簡单斜压大气中热成风的建立和破坏(二)

本文第一部分的分析只是近似地反映大气运动的一个方面——起始非热成风怎样达到热成风平衡的,在实际大气中,还存在另外一些因子,不断促使热成风破坏,并在热成风不断破坏和不断适应的基础上,形成了天气系统的变化和发展,自由大气中,造成热成风破坏的因子是多种多样的,例如非绝热加热,非线性平流作用,垂直方向的输送(例如     

非热成风涡度平流和层结稳定度对梅雨暴雨发生发展的作用分析

暴雨发生发展直接的判断是看雨区上空的抽气式垂直环流是否发展和维持。理论分析和数值模拟的结果表明暴雨的发生发展与地转调整过程中产生的热成风不平衡加剧现象关系密切。加剧现象是在怎样的天气尺度背景条件下发生,对此,本文试从已存在降水的情况下(此时空气近饱和)分析实况存在的热成风不平衡的分布和层结不稳定水平分布入手,     

中纬度平均经圈和纬圈环流维持的物理过程(一)

本文主要从分解计算的角度,讨论中纬度平均经圈环流和纬圈环流的维持,并把动量和感热的涡动输送联系起来,说明它们之间的内在联系和统一的物理机理. 大尺度涡动输送、加强和摩擦等强迫作用不断造成纬向平均环流的热成风不平衡,而热成风调整过程又不断使不平衡向平衡调整.平均经圈环流就是在这种强迫变化和调整过程的相互作用中产生的.我们引进了一个由强迫变化决定的温度场、流场的时间变率向量M.时间变率向量M的旋度在x方向的投影等于强迫作用所造成的非热成风产生率,它也等于平均经圈环流向量的旋度在x方向的投影. 当连续方程采用B     

准地转理论基本问题回顾与讨论

准地转理论是大气动力学的中心问题之一,它提供了从大气动力学基本原理入手分析大尺度天气系统演变的方法。准地转理论有助于预报员理解中高纬度大尺度天气系统的三维结构,分析、预报天气系统的发展和移动,因此被称为短期天气预报的理论基础。准地转理论具有完整的理论体系,它包含了较多的基本假定,故容易导致对其中的一些基本问题的理解有混淆。本文从基础的动力学知识出发,对准地转理论的基本概念、基本近似、核心理论及其在实际天气预报过程中的应用作了回顾和讨论。内容包括:准地转运动与准地转近似定义、准地转运动理论的范畴、天气图上的大尺度运动、准地转运动理论与短期天气预报的关系、由斜压二层模式下的准地转理论对高空槽脊和地面气旋发展与移动的判断等。     

湿空气动力学中若干问题的探讨

本文根据一定的观测事实，通过引进凝结几率函数的非静力平衡参数，建立了不一定饱和湿空气不以静力平衡为基础的Ｐ坐标动力学方程组。依据这个方程组，得到以下结论：１．湿平衡平行于等位势线，风速正比于位势梯度和非静力平衡参数，一般小于地转风；２．暴雨地区急流的超地转现象并不是饱和湿空气的准平衡现象，而是与急流驾驶减弱有关的不平衡现象；３．在平衡条件下，风速随高度的变化可近似用湿热成风方程来计算；当地转风与热     

中纬度平均经圈和纬圈环流维持的物理过程(二)

大尺度扰动的感热和动量输送是紧密联系的.在准地转运动中,大尺度涡动输送可分解为平衡输送和不平衡输送.在北半球冬季纬向风系和副热带高压带维持的过程中,中纬度不平衡涡动输送,以及与之相联系的平均经圈环流所造成的垂直输送,起着十分重要的作用.这时水平输送和垂直输送本身就处在内在联系之中.并且这种输送过程是和温度槽落后于流场槽的斜压扰动相联系的. 当把大气运动分解成垂直平均的正压动能和垂直切变的斜压动能时,可以更细致地了解中纬度大气环流能量转化的规律.我们进一步讨论和计算了中纬度北半球冬季能量转换的过程.     

大气运动中的地转适应过程

毛主席教导我们:“世界上没有绝对地平衡发展的东西”,大气运动也是这样。我们知道,在大气中,当水平气压梯度力和水平地转偏向力达到平衡时所具有的风,称为地转风。这时大气的运动状态是地转平衡的。然而,风云变幻,气象万千,大气是每时每刻都处于不停地运动和变化之中,这说明大气运动绝不是地转平衡的,实际风绝不等于地转风。     

斜压性对地转动量Ekman流的影响——理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解,解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化(即热成风)的影响,尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekmon抽吸新物理因子,即热成风形变、热成风涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明,这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统(譬如锋区)中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析,指出在锋区这样的强斜压系统中,此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中,我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。      

逐候地转风剖面图在中期预报中的运用

中纬度地区天气过程的发生与发展,西风带环流特点是一个不可忽视的因素。近年来我台综合使用了500mb 等压面上逐候地转风剖面图等四种不同的图表,建立起夏半年(4～9月)10天以内的中期天气过程预报工具,实际使用效果较好。一、工具的建立夏半年中期天气过程预报工具,是由(1)500mb 等压面上逐候地转风剖面图;(2)     

平衡流形成的机制与锋生

利用最小能量原理讨论了非地转流经过调整后的平衡态的情况。对于两维模型来说，不平衡流通过调整获得的平衡终态依赖于初始不平衡场的分布特点。如果不平衡流的初始位涡是非均匀的，则其通过适应过程而达到的平衡状态不一定满足热成风关系；对于初始位涡是均匀的或为零的不平衡流来说，如果初始密度的水平变化不是非常显著，则运动最后可以达到热成风平衡状态，反之，最后的平衡态则不满足成风关系，对于这种情况，我们利用广义动量坐标系进行了详细讨论。     

斜压性对地转动量Ekman流的影响—理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解，解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化（即热成风）的影响，尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekman抽吸新物理因子，即热成风形变、热成内涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明，这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统（譬如锋区）中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析，指出在锋区这 样的强斜压系统中，此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中，我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。     

突发性灾害天气特征及发生条件的动力学剖析

通过对中纬度地区大,中尺度突发性灾害天气的动力学分析表明：突发性灾害天气具有委和相对稳定演变的特征;激发过程是在湿位涡趋向于零的条件下,由于影响湿位涡的各项因子动态不平衡而的湿位涡不守恒过程,在中纬度地区表现为地转偏差的激发过程。     

湍流边界层中平流与大气运动的动能耗散

本文从边界层运动方程出发,利用地转动量近似解析地给出了根据宏观外参数来求正压边界层中动能耗散的公式,得到了地转风及其平流与局地时变项及纬度的影响。指出了变性能量依赖于气压系统,改进了对变性能量的认识。本结果可直接应用于大尺度模式中以估计边界层的动能耗散,因而对大气动能平衡的研究,对从能量观点研究天气系统的生衰,发展有一定意义。     

湿C矢量及其应用

C矢量(C)是Q矢量(Q)在三维空间中的延伸,表征了三维非地转运动。然而,C是基于地转风近似和绝热条件得到的,不包含大气运动的非绝热加热信息。大气中的降水及其影响天气系统往往与大气凝结潜热释放所产生的非绝热效应有关。从β平面下的p坐标系大气原始方程组出发,考虑大气非绝热效应,推导湿C矢量(C^*),揭示C^*的物理意义。利用ERA5再分析资料和高原低涡数据集,通过C^*诊断青藏高原低涡(简称“高原涡”)个例形成、发展和移动过程,并与C的诊断结果进行对比以证实C^*的应用价值。结果表明,相较于Q和C, C^*包含更全面的非地转运动信息,在诊断中具有优势。C^*的水平分量(C_hor^*)表征了热成风非平衡和非绝热加热作用产生的次级环流,能更好地解释高原涡移动方向改变的原因;C^*的垂直分量(C_p^*)恢复了被Q丢失的非地转运动信息,描述了地转非平衡产生的水平非地转运动,...     

短波斜压扰动系统移动及强度变化的诊断分析

本文应用非绝热准地转位势倾向方程,分析和讨论了中纬度短波斜压扰动系统移动和强度变化的条件。理论分析和实例计算表明,地转风涡度平流对促使斜压扰动东移有重要贡献;地转风差动厚度平流是斜压扰动发展或衰减的重要影响因素;差动潜热能平流对斜压扰动的移动和发展均有不可忽视的作用。该方程用于短波斜压扰动移动及强度变化的诊断分析和预报是一种较好的方法。     

一次移动型大暴雨天气过程扰动及物理量场结构和特征

对2001年8月19-20日全川移动型大暴雨天气过程的分析表明：初始扰动产生在对流层中层移动性低槽底部强烈发展的低空热低压倒槽中，有利的物理量配置环境、大尺度系统的稳定型和非均一热成风偏差分布对其发展和维持具有十分重要的作用。提出了动点、不动点群体系统局域阻塞概念，并结合高低空散度的不平衡，明确了移动型川东大暴雨的短期预报思路。     

一次移动型大暴雨天气过程扰动及物理量场结构和特征

对2001年8月19-20日全川移动型大暴雨天气过程的分析表明:初始扰动产生在对流层中层移动性低槽底部强烈发展的低空热低压倒槽中,有利的物理量配置环境、大尺度系统的稳定型和非均一热成风偏差分布对其发展和维持具有十分重要的作用.提出了动点、不动点群体系统局域阻塞概念,并结合高低空散度的不平衡,明确了移动型川东大暴雨的短期预报思路.     

低纬斜压两层模式大气半地转适应过程

利用斜压两层模式研究了赤道平面近似下的低纬热带大气适应过程。指出低纬斜压大气适应过程主要受重力惯性内波控制。通过重力惯性内波对初始非地转能量的频散，使纬向运动达到地转平衡，而经向维持非地转运动，正压模式下称为半地转平衡，斜压模式下称为半热成风平衡。通过对垂直运动方程的求解，可知，垂直运动只与重力惯性内波相联系，其产生与初始斜压位涡度无关，而只与初始时刻的垂直运动和垂直运动倾向有关，半地转适应使运动趋向水平运动。讨论了半热成风平衡的建立及其物理机制，指出由于重力惯性内波激发出垂直运动，与垂直运动相联系的水平辐合辐散调整流场和温度场之间的关系，使温压场最终达到半热成风平衡。通过对适应过程终态的分析，指出平均温度场和切变流场之间的适应方向决定于初始非半地转扰动的尺度与斜压Ｒｏｓｓｂｙ变形半径有关的特征尺度的比值，当比值大于１时，切变流场向平均温度场适应；当比值小于１时，平均温度场向切变流场适应     

准地转Q矢量分析及其在短期天气预报中的应用

本文介绍了准地转Q矢量分析理论和方法,给出用Q矢量散度表示强迫项的准地转ω方程和Q矢量的物理意义。 用Q矢量分析方法诊断了1987年8月4日在辽宁出现的一次强对流天气过程,并与数值预报结果进行了比较,结果表明,这种方法能够较清楚地揭示强。对流天气过程中大尺度环境场的变化。可以为业务预报提供一些有参考价值的信息。     

高原上热力和动力不稳定与“6．15”洪灾成因探讨

对１９８６年６月１４～１５日发生在氓江上游地区的一次连续性区域暴雨天气过程，进行了热力和动力不稳定分析以及低空急流附近的热成风调整适应机制分析。在这次洪灾过程中，高分辨的热力不稳定能量分布对暴雨落区有较好的指示性；对称不稳定能量是这次持续性区域暴雨又一重要能量之一；低空急流附近的强地转偏差所引起的扰动与非热成风调整之间产生互相增长的正反馈过程，是这次暴雨持续的重要原因。