一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断——Ⅱ:涡度方程和能量转换函数的诊断分析

本文是对第一部分的数值试验结果进行涡度方程以及位能、散度风动能和旋转风动能之间的能量转换函数诊断分析,并讨论了地形动力作用和潜热加热影响西南低涡形成和发展的物理过程.结果表明:从涡度收支上看,地形和潜热加热通过增大辐合使涡度增加.从能量转换上看,在低层地形和潜热加热加强位能向散度风动能转换以及散度风动能向旋转风动能转换;在高层,地形通过加强旋转风动能向散度风动能转换,使高空辐散增强,而潜热加热通过加强位能向散度风动能转换亦使高空辐散增强.     

气旋爆发性发展过程的动力特征及能量学研究

本文对不同路径的爆发性气旋进行了动力特征及能量学研究。发现高空大值位涡空气的下伸是气旋爆发性发展的一个重要条件。初生气旋逐渐向强位涡区移近并形成上下位涡区相接的形势。使气旋迅速发展。高空急流与气旋发展有密切关系。发展中的气旋明显地向着急流左侧的辐散区移动。急流的突然加强及高空强风动量的不断下传，构成了下层的强风带及上下一致的急流结构。能量学研究指出在气旋发展前气旋内散度风动能向旋转风动能的转换突然增强。散度风动能在爆发气旋发展时有明显增长。     

中尺度低涡发展时高层流场特征及能量学研究

本文通过对一次长江中游中尺度低涡的分析发现,在这类斜压性低涡发展时,低涡西侧冷区对流顶明显下降,在低涡区发生折叠现象.与大位涡值相联系的平流层空气从该处下沉至对流层,对流顶下陷比对流活动区对流顶高度变化要早且明显.中尺度涡旋发展所需要之动能主要取自辐散风动能,在对流层高层和低层这种正向转换最为清晰,而整个气柱中位能向辐散风动能转换,以支持它在涡旋发展过程中之消耗.但高层与低层的情况不同.在100hPa高空辐散风动能既支持了涡旋动能,又向总位能转换.分析表明,高层对流层流场在中尺度系统发展过程中是十分活跃的,必须引起足够的重视.     

8014号热带气旋发生发展过程的能量学诊断研究

利用动能和总位能收支方程，对８０１４号强热带风暴过程进行了能量学诊断研究。结果表明，地转作用是该热带气旋中辐散风动能向旋转风动能转换的主要物理机制；非绝热加热是热带气旋发展的主要能源，其对总位能的制造大部分用于次网格耗散和侧边界输出，只有一小部分被转化为辐散风动能；两个转换函数Ｃ（Ｐ，Ｋｘ）和Ｃ（Ｋｘ，Ｋφ）在时空分布上具有很好的一致性；该热带气旋与周围环境场有明显的能量交换，在高层有总位能和旋转风动能输出，在低层有辐散风动能输入；在总动能收支中，辐散风作功是主要的功能产生项，旋转风作功主要是消耗动能。     

一次中尺度对流低涡增强阶段的能量诊断分析

本文基于CFSR每日4个时次、水平分辨率为0.5°×0.5°全球预报场资料,美国NCEP中心每日4个时次、水平分辨率为1°×1°FNL全球再分析格点资料,以及华中地区国家基准站逐小时的加密降水资料,围绕2015年6月1日华中地区的一次中尺度对流低涡(mesoscale convective vortex,MCV)天气过程,通过WRF模拟和能量诊断的方法,重点研究了低涡增强期内的能量分布特征及其对低涡发展的影响机制。研究结果表明:此次MCV初生于湖北中部地区,低涡生成后向湖北东北部大别山地区移动且不断发展加强,MCV增强阶段的降水带分布由早期的三中心分布(分别位于宜昌、荆州、随州)演变为后期的纬向型雨带分布。降水产生的凝结潜热释放、对流有效位能的增强、低层暖湿气流的输送以及中层干冷空气的侵入等有利的环境场条件对低涡的增强起到了重要的推动作用。低涡的增强对能量演变有重要影响,具体表现为一方面MCV外围辐合气流随低涡发展而增强,引起对流层低层扰动动能的增加,另一方面MCV外围降水产生的凝结潜热,导致对流层中层扰动有效位能的增加,之后通过垂直气流作用使扰动有效位能向上输送,从而使对流层高层的扰动有效位能增加。另外,此次MCV增强阶段的能量制造项依次为:扰动有效位能向扰动动能的转换,不同高度层的基本气流黏性力作用效果,纬向平均有效位能向扰动有效位能的转换,以及来自系统外部扰动动能的输入。其中,扰动有效位能向扰动动能转换是对MCV发展增强的直接贡献项,对其空间分布特征进一步分析可知,在对流层低层和顶层,扰动有效位能向扰动动能转换,使辐合辐散气流增强;而在对流层中高层,扰动动能向扰动有效位能转换,为低涡发展成熟后的继续维持储备了必要的能量。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。     

一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断(一)——地形动力作用和潜热作用对西南低涡影响的数值试验对比分析

本文用中尺度有限区域模式对1981年7月11—14日的一次西南低涡暴雨过程进行数值试验,并讨论了地形动力作用和潜热加热对西南低涡形成的影响。 在基本试验中,较好地模拟了西南低涡的形成,其位置以及引起的降水量与实际情况比较一致。地形试验表明,地形动力作用对高原南侧的西南气流具有明显的阻挡作用,并决定着西南低涡的形成。潜热试验表明,潜热通过加强西南低涡上空高层辐散和低层辐合,使该低涡发展。     

台风区和外围暴雨区的旋转风,散度风动能收支

用完全的散度风（ＶＤ）和旋转风（ＶＲ）动能收支方程对８１１６台风和８４０７台风以及８１１６台风与其外围暴雨区的关系作了讨论，结果表明：台风区的有效位能通过散度风动能（ＫＤ）转换为旋转风动能（ＫＲ），台风向区域外部输出功能，在暴雨区上空通过涡度，散度场相互作用的转换机制由ＫＲ向ＫＤ转换，散度风加大触发对流发展产生暴雨，这可能是台风与其外围暴雨联系的一种能量过程。     

一次高原低涡诱发西南低涡耦合加强的动力诊断分析

利用2013年6月29日—7月2日期间逐6 h的NCEP 0. 5°×0. 5°全球预报场再分析GFS (Global Forecast System)资料,对一次引发特大暴雨的西南低涡和高原低涡耦合贯通加强过程进行动力诊断分析,结果表明:西南低涡和高原低涡耦合区上方在不同阶段均维持正涡度柱,呈现低空辐合和高空辐散的特征,并伴有强烈上升运动。垂直运动在耦合开始阶段最强,正涡度柱在耦合强盛阶段显著增强,高原低涡和西南低涡耦合贯通后,改变了涡度的垂直特征。西南低涡发展维持的涡动动能主要源于水平通量散度项和涡动动能制造项,摩擦耗散项和垂直通量散度项是其主要消耗项。高原低涡发展维持的涡动动能主要源于垂直通量散度项和区域平均动能与涡动动能之间的转换项,涡动动能制造项出现负值是其涡动动能减弱的主要原因。耦合期间强烈垂直运动将西南低涡的涡动动能向高原低涡输送,西南低涡对高原低涡发展维持有重要动力作用。     

温室气体对亚洲夏季风影响的数值研究

利用NCEP/NCAR再分析资料检验全球气候模式CAM5.1模拟亚洲夏季风的能力,CAM5.1模式能够较好再现亚洲夏季风的基本特征。通过工业革命前（1850年）、工业革命后（2000年）温室气体排放情景的敏感性试验探讨近现代温室气体增加对亚洲夏季风的影响机制。结果显示:温室气体增加导致亚洲大部分区域地面气温增加,印度半岛中部、中南半岛和中国东部地区夏季风增强,印度半岛中部及北部、中南半岛中北部和中国东部地区夏季降水增加。分析大气能量收支和转换发现,温室气体增加通过增强大气对流凝结潜热释放的方式加强大气热源;夏季陆地为暖区,不均匀加热引起全位能增加,从而增强全位能向辐散风动能的转换和辐散风动能向无辐散风动能的转换,最终导致这些区域夏季风增强。其中,对流凝结潜热增加是温室气体增加造成大气稳定度降低、对流活动加强、对流云厚度加大、对流降水增加的结果;同时,对流降水增加是总降水增加的主要原因。     

自动气象站故障判断与处理

根据实际工作经验和故障实例,介绍了自动气象站一般情况下的故障判断与处理,为气象观测员在短时间内排除故障、减少事故的发生提供参考。     

厄尔尼诺与拉尼娜的诊断

赤道太平洋海域海温异常事件包括厄尔尼诺 (EL- Nino)和拉尼娜 (L a- Nina)现象。通过对赤道东中太平洋特定区域海温指数的统计分析 ,确定厄尔尼诺和拉尼娜出现的诊断指标 ,分析了厄尔尼诺和拉尼娜的出现周期 ,在此基础上分析了厄尔尼诺与拉尼娜对广西气候变化的一些主要影响     

台风"莫拉克"路径诊断分析和模拟

利用客观分析资料和数值模拟方法分析了0908号台风"莫拉克"穿越台湾岛前后在路径上出现的北翘、西折现象以及进入台湾海峡后移动异常缓慢的原因.结果表明:①台风靠近台湾岛后西太平洋副高减弱东撤,引导气流明显减弱,台风减速;台风进入台湾海峡后,北侧高压带的断裂和随后的重新连接加强是其路径偏北转向和移动缓慢的主因.②"莫拉克"...     

准地转Q矢量在河南省区域暴雨过程中的诊断应用

应用NCEP再分析资料及常规地面观测资料,对2005年7月21-24日河南省大暴雨过程中准地转Q矢量作了诊断分析,结果发现:在对流层低层850 hPa等压面上,Q矢量散度的负值区与暴雨落区有着较好的对应关系;Q矢量散度场在垂直方向上出现低层辐合、高层辐散配置时,利于暴雨的产生,暴雨区位于Q矢量辐合中心下方,降水的强弱与Q矢量的低层辐合及高层辐散强弱变化一致。Q矢量的y分量能较好地反映出锋生、锋消的作用,并能指示6-12 h后的暴雨落区。     

准地转Q矢量在河南省区域暴雨过程中的诊断应用

应用NCEP再分析资料及常规地面观测资料,对2005年7月21～24日河南省大暴雨过程中准地转Q矢量作了诊断分析,结果发现:在对流层低层850 hPa等压面上,Q矢量散度的负值区与暴雨落区有着较好的对应关系;Q矢量散度场在垂直方向上出现低层辐合、高层辐散配置时,利于暴雨的产生,暴雨区位于Q矢量辐合中心下方,降水的强弱与Q矢量的低层辐合及高层辐散强弱变化一致.Q矢量的y分量能较好地反映出锋生、锋消的作用,并能指示6～12 h后的暴雨落区.     

气候动力诊断和分析系统设计与应用

气候动力诊断和数值模拟是认识气候变化规律、提高短期气候预测与科学决策服务水平的重要手段。但基于气候模拟的动力诊断技术在气候预测业务中还未得到广泛应用,缺乏支撑科研成果转化为业务应用的中试平台。为此,通过集成多种现代计算机通信协议、可视化编辑和气象数值计算等技术,研发可视化交互气候动力诊断和分析系统（Climate Dynamic Diagnosis and Analysis System,CDDAS）,以促进气候模拟的动力诊断技术在气候业务中的广泛应用。该系统具有结构开放、诊断方法集成度高、方便易用等特点,包括数据更新备份、气候动力诊断、多模式数值模拟、结果分析4个功能模块,并设计了一种远程交互控制脚本语言,为用户二次开发提供语言环境,可实现本地客户端、服务器端和超级计算机三者交互通信控制可视化管理。该系统使用便捷,目前已在国家级业务和科研单位获得应用,在气候异常成因分析、气候预测和气候决策服务中可显著提高工作效率。     

爆发性气旋的合成诊断及形成机制研究

该文对发生在太平洋和大西洋的16个爆发性气旋作了合成分折, 对强弱爆发性气旋作了对比及诊断.研究发现, 基本场上存在不少明显的差异.分析得出, 强爆发性气旋的形成与高空急流的非纬向性以及反气旋性弯曲密切相关.非纬向高空急流为爆发性气旋提供了强的辐散、斜压性、斜压不稳定场.高层强爆发性气旋前部的反气旋曲率易造成重力惯性波在能量北传时发展, 促使气旋快速加深.暖平流及非绝热加热可使反气旋曲率加强.一般情况下, 当气旋西部位涡的大值区与北部位涡的大值区叠加下沉时, 有利于气旋爆发性发展.     

飞机积冰诊断预报方法研究

收集了山东省150例飞机积冰报告,利用物理量场模拟数据,结合3种积冰算法（Ic,RAP,RAOB）,分别进行积冰的诊断预报试验,并对3种诊断预报方法进行了准确率检验。为进一步提高预报准确率、降低漏报率,在对Ic和RAOB两种预报效果较好的算法重新调整积冰温度、湿度阈值以及相应系数后,新Ic算法在保持漏报率较低的前提下,...     

一次区域性冻害天气的成因分析

2004年5月3～5日清晨,河西走廊东部地区连续发生区域性强霜冻天气,对武威市农林业生产造成有气象记录(1951年)以来最为严重的危害。文中应用实时MICAPS气象资料和地面自动观测资料,对这次冻害天气过程进行了天气学和气候学成因分析,在此基础上得到了霜冻预报的着眼点,结果表明强冷空气爆发是造成冻害的直接原因,前期气温异常偏高使农作物生育期提前、长时间持续0℃以下气温和地温加剧了冻害程度。     

统计气候诊断与预测方法的重要性

主要论述现代气候诊断与预测业务和研究工作中，统计学方法的重要性。在理论上，系统的内在随机性及外在随机性几乎不可避免，气候具有概率性；从实践中看，历来许多重要观测事实的揭示往往都是通过统计学方法。文中以大量事实和理论观点证明统计气候诊断预测方法具有不可替代的重要作用。