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用格子Boltzmann模型模拟垂直平板间的热对流

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物理学报 2004年第3期53卷 671-675页

作者：赵颖季仲贞冯涛中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室

引入一个新的能量分布函数 ,利用该能量分布函数与粒子速度分布函数耦合来求解一个热流场 .因而 ,这一能量分布函数与粒子速度分布函数和Boltzmann方程构成了一个新的格子Boltzmann模型 .这一模型满足质量、动量和能量守恒的准则 .用该... 详细信息

引入一个新的能量分布函数 ,利用该能量分布函数与粒子速度分布函数耦合来求解一个热流场 .因而 ,这一能量分布函数与粒子速度分布函数和Boltzmann方程构成了一个新的格子Boltzmann模型 .这一模型满足质量、动量和能量守恒的准则 .用该模型对垂直平板间的狭缝热对流进行了数值模拟 ,数值结果表明 ,在Prandtl数为 1,Grashof数在 1 3× 10 2 — 1× 10 6 之间时 ,流场将出现多个旋涡结构的流型 .

关键词：能量分布函数热对流 Boltzmann方程粒子速度分布函数能量守恒动量守恒质量守恒热力学

用格子Boltzmann模型模拟非等温流场

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物理学报 2001年第7期50卷 1207-1212页

作者：冯士德张琼任荣彩中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

根据微观和宏观之间的质量、动量、能量守恒准则和在原格子Boltzmann模型基础上 ,建立了几个新的格子Bo ltzmann模型 ,使得在外力场中的格子Boltzmann模型得到进一步完善 .通过还原宏观流体力学方程 ,捕捉到了浮力强迫系数与Grashof数... 详细信息

根据微观和宏观之间的质量、动量、能量守恒准则和在原格子Boltzmann模型基础上 ,建立了几个新的格子Bo ltzmann模型 ,使得在外力场中的格子Boltzmann模型得到进一步完善 .通过还原宏观流体力学方程 ,捕捉到了浮力强迫系数与Grashof数之间的关系 .所得动量方程和Navier Stokes方程相比 ,在黏性输运项上有明显的改进 ,说明黏性应力不但与流体的速度梯度和流体的压缩性有关 ,而且还与非定常的内能梯度和动量通量有关 .该模型对非等温流场的数值结果证明了其具有很好的数值稳定性和适用性 .

关键词：格子Boltzmann模型平衡分布函数流体力学非等温流场 Navier-Stokes方程统计物理学

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混沌系统可预报期限随初始误差变化规律研究

物理学报 2008年第12期57卷 7494-7499页

作者：丁瑞强李建平中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

利用非线性误差增长理论计算了Logistic映射和Lorenz系统可预报期限随初始误差的变化,发现Logistic映射等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.在非线性误差增长理论的框架下,理论分析表明,平均误差增长达到一定值时... 详细信息

利用非线性误差增长理论计算了Logistic映射和Lorenz系统可预报期限随初始误差的变化,发现Logistic映射等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.在非线性误差增长理论的框架下,理论分析表明,平均误差增长达到一定值时,误差增长进入明显的非线性增长阶段,最终达到饱和;对于一个确定的混沌系统,在控制参数固定的情况下误差增长的饱和值也是固定的,因此可预报期限只依赖于初始误差.在可预报期限与初始误差对数存在的线性函数关系式中,线性系数与最大Lyapunov指数有关,在已知混沌系统的最大Lyapunov指数和某个固定初始误差的可预报期限的条件下,利用可预报期限与初始误差对数的线性函数关系可以外推得到任意固定初始误差的可预报期限.

关键词：非线性局部Lyapunov指数可预报期限初始误差混沌系统

地球自转与北半球中纬度地面温度的年代际关系及其可能物理过程分析

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地球物理学报 2018年第7期61卷 2641-2653页

作者：石文静肖子牛李崇银中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029

利用地球日长(LOD)资料和美国环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的气象要素资料,统计分析发现1962—2010年LOD的变化和北半球中纬度地面温度均存在明显的十年以上的波动周期.相关分析、合成分析等统计方法均检测到LOD与中纬度... 详细信息

利用地球日长(LOD)资料和美国环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的气象要素资料,统计分析发现1962—2010年LOD的变化和北半球中纬度地面温度均存在明显的十年以上的波动周期.相关分析、合成分析等统计方法均检测到LOD与中纬度地面温度的显著负相关关系,当地球自转速率加快时,北半球中纬度地面增温;反之,中纬度地面降温.小波功率谱和交叉谱分析则确定二者的相互关系属于准20年周期尺度上的年代际变化联系,并且LOD的变化超前于地面温度的变化大概3~4年.平均而言,LOD的变化可带来中纬度地面温度0.2℃的降温(或增温).通过对大气相对角动量、纬向风场、海平面气压场的年代际合成分析,揭示了LOD与地面温度的年代际联系形成的具体物理过程.当地球自转加速时,北半球高低纬度经向温差梯度减弱,热带地区向极地扩展,造成北半球中纬度地区地面增温;地球自转减速时段相反,经向温差梯度增强,热带地区向赤道收缩,中纬度地区地面降温.

关键词：中纬度地面温度地球日长经向温差梯度副热带西风带

热带、副热带海陆分布与青藏高原在亚洲夏季风形成中的作用

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地球物理学报 2006年第4期49卷 983-992页

作者：梁潇云刘屹岷吴国雄中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室

通过一系列的理想数值试验,研究了亚、非地区热带次尺度的海陆分布和青藏高原大地形在亚洲夏季风形成中的作用.试验结果显示:海陆分布的存在以及海陆分布的几何形状对亚洲夏季风的形成有非常重要的影响.下垫面全是海洋,没有陆地时,无季... 详细信息

通过一系列的理想数值试验,研究了亚、非地区热带次尺度的海陆分布和青藏高原大地形在亚洲夏季风形成中的作用.试验结果显示:海陆分布的存在以及海陆分布的几何形状对亚洲夏季风的形成有非常重要的影响.下垫面全是海洋,没有陆地时,无季风现象的存在.当仅有副热带大尺度陆地,而缺乏南亚次尺度陆地和非洲大陆热带陆地时,夏季无明显的越赤道气流,仅在欧亚副热带陆地的东南部有弱的季风,无印度、孟加拉湾和南海夏季风.中南半岛、印度半岛和非洲大陆热带陆地的存在,在夏季引导南半球的东南信风越赤道转向为西南气流,使得南海的北部、中南半岛、孟加拉湾和印度半岛、阿拉伯海上空的低层为强西南气流控制,印度、孟加拉湾和南海夏季风产生.副热带陆地向热带的深入对副热带陆上产生夏季强对流性降水起着至关重要的作用.青藏高原的存在加强了高原东侧的季风,使得季风区向北发展,青藏高原对东亚季风起放大器的作用;减弱了高原西侧的季风,使得季风区向南收缩.

关键词：热带和副热带海陆分布青藏高原亚洲夏季风数值试验孟加拉湾夏季风南海夏季风印度夏季风

新疆北部汛期降水年际和年代际异常的环流特征

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地球物理学报 2007年第2期50卷 412-419页

作者：杨莲梅张庆云中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室

新疆北部汛期（7～8月）降水量具有明显的年际和年代际变化．针对年代际、除去年代际后年际和不同年代际背景下年际变化三种时间尺度，利用NECP／NCAR再分析资料，分析相应的大气环流．结果表明，三种时间尺度降水变化的物理机制不同，... 详细信息

新疆北部汛期（7～8月）降水量具有明显的年际和年代际变化．针对年代际、除去年代际后年际和不同年代际背景下年际变化三种时间尺度，利用NECP／NCAR再分析资料，分析相应的大气环流．结果表明，三种时间尺度降水变化的物理机制不同，年代际背景非常重要．新疆北部汛期降水异常时，欧亚中高纬环流系统具有相当正压结构的显著异常．从气候角度和年代际大气环流变化，提出新疆年代际增湿存在索马里越赤道急流到新疆的三段式水汽接力输送方式，索马里急流和热带印度洋是中亚和新疆的重要水汽补充源之一．

关键词：新疆北部汛期降水量年代际变化年际变化大气环流异常

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南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

地球物理学报 2005年第6期48卷 1238-1249页

作者：贾小龙李崇银中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室

印度洋海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡,并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季(南半球冬、春)的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa... 详细信息

印度洋海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡,并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季(南半球冬、春)的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa高度场异常有显著而持续的相关,在冬、春达到最大,并可以持续到次年夏、秋.前期夏、秋季节的南印度洋偶极模对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响,对应偶极子正位相,次年夏季印度洋、南海(东亚)夏季风偏弱;副高加强且南撤、西伸,南亚高压偏强且位置偏东,易形成我国长江流域降水偏多,华南降水偏少;负位相年反之.后期冬季西太平洋暖池是联系南印度洋偶极子与次年我国夏季降水异常关系的一条重要途径.南印度洋偶极子表现出了明显的独立于ENSO(El Ni o-Southern Oscillation,简称ENSO)的特征.

关键词：南印度洋偶极子型振荡夏季降水亚洲夏季风西太平洋暖池 ENSO

东北夏季气温变异的区域差异及其与大气环流和海表温度的关系

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地球物理学报 2006年第3期49卷 662-671页

作者：孙建奇王会军中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)

利用1951～2000年中国东北地区23个台站资料,对东北夏季气温的时空分布进行了研究,发现其变化除具有整体的一致性外,东北南部和北部的夏季气温在年际和年代际时间尺度都表现出很大不同,其中北部区域的夏季气温在1987～1988年间发生了一... 详细信息

利用1951～2000年中国东北地区23个台站资料,对东北夏季气温的时空分布进行了研究,发现其变化除具有整体的一致性外,东北南部和北部的夏季气温在年际和年代际时间尺度都表现出很大不同,其中北部区域的夏季气温在1987～1988年间发生了一次显著的气候突变.另外,剔除夏季气温全区一致变化的年份后,南北两区夏季气温与大气环流和海表温度的关系表明：突变前,影响北部和南部冷/热夏季的大气环流形势存在显著的不同,关键海域亦有很大差异：影响南部的为中纬度西太平洋和印度洋部分海域,影响北部的主要为ENSO事件;突变后,两区的夏季气温及相应大气环流和关键海区都趋于一致.在整个分析时段内,北部夏季气温与东亚夏季风存在显著负相关,而南部的关系则不明显.

关键词：东北夏季气温大气环流 ENSO 东亚夏季风

初始误差和参数误差对混沌系统可预报性影响的比较

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地球物理学报 2008年第4期51卷 1007-1012页

作者：丁瑞强李建平中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

利用非线性误差增长理论,以Lorenz系统为例比较研究了初始误差和参数误差对混沌系统可预报性的影响.结果表明:在初始误差和参数误差单独存在时,系统的可预报期限随误差大小的变化规律基本上相同;对于相同的误差大小,初始误差和参数误差... 详细信息

利用非线性误差增长理论,以Lorenz系统为例比较研究了初始误差和参数误差对混沌系统可预报性的影响.结果表明:在初始误差和参数误差单独存在时,系统的可预报期限随误差大小的变化规律基本上相同;对于相同的误差大小,初始误差和参数误差对系统可预报期限的影响几乎相同,这一结果基本上不随参数范围的变化而变化.当初始误差和参数误差同时存在时,两者对可预报期限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,Lorenz系统的可预报期限主要由初始误差决定,可以不用考虑参数误差对预报模式可预报性的影响;反之,当参数误差远大于初始误差时,Lorenz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.在后两种情况下。在考虑初始误差对可预报性影响的同时还必须考虑参数误差的作用.这提醒我们在作实际数值天气预报的时候,不仅要重视初值的确定,也要重视数值模式控制参数的确定.

关键词：数值天气预报可预报性初始误差参数误差 Lorenz系统