登陆台风莫拉克(2009)的涡度拟能收支分析

利用涡度拟能、散度平方项(简记为散度能量)和总变形平方项(简记为变形能量)来表征涡度、散度和变形的强度,并推导这3个物理量的倾向方程。这些方程中既包含代表这些物理量相互转化的符号相反项,也含有代表共同强迫的符号相同项,其中,涡度拟能局地变化主要由涡度拟能与变形能量的共同强迫项、涡度拟能与变形能量的转化项以及涡度拟能与散度能量的转化项组成。针对2009年第8号台风莫拉克,利用美国全球预报系统分析场资料计算这些方程中的强迫项,分析涡度拟能及其收支特征,以此来探讨影响台风莫拉克涡度拟能局地变化的主要物理因素。结果表明,在莫拉克发展和衰减阶段,涡度拟能与变形能量的共同强迫项(涡-形相同项)和涡度拟能与散度能量的转化项(涡-散转化项)是影响涡度拟能局地变化的重要强迫项。涡度拟能与变形能量转化项(涡-形转化项)的贡献相对来说弱一些。影响位涡拟能局地变化的重要物理因素是涡-形相同项和涡-形转化项中的平流输送项和散度耦合项,以及涡-散转化项中散度耦合项。变形能量一方面通过涡-形转化项向涡度拟能转化,直接促进涡度拟能增长;另一方面通过散-形转化项向散度能量转化,再通过涡-散转化项散度能量向涡度拟能转化,间接促进涡度拟能增长。     

雅安区域暴雨的物理量预报指标

本文在《雅安区域暴雨过程的物理量特征》一文的基础上,根据成都中心气象台发布的物理量资料,对33次雅安地区区域暴雨前的物理量网格资料进行了反查,总结出了雅安区域暴雨的散度、涡度和水汽通量散度等物理量预报指标。     

一次秋季暴雨过程的物理量特征分析

从环流背景和天气形势特点入手,对2004年9月5～6日出现在贵州省西北部地区的大暴雨天气过程进行了分析,通过对实况场涡度、散度、水汽通量散度、动能的分析,阐述了暴雨落区与这些物理量的对应关系,为秋季暴雨的预报提供一定的参考依据.     

物理量传真图在降水预报上的应用

北京气象中心于1983年7月正式开始发送数值预报物理量传真图,其种类繁多,有温度、温度露点差、风、涡度、散度、垂直速度、水汽通量、厚度、θ_(se)、两层θ_(se)差、两层散度差、变高等.这些物理量不仅给出了预报时刻大气温压场的基本特征,而且还给出了与天气变化密切相关的各种物理量特征.根据我们二年多的实践,发现在某一月份或某一季节,降水天气及重要天气的发生,物理量场的分布特征及其演变是有一定规律性的.通过对物理量传真图网格点资料的检验,我们找到了一些定性的预报指标,并从16个物理量中筛选出了6个物理量,建立了0、1权重MOS预报方程,对有无小量以上的降水预报效果较好.     

正压过滤模式大气中的对称运动和非对称运动

把流函数分成对赤道对称和对赤道反对称的两部分,可以把正压涡度方程分离为描写大气对称运动和反对称运动的两个方程。根据它们,讨论了在全球范围内几种基本物理量,如涡度和绝对角动量等在对称和反对称情况的守恒性。还给出了这两类运动的能量收支方程和能量转换表达式。可以看出,在大气中不仅有纬圈平均动能和扰动动能之间的转换,也有对称运动产生的和反对称运动产生的动能之间的转换。 还在涡度方程中考虑地形和水平扩散的情形下,提出了大气非对称性质产生的机制。结果表明:非对称的地形分布和水平扩散系数的分布可能是导致非对称运动的原因。 最后,还对全球预报和半球预报,从物理观点作了理论比较。     

新书架上

《动力气象学引论习题解》田永祥编著,科学出版社出版,1982年7月,162页。本书是对美国华盛顿大学霍尔顿(J.R.Holton)教授著的《动力气象学引论》一书中全部习题的习题解答。书中主要包含有地转风、热成风、温度平流、散度、涡度、环流等物理量的计算,大气中各种能量的产生、消耗及其相互转换所需时间的计算;平均动能、涡动动能方程和平均有效位能方程的推导,考虑摩擦作用的和由于流体深度随纬度变化而产生的罗斯贝波相速公式的推导;正压、斜压不稳定性的分析;典型龙卷和台风尺度扰动的运动方程的尺度分析,以及天气尺度运动的涡度方程和散度方程的尺度分析等内容。本书可供气象业务工作者、大专院校气象专业     

物理量计算(一)

为了帮助基层台站在日常业务中计算和应用一些物理量,下面对散度,涡度、垂直速变,水汽通量和水汽通量散度及其计算方法作些简单的介绍,並给出用TQ—16电子计算机汁算这些物理量的BCY语言程序,供同志们参考试用。一、散度和涡度的计算这里讲的度水是征散平风场的散度,涡度是指相对涡度的铅直分量。这是两个描写大气流场特的重物指表理量。散度场可以导致气压的局地变化,决定大气的铅直运动,又是绝对     

东北冷涡加强减弱过程的涡度收支和动能诊断

对东北冷涡加强和减弱阶段的涡度和动能的收支进行诊断分析。结果表明：无论在加强还是减弱阶段,冷涡区域范围整层的涡度变化均很明显;涡度平衡方程中,散度项、水平平流项及余项均是主要项,正涡度的增长和减弱对冷涡加强和减弱有重要贡献;动能收支方程中的各项也有明显差异,且在对流层中上层均有较强的能量交换过程。     

东北冷涡加强减弱过程的涡度收支和支能诊断

对东北冷涡加强和减弱阶段的涡度和动能的收支进行诊断分析。结果表明：无论在加强还是减弱阶段,冷涡区域范围整层的涡度变化均很明显;涡度平衡方程中,散度项,水平平流项及余项均是主要项,正涡度的增长和减弱对冷涡加强和减弱有重要贡献;动能收支方程中的各项也有明显差异,且在对流层中上层均有较强的能量交换过程。     

铜仁地区“95.7.1”大暴雨成因诊断分析

本文对“９５．７．１”大暴雨天气过程的物理量进行了诊断分析，从水汽条件、大气稳定度、涡度、散度，动能的局地变率，低空急流等方面进行分析研究，揭示了这次大暴雨过程的物理特征。     

云南主汛期大雨过程的诊断与预报

分析和探讨了１９９６年云南主汛期（６－８月）逐日Ｑ矢量湿锋生函数、Ｑ矢量散度、涡散场能量转函数、水汽通量散度等４个物理量参数与云南大雨过程的关系,并在此基础上建立了未来２４小时大雨预报方程。     

热带气旋登陆维持和迅速消亡的诊断研究

采用动态合成方法, 对登陆后长久维持热带气旋(LTC)和迅速衰亡热带气旋(STC)的涡度、动能、热量和水汽的收支平衡进行计算和对比分析.结果表明: (1)LTC在陆上长久维持过程中, 其低层正涡度衰减缓慢并保持一定强度.STC登陆后正涡度减弱较快.(2)热带气旋登陆后涡度的收支主要取决于水平散度项、平流项和剩余项.散度项使LTC低层正涡度增加, 高层减少, 平流项和剩余项则使其低层涡度减弱, 高层涡度增加.总体而言, LTC自高层获得正涡度的补充, STC则没有获得环境正涡度.(3)低层, 摩擦耗散使LTC动能减少, 但动能通量辐合可补充部分动能而减缓衰减.中高层, LTC登陆后36～60 h动能收大于支, 动能的增加一部分来自于斜压动能制造, 一部分来自于次网格尺度.STC有类似的动能耗散, 却无动能补充.(4)LTC登陆后保持一定强度, 并从外界获得热量和水汽补充来支持积云对流发展, 而积云对流对LTC的维持具有正反馈作用.STC登陆后没有这一过程.     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28-30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋式环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的一种可能机制

根据暴雨中尺度系统发生时的大气运动特征,在绝热、无摩擦条件下,从湿斜压原始方程出发,考虑大气运动的涡度及散度演化不仅受动力场的制约,而且还受到热力场的约束,采用不同于传统研究涡度及散度方程的分析方法,导出了新形式的涡度及散度方程。在此基础上,分析了湿斜压大气中对流层中低层气流旋转与辐合持续增长的动力特征,初步揭示了湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的动力机制。     

爆发性与非爆发性海洋温带气旋

本文选取分别代表爆发性发展(1983年3月)和非爆发性发展(1982年3月)的两个海洋温带气旋个例,对它们进行了比较研究。结果表明,无论是在基本要素场,还是诊断出的物理量场,两者都表现出明显的差异。其中,涡度、位势涡度、扰动动能和总动能之间的差别更大。在爆发阶段,前3项的增加量爆发性气旋是非爆发性气旋的2—4倍,而总动能的增大值两者悬殊更大,比值为13.6:1。     

两种气象常用坐标系中涡度和散度物理意义的比较

气象常用的涡度、水平散度(简称散度)是天气系统、天气现象演变的重要诊断物理量。依据坐标转换的观点,分别推导出气象中常用的局地直角坐标系("z"坐标系)和等压坐标系("p"坐标系)中涡度之间、散度之间的关系表达式。讨论表明,在两种坐标系中,涡度、散度的定义式形式完全相同,但本质有所差异,"p"坐标系中涡度不仅表示空气微团绕天顶方向的旋转程度,还反映大气的斜压性强弱。同样,"p"坐标系中散度不仅表示空气微团水平面积的相对变化率大小程度,也反映大气的斜压性强弱。只有大气在正压状态的情况之下,"p"坐标系中涡度、散度才表示纯粹的旋转和辐散辐合。"p"坐标系中涡度、散度不仅具有大气动力特征,同时还具有大气热力特征。     

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。     

能量位涡度平衡方程及其在暴雨诊断分析中的应用

本文从Ertel广义位涡方程和大气总能量概念出发,导出了一个把能量天气学与动力学相结合的新物理量——能量位涡度。文中给出了相当能量位涡度的概念,导出了二者的简化形式,并对它们的物理意义和天气背景作了讨论。从定义入手,推导了能量涡度平衡方程,解释了各项的物理意义。在此基础上结合尺度分离方法,对一次暴雨实例作了能量位涡诊断分析和平衡分析,发现暴雨区与能量位涡正中心相对应,与相当能量位涡负中心也对应。最后还讨论了各个因子对能量位涡的贡献,表明能量位涡能够反映出暴雨所必需的动力场和能量背景场条件,并与水汽通量散度结合对暴雨具有诊断意义。     

暴雨系统中环境涡度场与散度场之间相互关系

观测事实和理论研究表明,暴雨系统的形成和发展与环境涡度和散度的分布和演变有十分密切的关系。因此用涡度方程和散度方程来诊断和分析流场结构比其它方程(如动量方程)更为直接,物理意义也更加清楚,这就吸引气象学者把它用于分析实践。如Matsumoto等用完全涡度方程和散度方程各项来诊断中尺度系统发展过程中对流活动的作用;Schaefer选取散度方程中与发展有关的项来诊断未来风暴的发生,发现其相关率可达90％以上。我国学者也研究过散度方程各项的大小以及某些重要项对暴雨形成的作用。鉴于涡度方程和散度方程在气象中常采用其近似关系式,故本文对方程各项进行