不等距分层的散度和垂直速度修正量计算式

用运动学方法计算垂直速度比较简便。只要资料允许,原则上适用于计算各种尺度的垂直速度。丁土晟等曾对各种垂直速度计算方案作过比较,认为 O'brin 方法修正的垂直速度与降雨区对应关系最好。故目前在天气诊断分析中已广泛应用。计算修正量,一般采用分层计算的办法。仇在资料不足或地面海拔变化大的地方,分层往往不容易恰当合适,算出的修正量也会     

多普勒雷达对华北春季强降水过程的动力学诊断

主要应用多普勒雷达基数据资料,结合天气图实况物理量场,对2004年4月25日出现在华北区域的一次大范围较强降雨过程进行了分析。应用MGS法改进的EVAD技术,计算出垂直高度层的平均散度和平均垂直速度,初步分析了此次降水过程的动力学特征。发现由雷达数据计算出的散度和垂直速度与天气图吻合得非常好,而且降水的雨强和雷达探测范围内各高度层的辐合、辐散有比较密切的关系,这为预报降雨生消以及有效地实施人工增雨作业提供了一定的理论依据。     

梅雨期盛期的大尺度涡度收支特征

本文计算了1983年长江中下游梅雨期盛期的大尺度涡度收支,并分别给出收支方程各项的水平和垂直分布。结果表明,雨区附近的对流层上、下层均有大范围显著的余差存在,它意味着积云对流在涡度平衡中起着重要作用。      

位势散度方程及其在对流天气预报中的应用

提出了位势散度的概念,求得了位势散度方程,用位势散度理论可以把一些似乎互不相关的一些条件(如干锋、风的垂直切变、层结不稳定、垂直运动的水平差异等等)理解为统一的有机联系的产生对流天气的物理和天气条件的各个组成部分。计算表明位散可以作为对流天气的一个预报指标。如能及时掌握位散的垂直分布及其变化,无疑将有助于强对流天气的预报。     

梅雨锋暴雨的不平衡场

中尺度散度及其变化和梅雨锋暴雨有较好的对应关系。在散度方程中，散度的局地变化项与垂直速度（ω）、散度（D）有关的项的量级在强降水区比在弱降水区要大。用中尺度资料计算的不平衡场（U）和不均匀场（A）和强降水区基本一致。因此，计算不平衡场和不均匀场及散度变化可以为暴雨等中尺度天气现象的短时预报提供线索。     

基于多普勒天气雷达的垂直散度和温度平流廓线反演

垂直散度廓线可用于推断大气垂直运动情况,垂直温度平流廓线可用于推断大气层结是否稳定,有助于预报员推断本站降水演变趋势。鉴于我国多普勒天气雷达中还没有垂直散度和温度平流廓线产品,提出了这两种产品的反演方法。首先使用分层VVP方法从雷达体扫径向速度资料中反演出雷达站上空的垂直风廓线和垂直散度廓线,然后在假设大气处于地转平衡条件下,基于温度平流与地转风随高度的变化关系,从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线。以两次大范围暴雨天气过程为例,反演了雷达站上空的垂直风廓线、散度廓线和温度平流廓线,并对反演结果进行了分析。结果表明:在雷达周围有大范围降水回波的情况下,使用分层VVP方法能合理地反演出雷达站上空的垂直风廓线和散度廓线;在这种情况下,反演的垂直风廓线代表各个高度雷达有效探测范围内的平均水平风,可近似满足地转平衡条件,因此,使用热成风方程能较为合理地从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线;三个反演产品的合理性可用天气学理论和天气实况来解释。     

积云对流对涡度场和散度场的反馈作用

在涡度和散度方程简要讨论的基础上,计算得出长江中下游地区暴雨过程中涡度和散度收支各项的水平和垂直分布。结果表明,雨带附近对流层高层是源、低层是汇,尤其以散度场的不平衡更为显著,可见积云对流垂直输送涡度和散度是重要过程。     

单部多普勒雷达反演三维风场涡度—散度方法的初步研究

涡度－散度反演三维风场的方法是在反演二维风场的涡度－散度方法基础上发展得到的。其基本做法是将垂直方向的涡度方程适当简化，结合涡度和散度的定义，再以连续方程为约束，计算出风场三个方向的分量以及涡度，散度，从而反演到三维风矢量场。初步的试验资料检验结果表明，它是一种具有实用前景的三维风场反演方法。2000年，作者考虑了降水粒子的下落速度对垂直速度的影响，将该方法进一步完善。     

运用地理参数计算平均涡度、散度

用“三站法”——三站实测风简便计算涡度、散度时，会遇到数据量大．不便于自动化处理，计算精度受人为因素制约等问题．为配合地级预报自动化系统建设，特引入测站地理经度、纬度参数，使计算的涡度、散度更趋于客观，数据量减少，便于计算机自动化处理。     

关于Doppler雷达VAD技术的讨论

Doppler雷达VAD技术可以从距离圈上的Doppler速度随方位角的分布廓线中提取背景风场的散度。但是，通常Doppler雷达观测到的距离圈上的Doppler速度一般都是不完整的。为了计算散度，必须插补上所有缺侧方位上的Doppler速度，这就使应用VAD技术得到的散度带有不客观的成分。该文利用Doppler速度随方位角的分布具有一阶简谐曲线的特点，提出了用对称法计算散度的方法，从而避免了对Doppler速度方位廓线进行人为插值。文中还针对用VAD技术计算出的不同高度上不同水平面积的散度量级不同的问题，提出了对散度进行面积修正的方法。     

Resolved Versus Parametrized Boundary-Layer Plumes. Part II: Continuous Formulations of Mixing Rates for Mass-Flux Schemes

The conditional sampling of coherent structures in large-eddy simulations of the convective boundary layer (Couvreux et al. Boundary-layer Meteorol 134:441–458, 2010) is used to propose and evaluate formulations of fractional entrainment and detrainment rates for mass-flux schemes. The proposed formulations are physically-based and continuous from the surface to the top of clouds. Entrainment is related to the updraft vertical velocity divergence, while detrainment depends on the thermal vertical velocity, on buoyancy and on the moisture contrast between the mean plume and its environment. The proposed formulations are first directly evaluated in simulations of shallow clouds. They are then tested in single-column simulations with the thermal plume model, a mass-flux representation of boundary-layer thermals.     

Large-eddy simulation of turbulent flow above and within a forest

A large-eddy simulation has been performed of an atmospheric surface layer in which the lower third of the domain is occupied by a drag layer and heat sources to represent a forest. Subgridscale processes are treated using second-order closure techniques. Lateral boundaries are periodic, while the upper boundary is a frictionless fixed lid. Mean vertical profiles of wind velocity derived from the output are realistic in their shape and response to forest density. Similarly, vertical profiles of Reynolds stress, turbulent kinetic energy and velocity skewness match observations, at least in a qualitative sense. The limited vertical extent of the domain and the artificial upper boundary, however, cause some departures from measured turbulence profiles in real forests. Instantaneous turbulent velocity and scalar fields are presented which show some of the features obtained by tower instrumentation in the field and in wind tunnels, such as the vertical coherence of vertical velocity and the slope of structures revealed by temperature patterns.     

An assessment of mixing-length closure schemes for models of turbulent boundary layers over complex terrain

The effectiveness of closure assumptions implemented in turbulent boundary-layer models is rather uncertain over complex terrain. Different closure schemes for Reynolds shear stress based on the mixing-length concept are compared with data from wind tunnel experiments over complex terrain and the results are analysed on the basis of second-order moment equations. A good estimation of the vertical momentum flux velocity scale turns out to be given by the standard deviation of the vertical velocity while the turbulent kinetic energy scaling gives less satisfactory results in regions where turbulence anisotropy is large. Fairly good results are given by closure models implementing a shear-limited mixing-length already proposed for non-logarithmic wind profiles, while large errors characterize traditional mixing-length formulations.     

论当前大气动力模式中存在的若干问题

文章提出了当前大气动力模式中存在的若干问题，如垂直离散问题、提高分辨率的问题、极地流场的预报问题、间断问题、非线性混淆问题和高纬地区纬向差商的计算问题等。在分析讨论这些问题时，也提出了可能解决的方法和途径，比如:垂直离散静力方程，在等距情况下，用lnσ坐标比用σ坐标会使计算误差显著减小；非线性混淆在用球谐函数作基函数时是存在的，但如参加乘积运算的函数足够光滑，非线性混淆作用可以忽略。     

风廓线雷达垂直速度与地面降雨关系研究：以济南为例

基于风廓线雷达数据产品的垂直速度资料和地面气象观测站2014年分钟降雨记录,采用多项式非线性拟合方法,探讨了各季节特征高度层垂直速度与地面降雨之间的相关关系;并根据场次降雨过程的分钟数据分析了垂直速度阈值对降雨开始、结束时间以及降雨强度的指示性。结果表明,垂直速度能够反映雨滴的下落速度特征,综合各个高度层来看,700 m高度层垂直速度与小时雨量回归方程拟合优度较为稳定,其他高度层在不同季节拟合优度差别略大;垂直速度的大小虽不能完全定量地预报降雨强度,但对于整个过程的雨强波动变化有着明显的指示性作用,700 m高度层垂直速度对于降雨的预报指示效果最为稳定。垂直速度对降水的指示性可用于灾害性天气,如暴雨、冰雹、降雪等的预警及临近预报,其阈值的确定受降水相态、降水类型、气温、湿度、湍流等影响,且并非唯一指标。     

广东沿海近地层大风特性的观测分析

根据广东沿海岸边3个测风梯度塔实测资料及18个沿海气象站历史资料，普查出该地历史上各个8级以上大风个例，并针对各类天气系统造成的大风过程，对比分析其在近地层的阵性特征、演变规律、垂直切变和空间分布等特征。还根据实际观测事实，针对结构工程抗风设计的需求，分析指出了目前我国相关的国家规范中存在的风参数误差，提出了在热带气旋影响的沿海地区，结构工程抗风设计中风参数取值的具体依据。     

A one-dimensional Explicit Time-dependent cloud Model (ETM): Description and validation with a three-dimensional cloud resolving model

An algorithm for a one-dimensional Explicit Time-dependent cloud Model (ETM) that takes into account non-hydrostatic pressure, entrainment, cloud microphysics, lateral and vertical eddy mixing processes is developed and tested against a state-of-the-art cloud resolving three dimensional mesoscale model—the Advanced Regional Prediction System (ARPS). The numerical schemes and sub-grid scale processes are rather similar in both ETM and ARPS, although the dimensionality is different.Results show that the ETM is able to simulate the complete lifecycle for a cloud cell, featuring comparable zones of maximum vertical velocity, and overshooting layers on the cloud top. Heat and moisture fluxes within the cloud column of the ETM occur at the same level as ARPS, giving confidence towards adequate formulations in ETM. However, mass flux fields are not in good agreement; there is significant difference in intensity and the altitude where maxima occur. Sensitivity of the ARPS cloud to the amplitude and depth of the initial thermal bubble was examined; the resulting cloud showed sensitivity to both parameters. The maximum vertical velocity decreases with greater amplitude and occurs earlier. This was used as a tuning parameter to ensure similarity in the lifecycle of ETM and ARPS clouds.     

基于单多普勒雷达的光流法改进技术

本文对基于径向速度的光流法在实际应用中存在的误差进行了分析,并提出了有效的改进方案。合成数据试验结果表明:基于径向速度的光流法在反演低仰角(小于2.5°)数据和包含非线性变化的实际风场时存在较大的误差。在低仰角情况下,由于径向速度在垂直方向的分量非常小,导致垂直速度的反演包含较大的计算误差并影响水平速度的反演精度。而当实际风场存在较大非线性变化时(如锋面、切变线等),算法中的局部约束条件被破坏,导致切变区域反演精度降低或出现奇异值。针对这两种情况,本文提出了有效的改进算法。在低仰角情况下引入了简化的约束方程,并加入了径向速度一致性的约束条件来克服实际风场非线性带来的误差。通过理想数据试验和实际个例的检验发现,改进后的算法可以有效地提高风场反演的精度和应用范围。     

Convective characteristics of the nocturnal urban boundary layer as observed with Doppler sodar and Raman lidar

Convective plume patterns, characteristic of clear sky and light wind daytime boundary layers over land, were observed for two nights with a tri-axial Doppler sodar operated in the central area of Rome during the summer of 1994. An urban heat island effect, combined with a continuation of a breeze from the sea late into night during both days, is believed to be responsible for the observed nocturnal convection. Estimates of the surface heat flux and the vertical velocity scaling parameter are obtained from profiles of vertical velocity variance, and the Raman lidar water vapor measurements are used to obtain the humidity scaling parameter. Convective scaling results for vertical wind and humidity fairly agree with the results of other experiments and models. On the basis of available measurements, it appears that mixed-layer similarity formulations used to characterize the daytime convective boundary layer over horizontally homogeneous surfaces can also be applied to the nocturnal urban boundary layer during periods of reasonable convective activity.     

一次暴雨中尺度涡旋发展机制诊断分析研究

中尺度涡旋可以持续激发新对流,是造成局地持续性降水的重要系统。基于经典涡度方程的诊断无法描述热力信息对于涡旋发展的贡献。本文采用Boussinesq近似对涡度方程进行整理,将方程唯一强迫项定义为垂直速度位涡,其形式与位涡类似,利用垂直速度替换位温。进一步在垂直速度位涡倾向方程中,以气压水平梯度的形式引入热力过程的间接作用,定量描述动热力配置的贡献。以2021年6月15日发生在南疆的一次极端暴雨为例,利用高分辨率数值模拟资料,初步分析了低层动热力强迫作用向垂直涡度的传递。结果表明,垂直速度位涡的局地变化主要来自热力强迫项中低层垂直风切变与低层冷池的耦合作用,两者在降水区前侧产生大范围的正值区。该区域与垂直速度位涡的正值区重叠,促进垂直速度位涡的增长,进而维持降水前缘的正涡度,有利于产生较强的上升运动,触发新对流并造成持续性降水。