基于线性准地转位涡理论的感热加热强迫的副热带高压形态变异研究

The abnormally variations of Subtropical High have very important effects on weather and climate in tropics and in mid and high latitudes.It is very helpful to enhance the ability of weather forecast and climatic predition.The dynamics of subtropical high have developed very quickly recent years and a series of results have achieved, but there are disagreements in the information of subtropical high. That the surface subtropical anticyclones over the North Pacific and North Atlantic appears as "triangular shaped" remains unknown. The linear quasi-geostropic PV model is used to study the information of subtropical high.Firstly, The effects and roles on the strength,location and horizontal and vertical distributions of subtropical high forced by surface sensible heating will be discussed and the sensitivity of subtropical high to the basic flow will be studies. Secondly, we will study the negative vorticity effects of the surface friction. Finally, Subtropical high will be numerical simulated in a linear quasi-geostropic PV model given basic flow,sensilbe heating and radiative cooling which are near to observation data. The reason of the information of the surface subtropical anticyclons and their "triangular shape" and their centers biased to the east will be revealed.

副热带高压的异常变化对热带和中高纬地区天气气候有重要影响，深入研究副热带高压的形成和变异有助于提高天预报和气候预测水平、增强防灾减灾能力。近年来副高动力学发展迅速，取得了一系列成果，但在副高的形成原因方面存在诸多分歧，仍不清楚洋面副热带高压为什么呈现'三角形'的分布特征。本项目利用线性准地转位涡模型来研究副热带高压的形成，首先讨论静止大气以及东、西风基本流对感热加热强迫的副热带高压的强度和位置及其水平分布和垂直分布的影响和作用，考察副热带高压对基本流的敏感性。其次研究地面摩擦的负涡度源效应。最后，在接近实际的基本流背景场中，给定较为接近实际的感热加热场和洋面辐射冷却强迫源，在线性准地转位涡模式中模拟洋面副热带高压，揭示洋面副热带高压的形成原因及其'三角形'分布特征和'偏心'结构的形成机理。

副热带地区的外强迫有其特殊性，夏季副热带上空环流主要是热力驱动，全球辐射冷却和感热加热中心均位于副热带。感热加热作为大气运动的重要强迫源，对大气环流有重要作用和影响。本研究运用定常线性准地转位涡模型，研究陆面感热加热对副热带高压形成的作用，并讨论地面摩擦、牛顿冷却和基本流等的作用和影响，分析寻求洋面副高‘三角形偏心’特征的形成原因。本研究主要内容包括感热加热强迫的解析解和数值解两个部分。解析解是在特定假设条件下给出的，它存在一定局限性，比如，基本流的影响仅仅讨论了常数情况，另外，对于基本流为西风时的无粘解，无法求取解析解。因此，在此基础上进一步研究讨论了数值解。. 解析解的研究结果表明，东风时定常波在垂直方向上表现为上下反位相的第一斜压结构，且地面系统远强于中高层；西风时定常波呈现出向上的传播特征，在近地层，东风时气旋（反气旋）主体位于加热西（东）侧；西风时气旋（反气旋）主体位于加热东（西）侧，近地层以上相反。研究结果还表明，牛顿冷却对定常波有重要影响，基本流越弱时影响越显著。在静止大气中，感热加热强迫下无Sverdrup解，考虑牛顿冷却时，感热强迫在热源范围内的近地层和中高层分别激发出气旋式和反气旋式环流，气旋中心位于加热中心略偏西的位置。在非静止大气中，牛顿冷却项使地面系统中心向上风方向移动。牛顿冷却对高、低层系统均有削弱作用。地面摩擦则明显不同，它总会使低层系统减弱，高层系统增强。. 当给定与实际较为接近的简单、理想的副热带感热加热和辐射冷却强迫源后，数值解较好的模拟出了洋面副高的‘三角形偏心’特征。这与副热带背景风场的经向分布以及大洋东部强辐射冷却密切相关。副热带高（低）纬的西（东）风使副高东（西）移，形成东北-西南走向的‘平行四边形’结构，中心位于大洋西部。东部洋面强辐射冷却作用加强了大洋东部的副高，使其中心东移，在背景风场的共同作用下，形成特有的‘三角形偏心’结构。