湿大气的广义位温与干大气位温及饱和湿大气相当位温的比较

实际大气既非完全是干空气,也不是处处达到饱和的湿空气,而是处于含有水汽但又不饱和的湿空气状态。基于这样一种湿大气状态,在湿大气中广义位温定义的基础上,对不同暴雨类型的广义位温与干大气的位温及饱和湿大气的相当位温做了比较。对2003年江淮流域暴雨过程、2004年华北一次暴雨过程以及2006年碧利斯台风中的位温、相当位温和广义位温分布的对比分析表明:即使是在暴雨系统中,湿空气的相对湿度也不一定达到100%,饱和湿空气相当位温的引入条件不能完全满足。而广义位温的定义用一个表达式就可以表示出于大气、未饱和湿大气以及饱和湿大气这3种大气状态的位温,位温和相当位温则是广义位温的特殊情况。当大气比湿为零时,广义位温就变成位温;当大气比湿达到饱和后,广义位温就变成相当位温。除了可以衔接干大气位温和饱和湿大气的相当位温外,广义位温包含了水汽由干到湿再到饱和的变化过程,更好地体现了大气中水汽的实际分布和变化特征。     

饱和湿空气天气和动力学中的一些基本问题

从暴雨的基本特征来看,它似乎有些与干空气天气和动力学的固有特征不同。从热力学、动力学的基本理论研究出发,寻找反映这种特征的物理量,探讨这些物理量间的相互关系,并从理论上解释暴雨中的基本特征是当前暴雨研究中的基本问题之一。谢义炳教授提出的“湿斜压大气”是暴雨研究中的一个新方向。作者从饱和湿空气的热力学、动力学基本方程出发,并从暴雨的落区预报、动力分析、物理过程分析等方面探讨饱和湿空气斜压(简称湿斜压)大气的基本特征及其应用,其重要结果如下。     

饱和湿空气热力学的基本特征

本文把凝结过程的初期看作是系统的一种广义绝热过程,而把凝结潜热看作是系统总位能的一个部分。从这个基本思想出发,探讨了饱和湿空气中一些热力学的基本特征。结果表明:当把测量温度T改用广义温度T~*作为独立变量后,干空气中的热力学基本特征都将在饱和湿空气中得到对应的结果。这对研究我国夏季汛期降水以及对大气数值模式的设计,或许有所裨益。     

湿空气动热力学理论及应用研究进展

回顾了湿空气热动力学的研究进展,对未饱和湿大气、饱和湿大气及非均匀饱和湿大气的动热力方程、能量方程、连续方程等进行了梳理,指出饱和湿空气动量方程与非均匀饱和湿空气动量方程的最大区别在于对凝结过程的处理不同。饱和湿大气中,由于大气均是饱和的,由饱和造成的水凝物可处处出现,不能区分真正发生水汽凝结的区域。而非均匀饱和湿空气中,凝结发生与相对湿度的幂次方有关(即与凝结概率函数的分布有关),在相对湿度较小的区域不会出现水汽凝结,凝结区与非凝结区可自动区别,其描述的凝结过程与实际大气更接近。同时,总结了湿大气水汽凝结饱和非均匀分布的动热力物理量在高影响天气分析中的应用,最后讨论了未来推进湿空气动力学研究需重点考虑的一个内容。     

“干暖盖”在强风暴形成中的作用

一、天气背景对流层低层存在一个逆温层(或盖子)是强风暴环境场的一个普遍特征。我们从观测资料中发现“盖子”以上的空气具有沙漠或半干旱地区混合层的特性,近底部相当干暖,温度递减率几乎是干绝热的,而且从200到400毫巴的气层内混合比随高度变化极其缓慢,因此,盖子上的空气与来自干旱的高原地带的被抬升的混合层性质相当一致。我们称此“盖子”为“干暖盖”。这个暖盖常出现在西风带高空槽的东部,那里边界层湿空气被引导北上到干旱高原以东和以北。由于高空的西南风或西风,沙漠的混合层被平流到近地层湿空气的上空,形成了干暖盖,当边界层的     

用公式计算对流云高

我们知道,干空气在垂直上升运动中,由于周围气压不断降低,干空气块向外膨胀作功,需要消耗内能而降低温度,在单位高度内降低的温度值称干绝热直减率(γd),此值根据理论推算为γd=0.98℃/100米。而未饱和的湿空气在垂直上升运动中,其露点温度也随高度而降低,其值约为γ_z=0.17℃/100米。在近地面的实际大气层中,绝对干的空气是不存在的。可是未饱和的湿空气在垂直运动中,只要没有水汽凝结(蒸发)现象产生,其温度随高度的变化规律与干空气是大致一样的,即也遵循γd=0.98℃/100米的规律。 一块未饱和的湿空气,它在地面附近时的温度为t,露点温度为td。在其绝热上升中,气温和露点温度遵循各自的递减率,且γd>γz。因此,上升到某一     

凝结几率函数的引进和非均匀饱和湿空气动力学方程组

引进凝结几率函数，并摈弃“凝结过程开始于某个临界的相对值”的假定，使湿空气动力学研究摆脱整个大气总是处处维持饱和的不合理要求，建立了非均匀饱和湿空气动力学方程组，并在一定的假设下给出了方程组的一些简化形式。     

华北平原雾发生的气象条件

根据1995-2000年全国基本气象观测站资料和T106模式内插到全国基本站的各种物理量资料，统计了华北平原12月雾发生前或发生时大气低层部分气象要素的特征，计算分析了气象要素的分布区间与雾发生频率之间的相互关系。结果表明，当近地面水平风很弱，相对湿度为80％～90%、温度露点差在2～4℃，饱和湿空气气层处于稳定或者弱不稳定状态以及近地面气温在3～9℃时雾的发生频率较高。     

彭曼公式风函数的应用

引言当现有资料充足时,计算蒸散量(ET)的彭曼(Penman)综合公式是一个理论可靠且应用广泛的公式。这个公式把 ET 分为能量平衡和空气动力学两部分而把吸收太阳能和平流能的效应分开。空气动力学项包括两部分:第一部分是来自经验的风速函数,它与第二部分相乘。第二部分是饱和水汽压与环境或露点水汽压之差,这个差值叫饱和差。测定 ET 时,可将风函数与计算的饱和差进行验正。然而,计算饱和差的方法很多,其结果各不相同。因此,在实践中,计算饱和差的方法必须与所要使用的特定的风函数相一致。由于在饱和差的计算上概念不清,所以用这个公式时往往出现不确切和误差,计算饱和差的方法,至少有六种。因为风函数是用饱和差由经验得出的,所以风函数的大小和形     

关于“饱和湿空气动力学基本方程”的问题

1983年,在“气象学报”上进行了有关饱和湿空气动力学基本方程问题的讨论。我拟述个人浅见。     

湿急流的结构及形成过程

利用比较稠密的无线电探空和气球测风观测网,通过对华北夏季一次暴雨过程的三维流场和湿度场的分析,揭示了湿急流的结构和形成过程。湿急流是指低层空气在湿不稳定大气的上升过程中,不断加速形成一支斜穿整个对流层的自下而上的急流。在湿急流附近,凝结饱和区的分布和发展过程,似乎表明水汽在急流形成过程中起了一种主动作用。湿急流在对流层顶附近和副热带急流合併,并使副热带急流的动能增加。这似乎启示,湿斜压过程可能是大气环流中的基本过程之一。     

一次华北暴雨过程中边界层东风活动及作用

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h分析资料、微波辐射计资料及FY-2E气象卫星及雷达探测资料,针对2013年6月4日发生在北京及周边地区的一次暴雨过程中边界层东风活动及作用进行了天气学诊断分析,结果表明:对流性暴雨过程伴随有源自东北平原的边界层东风活动,东风活动具有尺度小、降温明显和湿度大等特点。暴雨过程是边界层东风和中低空暖式切变线、偏南风急流和500 hPa短波槽共同作用的结果;东风湿冷空气的锋面抬升和地形抬升作用共同加强了中低层暖湿气流的辐合上升运动,同时东风冷垫和地形抬升作用触发了雷暴的再次发生,相应雷暴具有高架对流特点。东风气流起到了边界层水汽输送作用,中低层偏南暖湿气流为暴雨的产生提供了充足的水汽和不稳定层结条件。     

THE MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEMS ACROSS THE TAIWAN STRAIT AND NEIGHBORING AREAS DURING IOP608 OF HUAMEX

The paper gives the distributions of the daily mean temperature of black body of satellite infrared images from June 7 to 10, 1998 during HUAMEX and examines 14 meso-α-scale convective systems and a number of meso-b-scale convective systems using the satellite infrared images at 1-h intervals. The mesoscale convective systems on June 7 and 9, which resulted in severe rainstorm over the middle of Taiwan and the estuary region of the Pearl River (Zhujiang R.), are emphatically analyzed. The serial development of mesoscale convective systems is revealed by the distributions of the black body temperature of satellite infrared images. The environmental conditions in which many mesoscale convective systems continuously occurred are diagnosed. The visualizing tool, LiveView, displays the link between the upper and lower horizontal wind fields and the vertical circulations and 3-dimensional trajectories of moist air motions, based on the data of objective analyses.     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

海峡两岸及邻近地区暴雨试验IOP608的中尺度对流系统

给出了海峡两岸及邻近地区暴雨试验1998年6月7－10日加密观测期的日平均红外云图的云顶亮温TBB的分布，并通过对逐时红外云图的普查共发现了14个中－α尺度的对汉系统和若干个中－β尺度对流系统，重点分析了6月7日和9日给台湾中部和珠江口带来的暴雨的多个中尺度对流系统连续发生过程及其发生的环境条件，利用可视化系统LiveView展示出了高，低空水平风场和垂直环流之间的联系及湿空气运动的三维轨迹。     

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。      

湿位涡与锋面强降水天气的三维结构

湿位涡（MPV）给出了大气短期行为的热力状态和涡旋运动之间的约束关系，这种关系导致了强降水这样的天气现象中涡旋爆发性增长的重要机制，它的大小与大气层结的状态、斜压性以及风的垂直切变有关，其正负符号取决这三者的配置。文章分析指出500 hPa上MPV1零线或0～20（0.1 PVU）的区域可作为强降水区的后界（西北界）。锋面南侧暖湿对流不稳定层结大气中，在对流层700 hPa及以下的中低层（低空急流之上）。存在着向东的正涡度环流对应MPV2的正值中心，该中心北部对应强降水区，而锋面北侧的对流稳定层结大气中，     

2009年深冬辽宁雨转暴雪和大雪过程对比分析

针对辽宁2009年2月中旬旬初雨转暴雪过程和旬末大雪过程,利用常规观测资料和NCEP 10×10 逐6 h分析资料,从环流形势、影响系统、水汽和动力条件及热力结构等方面入手,对这两次过程进行对比分析。结果表明：这两次过程在许多方面显著不同。两次过程均发生在乌山阻高稳定的形势下,均受中纬度东移的中尺度低值系统影响,但雨转暴雪过程中高纬度为两脊一槽型,中纬度短槽与南支低槽结合携强冷空气东移,与低空急流在辽宁上空交汇。大雪过程为东低西高型,中纬度气旋性波动东移,切变线北抬过程中与西南暖湿气流作用影响辽宁。两次过程均发生在600 hPa以下相对湿度为80%以上的大气中,均具有低层辐合高层辐散的特征和深厚的上升运动,但雨转暴雪过程水汽含量更高,辐合层更深厚、强度更强,垂直速度较大雪过程大一个量级;两次过程都有明显的风垂直切变特征,但雨转暴雪过程发生在风垂直切变迅速增大的条件下,大雪过程风垂直切变相对稳定;雨转暴雪过程降水随湿位涡的发展而增强,两者有较好的对应关系,而大雪过程湿位涡表现微弱;雨转暴雪过程槽前0 ℃层达到850 hPa,槽后各层温度迅速下降至0 ℃以下,而大雪过程整层温度始终在0 ℃以下。     

A DIAGNOSTIC ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FLUXES AND METEOROLOGICAL ELEMENTS OVER TROPICAL WESTERN PACIFIC

Through the use of the hourly wind, air temperature and humidity, sea surface temperature data measured on board the observing vessel Moana Wave and buoy in the warm pool of western Pacific during the IOP of TOGA COARE, we compute the fluxes over sea surface and analyze the characteristics of the variation ofthe latent heat flux with sea surface temperature. During weak rather than strong wind periods a maximum valueof latent heat flux appears at some points of SST, which is caused mainly by the variations of wind, then by the humidity difference between air and sea and the transfer coefficient with SAT. Using correlation analysis. we also analyze the relationship between the fluxes and meteorological elements during weak wind periods. wester lywind burst periods, and convective disturbed periods etc. The main conclusions are that the latent heat flux ismainly determined by wind, sensible heat flux by the potential temperature difference between air and sea and the momentum flux by wind. The precipitation affects the sensible heat flux through the potential temperature difference and wind.