华南汛期暴雨过程的潜热计算分析

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,计算了发生在华南汛期一次强暴雨过程中的潜热,并探讨了这次强暴雨过程中潜热的演变及垂直分布特征。结果表明:华南汛期暴雨过程中存在大量的潜热,其变化与暴雨强度的演变相一致。暴雨区上空强烈的对流凝结潜热在这次暴雨过程中起了主导作用。在垂直方向上对流凝结潜热的极大值呈双峰型特征,极大值所在高度随着暴雨的增强有上传的趋势。大尺度凝结潜热的极值大小及其所出现的高度层都异于对流凝结潜热。     

青藏高原不同地区湍流输送特征及其与气象因子的关系

利用第三次青藏高原大气科学观测试验数据,对高原不同地区感热、潜热交换等湍流输送特征进行了分析,并进一步对比研究了其与气象环境因子的相关关系。结果表明:（1）高原各站之间感热和潜热的差异性较大,但大多在雨季潜热会大于感热。干燥的狮泉河站属于高寒荒漠地区,降水极少,全年感热都远大于潜热,波文比年平均值可达到20.0;湿润的比如站和嘉黎站潜热在4～10月均显著大于感热,波文比在4～10月的数值范围在0.27～0.88。（2）高原感热和潜热通量的季节变化与高原季风所处的地理位置有密切关系,高原中部的感热通量在3～5月达到最大值,而高原西部则在4～6月最大,可能与高原季风的活动有关。（3）通过与气象要素的相关分析表明,高原西部狮泉河站感热与地气温差的正相关关系最为显著,全年的相关系数可以达到0.905,在4个季节相关系数也均大于0.79,这可能与下垫面是裸地有关;高原中部安多站和那曲站感热与风速的正相关在夏季最为显著,比如站感热与风速的正相关在冬季最为明显,而狮泉河站感热与风速在春、夏季均有着十分显著的正相关。     

一次大暴雨过程的物理量平衡分析

本文分析了1977年7月一次大暴雨过程的动能、感热和水汽的平衡。结果表明暴雨系统把来自周围大气的感热能和潜热能变成动能,在高层又将动能输送给周围大气。次网格尺度运动对天气尺度系统的作用是感热源、潜热汇。对于动能,在强对流的中心区是动能源,在包括中心周围的较大范围内是汇。 本文所得结果对于降水数值预报模式的设计有一定意义。     

南亚夏季风爆发前后青藏高原地表热通量的长期变化特征分析

青藏高原作为世界第三极,其热力强迫作用不仅对亚洲季风系统的发展和维持十分重要,也会对大气环流场产生深远影响。利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim中1979-2016年3-10月青藏高原及其周边地区的地表热通量月平均再分析资料,通过分析得出以下结论:3-5月青藏高原主体由感热占据,感热强度快速上升且呈西高东低的分布态势,潜热强度较小但随时间而增强。季风爆发后的6-8月,青藏高原感热强度减弱,潜热强度迅速增强且呈东高西低的分布特征。季风消退后的9-10月,感热与潜热强度相当,但感热呈现出西高东低的分布特征。过去38年,青藏高原地表感热总体呈现微弱下降趋势,潜热呈较弱上升趋势。青藏高原西部地区感热呈微弱下降趋势,潜热呈上升趋势。东部感热呈较为明显的下降趋势且近年来变化趋势增强,东部潜热通量则呈现较为明显的上升趋势,分析结论与近期全球变暖条件下青藏高原气候变暖变湿这一变化状况一致,通过对青藏高原地表热通量的变化分析为下一步运用第三次青藏高原大气科学试验所获资料分析青藏高原上空大气热源的变化以及地表加热场如何影响大气环流奠定基础。      

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％。     

东亚夏季风边缘摆动区陆面能量时空分布规律及其与气候环境的关系

东亚夏季风边缘摆动区既是气候敏感区,也是生态脆弱区和农牧交错带,其特殊陆面能量空间分布格局和演变特征对理解该区域天气和气候变化有重要意义。然而受限于陆面观测资料缺乏,对这部分陆面特征的认识仍非常有限。通过对34 a陆面模拟集成产品的分析,发现夏季风边缘摆动区内潜热和感热通量在空间上表现出明显的过渡特征,由摆动区外的相对均衡状态进入到摆动区内的“突变转换”;陆面能量平衡具有明显的区域特征,能量平衡各分量在纬向和经向都表现出了“阶梯型”的变化。就演变而言,区域平均感热和潜热没有表现出规律性的递减或递增趋势,波动幅度在±20%以内,但在20世纪末存在一个较为明显的摆动相位转换:1997年之前夏季风边缘摆动区夏季风相对活跃,潜热通量总体高于其气候值而感热通量则低于其气候值,之后出现了相反的现象。此外,区内感热和潜热通量对气候环境干湿性质非常敏感,两者存在明显的线性关系。      

CLIMATOLOGICAL CALCULATION OF SURFACE LATENT HEAT OVER CHINA

In the context of measurements from all the thermal balance stations over China,two methodsof calculating surface latent heat for its climatic features are proposed through experiments with arange of schemes,one being the empirical type based on the relationship between ground latent heatand vapor pressure,and the other upon the Bowen ratio parameterization.Either of them has itsunique merits so that they can be considered in specific case to have higher accuracy.On this basis.investigation is done of the feature of geographic distribution and annual variability of the heatacross the country.     

对云滴凝结增长方程的质疑

基于多元体系化学势和相平衡原理,分析认为“水蒸气凝结释放的潜热既升高了云滴表面温度,又向外传导热量”的观点违反了热力学第二定律,指出这样热传导过程是不可能进行的,分析认为大气中水蒸气凝结只能以辐射形式释放潜热。     

热带太平洋和印度洋热源对大气影响的季节变化特征

本文利用1970—1979年COADS2°×2°格点月平均资料,计算了30°S—30°N热带太平洋和印度洋洋面上的有效长波辐射、感热和潜热通量以及它们的季节变化和年变化。结果指出:在冬季半球热带海洋外侧有大量的长波辐射、感热和潜热向大气输送,输送通量的季节变化大;热带太平洋地区西北部热通量的季节变化最大,赤道洋面地区热通量的年变化最小,潜热是洋面上热量输送的最大项,季节变化也最大;感热的输送量虽不及有效长波辐射,但其季节变化与有效长波辐射的变化相当;赤道地区是有效长波辐射和潜热通量的低值区,暖池地区是有效长波辐射的低值中心,靠近秘鲁海域的东南赤道太平洋是感热通量的负值区;热带太平洋西北部和阿拉伯海、孟加拉湾地区的热通量及年、季变化与亚洲季风有密切的关系,同时对我国和南亚地区的气候有重要的影响。      

高温和台风影响下的苏州城市粗糙子层湍流通量特征

利用苏州地区2011年12月20日—2012年8月13日的湍流观测资料对不同季节、高温、台风强天气过程下的湍流特征进行分析。结果表明:城市地区不同季节动量通量、感热通量、潜热通量日变化明显,各通量的夏季平均值、最大值均高于冬春季,夏季感热通量日最大值为160.2 W·m^-2,感热在城市地表能量平衡中的作用大于潜热,各季节潜热通量平均值仅为感热通量的40%~45%。降水量和植被覆盖度影响地表能量平衡,尤其影响地表热量在感热和潜热之间的分配。在高温天气过程中,感热通量增加明显,其峰值约是夏季平均的1.93倍。由于水汽较少,潜热通量明显减少,约为夏季日平均值的60%。速度三分量谱中u谱与w谱在低频区存在两个峰值,说明在城市复杂下垫面里,湍流激发机制中存在低频过程的影响。在台风天气过程中,动量通量大且变化快,感热输送弱,潜热输送波动大。速度谱w基本不符合"-5/3"次律,惯性子区最小且向高频移动,这和台风内部的复杂上升下沉气流有关。     

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响.本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通...     

华北一次暴雨过程中潜热对中尺度系统和降水影响的数值研究

针对2005年7月22日的发生于华北的暴雨中尺度对流系统,在用中尺度ARPS模式数值模拟和分析云场、动力场以及微物理过程释放的潜热垂直分布和作用特征的基础上,通过改变主要微物理过程潜热做敏感性数值试验,研究和分析了潜热对云系发展演变、云系宏观动力场、水汽场、云场和降水的影响,总结出云暖区潜热的影响途径。结果表明,在对流云团中,5000 m以上微物理过程起加热作用,以下起冷却作用。不同物理过程潜热加热的云层高度不同:高层起加热作用的主要为水汽凝结、云冰初生和雪凝华增长、霰撞冻云水过程;中层起加热/冷却作用的主要为水汽凝结、霰/雹融化过程;低层雨水的蒸发过程起冷却作用。微物理过程潜热通过影响云系和降水发展过程、云系动力场,进而影响水汽场、云场和降水。忽略霰/雹融化潜热,相当于增加云系暖区潜热,促进了低层气旋性环流的形成,增强了低层动力场的辐合,使得低层辐合区增多、增强;中低层水汽通量辐合区增多、面积扩大,明显地促进了对流云系的发展,增大了含水量和覆盖范围,云系的降水量显著增加,强降水区覆盖范围扩大。即使减少20%的凝结潜热,云系的发展也受到极大抑制,没有气旋性环流生成,低层辐合区缩小、强度降低,水汽通量辐合区也同样缩小、强度降低,云系对流发展减弱、含水量降低,因此,降水量大为减小,降水范围也显著缩小。此外,微物理过程潜热还影响到此次中尺度对流系统发展演变过程,改变了云系的形态、影响到系统的移动和系统中对流云团的发展强度和分布情况。     

雷达反演潜热在华南区域数值模式汛期短时临近降水预报的应用试验

为了评估潜热对短临降水预报的影响,基于雷达反演潜热的基础上,以2014年3月30日的强降水个例和2013年5月的31天为样本,进行了初值有无引入潜热释放引起位温增量的批量试验。(1)强降水个例模拟试验发现,初值引进潜热后预报的12 h累积降水中心与实况一致,预报的前4 h雷达反射率从范围、强度上更接近观测的反射率,逐小时TS比无潜热试验要高。(2)诊断分析表明模式初值引进潜热后,调整降水区域上空大气的温度结构,订正或加强次级环流,触发对流不稳定能量释放,利于成云致雨。(3)批量对比试验反映初值潜热对前12 h逐时降水预报一直保持正影响。      

Stability Dependence of the Eddy-Accumulation Coefficients for Momentum and Scalars

From a set of turbulence data collected with a three-axis sonic anemometer/thermometer and described in a companion paper, we simulate the eddy-accumulation process for sensible heat and momentum fluxes. The resulting eddy-accumulation coefficient for momentum clearly depends on surface-layer stability; at neutral stability, its value is 0.63. On supplementing the scalar eddy-accumulation coefficients that we derive from our sensible heat flux data with values of sensible and latent heat flux coefficients reported by Businger and Oncley, we also find that scalar eddy-accumulation coefficients depend on stability, though more weakly than does the momentum coefficient. The coefficients for sensible and latent heat show no significant difference; we, thus, fit them with one function of stability whose value is 0.52 for neutral stratification.     

川西平原一次暖区暴雨的能量天气学分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料,应用能量天气学方法对发生在2015年8月14日的川西平原暖区暴雨进行了分析。结果表明,总能量在8月14日经历了在上午积聚和午后释放的过程,并且随着时间由北向南增加,这和雨带从成都往眉山、乐山移动一致。总能量极大值14时出现在30°N附近,这和强降雨中心午间出现在眉山吻合。14日白天潜热能和总能量变化趋势一致,且不同时段变化值接近,潜热能的变化是导致总能量变化的主要因子,潜热能是此次川西平原暖区暴雨的主要贡献者。川西平原潜热能明显增大,有利于出现降水,潜在不稳定区和雨区有较好的对应关系。饱和能差较小,对流不稳定能量增加,有利于出现降水。14日14时对流不稳定能量和潜在不稳定能量显著增大,能量平衡高度达到200h Pa附近,导致成片暴雨区的出现。      

热带太平洋-印度洋海温异常综合模的数值模拟

通过数值模拟及结果的合成分析,对热带太平洋-印度洋异常海温综合模态的三维热力结构、动力结构及其发生发展的可能机制进行了研究.数值模拟结果的分析表明,太平洋、印度洋海温异常的综合模态在表层、次表层的表现都很明显,即在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高),该模态还存在着显著的年变化特征、年际变化特征以及年代际变化特征.数值模拟的合成分析结果表明,异常的海表风应力引起表层洋流异常,表层洋流异常及由其引起的海表高度异常可导致次表层海水环流的异常,海洋环流异常导致的平流热输送异常是海温形成异常综合模态的主要原因之一,垂直输送是形成次表层海温综合模态的主要原因.平流热输送过程对海表温度变异的贡献是:在事件发生到盛期阶段促进了次表层海温异常综合模态的形成,在盛期到消亡阶段次表层的平流过程阻碍其进一步发展;短波辐射是海洋的主要热力来源,海表面异常的净短波辐射通量、潜热通量是表层海温形成异常模态的主要热力学原因,异常的海表面净短波辐射通量、潜热通量、感热通量在到达盛期阶段后抑制其进一步发展.     

沙氏指数计算方案探讨

从沙氏指数的物理定义出发,给出了计算沙氏指数的4种方案并进行了误差分析。A方案没有考虑水汽凝结潜热,计算结果误差大;B方案虽然考虑水汽凝结潜热,但计算方法没有考虑湿绝热线的曲率等问题,计算结果虽优于A方案,但误差仍较大;C方案不仅考虑水汽凝结潜热,并从计算方法上作了改进,不仅考虑了湿绝热线的曲率等问题,同时避免了由气压直接求取气温造成误差较大的问题,计算结果优于A、B方案,比较理想,可在实际工作中使用;D方案由假绝热方程经过转化求得上升气块的温度,然后算出沙氏指数,虽然精确,但计算复杂,实际应用较困难。     

鄱阳湖地区地表通量特征及影响因素

利用2013年7月1日—2014年6月30日鄱阳湖东岸70 m铁塔的涡动相关观测资料,统计分析了风、温度、通量足迹的分布,重点分析了湍流通量的变化及其影响因素,结果表明:1)鄱阳湖地区夏季主要以南风、西南偏南风和东南偏南风为主,冬季风向多变,主要以西北风、西北偏北风等偏北风为主.秋季风速较强,春季次之,夏季最小.通量足迹在南、北方向密集,在西南和东北方向稀疏.2)动量通量表现为夏、秋季较大,冬、春季较小.感热通量表现为秋季最大,春季次之,夏季最小;秋季整体的变化幅度都较大,夏季整体较小.潜热通量夏季最大,冬季最小;潜热通量夏季整体的变化幅度较大,冬季整体较小.3)随着下垫面粗糙度的增大,摩擦速度和动量通量显著增大.潜热通量与水的相变密切相关,来自湖面的潜热通量较大,而来自陆地的较小;感热通量与大气稳定度有关,在稳定状态时为负,在不稳定状态感热通量显著增大.     

BCC_CSM1.1(m) 模式对热带太平洋潜热通量的评估

利用1979—2005年OAFlux (Objectively Analyzed air-sea Fluxes) 观测资料以及CMIP5的15个耦合模式的模拟结果,评估了BCC_CSM1.1(m) 模式对热带太平洋年平均潜热通量气候态和变化趋势的模拟能力,并分析造成趋势偏差的可能原因。结果表明:BCC_CSM1.1(m) 模式模拟热带太平洋年平均潜热通量气候态在各纬度上差异较大, 其中在赤道的模拟能力较佳,而在10°N和8°S附近模拟偏差较大;BCC_CSM1.1(m) 模式对热带太平洋年平均潜热通量趋势的模拟能力一般,造成趋势偏差的主要原因是该模式低估了风速对潜热通量的局地贡献以及它对风速的非局地贡献的模拟存在较大偏差。此外,该模式未能较好地模拟出风速对全球变暖响应。因此,BCC_CSM1.1(m) 模式对热带太平洋年平均潜热通量趋势模拟的改进需加强其对风速模拟的改进。     

柽柳灌丛热量收支特性与蒸散研究

Bowen能量平衡法是广泛用于测定各种低矮植物蒸散的常用方法。本文将改进的波文比—能量观测系统用于测定灌木柽柳群落的测定，通过6～9月对感热通量、潜热通量、土壤热通量等的测定，计算出额济纳地区柽柳灌丛(6～9月)的蒸散量为335．31mm；在8月潜热通量占能量支出量的62．85％，感热通量占32．85％，土壤热通量占4．44％。在日变化中，潜热在上午大于感热，下午感热交换大于潜热。