的125种3字串组成的温度、降水量、相对湿度、蒸发量、径流量的波动模态为网络的节点(即连续3d的因子波动组合),并按照时间顺序连边,构建有向加权的温度波动网络(TFN)、降水波动网络(PFN)、湿度波动网络(HFN)、蒸发波动网络(EFN)、径流波动网络(RFN)进而将五个因子的波动模态间的相互作用等综合信息蕴含于网络的拓扑结构之中。计算叁种网络的度与度分布、聚群系数、最短平均路径长度等动力学统计量,从网络的角度对比研究五种序列内秉性质的差异,体现了五种气候-水文因子变化的复杂性。结果表明,五种因子波动网络均表现出很强的集聚性和较短的最小平均路径长度；TFN和RFN的度分布分别服从叁段和双段幂律分布,是具有无标度特性的小世界网络；PFN、HFN和EFN兼具有无标度特性和小世界效应,既是无标度网络又是小世界网络。我们还发现在五种因子波动网络中,一些顶点的顶点度异常高,以这些顶点为代表的温度波动模态发生概率较大,例如,TFN中的节点RRR、dRR、ReR....。在TFN、HFN、EFN和RFN、PFN的重要节点中分别大都包含了R、r和r、e两种符号,这说明塔里木河流域的气候-水文过程的波动主要以上升为主,前叁个因子比后两者上升的稍快。五个因子波动网络部分节点的介中向心性能力较强,4.5%(3.2%、3.2%、0.8%、3.2%)的节点承担了网络19.71%(19.71%、13.64%、3.4%、13.88%)的中介中心性功能,这些具有拓扑统计重要性的节点对于理解五个气候-水文因子波动的内在规律和波动信息的传递等有一定指导意义。根据5种顶点的平均度在塔里木河流域23个气象台站中的排行分布,将它们的主要作用区域依次定义为：一级度带、二级度带和叁级度带。平均度、相似系数、最短平均路径长度和平均集群系数分布存在一定的区域特征,为通过复杂性来研究气候-水文变化的区域特征提供了理论基础。5.首先,五个气候-水文因子的强度-频度关系说明极端气候-水文事件与小因子值变化事件的过程均可归因于同一种动力学机制。然后,建立具有自身衰减因子的数值沙堆模型对气候-水文演变过程进行模拟。模型中仅仅通过改因子值的衰减系数,其结果就可以很好地解释五种气候-水文因子实际的强度-频度关系。模型研究的结果表明,因子自身的临界自组织行为是气候-水文过程时间演化的动力学根源,正是气候-水文因子自身的自组织临界性导致了其时间演变中存在幂律关系。
肖子牛, 钟琦, 尹志强, 周立旻, 宋燕[9]2013年在《太阳活动年代际变化对现代气候影响的研究进展》文中研究表明太阳活动对现代气候变化尤其在年代际尺度的影响和贡献是亟待认识的科学问题之一。回顾了近年在年代际尺度上太阳活动影响地球气候的新观测证据,侧重阐述了太阳总辐射、紫外辐射和宇宙射线影响气候的途径和气候系统响应机制的细节,以及对其评估验证的新进展。此外,还指出对观测资料不确定性的评估、气候系统对太阳活动效应的放大机制的数值检验以及对未来可能的太阳活动极端事件的影响预估是目前研究中面临的挑战。最后,展望了该领域可能取得突破的关键点,为未来的科学研究提供参考。
参考文献：
[1]. 太平洋年代际变化及其非线性作用机制初探[D]. 李强. 中国海洋大学. 2004
[2]. 太平洋有效重力位能及年代际变化成因初探[D]. 陈珂. 中国海洋大学. 2007
[3]. 非线性误差增长理论与可预报性研究[D]. 丁瑞强. 中国科学院研究生院（大气物理研究所）. 2007
[4]. 20世纪90年代末东亚夏季降水年代际变化及其机理初探[D]. 胡泊. 扬州大学. 2016
[5]. 气候变化对塔里木河流域大气水循环的影响及其机理研究[D]. 吴永萍. 兰州大学. 2011
[6]. 夏季亚洲中纬度大陆高压活动特征及其异常的机理[D]. 谭桂容. 南京信息工程大学. 2007
[7]. 中尺度涡对北太平洋副热带西部模态水的影响初探[D]. 刘聪. 中国海洋大学. 2014
[8]. 塔里木河流域气候—水文过程的复杂性与非线性研究[D]. 刘祖涵. 华东师范大学. 2014
[9]. 太阳活动年代际变化对现代气候影响的研究进展[J]. 肖子牛, 钟琦, 尹志强, 周立旻, 宋燕. 地球科学进展. 2013