论文摘要
本文利用NCAR的大气环流模式CAM2,研究了不同地转速度和倾角对地球大气环流的影响。并将CAM2推广到行星大气数值模拟,初步对土卫六大气环流进行了模拟,进而研究了不同自转速度下土卫六大气环流的差异。本文主要结论如下:1三圈环流的变化无论从年平均气候态,还是季节平均气候态来讲,均以慢地转条件下全球范围的环流增强,快地转条件下全球范围的环流减弱为主要特征。强度变化存在季节差异,秋季变化最大。2慢地转条件下,年平均气候态温度场北半球为负异常,南半球为正异常。正负异常大致以15°S为界。3改变地转速度后,年平均气候态纬向风场发生了正负相间的异常变化,且快地转与慢地转反向变化发生的纬度稍有南北移动。4不同地转速度下春季,位势高度场、温度场、平流层经向风场、平流层垂直速度场的变化趋势与夏、秋两个季节以及年平均气候态的结果相反。5慢地转时,中纬度西风加强的现象在四季表现的都很明显,两半球纬向风的变化趋势在春季和秋季基本反向。冬夏两半球纬向风的变化不存在明显的反向变化趋势。慢地转和快地转条件下纬向风的变化趋势是反向的。6不同地转速度条件下,各要素场的变化有明显的季节差异。以秋季的变化最为明显。7非洲季风和温寒带季风大致表现为慢地转条件下减弱,快地转条件下增强的特征。8除了冬季北半球三圈环流、春季南半球Hadley环流和夏季南半球Hadley环流随着地转倾角增大而增强外,其他季节、其他环流均随着地转倾角增大而减弱。对于年平均而言,随着倾角增大,三圈环流强度逐渐减弱。南半球Hadley环流上升支在倾角为60°条件下明显增强。随着倾角增大,南半球Hadley环流范围有所增加,北半球Hadley环流和南半球Ferrel环流的范围有所减小。9随着倾角不同,风速变化有共同点但也存在明显季节差异。相同点为在四季均表现为随着倾角变大赤道东风范围增大,东风风速增强,赤道上空对流层东风减弱,北半球西风减弱,北半球中纬度急流减弱。不同点为,春季南半球中纬度急流增强,其余均为西风减弱,夏季和秋季南半球中纬度（西风增强）和高纬度（西风减弱）西风存在反向变化趋势,冬季全球西风减弱。对于年平均而言,倾角变大时,平流层东风范围增大、风速增强:而南北半球西风范围减小,北半球急流减弱,南半球急流增强;近地面,随着倾角变大,除了10°S-10°N之间东风增强以外,其他地区原有东西风场均减弱。10随着倾角变大,全球季风范围变大。这种变化又有水平和垂直方向的复杂性。850 hPa面上,当倾角增加时,非洲季风、南美季风、北太平洋上的季风和东亚季风都显著增强,全球季风范围有所增加;倾角减小时,非洲季风、南美季风、北太平洋上的季风和东亚季风都显著减弱,全球季风范围有所减小。11基于地球大气环流模式CAM2发展了可移植行星大气环流模式PGCM。通过模拟土卫六大气环流测试了PGCM模式的基本性能。并将PGCM模式结果与LMD模式结果进行比较。进而我们研究了地球转速下土卫六大气环流的特征,来研究旋转速度对土卫六大气环流产生的可能影响。PGCM模式可以充分模拟土卫六大气环流的基本结构,例如赤道上空平流层超级旋转（～108 m/s）、垂直经圈环流、一些垂直廓线及近地面东风等等。土卫六自转速度的大小可以显著影响土卫六大气环流的动力结构。当自转速度变为地球自转速度之后,土卫六大气环流表现为,整层西风减弱,而近地面东风加强。不同旋转速度对于土卫六经向环流的影响主要体现在对流层。在地转速度下,土卫六对流层大气环流表现为,两半球分别为三圈环流;而在土卫六转速下对流层南北半球各仅有两个环流圈。12日长在5倍地球日长到50倍地球日长范围内以及上层大气水平温度梯度要大于下层大气水平温度梯度,且下层大气水平温度梯度要很小,是土卫六存在西风塌陷的两个必要条件。
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