扰动特性对大气适应过程的影响和測风資料的使用問題

本文推导出斜压大气中适应过程的最終状态的一些公式,在极限情况下这些公式趋向于正压大气情况;并且这些公式非常明显地反映出最終状态对初始扰动的水平尺度及垂直結构的依赖关系。分析表明,在正压大气情况下,或者在斜压大气中,如果初始扰动随气压的分布此較均匀或者近于对数規律(相当于溫度場是上下均匀的),則当初始扰动的水平尺度L小于某个特征尺度L_0时是涡度場維持,气压場向涡度場适应;而当L>>L_0时,結果相反.在一般的斜压情况下情况很复杂.当初始扰动在大气低层有强烈垂直切变时,却是有利于气压場維持,风場向气压場适应。 将所得結論应用到分析某些大气动力过程.指出在一般情况下,使用实測风場作初始资料,按准地轉模式对流函数作数值預告,比用重力位势場作初始资料时要更合理些。     

惯性波的对流不稳定和台风形成初期阶段的物理分析

本文主要讨论在低纬度,当大气中水汽供给充分,并满足γ>γm的条件不稳定状态时所发生的热成风适应过程。这时适应过程的特点和文献[11]中所讨论的完全不同。在起始时,如果流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,当扰动的水平尺度小于适应的特征尺度L_0时,可引起惯性波的对流不稳定。这种不稳定的作用,可在较短的时间内(约24小时)造成上层是反气旋、下层是气旋和中心为暖中心的猛烈的涡旋形成。此外,本文还讨论了台风形成启动机制的动力学本质。指出:在热成风破坏方面,假如存在着造成流场上热成风涡度大于温度场热成风涡度的非热成风产生的机制,即可构成台风形成的启动机制。     

低纬斜压两层模式大气半地转适应过程

利用斜压两层模式研究了赤道平面近似下的低纬热带大气适应过程。指出低纬斜压大气适应过程主要受重力惯性内波控制。通过重力惯性内波对初始非地转能量的频散，使纬向运动达到地转平衡，而经向维持非地转运动，正压模式下称为半地转平衡，斜压模式下称为半热成风平衡。通过对垂直运动方程的求解，可知，垂直运动只与重力惯性内波相联系，其产生与初始斜压位涡度无关，而只与初始时刻的垂直运动和垂直运动倾向有关，半地转适应使运动趋向水平运动。讨论了半热成风平衡的建立及其物理机制，指出由于重力惯性内波激发出垂直运动，与垂直运动相联系的水平辐合辐散调整流场和温度场之间的关系，使温压场最终达到半热成风平衡。通过对适应过程终态的分析，指出平均温度场和切变流场之间的适应方向决定于初始非半地转扰动的尺度与斜压Ｒｏｓｓｂｙ变形半径有关的特征尺度的比值，当比值大于１时，切变流场向平均温度场适应；当比值小于１时，平均温度场向切变流场适应     

利用热成风适应原理对暖性西南低涡生成机制的再分析

本文采用σ-p混合坐标系,根据非绝热和地形影响下的热成风适应原理,探讨了暖性西南低涡生成的机制。分析表明:正的非热成风涡度是低涡生成的一个重要指标;对流层中低层的暖平流中心,地面的可感加热,低层的暖空气与场面气压p~*的负变压中心配合,或与它的负平流中心相配合,将产生正的非热成风涡度;场面气压的梯度(?)p~*,高低压中心的空间分布(?)~2p~*,场面气压的变压(?)p~*/(?)t和平流(-(?)_h·(?)p_*)等都与垂直运动直接有关。地形还影响热成风适应特征尺度(或变形半径)L~o。在一般条件下,地形和潜热的作用使L_o比不考虑两者作用时的L_o变小,易使L>L_o条件满足,更有利于流场向温度场适应。     

斜压性与非线性Ekman抽吸的动力特征

本文利用Ekman动量近似研究了斜压性对Ekman层动力学的影响,得到了一些新的结果。大气斜压性对Ekman层的水平风速分布及近地面的风速矢的水平分量夹角有重要的改变作用。斜压边界层顶部的非线性Ekman抽吸(垂直运动)由三个不同的物理因子决定,第一、正压性的地面地转涡度,第二、斜压性作用产生的热成风涡度,第三、正压性的地面地转涡度与斜压性的热成风涡度的非线性相互作用。这些理论结果为边界层的参数化及数值模拟结果的解释提供物理基础。     

斜压性对地转动量Ekman流的影响——理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解,解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化(即热成风)的影响,尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekmon抽吸新物理因子,即热成风形变、热成风涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明,这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统(譬如锋区)中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析,指出在锋区这样的强斜压系统中,此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中,我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。      

簡单斜压大气中热成风的建立和破坏(二)

本文第一部分的分析只是近似地反映大气运动的一个方面——起始非热成风怎样达到热成风平衡的,在实际大气中,还存在另外一些因子,不断促使热成风破坏,并在热成风不断破坏和不断适应的基础上,形成了天气系统的变化和发展,自由大气中,造成热成风破坏的因子是多种多样的,例如非绝热加热,非线性平流作用,垂直方向的输送(例如     

斜压性对地转动量Ekman流的影响—理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解，解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化（即热成风）的影响，尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekman抽吸新物理因子，即热成风形变、热成内涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明，这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统（譬如锋区）中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析，指出在锋区这 样的强斜压系统中，此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中，我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。     

大尺度运动对台风形成影响的天气分析

本文根据15个台风形成的实例分析,发现台风形成前200毫巴的流场形势基本上可分为三种类型。在这些类型中,台风形成前1—3天,高层都有显著的正涡度平流,并且这种正的气旋涡度平流常大于下层的,因而可造成上下层涡度平流差的正值区。这正值区迭置在地面扰动之上,而后这扰动就发展成台风。这和我们在文献[7]中所指出的台风形成启动机制的结论是一致的。也就是在热成风破坏和适应的统一中,在热成风破坏方面,如果存在有能够造成这样的非热成风的机制,使得流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,那么这种机制即为台风形成的启动机制,在我们所分析的例子中,高层和低层流场形势的特点,可以是多种多样的,但都包含这一共同的动力学本质。     

影响"05.06.25"长江流域暴雨的西南低涡特征

利用NCEP逐日再分析值资料,分析了影响2005年6月25日长江流域暴雨过程的西南低涡结构特征及其移动发展机制。结果表明:25日移出川东影响长江中游的西南低涡是一个显著不对称的斜压系统,其发展过程中始终伴随着强盛的西南低空急流;低涡移动过程中非地转平衡性很强,高层正涡度平流和低层暖平流的共同作用,是低涡移动过程中周围大气维持较大的非热成风涡度,从而造成低涡区域上空强上升运动的重要原因。     

地形对长波和超长波不稳定发展的影响

图3.2.1—3.2.5表示了地形对长波和超长波移动和发展影响的一般规律。如以地形脊对东移西风冷槽的影响为例,当地形相当涡度和扰动涡度的振辐比a_m/a_(20)较小时,在它越过地形脊时,首先流场槽减弱而温度槽加强,减弱的流场槽以较快的速度移动,而温度槽则相对减慢,越过地形脊后,流场槽又重新增强。 我们根据地形的影响,初步讨论了一锢囚气旋在向风坡填塞,在背风坡又重新产生的物理过程。超长波的斜压不稳定的不能发展,是由于温度场东进和流场西退造成的。根据地形脊对超长波脊移动的影响,可以推测,在两个地形超长波脊之间的地区,最有利于超长波脊的不稳定发展。阻塞脊出现频数的地理分布的观测结果和理论推测有很好的一致性。     

四层模式热成风适应

本文用四层模式分析了热成风适应。在适应过程中将发生四种波速不同的惯性波来调节流场和温度场的关系。它们的前阵面的速度分别为306米/秒,114米/秒,36.2米/秒,19.2米/秒。层次愈高,快速惯性波的作用愈大;惯性外波在750毫巴以下才有它的重要性。 计算指出:大气中辐合辐散以及垂直运动在垂直方向上互相迭置的现象,是一定条件下热成风适应的结果。本文计算了各种情况的初始条件下温度场和气压场的相互调整。例如375毫巴上单纯非地转风的流场的反气旋涡旋,适应后可建立起对流层暖性、平流层是冷性的高压系统。将初始非热成风的暖温度中心,放在对流层下层和放在对流层中层适应后的结果将不一样。前者只能在对流层下层形成一浅薄的热低压,而后者可在对流层上层建立起一个强大的反气旋,甚至一直影响到平流层。最后,结合气旋发展时所产生的非热成风的特点,讨论了它们的适应。     

THE SEMI-GEOSTROPHIC ADAPTATION PROCESS WITH TWO-LAYER BAROCLINIC MODEL IN LOW LATITUDE ATMOSPHERE

In this paper, the adaptation process in low latitude atmosphere is discussed by means of a two-layer baroclinic model on the equator β plane, showing that the adaptation process in low latitude is mainly dominated by the internal inertial gravity waves. The initial ageostrophic energy is dispersed by the internal inertial gravity waves, and as a result, the geostrophic motion is obtained in zonal direction while the ageostro-phic motion maintains in meridional direction, which can be called semi-geostrophic balance in barotropic model as well as semi-thermal-wind balance in baroclinic model. The vertical motion is determined both by the distribution of the initial vertical motion and that of the initial vertical motion tendency, but it is unrelated to the initial potential vorticity. Finally, the motion tends to be horizontal. The discussion of the physical mechanism of the semi-thermal-wind balance in low latitude atmosphere shows that the achievement of the semi-thermal-wind balance is due to the adjustment between the stream field and the temperature field through the horizontal convergence and divergence which is related to the vertical motion excited by the internal inertial gravity waves. The terminal adaptation state obtained shows that the adaptation direction between the mean temperature field and the shear flow field is determined by the ratio of the scale of the initial ageostrophic disturbance to the scale of one character scale related to the baroclinic Rossby radius of deformation. The shear stream field adapts to the mean temperature field when the ratio is greater than 1, and the mean temperature field adapts to the shear stream field when the ratio is smaller than 1.     

影响江淮地区的西南涡中尺度结构特征

利用合成方法对３次西南涡过程的流场，温湿场和涡度场等进行了分析。结果指出：沿切变线存在风场的中尺度扰动，低涡的尺度为２５０－３００ｋｍ，中低层有两支不同性质的气流流入低涡区，降水主要发生在低涡移动方向右侧的两象限。温湿场和铅直流场在低涡区呈现明显的不对称分布，低涡是一个显著的斜压系统。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

大气静力稳定度的铅直分布和不同风速铅直廓线对天气系统发展的影响

采用一个准地转三层模式,对于高低空不同层结及不同风速铅直廓线下的斜压不稳定性问题进行了分析和讨论。指出:(1)大气层结特征对斜压不稳定的影响不仅表现在对不稳定临界波长和临界风速切变的制约上,而且其铅直分布的不均一性决定了大气的各个层次对斜压不稳定的贡献大小;扰动的斜压发展主要取决于静力稳定度较小的那些层次内的热力、动力学条件,在这些层次内,扰动也最为明显。(2)高低空风速比中空为大的“高低空强风型”风速铅直分布最有利于扰动的不稳定发展,在这种风速铅直廓线下,不稳定波波谱较宽,不稳定波临界波长和最不稳定波波长也较短。     

2003年7月3日梅雨锋切变线上的β-中尺度暴雨云团分析

利用多种气象卫星遥感资料及加工产品,对2003年7月3日产生在皖北的暴雨过程进行了中尺度分析。分析表明:在切变线云带上有11个β-中尺度对流云团发展,水平范围约100km,生命史约5h;其背景场是整个对流云区内具有高湿、正涡度和上升运动的特征,它们促使切变线内高湿斜压不稳定能量释放,促使β-中尺度云团发展,产生很强的降水,云团的水凝物廓线上部的可降水冰和云冰含量很高,最大值达0.8g/kg,最大高度达18km,云顶亮温低于-80℃。