西太副高影响下北京区域性暴雨的个例分析

北京地区大降水（≥25 mm/d）天气有72%出现在7～8月份，其中直接受西太平洋副热带高压（副高）影响的大降水占46%，它们主要产生在西风槽与副高相互作用的天气形势下。通过对该类暴雨的典型个例分析表明，由于受副高的影响，对流层低层副高南面的偏东气流将海上充沛的水汽输送到大陆，并折向北与偏北气流相遇，汇集在北京附近。同时，副高西北边缘与西风槽之间形成较强的能量锋区，该锋区南面的高温高湿气团蕴藏了较深厚的湿有效位能，在湿位涡的斜压项作用下转化为动能，倾斜垂直涡度发展激发了强烈的上升运动。在斜压扰动作用下，对流层中层差动涡度平流和副高西侧的暖平流破坏了北京及邻近区域的准地转平衡，动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流，该处的上升运动得到加强。暴雨就是产生在强的能量锋附近低层气旋性涡度发展、高层辐散显著的地方。此外，副高西侧低层的暖湿气流北上，较强的差动假相当位温平流促使大气层结向对流不稳定发展，这对于暴雨局地的再增强是不可忽视的因素。由此，形成对该类暴雨天气预报的着眼点。     

副高断裂前后四川盆地一次暴雨过程的比较分析

利用NCEP1°×1°6 h再分析资料,对副热带高压与西风槽典型环流形势配合下发生的一次四川区域性暴雨过程的不同阶段进行对比分析。结果表明,前期暴雨天气过程,其动力条件占到了主导地位,具有明显的经向垂直环流圈和垂直上升运动支,而在副高断裂后较强冷空气作用下,在副高边缘发生的区域性暴雨过程受西风带槽前的能量锋区影响,动力强迫作用和热力强迫作用激发的次级环流,进一步加强了四川盆地垂直运动的发展;冷空气作用前期的暴雨过程和冷空气进入后副高边缘发生的区域性暴雨过程中暴雨区域内的假相当位温均强于高层,大气处于对流性不稳定层结状态,对四川盆地暴雨的增强也起了不可忽视的作用,但由副高控制到副高逐渐断裂,湿位涡的斜压扰动是逐渐增强的过程,导致倾斜垂直涡度发展,激发更为强烈的上升运动;副高与西风槽环流形势相配合的暖区暴雨过程水汽主要来自中低层孟加拉湾;而副高断裂后发生在副高边缘的区域性暴雨过程,水汽主要来自850hPa层南海和孟加拉湾,从对流层中到低层,四川盆地东部恰恰是冷暖气流的交汇处,偏南气流将海上充沛的水汽输送到盆地东部,为暴雨的发生提供充足的水汽条件,并与对流层低层秦岭附近的东北冷气流交汇。      

副高断裂前后四川盆地一次暴雨过程的比较分析

利用NCEP1°×1°6 h再分析资料,对副热带高压与西风槽典型环流形势配合下发生的一次四川区域性暴雨过程的不同阶段进行对比分析。结果表明,前期暴雨天气过程,其动力条件占到了主导地位,具有明显的经向垂直环流圈和垂直上升运动支,而在副高断裂后较强冷空气作用下,在副高边缘发生的区域性暴雨过程受西风带槽前的能量锋区影响,动力强迫作用和热力强迫作用激发的次级环流,进一步加强了四川盆地垂直运动的发展;冷空气作用前期的暴雨过程和冷空气进入后副高边缘发生的区域性暴雨过程中暴雨区域内的假相当位温均强于高层,大气处于对流性不稳定层结状态,对四川盆地暴雨的增强也起了不可忽视的作用,但由副高控制到副高逐渐断裂,湿位涡的斜压扰动是逐渐增强的过程,导致倾斜垂直涡度发展,激发更为强烈的上升运动;副高与西风槽环流形势相配合的暖区暴雨过程水汽主要来自中低层孟加拉湾;而副高断裂后发生在副高边缘的区域性暴雨过程,水汽主要来自850hPa层南海和孟加拉湾,从对流层中到低层,四川盆地东部恰恰是冷暖气流的交汇处,偏南气流将海上充沛的水汽输送到盆地东部,为暴雨的发生提供充足的水汽条件,并与对流层低层秦岭附近的东北冷气流交汇。     

一次登陆台风倒槽暴雨过程的初步诊断

利用常规探空和地面观测资料、卫星雷达资料以及NCEP再分析数据,应用非地转湿Q矢量和湿位涡理论,诊断分析了2018年第4号台风"艾云尼"登陆后的倒槽暴雨过程。结果表明,台风倒槽东侧偏南气流为暴雨区温湿能量的主要来源,倒槽顶部的暖式切变和倒槽西侧高值湿位涡的下传,使大气斜压性和低层不稳定度增强。倒槽附近温度场与风场的不平衡配置易于激发次级环流,有利于潜热能的释放和暴雨的增幅。暴雨区对流层低层(925 hPa)湿位涡分量总满足MPV10,MPV20。中层非地转湿Q矢量散度与未来6 h降水落区对应较好,对此类台风倒槽类暴雨预报具有一定的指示意义。     

一次辽宁秋季暴雨天气的诊断分析

使用1.0°×1.0°NCEP再分析资料,对2006年10月21—22日深秋暴雨在天气形势分析的基础上,进行物理量诊断。结果表明:在有利的环境背景形势下,高位涡从对流层高层向低层伸展并形成湿位涡柱,引起气旋性环流与低涡环流叠加。对流层低层的湿斜压性增强,引起低层的锋区加强及垂直涡度发展,高空入侵干冷空气锲入底层,低层暖湿空气强迫抬升,使地面发展为气旋;高低空急流耦合产生上升气流,同时较强的补偿下沉运动激发上升运动加强,使次级环流加强,触发不稳定能量的释放;低空急流和超低空急流向辽宁输送暖湿空气及能量,对流层中低层形成湿柱并积聚高不稳定能量;中尺度气旋、高低空急流、湿位涡柱、次级环流上升支、地面高水汽含量湿区、高假相当位温出现的时间、强度、位置和结构决定了暴雨的时间和落区。     

海南岛"0810"特大暴雨物理量诊断及多普勒特征分析

应用常规观测、海口多普勒回波及NCEP1×1°再分析等资料,对2008年10月12～15日海南特大暴雨成因进行诊断分析,并揭示了暴雨过程中的多普勒回波特征.结果表明:导致海南岛产生强降水的主要原因是热带低压移动缓慢和弱冷空气的低层入侵;当冷暖空气交绥,大气温湿结构发生突变,θse面陡立造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放.正差动假相当位温平流意味着低层暖湿空气的平流大于高层,加强了层结对流不稳定发展;在斜压扰动作用下,对流层中层正差动涡度平流和低压东侧的暖平流破坏了海南岛的准地转平衡,动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强.充沛的水汽输送及水汽的强烈辐合,为暴雨发生的有利水汽条件.多普勒径向速度揭示了暴雨区低层冷平流高层暖平流、风向风速的垂直切变大的垂直结构以及持续性的强烈辐合等等特征,回波停滞和"列车效应"使降水增幅,降水回波的性质差异,可造成强降水区域分布的不同.     

海南岛“0810”特大暴雨物理量诊断及多普勒特征分析

应用常规观测、海口多普勒回波及NCEP1×1°再分析等资料,对2008年10月12～15日海南特大暴雨成因进行诊断分析,并揭示了暴雨过程中的多普勒回波特征。结果表明：导致海南岛产生强降水的主要原因是热带低压移动缓慢和弱冷空气的低层入侵;当冷暖空气交绥,大气温湿结构发生突变,θse面陡立造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放。正差动假相当位温平流意味着低层暖湿空气的平流大于高层,加强了层结对流不稳定发展;在斜压扰动作用下,对流层中层正差动涡度平流和低压东侧的暖平流破坏了海南岛的准地转平衡,动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强。充沛的水汽输送及水汽的强烈辐合,为暴雨发生的有利水汽条件。多普勒径向速度揭示了暴雨区低层冷平流高层暖平流、风向风速的垂直切变大的垂直结构以及持续性的强烈辐合等等特征,回波停滞和＂列车效应＂使降水增幅,降水回波的性质差异,可造成强降水区域分布的不同。     

陕西2次暴雨过程的能量和湿位涡分析

用T106资料分析了2000—)7—12和2000—10—10暴雨过程的能量和湿位涡，结果表明：副高西北侧西南风急流配合有低涡时，对流层低层对流不稳定，强降水发生在该不稳定区内，配合有较强冷空气入侵时，降水落区在θse锋区和靠近暖湿区一侧。低层MPV1的负值区代表了强辐合上升区及对流性不稳定区，强降水落区在其负值轴附近，当北方有较强冷空气东移南下时，降水落区位于MPV1正负交界处靠近暖区一侧。MPV2高正值区代表了低层斜压不稳定和强的水平风垂直切变，降水落区在高正值区附近，当有冷空气南侵时，落区位于正中心北部和负中心南部。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明：台风进入中纬度以后,0421号台风“海马”位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风“麦莎”与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

"碧丽斯"台风暴雨影响广西的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论,对发生在广西境内由台风减弱的低压引发的大暴雨过程进行诊断。结果表明:暴雨产生在eθ面陡峭密集区附近,eθ陡立密集区附近易导致湿斜压涡度发展;当对流层低层M PV 1<0,同时M PV 2>0时,暴雨易发生,暴雨产生在高低空正负湿位涡柱的下方;对流层高层高值湿位涡下传,使得对流层低层稳定度降低,导致对流不稳定能量释放,有利于暴雨产生。低层西南暖湿气流加强,不稳定能量在释放的同时不断得到补充,使得暴雨增幅。     

能量位涡在雷雨大风天气诊断分析中的应用

从大气基本运动方程及大气总能量概念出发,提出将大气动力学与能量天气学相结合的物理量——干能量位涡与湿能量位涡,并确定其守恒性.通过分析发现,以静力温度表达的能量位涡数学计算更方便,物理意义更明确.以2007年湖北的一次典型雷雨大风天气为例,对雷雨大风天气用能量位涡进行诊断分析.结果表明:本文提出的干能量位涡与湿能量位涡可以较好地预示雷雨大风天气,高空干能量位涡的增强与向下发展使对流层中下层不稳定能量增大,有利于雷雨大风天气发生;低层湿能量位涡的不稳定能量高值区与斜压系统耦合时预示该区域将有雷雨大风发生.     

扰动位能理论及其应用——扰动位能的概念、表达及其时空结构

针对局地环流能量转换问题,该工作系列讨论扰动位能理论及其应用.此文是第一篇,提出了扰动位能的新概念,将其分解为大气扰动位能(简称扰动位能)和表面扰动位能两个部分,给出了扰动位能各阶矩项的数学表达形式,结合资料指出二阶以上的扰动位能高阶矩项相对于其一阶矩项和二阶矩项来说是小量,可忽略,并指出扰动位能二阶矩项的全球平均恰好等于传统的有效位能,但两者在物理意义上明显不同.结合NCEP/NCAR再分析资料,研究了扰动位能的时空结构以及与大气动能之间的联系.扰动位能一阶矩项在热带地区为正、高纬度地区为负; 二阶矩项在热带和高纬度地区出现极大值,在副热带及中纬度地区出现极小值,即在南北方向上呈现三峰二谷的特征; 在局地上,由于一阶矩项在数值上较二阶矩项绝对占优,因此,扰动位能的分布与其一阶矩项的情形相似.在垂直方向上,扰动位能主要集中在对流层下层,其数值随高度的增加而迅速减少,在50 hPa以上均可以忽略不计.扰动位能有明显的季节变化,其在高纬度地区在冬半球比夏半球大很多; 南、北半球平均的扰动位能一阶矩项季节变化的幅度约是相应二阶矩项的二十倍.随着季节变化扰动位能定常波的槽脊在北半球有显著的东西方向移动,而在南半球则只表现为振幅上的增减.分析表明,从区域或局地尺度上大气动能的季节变化与扰动位能一阶矩项的关系密切,二者呈显著反向变化关系,而与二阶矩项的关系不确定; 但在全球或半球尺度上,大气动能与扰动位能二阶矩项的比率随季节基本保持不变,约是20%.此外,对大气总动能时空结构的分析也得到了与前人不同的新结果.关于利用此文提出的概念和理论对局地环流能量收支的分析、表面扰动位能的作用以及它们在大气环流变化研究中的应用,将在以后的文章中给出.     

关于圆形轨道稳定性的两个问题

质点在有心力 F=- c/ rn 作用下作圆形轨道运动 ,当 n<3时 ,轨道是稳定的。其次 ,作圆形轨道运动的质点 ,若其势能为 U(r) =- km/ rp,则当 0 3这两种情况所对应的轨道不稳定性的区别 ,并讨论了从力和势能给出的两个稳定性条件之间的联系。     

一次北疆暴雪天气的热力和湿位涡条件分析

2010年2月22～24日北疆出现了一次暴雪天气过程。本文基于高空和地面实况、欧洲中心数值预报、NECEP资料,通过对环流形势、低层风场、假相当位温、湿位涡的分析,结果表明：极锋锋区与副热带锋区在新疆汇合是产生暴雪的主要原因,低层辐合为暴雪提供了足够的上升动力条件,极锋锋区上的冷空气和北疆上空的垂直风切变为暴雪提供了不稳定条件。暴雪发生常伴随在北疆低层大的能量锋区附近,暴雪落区在700hPa负的湿位涡中心值附近,可以把它作为一个暴雪落区预报的一个参考指标。     

局地大气能量有效性中的表面扰动位能特征

在局地扰动位能理论工作基础上,进一步研究了与实际地形有关的表面扰动位能部分,理论推导了数学表达式,表明地形和表面热状况是其决定因素。利用再分析资料考察了其气候学和气候变率特征。研究表明,表面扰动位能具有独特的热动力学意义,它的量值与地球表面高大地形密切联系,而其季节变动特点则与表面热状况的季节变化息息相关。高纬度极地地形区域为明显的全年基本不变的负扰动位能分布区,低纬度热带区域则呈现季节变动非常小的正扰动位能分布。表面扰动位能的季节变动和年际变率的极值区都位于北半球中纬度的高大地形区域,夏季达到正的极大值,而冬季则转变成负值区。这一特征在青藏高原区最为典型,其表面扰动位能在时域和频域上均表现出明显的年代际特征,年际变率以2—4a周期为主。     

Topographic Effect on the Energetics of Geostrophic Adjustment

1. IntroductionThe adjustment of mass and velocity fields tosome imposed state of imbalance, constitutes a clas-sical problem in meteorology and oceanography. Tak-ing into account of the earth's rotation, the process isusually referred to as 'geostrophic adjustment', and isconcerned with the wind and density fields that persistafter gravity waves have radiated excess energy away(Rossby, 1937), and with the form of the gravity-waveenergy itself. Since the pioneer work of Rossby (1937),the stud…     

The Energy Budget of a Southwest Vortex With Heavy Rainfall over South China

Energy budgets were analyzed to study the development of an eastward propagating southwest vortex (SWV) associated with heavy rainfall over southern China(11-13 June 2008).The results show that kinetic energy(KE) generation and advection were the most important KE sources,while friction and sub-grid processes were the main KE sinks.There was downward conversion from divergent to rotational wind KE consistent with the downward stretching of SWVs.The Coriolis force was important for the formation and maintenance of the SWV.Convergence was also an important factor for maintenance,as was vertical motion during the mature stage of the SWV and the formation stage of a newly formed vortex(vortex B).The conversion from available potential energy(APE) to KE of divergent wind can lead to strong convection.Vertical motion influenced APE by dynamical and thermal processes which had opposite effects. The variation of APE was related to the heavy rainfall and convection;in this case,vertical motion with direct thermal circulation was the most important way in which APE was released,while latent heat release and vertical temperature advection were important for APE generation.     

北半球大气环流能量循环的气候特征

利用1958—2011年NCEP/NCAR逐日再分析资料,根据Lorenz能量循环理论框架,分析了北半球大气能量循环的年变化特征,在此基础上给出了更具普适性的多年平均的大气能量循环框图.结果表明:北半球大气能量循环的年变化特征十分明显.大气能量及能量转换率均表现为冬季高、夏季低、春秋季过渡的演变特征;纬向平均有效位能、纬向平均动能和涡动动能中有少许能量在冬季时由南半球向北半球进行越赤道输送,夏季时则由北半球向南半球输送,而涡动有效位能的输送方向则与此相反;纬向平均有效位能的制造在秋季最大,涡动有效位能的制造在夏季最大;动能的耗散冬季最强,夏季最弱.就年平均而言,相较于能量转化过程,能量越赤道交换过程非常微弱.在经向上,纬向平均有效位能主要分布于高纬地区,纬向平均动能主要分布于中低纬地区,而涡动能量主要贮存在中纬和高纬地区;此外,能量转化过程一般在中纬度地区较活跃.