湿有效位能及其在暴雨分析和预报中的应用

有效位能是大气能量学中很重要的创见之一。早在本世纪初,马古拉斯(M.Margules)讨论气旋发展的能源时就已提出(当时称为有效动能)。可惜的是,其后半个世纪,虽有人继续研究这个问题,但进展不大。本世纪五十年代,洛伦兹(E.N.Lorenz)在上述研究的基础上,重新提出有效位能的概念及其表达式,并用于大气环流的研究。继洛伦兹之后,达顿(J.A.Dutton)与约翰逊(D.R.Johnson)以及范米根(Van Mieghen J.)进行了更全面、更系统、更严谨的讨论。 六十年代末,史密斯(Smith P.J.)提出有限区域有效位能及其收支方程后,把有效位能概念及其收支方程用于天气分析研究者日益增多。 大气中的水汽对天气变化有很大影响,在天气分     

物理量计算及其在暴雨分析预报中的应用——湿静力能量与湿静力温度

一、湿静力能量与湿静力温度 研究表明,可以直接决定当时大气运动状态的主要能量是:显热能、潜热能、位能和动能,这四种能量之和,常称为总能量。单位质量的空气块的总能量为: 式中L为水汽凝结潜热常数,H为拔海高度。上式右端各项彼此虽是和差关系,但用观测资料进行计算仍有困难,为此,近几年来我国气象工作者引入了与总能量相应的温度——总温度来表示,其表达式为:     

有限区域湿有效能量的层结、斜压、正压分量及其收支方程

本文探讨了将湿有效能量分解成层结、斜压、正压分量的方法,并讨论了它们的收支方程式.其中层结分量与实际大气中对流不稳定有较好的对应关系,但在干有效位能中分解不出这一项.在斜压、正压分量的收支方程中,除附加项外都与干有效位能的方程类似.由三个分量的收支方程看出,湿有效能量向动能的转换只可能发生在层结不稳定或(与)有斜压存在的大气中.这与天气分析经验以及经典的马古列斯(M.Margules)模式是一致的.     

湿总位能达极小值时的大气特征

总位能达极小值时大气特征的研究,在有效能量理论和方法中占有重要地位。早在1956年,范·米根(Van Mieghem,J.)就利用极值定理得出了干总位能达极小值时的大气特征;不久,他又用变分法得出了相同的结果。但对于潮湿大气的总位能(湿总位能),尚无人进行过研究。 本文从湿总位能一阶导数等于零与二阶导数大于零入手,给出了湿总位能达极小值     

中高层湿-比有效能量与雹云发生发展

吴宝俊等人将有效位能概念扩充到湿有效能量 ,给出了湿有效能量的近似表达式 ,发现这个物理量作为暴雨分析、预报中的一个指标 ,有较好的灵敏性。在日常业务预报中当出现强对流天气背景时 ,使用湿有效能量能区分未来是出现雷雨天气还是出现致灾冰雹 (指农业受雹灾面积在 1 0 0ｈｍ2 以上的降雹天气 ,下同 )天气。为此 ,我们选取历史上多例雷雨日和致灾冰雹日 0 8:0 0 (北京时 ,下同 )探空资料 ,计算分析了湿有效能量的时空分布特征 ,寻找出判别雷雨日和致灾冰雹日的预报判据。1　个例的选择　　取两类个例进行分析 ,Ⅰ类为未来短期内出现雷…     

大范围垂直运动的分析计算

谁也知道大气运动中的最根本的动力在於日射不均匀造成位能和内能释放,而这种位能和内能的释放是必然要道过垂直运动来完成的.没有垂直运动,大气环流就无法由这个过程取得动能,因而也无法维持.并且大气中的重要天气现象:即云和降水,主要是空气上升,绝热冷却(或所谓动力冷却)发生凝结的结果.     

对流能量计算及强对流天气落区预报技术研究

文章分析了两种典型的大气湿绝热过程及其处理方法，对大气对流能量参数的计算技术进行了研究。结合实际个例，利用可逆饱和绝热过程，对包含液态水重力拖曳作用的修正对流有效位能(MCAPE)和修正下沉对流有效位能(MDCAPE)进行了定量计算。文章结合数值模式输出探空分析，预报不稳定和对流能量的区域分布，在此基础上建立了综合多指标叠套强对流天气落区预报方法，用MM5 及国家气象中心T106模式输出及诊断产品预报强对流天气落区，并检验强对流落区预报技术。     

论大气中凝结过程水汽内能与压力能的不同作用

通过计算可逆湿绝热过程与不可逆湿绝热过程,讨论了大气中凝结时的水汽内能(内潜热)与压力能(外潜热)作功过程的不同物理作用及其在不同(对流与非对流)降水天气系统中的影响。发现“可逆”与“不可逆”湿绝热过程中的凝结外潜热都对环境大气作负功,这是因为水汽相变为水而使得水汽压力能减少。最终环境大气通过凝结外潜热过程,对整个“系统”(如降水对流运动的飑、冰雹、龙卷、台风和非对流运动的锋面降水系统等)作功,其作功“热机”效率约为5％。     

ECAP等环境参数在强对流天气分析中的应用

引入大气热力学变量密度温度Tp，采取与实际大气较为相符的可逆饱和湿绝热抬升过程，利用MM5V3．5模式输出资料，计算了对流有效位能ECAP。在此基础上，介绍了能量螺旋度指数IEH。分析了2003年7月江淮梅雨暴雨等强对流天气发生过程中对流有效位能ECAP及能量螺旋度指数IEH的量值变化。结果表明：ECAP，IEH等参数对强风暴的发生发展有一定的指示作用，值得在业务工作中推广应用。     

球面上斜压原始方程组保持总有效能量守恒的差分格式

本文从标准层结近似下球面上的斜压原始方程组出发,针对两类常用的网格系统——C-网格和B-网格,分别设计出可以保持总动能、总有效位能和总有效表面位能之和守恒的差分格式.同时,讨论了定义在交错网格上的差分和平均算子的一些很有用的性质.     

湿有效能量图表综合介绍

象通常制作天气分析预报一样,把湿有效能量用于日常业务,也是通过一套图表来实现的。本文对目前我国气象台站所用的湿有效能量图表作一综合简介。 一、湿有效能量演变曲线 它与广大气象台站所用的温、压、湿等演变曲线一样,由于其简便、直观,能揭示对流层单位面积气柱内湿有效能量MAE、或湿-比有效能量Amk演变与天气变化的关系,因而被广泛采用。一般说来,MAE_1、Amk演变曲线有如下几种 1.分析演变曲线突升陡降与天气的关系。由于演变曲线的突升陡降,反映了湿有效能量的激增与激降,它往往对应着天气的     

几个组合能量参数的性质

通常把单位质量空气的位能与动能之和称为“压能”,以E_p表示,E_p=gZ (1/2)V~2,其中Z、V,g分别为高度、风速及重力加速度。而显热能与潜热能之和则称为湿空气的焓(简称“湿焓”),以E_I表示,E_I=C_pT L_q,其中T、q、C_p、L分别为温度、比湿、定压比热和凝结潜热系数,L取为常数。E_p主要是一个动力学参数,E_I则主要是一个热力学参数。将二者作不同的结合可得不同的参数,它们在性质上有某些差别。     

北京“7. 31”局地暴雨过程的天气分析

利用常规观测资料、云图资料、雷达资料及T213数值产品资料等对北京2006年7月31日的局地暴雨天气过程进行分析,并计算分析了对流有效位能(CAPE)等几种环境指数在这次强降水中的作用。得出以下主要结论:1)北京7月31日的强降水是一次中小尺度天气过程,是对流层中下层冷空气入侵触发的。2)前期高温高湿天气所积蓄的不稳定能量释放是导致强降水形成的有利条件。3)大气稳定度指数K指数、沙氏指数(SI)对这次强降水有较好的指示意义;对流有效位能(CAPE)对北京这次强降水有较强的反应能力,是一个比较好的预报指数工具;4)海淀特殊地形和地面辐合线是7月31日强降水出现在海淀的重要原因。5)很可能是降水诱发了边界层急流的产生。超低空东风急流在这次局地暴雨中起着非常重要的水汽输送作用,边界层急流和海淀局地强降水可能出现正反馈现象。     

在大气运动中考虑重力加速度空间变化的问题

给出了在旋转坐标系中考虑重力加速度g的空间变化的大气控制方程组,并证明了大气总质量和总能量的守恒性,以及和取常值g时得到的结果相一致的动、位能和动、内能之间的转换关系.还讨论了在球坐标系中应用方程组时可能出现的困难,给出了在高度近似下在该系中考虑g的空间变化的方案,它可以用来建立完全弹性的非静力模式.     

用能量和动力因子结合的方法预报盛夏暴雨

大气中内能(显热能、潜热能)和外能(动能、位能)两种形态的转换,基本遵循守恒定律,而内能、外能的各因子在不同的条件下,相对地起着不同的重要作用,在大尺度天气分析时,动能往往以触发机制而显示出与其他能量之间的特殊关系,从这个观点出发,我们计算了“相对位涡度”、“差动能量平流”,目的使动力因子与能量相结合、能量场与高度场相结合,用这些方法分析暴雨的征兆,效果比较好。 一、天气尺度系统与能量积累和释放的关系 天气尺度系统同能量之间究竟存在什么关系?暴雨究竟集中分布在能量场的什么地方?暴雨预报在能量场上究竟有何征兆?这是我们最关切的三个问题。 对于第一个问题,我们认为天气系统与能量分布是相辅相成的。天气系统发展加强的过程正是能量产     

南海夏季风建立前后的大气能量收支

本文用总动能、总有效位能、扰动动能和扰动有效位能四个收支方程计算了1980年4-6月南海南部(0-15°N,100-120°E)夏季风建立前(4月1日-5月9日)和夏季风建立后(5月18日-6月25日)各时段的大气能量收支,并对其结果进行了分析讨论,发现:(1)总动能主要是在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间达到平衡,夏季风建立后源汇强度值都增大了40%左右。(2)非绝热加热所直接制造的有效位能并不重要,高层总有效位能的水平通量辐合、中低层与总动能间的转换和由于参考气压的变化而引起总有效位能的增减对于总有效位能的收支作用较大,其作用在夏季风建立前后也明显不同。(3)扰动动能同总动能一样主要在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间平衡。夏季风建立后源汇强度增强。(4)扰动有效位能主要由非绝热加热制造,夏季风建立后制造量增大了16倍多。夏季风建立前,扰动有效位能主要因参考气压的改变而减少;夏季风建立后,扰动有效位能主要被转换为扰动动能和平均有效位能。      

用能量天气学方法分析预报9405号热带风暴暴雨

本文引入湿静力温度物理量和运用能量天气学方法，对9405号热带风暴登陆前后我省中部和南部出现的一次暴雨过程进行综合分析，了解夏季暴雨落区和单站暴雨产生的能量特征，提出一些具有参考价值的结论。1湿较大温度含义1．1湿份力温度单位质量空气的湿静力能量是湿热能、位能、潜热能之和巴一C。T＋gZ＋LqE．称为湿静力能量。为了能用观测资料直接简便地计算能量，引入与能量相当的温度——湿静力温度T．一E。／C。。T＋gZ／C。－＋L。／C。由于T。综合表示了压、温、湿各要素，故分析其局地演变对于掌握气团属性的演变和本地天气的关…     

湿有效位能在开封汛期分级降水预报中的应用

湿有效位能在开封汛期分级降水预报中的应用李改花（开封市气象局·４７５００３）１９８４年以来,开封市气象台利用湿有效位能作６～８月份逐日降水预报。使用中发现,湿有效位能变化与降水量级有一定关系：各层湿有效位能逐日上升较小时,降水量级较小;湿能激增,在湿...     

ECAP等环境参数在强对流天气分析中的应用

引入大气热力学变量密度温度T_ρ,采取与实际大气较为相符的可逆饱和湿绝热抬升过程,利用MM5V3.5模式输出资料,计算了对流有效位能E_CAP。在此基础上,介绍了能量螺旋度指数I_EH。分析了2003年7月江淮梅雨暴雨等强对流天气发生过程中对流有效位能E_CAP及能量螺旋度指数I_EH的量值变化。结果表明:E_CAP、I_EH等参数对强风暴的发生发展有一定的指示作用,值得在业务工作中推广应用。     

“湿有效位能应用”学习、讨论班简况

为了使科研成果尽快在业务中试用,中央气象局气象科学研究院天气气候研究所应部份省、市、地区气象台的要求,于1982年3月6—13日在北京举办了一次“湿有效位能应用”学习、讨论班,有9省2市气象台、科研所的预报员等59人参加了学习、讨论。其主要内容有:(1)日常业务中查算湿有效位