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相似文献
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1.
张萌  杨萍  许小峰  王式功 《气象学报》2018,76(2):315-321
斜压不稳定理论是中高纬度地区天气尺度扰动生成和发展的机制,是继长波理论之后大气动力学上的又一重大进展,对现代天气预报具有重要的指导意义。按照斜压不稳定理论发展的时间脉络,阐述了赵九章、查尼和伊迪在斜压不稳定方面开展的研究工作,分析了3位科学家各自的研究特点及历史贡献。赵九章1946年发表在《Journal of Meteorology》上的论文,最早提出了"斜压不稳定"这一概念,给出了不稳定的临界波长,并阐述了在不稳定扰动情况下能量的转换,以及不稳定波对大气环流带来的可能影响,尽管得出的不稳定临界波长与观测差别较大,但其对波-流相互作用的讨论在当时是超前的。查尼于1947年采用滤波和尺度分析等方法,将大气扰动方程简化为一个可以求解的系统,推导出大气稳定状态的判据,建立了斜压不稳定理论,其结果与实况比较接近;并据此把准地转模式成功应用于数值天气预报实践中,促使数值天气预报获得首次成功。1949年,伊迪在查尼研究工作的基础上通过合理的简化方法,得到了更为简洁的模型。最后,通过对比他们的研究思路,重点分析了赵九章未能使得斜压不稳定理论提前一年建立的原因:由于其研究思路始终局限在大气水平运动上,忽略了斜压系统发展中散度项的贡献,因而未能抓住天气系统发生、发展的本质,致使其最终与斜压不稳定理论的成功建立失之交臂,其论文本身存在的一些亮点也因此被后人忽视。   相似文献   

2.
物理守恒保真计算与理想斜压不稳定波模拟的改进   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
钟琦  钟青 《高原气象》2010,29(5):1119-1125
斜压不稳定是大气波动动力学最重要的机制之一,离散数值方案对斜压不稳定发展的描述能力是模式评估的重要内容和模式改进的重要依据。利用斜压原始方程全球谱模式,进行了Jablonowski-Williamson斜压不稳定理想试验,对传统计算方案和物理守恒律保真两方案进行了模拟结果比较,发现通过保持时间离散过程中的全能量守恒,物理守恒律保真方案能够有效地改进传统方案中斜压扰动发生时间延迟的问题,并且在同等条件下增大斜压扰动的发展强度。对涡动动能收支的分析表明,斜压扰动发生时间和发展强度的改进与能量转换的特征有直接联系;在传统方案的基础上,物理守恒律保真方案由于在时间离散中保持了整体物理守恒性质,能量转换率(尤其是斜压转换率)得到显著增强,从而增大斜压扰动的强度,消息改善与中尺度相关的梯度特征等。  相似文献   

3.
"1998年二度梅"暴雨与非线性亚临界对称不稳定的初步研究   总被引:1,自引:2,他引:1  
对1998年7月20日00时8月1日12时这段梅雨暴雨过程进行诊断分析,并利用MM5V3中尺度模式作梅雨暴雨的数值试验,结果表明:(1)本次梅雨暴雨分为3大段过程,非线性亚临界对称不稳定可能是3段梅雨暴雨形成的重要机制;(2)扰动风场增长与降水增长关系密切,扰动风场的增长会超前于降水的增长,非线性亚临界对称不稳定的增强可能使降水增强;(3)非线性亚临界对称不稳定主要发生在高层200hPa,中层500hPa也有发生。非线性亚临界对称不稳定使线性对称稳定的大气变为不稳定。降水区和暴雨中心主要位于高层200hPa和中层500hPa扰动风场极大值南侧与低层850hPa扰动风场极大值北侧之间。(4)非线性亚临界对称不稳定扰动的P折时间和空间尺度,分别为5~8h和200~300km。  相似文献   

4.
把斜压气流中的短波槽看成波包,并把波包作为准地转模式的初值进行研究,发现波包的结构对其演变有重要影响,初始阶段急流轴下面向西倾斜的波包能够获得较快的发展,而向东倾斜的波包则是衰减的,这与WKBJ方法得出的结论[1]是一致的,但是无论西倾还是东倾的波包,除了其自身随时间的演变外,还会激发出斜压不稳定波动,而且随着扰动的发展,不稳定斜压波会逐步在扰动中占主导地位。由此可以解释某些中纬度气旋的发生发展问题。  相似文献   

5.
利用常规观测资料和NCEP/NCAR FNL资料对“狮子山”(1006)和“天兔”(1319)两个台风造成山东半岛秋季远距离大暴雨的特征进行了诊断分析。结果表明:1)造成两次大暴雨的天气形势和物理量特征有相似,也有差异。2)两个台风的生成源地、移动路径以及强度差别均很大,大暴雨发生在台风登陆后从广东移到广西的过程中,高空北支冷槽、台风倒槽和850 hPa切变线是造成山东半岛大暴雨的主要天气系统。3)台风东侧和副热带高压之间850 hPa偏强东南气流将东海、黄海的水汽源源不断输送到山东半岛并在此辐合;低层辐合、高层辐散和垂直上升运动均利于大暴雨的发生;大暴雨发生前大气处于不稳定大气层结;台风和中纬度系统相互作用形成两层或三层锋区的斜压性特殊结构及高空急流的增强是山东半岛秋季台风远距离大暴雨的重要特征。4)两次大暴雨过程中低空急流特征、锋区斜压性结构特征、不稳定大气层结特征存在较大差异。  相似文献   

6.
一个正压和斜压不稳定的充要条件   总被引:1,自引:0,他引:1  
提出一个新的李雅普诺夫函数,首次得到了正压和斜压不稳定的充要条件,大大改善了热知的Rayleigh-郭晓岚定理和Fjortoft定理,解决了Rayleigh(1880)提出的无粘切变流正压稳定性问题。  相似文献   

7.
海温对月平均环流影响的数值试验   总被引:3,自引:0,他引:3  
利用 T42L9全球谱模式,在相同初始场的条件下,将不同的 SST 作为外强迫源输入模式,其一个月延伸预报的结果表明,SST 的变化对第三旬的环流预报影响比较大,但对于不同的初值其影响是不同的,对于比较稳定的初值,不同的海温场对月平均环流的影响较小;而对于不稳定的初始场,则影响较大.同时指出了500hPa 高度预报场的均方根误差的增长在中纬度主要与大气中的斜压不稳定有关,如果斜压不稳定度大,则误差随时间增长快;斜压不稳定度小,情况则相反.  相似文献   

8.
缪锦海  宋燕 《气象学报》1993,51(1):12-20
基本气流含有经圈环流的斜压不稳定充要条件为:K~2<2F和(U_sk+V_s1)~2>U_0k~2.因而,对纯经向基流也可以出现斜压不稳定。在西风基流和给定经向波数1>0情况下,正经圈环流使不稳定区域增大,反经圈环流使不稳定区域减小,而在东风基流情况下,特征相反。 含有经圈环流的基流的不稳定增长率随波数变化特征与纯纬向基流的情况有着显著的不同。  相似文献   

9.
远距离台风暴雨过程的正/斜压不稳定   总被引:15,自引:2,他引:15  
利用正/斜压联合不稳定计算方法,分析了由9711号台风引起的远距离台风暴雨(实况及MM4模拟结果)过程中不同时段、不同位置的正/斜压项。结果表明:台风暴雨初始时段的降水主要由台风系统本身正压不稳定扰动引起,随着台风与西风带系统的结合,其南北部出现了2个雨区,均是正/斜压联合不稳定的产物;北部雨区的斜压不稳定较明显,且有随高空急流的非纬向性增强而增强的趋势。  相似文献   

10.
陆维松 《气象学报》2001,59(6):641-651
文中提出了一个新的广义能量作为 L yapunov函数 ,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据。并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值 ,另一个则是摩擦系数大于另一临界值 ,前者对后者有很强的约束。该判据表明 ,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定 ,它大大地改进了以前的结果  相似文献   

11.
长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析   总被引:12,自引:3,他引:12  
周玉淑  邓国  黄仪虹 《气象学报》2003,61(3):323-333
文中分析了 1998年 7月 2 0~ 2 3日发生于长江流域的持续性降水和暴雨过程 ,在分析大尺度降水和中小尺度暴雨相对应的环流场和天气实况的基础上 ,主要分析相应大气层结的对流不稳定和条件性对称不稳定条件 ,并对切变线上涡层不稳定做了重点介绍和分析 ,计算了条件性对称不稳定判据和涡层不稳定判据。结果表明 :降水期间大气低层有对流不稳定和对称不稳定能量的积聚 ,在这两类不稳定条件都基本满足的情况下 ,涡层不稳定的维持对此次降水过程中暴雨的发生提供了有利的不稳定环境场 ,具体的计算分析还表明环境场的配置制约着切变线上低涡扰动的发展 ,是造成降水的重要原因之一。  相似文献   

12.
Satellite observations have long revealed to us a spatially growing Kuroshio Extension (KEx), but its underlying dynamics is yet to be studied. With a normal mode model of absolute/convective instability, it is found that the mean zonal jet is unstable at all the sections in the downstream region (east of 154 °E). In each of the resulting complex dispersion relation diagrams there lies a single saddle point associated with a positive temporal growth rate; that is to say, the mean jet is absolutely unstable, implying that KEx favors self-sustained oscillations. By calculation the absolute instability wave has a period increasing from about 27 days to 72 days, and a slightly decreasing wavelength from 360 km to 250 km, as longitude increases from 154 °E to 174 °E, agreeing with those inferred from the wavelet power spectra and Hovmöller diagram of the satellite observations. As KEx travels downstream, the associated eigen-structure of the perturbation velocity changes from a surface trapped mode to a mode with components maximized in the vertical interior. This study shows that at least a portion of the KEx intraseasonal variability is of intrinsic origin, and may be predictable with the absolute/convective instability theory.  相似文献   

13.
圆形涡旋中的惯性重力内波不稳定和对称不稳定   总被引:10,自引:2,他引:10  
用Boussinesq近似下的轴对称径向二维柱坐标系中的线性扰动方程组,讨论了圆形大气涡旋系统中扰动的惯性重力不稳定和对称不稳定。在环境为正压情形时,惯性重力内波不稳定的条件为#A(μj/R0)2N2+n2F2<0;当环境为斜压时,具有平行型扰动特征的惯性重力波发展的条件为Ri*<1-[(3/2)+m]2,此时表现为对称不稳定。可见,惯性重力内波不稳定和对称不稳定都可作为台风、气旋一类圆形涡旋中扰动形成和发展的机制。  相似文献   

14.
黄淮气旋引发山东两次暴雨过程的对比分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
王玮  王英  黄玉芳 《气象科技》2014,42(6):1057-1063
利用常规天气图资料和NCEP再分析资料,对2002年5月14日和2013年5月26日发生在山东的两次气旋暴雨过程进行对比分析。结果表明:两次过程均是在高空低槽、西南涡及地面气旋共同作用下形成的,但气旋形成方式、高低空急流及空气不稳定层结有明显的差异。前者为倒槽锋生型,空气层结呈对流性稳定,冷暖空气在近地层交汇使得等熵面陡立触发垂直涡度增长和湿对称不稳定能量释放造成暴雨,后者为静止锋上冷暖平流加强形成气旋波,冷空气团叠加在暖湿气流之上通过降低低层稳定度强迫暖空气抬升触发对流不稳定能量释放造成暴雨;前者高空急流偏南,后者高低空急流配合较好激发出次级环流从而使上升运动增强;两次过程暴雨落区均在850hPa高能轴顶端冷暖空气交汇处。  相似文献   

15.
Properties and stability of a meso-scale line-form disturbance   总被引:1,自引:0,他引:1  
By using the 3D dynamic equations for small- and meso-scale disturbances, an investigation is performed on the heterotropic instability (including symmetric instability and traversal-type instability) of a zonal line-like disturbance moving at any angle with respect to basic flow, arriving at the following results: (1) with linear shear available, the heterotropic instability of the disturbance will occur only when flow shearing happens in the direction of the line-like disturbance movement or in the direction perpendicular to the disturbance movement, with the heterotropic instability showing the instability of the internal inertial gravity wave; (2) in the presence of second-order non-linear shear, the disturbance of the heterotropic instability includes internal inertial gravity and vortex Rossby waves. For the zonal line-form disturbance under study, the vortex Rossby wave has its source in the second-order shear of meridional basic wind speed in the flow and propagates unidirectionally with respect to the meridional basic flow. As a mesoscale heterotropic instable disturbance, the vortex Rossby wave has its origin from the second shear of the flow in the direction perpendicular to the line-form disturbance and is independent of the condition in the direction parallel to the flow; (3) for general zonal line-like disturbances, if the second-order shear happens in the meridional wind speed, i.e., the second shear of the flow in the direction perpendicular to the line-form disturbance, then the heterotropic instability of the disturbance is likely to be the instability of a mixed Rossby–internal inertial gravity wave; (4) the symmetric instability is actually the instability of the internal inertial gravity wave. The second-order shear in the flow represents an instable factor for a symmetric-type disturbance; (5) the instability of a traversal-type disturbance is the instability of the internal inertial gravity wave when the basic flow is constant or only linearly sheared. With a second or nonlinear vertical shear of the basic flow taken into account, the instability of a traversal-type disturbance may be the instability of a mixed vortex Rossby – gravity wave.  相似文献   

16.
NCEP-NCAR reanalysis data were used to analyze the characteristics and evolution mechanism of convective and symmetric instability before and during a heavy rainfall event that occurred in Beijing on 21 July 2012.Approximately twelve hours before the rainstorm,the atmosphere was mainly dominated by convective instability in the lower level of 900-800 hPa.The strong southwesterly low-level jet conveyed the moist and warm airflow continuously to the area of torrential rain,maintaining and enhancing the unstable energy.When the precipitation occurred,unstable energy was released and the convective instability weakened.Meanwhile,due to the baroclinicity enhancement in the atmosphere,the symmetric instability strengthened,maintaining and promoting the subsequent torrential rain.Deriving the convective instability tendency equation demonstrated that the barotropic component of potential divergence and the advection term played a major role in enhancing the convective instability before the rainstorm.Analysis of the tendency equation of moist potential vorticity showed that the coupled term of vertical vorticity and the baroclinic component of potential divergence was the primary factor influencing the development of symmetric instability during the precipitation.Comparing the effects of these factors on convective instability and symmetric instability showed some correlation.  相似文献   

17.
We investigated the dynamics of upwelling fronts near a coast. This work was first motivated by laboratory experiments [Bouruet-Aubertot, Linden, Dyn. Atmos. Oceans, 2002] in which the front is produced by the adjustment of a buoyant fluid initially confined within a bottomless cylinder. It was shown that cyclonic eddies consisting of coastal waters are enhanced when the front is unstable near the coast (the outer vertical boundary). The purpose of this paper is to provide further insights into this process. We reproduced the experimental configuration using a three-dimensional model of the primitive equations. We first show that for coastal fronts more potential energy, in terms of the maximum available potential energy, is released than for open-ocean fronts. Therefore, waves of larger amplitude are generated during the adjustment and the mean flow that establishes has a higher kinetic energy in the former case. Then as baroclinic instability starts and wave crests reach the boundary, cyclonic eddies are enhanced as in the laboratory experiments and in a similar way. However, in contrast to the laboratory experiments, offshore advection of cyclonic eddies can occur in two stages, depending on the spatial organization of the baroclinic wave. When the baroclinic wave consists of the sum of different modes and is thus highly asymmetric, the offshore advection of cyclonic eddies occurs just after their enhancement at the boundary, as in the laboratory experiments. By contrast, when a single-mode baroclinic wave develops, neighboring cyclonic eddies first merge before being advected offshore. Very different behavior is observed for open-ocean fronts. First a mixed baroclinic–barotropic instability grows. Then the eddies transfer their energy to the mean flow and the barotropic and baroclinic instabilities start again. An excellent agreement is obtained with the main result obtained in the laboratory experiments: the ratio between growth rates of surface cyclonic and anticyclonic vorticity increases as the instability develops nearer to the coast.  相似文献   

18.
竹利  王厚伯 《湖北气象》2008,27(3):242-247
利用常规气象资料和NCEP/NCAR 1°×1° 6h再分析资料,从大气环流形势、物理量场等方面对2007年4月29日发生在川东北地区的一次强冰雹天气过程的成因进行了分析。结果表明:此次西北气流型冰雹天气是在低能量环境场条件下发生的;冰雹天气发生前12h内降雹区的对流有效位能激增、午后下垫面强烈加热对大气不稳定性增强的作用显著;大气层结对流不稳定、湿对称不稳定、充足的水汽以及干线(露点锋)的存在为此过程提供了有利条件。  相似文献   

19.
作为气象研究中的一个难点问题,暖区暴雨的动力学一直为学界所关注。基于多尺度子空间变换(MWT)以及基于MWT的局地多尺度能量学分析和正则传输理论,对2018年5月7日的一次闽南暖区暴雨进行研究以了解其多尺度动力过程。首先将原始物理量场重建到三个尺度子空间:背景流子空间、天气尺度子空间和暴雨子空间。重构场上可以很好地看出背景环流尺度的高低空急流,以及暴雨尺度上的垂直环流。以往的研究普遍认为暖区暴雨的动力过程具有弱斜压性这一特征,而就此次事件而言,正压失稳和斜压失稳都起着很关键的作用,暴雨主要落区内既发生了正压失稳,也发生了斜压失稳。研究表明,对流层不同高度上的动力学存在差异,低层主要表现为正压失稳,天气尺度子空间与背景流子空间向暴雨子空间传输的动能相当; 中层主要是混合失稳,除正压失稳外,斜压正则传输也将有效位能从背景流子空间传输到了暴雨子空间,再通过浮力转换将有效位能转为动能,从而维持暴雨在中层的动力过程; 高层则与低层相似,但只存在背景流子空间向暴雨子空间的能量传输。   相似文献   

20.
采用适合于中尺度研究的f平面、非静力平衡、滤声波模式,运用解析方法研究了具有非热成风梯度存在的高空急流入口区右侧及低空急流入口区左侧的对称不稳定性问题。求出了扰动流函数解析表达式,从而定性地分析了由于非热成风梯度的存在,中尺度扰动波结构以及波振幅空间分布特征。所得理论结果可以解释在平行型高低空急流入口区间产生强暴雨的原因。  相似文献   

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