地面感热对青藏高原低涡流场结构及发展的作用

考虑热带气旋类青藏高原低涡为受加热和摩擦强迫并满足热成风平衡的轴对称涡旋系统,通过求解线性化的柱坐标系中涡旋模式的初值问题,分析了地面感热对高原低涡流场结构及发展的影响,给出了高原低涡眼壁内、外侧水平流场和垂直流场的结构特征,讨论了低涡发展与其水平尺度、垂直厚度、所处纬度以及热量总体输送系数和加热强度的关系.结果表明:地面感热对低涡的生成及发展具有重要作用,但这种作用是否有利于低涡的发展与低涡中心和感热加热中心的配置有关.     

青藏高原对其东北侧干旱形成的数值试验

应用再分析资料，指出高原边界层内存在北高南低偶极子型涡旋对的独特气候现象。根据当雄站1998年5月31日至6月4日感热通量的连续观测资料，确定了高原热力作用的时变特征，分别用不同的理想高原初始涡度场加定常热源强迫和时变热源强迫代入正压准地转涡度模式，研究了高原东北侧干旱的形成。认为有三种过程在起着重要作用，它们是：基流对上游反气旋涡旋的平流输送、南侧气旋涡旋的能量频散以及高原热力强迫引起的频散生成高值系统的增强。     

边界层动力"抽吸泵"对青藏高原低涡的作用

考虑热带气旋类青藏高原低涡为受加热和摩擦强迫并满足热成风平衡的轴对称涡旋系统,通过求解线性化柱坐标系中涡旋模式的初值问题,分析了高原边界层动力"抽吸泵"对高原低涡结构及发展的作用,得出了特定热力、动力作用下高原低涡水平流场和垂直流场的典型结构特征,并讨论了低涡发展与边界层抽吸作用的关系.结果表明:高原上较强的边界层动力"抽吸泵"作用对高原低涡的流场结构及发展有重要影响.当边界层动力"抽吸泵"表现为"抽"的效应时,有利于边界层中对流活动的发展;反之表现为"吸"的效应时,有利于边界层以上的高原低涡的加强.     

夏季青藏高原低涡的切向流场及波动特征分析

从大气动力学原理出发,将高原低涡视为受热源强迫的边界层内涡旋,建立了柱坐标下满足梯度风平衡的低涡控制方程组,分析高原低涡切向流场的基本特征.在此基础上,通过求解线性化涡旋模式,得出高原低涡中各类波动的频散关系及其特征,同时定性讨论了热力作用对混合波动的影响以及混合波动与高原低涡流场特征的联系.使用中尺度数值模式WRF分...     

夏季高原大气热源的气候特征以及与高原低涡生成的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和基于此再分析资料的高原低涡统计数据集,采用线性趋势、Morlet小波、EOF分解、合成分析等方法,分析了1981～2010年夏季高原大气热源气候特征以及与高原低涡生成的联系。结果表明:夏季高原大气热源平均强度为105 W m-2,随时间有减弱趋势,具有明显的年代际变化,存在显著的准3年周期振荡。高原低涡高发年,高原大气热源强度明显高于气候态,主要表现为高原大气热源的水平分布差异。在低涡高发年,涡度平流的空间分布和大气经向垂直环流结构显示:高原沿东南向西北存在500 hPa正涡度平流带,为高原低涡生成提供了有利的涡度场。同时,高原大气热源异常的水平分布促使高原上空产生上升气流,有助于高原上形成低层辐合、气旋式环流,整层上升运动,高层辐散、反气旋式环流的三维流场,促进高原低涡在低层生成,此时高原主体低空为正涡度区。并且,大气热源在垂直方向的变化也影响低涡的生成。最后,根据本文结果和我们前期的相关研究,从热成风原理和高原大气热力适应理论两方面对高原大气热源与高原低涡生成频数的统计结果给出了机理解释。     

凝结潜热加热与对流反馈对一次高原低涡过程影响的数值模拟

利用WRF模式对2009年7月29日的一次高原低涡个例进行数值模拟,研究了凝结潜热加热及其与对流活动的反馈在高原低涡发生发展过程中的作用及影响机制。通过模拟结果与实况资料的对比分析,发现WRF模式能够较好地模拟此次低涡的移动路径、中心强度和降水场分布。不考虑凝结潜热加热效应的敏感性试验结果中,模式模拟的低涡移动迟滞,降水量减少,并在移动至高原中部后迅速减弱消失。进一步分析高原低涡的结构发现,凝结潜热加热使得低涡中心附近的上升运动延伸至高层,并产生较强的对流活动,而更为深厚的上升运动又释放出较多的潜热,从而形成一种正反馈机制。位涡收支诊断分析表明,低层凝结潜热加热垂直梯度项产生的正位涡变化有利于高原低涡的增强与东移,位涡垂直通量散度项与凝结潜热加热垂直梯度项引起的位涡变化趋势相反。在高原低涡的形成和发展阶段,由于凝结潜热加热与对流活动间的正反馈机制,潜热加热垂直梯度项引起的正位涡增强,凝结潜热加热对低层的位涡变化起主要作用,有利于高原低涡的增强与东移;低涡进入成熟阶段后,凝结潜热的贡献减小,位涡水平通量散度项与位涡垂直通量散度项对位涡的变化起主要作用。     

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。     

高原低涡中涡旋波动特征的初步分析

将青藏高原低涡(下称高原低涡)视为受加热强迫的边界层内涡旋,分别研究了直角坐标系正压模型和柱坐标系正压模型中高原低涡所含的波动,揭示了高原低涡中各类波动的频散关系及其基本特征,对比分析了两种模型下所得结果的异同,讨论了高原低涡中的波动与流场特征的联系。本研究认为高原低涡既含有涡旋Rossby波又含有惯性重力外波,这对于...     

热力适应、过流、频散和副高II.水平非均匀加热与能量频散

利用位涡方程和热力适应原理，讨论了因非绝热加热的空间不均匀性导致的大气 动力特征的变化，进一步阐明了副热带地区的深对流凝结潜热加热的垂直非均匀性使副热带高压在中低空出现在热源区以东，在高空出现在热源区以西。在此基础上，深入研究了水平非均匀加热对大气环流的影响。结果表明加热区以北，虽然非绝热加热消失，但存在加热的水平梯度在西风环流的背景下在高低层造成深厚的负涡度强迫。因而高层热源北部边界附近的西风向南偏转进入加热区，造成加热区北部边界及其以北发生次级辐散；低层热源区的南风发生反气旋偏转，汇入加热区外的西风气流中，造成低层加热区北部边界及其以北发生次级辐合。结果该区域产生了垂直上升运动及负的涡度强迫源，对应着异常强烈的反气旋环流。该负涡度强迫源还通过能量频散，在西风带中以Rossby波的形式向中高纬传播，影响中高纬地区的异常环流型。     

冬季一次引发华北暴雪的低涡涡度分析

利用NCEP FNL 1°×1°再分析资料和WRF模式,模拟了2010年1月2～3日我国华北地区的一次由涡旋造成的冬季降雪过程,并采用位涡和涡度方程对引发暴雪的涡旋发展机制进行了诊断分析。结果表明,这次降雪过程中,对流层中层高空浅槽东移、加深及发展,并引导低空和地面系统自西向东移动,高空位涡的下传强迫加强了对流层中低层涡旋的发展。平均通量和涡旋区域的辐合、辐散作用对涡旋涡度的增长贡献最大,扰动通量和类倾斜项的作用较小。在中层涡旋成熟期,环境场的风速小于中层涡旋的移动速度时,环境场相对于涡旋区域为辐散,涡旋涡度减小;当环境场风速大于涡旋的移动速度时,环境场相对于涡旋区域为辐合,涡旋涡度增加。在涡旋衰减期,向涡旋外输送的绝对涡度通量使得涡旋涡度逐渐减弱。这次过程中,高空位涡强迫、低空辐合和涡旋边界平均气流对扰动涡度的输送是涡旋发展的主要机制。     

IMPACT OF AIR-SEA INTERACTION ON THE GENESIS OF TROPICAL INCIPIENT VORTEX OVER SOUTH CHINA SEA: A CASE STUDY

Based on 6-hourly sensible heat flux and latent heat flux from the NCEP Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) and circulation data from the Japanese 25-year Reanalysis (JRA-25), the initial developing process of tropical cyclone Mindulle (1005) in 2010 has been diagnosed to reveal the impact of air-sea interaction over the South China Sea (SCS) on the genesis of its incipient vortex. The results show that the incipient vortex first occurred east of the Luzon Island on 0000 UTC 20 August, suggesting that the topographic forcing of the Luzon Island for easterly winds over the western Pacific might be one of the factors responsible for the formation of the incipient vortex. During the formation stage of the incipient vortex, strong southeasterlies over the SCS caused warm water of the middle and eastern SCS to flow toward the Luzon Island due to Ekman transport resulting from wind stress, leading to an increase of the sea surface temperature and sensible heat flux into the atmosphere. Although the anomalous sensible heating favored surface pressure to reduce, it was not conducive to the increase of local vorticity associated with the vortex above the heating area because, according to the atmospheric thermal adaptation theory, the anticyclonic vorticity would be created in the lower troposphere due to the decreased vertical gradient of the sensible heating. However, the ascending motions occurred over the eastern area of the anomalous sensible heating due to the augmentation of the vorticity advection with increasing height, causing water vapor to condense in the middle and upper troposphere. In turn, cyclonic vorticity was generated in the lower troposphere due to the increased vertical gradient of the condensation latent heating, resulting in the formation and further growth of the incipient vortex. Therefore, the vorticity creation due to the condensation heating played a dominant role during the subsequent enhancing stage of the incipient vortex.     

夏季青藏高原500hPa高压活动期间大气加热状况与大气环流特征

由于青藏高原５００ｈＰａ层出现高压系统的活动，使高原大气产生＂上高下高＂的气压场结构，从而东亚大气环流也发生某些相应的变化。本文统计分析了高原５００ｈＰａ高压的散度与垂直速度分布、高原大气热源的演变和１００ｈＰａ层涡度、纬向风以及经圈环流的变化等。结果认为，由于夏季高原５００ｈＰａ高压的活动，使高原上空垂直上升运动和对流加热受到抑制，１００ｈＰａ南亚高压强度减弱、位置北抬、有向西部型过渡的特征．高原北侧西风急流减弱，东风急流南支与北支合并后位于原北文东风急流位置以南，侵入高原南麓的西南季风减弱。与此同时，孟加拉湾上空上升运动有所增强，其对流加热对维持东风急流乃至南亚季风将起重要作用。     

行星边界层内低涡的环流结构

本文研究了常见低涡在行星边界层内的环流结构,指出了在行星边界层内的摩擦作用下,较弱的低涡就可以导致明显的径向流动,产生从四周向低涡中心的辐合,使中心附近垂直运动达到中尺度垂直运动的量级。同时利用多参数摄动法对非定常轴对称减弱低涡进行了环流结构的演变分析。     

物理过程和分辨率对西南涡演变的中尺度模拟影响

本文运用PSU/NCAR中尺度模式第四改进型(MM_4),对“81.7”四川暴雨期西南涡的演变进行了一系列96和72小时数值模拟;其目的在于研究模式物理过程和空间分辨率以及行星边界层(PBL)参数化对西南涡生成和发展模拟的影响。96小时的控制试验(方案Ⅰ)结果表明:水平分辨率160km和总体PBL的10层MM_4对西南涡发展模拟得较好,但对其生成只有初步模拟的能力;各种物理过程主要影响西南涡演变的强度,而对其位置影响较小;去掉潜热释放会显著影响西南涡在后期的发展;没有地面通量将使西南涡的生成和发展强度明显减弱;于试验不能模拟出西南涡在整个暴雨期的发展,且使其移速略快,无摩擦试验指出,地面摩擦对西南涡的生成是不重要的。提高模式空间分辨率和采用高分辨PBL模式,能使西南涡生成和发展位置的模拟有明显改进,但其强度一般偏强于实况。事实表明,进一步完善模式物理过程、改进PBL参数化和提高模式空间分辨率将是十分必要的。     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅱ:数值试验

通过数值试验研究了孟加拉湾季风爆发期间该地区旺盛的对流凝结加热对南海季风爆发和副热带高压“撤出”南海的影响,结果证明在孟加拉湾地区引入模拟的对流凝结潜热使该地区出现了强烈的上升运动,引起了孟加拉湾季风的爆发。同时由于对凝结加热的非对称Rossby响应,在南海北部导致西风出现和增强及垂直上升运动。因低层水汽平流的共同作用下,在南海北部引起了对流的发展。而正是南海北部的凝结加热促使南海地区温度经向梯度逆转,使副热带高压脊面的倾斜从冬季型转为夏季型,即低层的副热带高压减弱南移。最后当对流在南海地区发展起来时,副热带高压移出南海地区。     

EFFECTS OF CONDENSATION HEATING AND SURFACE FLUXES ON THE DEVELOPMENT OF A SOUTH CHINA MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM (MCS)

A sensitive numerical simulation study is carried out to investigate the effects of condensation heating and surface fluxes on the development of a South China MCS that occurred during 23 – 24 May 1998. The results reveal the following: (1) Condensation heating plays an important role in the development of MCS. In every different stage, without condensation heating, MCS precipitation is significantly reduced, and quickly dissipates. (2) Condensation heating demonstrates most importantly during the early development stages of MCS vortex; as the vortex develops stronger, the condensation heating effects reduces. (3) By affecting the MCS development processes, condensation heating also influences the formation of MCS mesoscale environment structure features such as low-level jet (mLLJ), upper-level divergence. (4) By changing the antecedent environmental circulation, the surface fluxes also play an important role in the development of MCS. Because of the surface heating, pressure declines over the heavy rainfall and MCS happening regions, which results in the intensification of southerly flows from the ocean along the South China coastline areas, and leads to the enhancement of horizontal convergence and increase of vapor amount in the lower layer. All of these make the atmosphere more unstable and more favorable for the convection.     

加热和水汽对两例高原低涡影响的数值试验

利用卫星黑体亮度温度(TBB)资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及中尺度非静力平衡模式MM5,对2005年7月28～29日和2009年7月29～31日两次高原低涡过程进行了控制试验以及绝热、无地表感热、地表感热加倍、无蒸发效应、无凝结潜热、无水汽等六组敏感性试验,着重讨论了2005年7月28～29日高原低涡发生、发...     

大气中低频重力波指数与西南低涡发展及其暴雨的关系

采用低频重力波指数法，对西南低涡发展演变及其暴雨强度，落区进行了诊断分析和预测。结果指出：（１）低频重力波指数Ｃｐ，Ｃｉ对西南低涡的发展及其暴雨强度，落区都有一定的预测意义，其预见期可达２４小时以上；（２）低频重力波指数随时间变化与西南低涡发有较好的对应关系；（３）低频重力波指数的大小与西南低涡暴雨强度相联系；（４）西南低涡暴雨落区通常发生在Ｃｐ，Ｃｉ指数的最大负值区内和Ｃｐ等值线梯度最大的区域。     

福建伏旱期旱涝环流特征及其预测探讨

本文取1960～2000年全省25个代表站7月降水资料和北半球500hPa高度场资料、以及500hPa面上的极涡、中纬度环流、青藏高原高度场(即高原地区等压面高度场)、副热带高压等74个环流指数为素材；首先标定伏旱期降水的异常指数和严重旱涝年例，其次分析严重旱涝年例的500hPa环流背景，最后揭示预测概念模型，得出秋冬季北半球副热带高压，欧亚经向环流和青藏高原高度场的变化是预测福建伏旱期降水的强信号因子。     

影响台风移动因子的数值研究

本文采用有辐散的正压原始方程模式对影响台风涡旋移动的因子进行了数值试验,试验结果表明:(1)在无环境风条件下,台风涡旋向西北方向移动,移速与台风切向风速、台风半径和台风区f场的特征有关,台风外区(指最大风速半径以外台风区域)切向风速越大、台风半径越大,台风涡旋移速向北分量越大。(2)均一环境风场中,台风移动受基本气流的平流、β效应和指向引导气流左侧的横向加速度的作用,其中基本气流的引导作用是主要的。台风移速与引导气流速度比在东风气流中要大于西风气流中,而台风移向与基本气流之间的偏角在西风气流中要大于在东风气流中。(3)台风涡旋有沿基本气流绝对涡度梯度方向的次级运动分量。(4)台风涡旋在有切变的西风气流中比在均一西风气流中易发展加强,而它的移动更偏向引导气流的左侧。