扰动特性对大气适应过程的影响和測风資料的使用問題

本文推导出斜压大气中适应过程的最終状态的一些公式,在极限情况下这些公式趋向于正压大气情况;并且这些公式非常明显地反映出最終状态对初始扰动的水平尺度及垂直結构的依赖关系。分析表明,在正压大气情况下,或者在斜压大气中,如果初始扰动随气压的分布此較均匀或者近于对数規律(相当于溫度場是上下均匀的),則当初始扰动的水平尺度L小于某个特征尺度L_0时是涡度場維持,气压場向涡度場适应;而当L>>L_0时,結果相反.在一般的斜压情况下情况很复杂.当初始扰动在大气低层有强烈垂直切变时,却是有利于气压場維持,风場向气压場适应。 将所得結論应用到分析某些大气动力过程.指出在一般情况下,使用实測风場作初始资料,按准地轉模式对流函数作数值預告,比用重力位势場作初始资料时要更合理些。     

旋转正压大气运动的数值模拟

本文根据旋转正压大气运动的二个基本过程:演变过程和适应过程,在一定的适应速率假定下设计了模拟旋转正压大气运动的计算方案,并分析了这一方案的计算稳定性条件。数值计算表明:这一方案对台风路径业务数值预告方案有一定的改进,是一种很有潜力的计算方案。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气稳定度垂直分布特征分析

利用2008年塔克拉玛干沙漠腹地冬季系留气艇的探空数据,利用温差法、温差一风速法、理查逊数法3种方法,对塔克拉玛干沙漠塔中地区的大气稳定度进行了初步研究,得出以下结论：（1）大气稳定度日变化明显：夜间随着高度的升高,大气状态由稳定转变为中性继而转变为不稳定。白天受太阳辐射的影响,近地面处于不稳定状态;（2）大气稳定度随着高度上升有明显的分层现象,稳定层与不稳定层交替出现;（3）3种方法计算的结果不一致,反映出温度、风和湍流对稳定度的影响。     

大气中动能的双向转化和单向转化

根据绝热无耗散大气总动能和总位涡拟能守恒的特性，本文讨论了二维平面上动能谱分布随时间变化的规律。结果表明，大气谱动能变化必然涉及至少三种不同的空间尺度；或遵从双向转化原则，或遵从单向转化原则。在讨论能量的双向转化和单向转化条件的基础上，本文还分别研究斜压大气和正压大气中能量转化的一般状况。     

云南省闪电活动时大气相对湿度结构特征

利用2007年6月1日—8月31日云南省闪电定位系统监测的云-地闪电资料与NCEP/NCAR再分析资料中的相对湿度物理量,分析了云南省闪电活动时相对湿度的结构特征。结果表明:云南省闪电活动除具有夏季是高发期且日分布具有呈一峰一谷变化特征,在时间演变上还具有不均匀和阶段性的特点,这与特定的大气相对湿度环境条件密切相关;云南省闪电活动一般发生在相对湿度垂直结构具有低层湿度不高、中层高湿、高层又逐渐变干的环境大气中,大约在中层700 hPa以下相对湿度随高度增加,逐渐在中层形成高湿层,中层以上相对湿度又随高度减小,低层湿度不高、中层高湿、高层偏干的环境相对湿度条件非常有利于雷暴天气的发生和闪电的形成,一方面中层以下水汽随高度增加有利于水汽的上升运动和云的凝结形成,另一方面中高层水汽随高度迅速减小有利于形成上干下湿的大气对流不稳定,促使对流云进一步发展,从而产生闪电活动;低层相对湿度在40%～75%之间,中层600～700 hPa之间相对湿度较高,可达80%以上,一般为90%～95%,中层湿层越深厚,闪电过程越强烈,在高层250～400 hPa左右相对湿度减小到35%～60%之间。     

干旱区一次春季沙尘过程的大气气溶胶垂直分布结构及其特征

采用微脉冲激光雷达(Micro-Pulse Lidar,MPL)对干旱荒漠代表站张掖站上空一次春季沙尘暴过程的边界层和自由大气的气溶胶分布和大气环境进行了观测。结果表明,气溶胶的垂直廓线可分为高、中、低3层,高层气溶胶出现在5～9km,主要是通过上风方向的高海拔区域或低层气溶胶通过对流等过程突破边界层顶进入自由大气输送而来,其分布高度在一天中随着时间的推移逐渐降低;中层气溶胶位于2.5～4.5km,其消光特性随高度的增加没有明显的变化,具有垂直混合现象;低层气溶胶在2.5km以下,其消光特性随着高度增加反而降低;中、低层气溶胶主要来源于外部源区或当地沙尘源区和沙壤土起沙。气溶胶垂直分布表现出3种形式:在大气稳定条件下,气溶胶随高度增加呈单峰型减小趋势;不稳定条件下随高度增加指数型降低;混合层中随高度增加而保持稳定。由于受边界层日变化的影响,气溶胶分布的上界出现单峰型日变化特征,具体表现为下午较高,早晨较低。     

大气稳定度分类法

一、什么叫大气垂直稳定度可以这样理解,如果一小团空气块由于某种原因产生了向上或向下的运动,就可能出现三种情况:当除去外力后这个气团逐渐减速并有返回原来高度的趋势,这时的大气是稳定的;当除去外力后这个气块仍然作加速运动,可以说这时大气是处于不稳定状态;如果除去外力后气块既不加速也不减速,可以认为大气处于中性平衡状态.     

稳定大气边界层中风向脉动的特征

本文对稳定大气边界层中风向脉动的特征进行了讨论。用美国波德大气观测台(BAO)气象塔上超声风速仪的观测资料,计算了三种不同稳定大气结构条件下垂直风向σ_w/U和横截风向σ_v/U随时间的变化。结果表明σ_w/U和σ_v/U随平均时间的变化分别与垂直风速和横向风速的能谱分布有关。σ_w/U和σ_w/U随平均时间变化的峰值与能谱峰值的时间尺度相当。 在重力内波的情况下,边界层大气中往往伴随有风向切变。由于稳定大气边界层的结构十分复杂,通常,风向脉动参数和Ri数及高度之间无简单规律。只有在一层逆温时,在风速和Ri数均随高度增加的情况下才有一定的简单关系。     

温江站夏季大气边界层垂直结构特征

利用温江观测站边界层塔和探空获取的观测资料,从地表物理量的日变化、边界层的垂直结构及逐日变化这些方面分析该站夏季边界层特征,得到以下结论:(1)地表各物理量都具有明显的日变化特征,呈现一峰一谷的演变状态,其中地表热通量、动量通量、气温以及风速的峰值皆出现在午后,谷值出现在凌晨,湿度与气温日变化是反位相的。(2)近地层低层大气气温在早晚时段,随高度的增加而上升,呈逆温状态;午间时段随高度的增加而下降。9 m以下大气在午后的比湿梯度最大。风速值随着高度的增高而增大,风切变随着高度的增高而减小。(3)探空观测的边界层垂直结构显示:夏季温江站早晚边界层大气层结稳定,而午后表现为典型的混合边界层特征。大气温/湿度差异随高度增长而降低,各个时次温/湿度的差异都主要集中边界层低层,越靠近地面大气温/湿度差异越突出。8:00的温度最低,14:00最高。14:00的大气比湿最小,2:00和20:00较大。近地层风速随高度增长较快,在离地2~300 m左右高度达到一个极值,4个时次的风速差异不大。(4)地表温度、短波辐射、感热通量对边界层的高度和降水都有一定的影响。     

大气气溶胶的粒度谱分布函数及其随高度的变化

本文对用光学粒子计数器在飞机上测量的大气气溶胶数密度-粒度谱分布进行了分析研究.根据对气溶胶谱形成过程的分析,指出大气气溶胶是四种气溶胶体系的混合物,需要用四个正态分布函数的和来描述大气气溶胶的体积-粒度谱分布.用非线性最小二乘法计算了谱分布函数的经验参数;研究了粒子浓度、体积、及粒度谱分布函数随高度的变化.观测资料表明,在大气温度和湿度水平均匀、层结稳定的情况下,气溶胶粒子浓度水平分布不均匀,而且垂直方向上也并不随高度单调递减.     

正压大气中热带强迫响应和冬季基本气流的相互作用

本文使用简单的正压模式,研究了热带强迫响应和冬季基本气流的相互作用。发现热带强迫响应能够明显改变基本气流的稳定性,并通过改变不稳定正规模的结构对强迫响应本身产生影响。最后讨论了大气环流年际变化的可能机制。     

我国实际大气与国际标准大气

在进行压力高度计校准、飞机和火箭设计、飞机性能计算及弹道制表等工作时,需要了解大气温度、压力、密度等参数随高度的分布情况。为此,国际上曾有过多种能用简单方式近似地表示大气参数垂直分布的大气模式(称为标准大气或参考大气),对于“低空”(对流层、平流层),国际标准化组织所采用的标准     

令人担忧的大气变化

地球环境变化十分复杂.本文仅就此作些阐述,以期引起人们的警觉和注意,并采取有效的行动,保护我们赖以生存的环境. 目前看来人们所关切的是大气温度的变化.虽然各家意见还不完全一致,但多数学者和一些事实都证明大气温度将会升高.由此而产生一系列的环境变化问题,后果是相当严重的. 经过科学家们多年的监测和研究,认为现在大气环境温度的变化,主要是由于大气污染过程正在或已经改变大气中的某些成分     

大气模拟实验简介

大气模拟实验是在实验室条件下,控制影响大气运动的主要因素、研究这些运动的发生发展规律,以帮助人们了解发生在实际大气中的气象现象的一种手段。用模拟实验研究大气运动规律至今已有一百多年历史,现有数值模拟、电模拟和流体力学实验模拟等方法。本文只介绍后面一种方法。流体力学模拟实验的范围很广。一百多年来国内外实验工作者已用气体、液体和磁流体对气象、海洋、行星大气中的某些现象进行了一定程度的模拟研究。仅就地球大气的模拟实     

大气中的包络Rossby孤立波——纬度效应的作用

本文进一步对旋转正压大气中的包络Rossby孤立波进行了研究，结果发现当Rossby波的波数m（m为纬向波数）满足1≤m≤2时，旋转正压大气中才存在包络Rossby孤立波，并且只有m＝2的包络Rossby孤立波才具有阻塞高压的结构。我们还对这种m＝２的包络Rossby孤立波随纬度变化的持续性进行了计算，得到了许多结果。     

区域模式参考大气扰动量算法的预报试验

引进参考大气方法以降低垂直运动方程中的量级差,并设计了位温直接计算法、气压直接计算法和混合算法三种不同方案来改进预报效果。结果表明,这三种不同方案对500 hPa位势高度和温度的垂直分布的预报有较大影响,其中,混合算法的温度分布预报结果与NCEP分析场最接近。在三种方案的预报效果评估检验中,混合算法对风速、位势高度(hv)、降水量和2 m温度(T2m)的预报效果最好。在三种方案中,平均初始温度场的参考大气廓线的预报效果要优于等温参考大气廓线;在不同的参考大气状态下,混合算法在风速、位势高度、降水量和2 m温度的预报效果最好。      

湿大气的广义位温与干大气位温及饱和湿大气相当位温的比较

实际大气既非完全是干空气,也不是处处达到饱和的湿空气,而是处于含有水汽但又不饱和的湿空气状态。基于这样一种湿大气状态,在湿大气中广义位温定义的基础上,对不同暴雨类型的广义位温与干大气的位温及饱和湿大气的相当位温做了比较。对2003年江淮流域暴雨过程、2004年华北一次暴雨过程以及2006年碧利斯台风中的位温、相当位温和广义位温分布的对比分析表明:即使是在暴雨系统中,湿空气的相对湿度也不一定达到100%,饱和湿空气相当位温的引入条件不能完全满足。而广义位温的定义用一个表达式就可以表示出于大气、未饱和湿大气以及饱和湿大气这3种大气状态的位温,位温和相当位温则是广义位温的特殊情况。当大气比湿为零时,广义位温就变成位温;当大气比湿达到饱和后,广义位温就变成相当位温。除了可以衔接干大气位温和饱和湿大气的相当位温外,广义位温包含了水汽由干到湿再到饱和的变化过程,更好地体现了大气中水汽的实际分布和变化特征。     

建筑物尖端对大气电场畸变影响的数值计算

建筑物尖端周围大气电场畸变特征研究是大气电学的重要分支之一。假定建筑物为理想导体并与地面充分连接,通过有限差分法计算二维泊松方程,得出建筑物周围的电位空间分布。讨论建筑物尖端的高度、宽度以及相对位置对大气电场畸变的影响,结果表明:最大电场畸变系数λ_i随高度呈线性增加,且线性方程斜率随宽度增加而减小;λ_i随尖端位置沿建筑屋顶的中心线向两边呈对称递增趋势,此趋势随建筑物高度增加更为显著; λ_i随尖端宽度呈指数递减关系,且宽度对畸变系数的影响随高度增加变得尤为显著。     

大气环流

一般所说的大气环流指的是大范围的大气运行现象。这些运动的水平空间尺度是以千公里计的,垂直空间尺度是10公里以上的,时间尺度是1—2日以上。这种大尺度运动的现象很多,它们构成大气运行的基本状态,不但影响天气的改变,也影响了气候的形成。因此不论从事天气预报或气候研究都需要了解大气环流。     

EOF迭代方案恢复夏季大气环流场的试验

本文设计了一种恢复夏季大气环流场的EOF(经验正交函数)迭代方案,并利用1951～1984年中国夏季降水距平场和北半球500hPa夏季高度距平场作镢复试验,数值试验效果较好.此项工作表明:利用某些长时间序列的资料通过EOF迭代方案恢复历史时期大气环流是可行的.