夏季江淮气旋的准地转诊断分析

本文通过实例计算,讨论了包含潜热的淮地转ω方程在夏季江淮气旋活动及梅雨暴雨预报中的适用性,并分析了绝热因子和非绝热因子的贡献。主要结论有:(1)上述方程可以较准确地确定上升、下沉区及其主要中心的位置;(2)垂直运动的符号基本上可由绝热因子确定,潜热加热对上升运动起增辐作用;(3)稳定性降水对地面低压中心的生成起主要作用;(4)可以通过计算500hPa Q矢量散度来预报降水区、暴雨区及气旋波活动的位置。     

黄山地区复杂地形下污染气体输送过程的数值模拟

使用新一代大气化学传输模式WRF—Chem,模拟了黄山地区2008年4月26日和5月2日不同天气背景下污染气体的输送过程。结果表明：晴天条件下,污染气体的垂直输送主要是通过山谷风环流,将山底污染物垂直向山顶输送,黄山周边地区输送对光明顶污染物体积分数影响较小,气溶胶粒子的主要来源是新粒子生成;云雾天气下,污染物的垂直输送主要是通过边界层内的湍流扩散,夜间近距离输送对光明顶污染物体积分数贡献较大,气溶胶粒子的主要来源是地面输送。     

大气水汽的输送和收支及其对副热带干旱的影响

本文利用1979年9月至1984年8月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)每日四次的十三层分析资料,研究不同尺度的大气运动对水汽输送和收支的贡献。指出Hadley环流对水汽从副热带向赤道输送和从冬半球向夏半球的输送中起着决定性作用。热带行星波则把水汽从热带输向副热带。在中高纬的水汽向极输送中,天气尺度的波动比行星尺度的波动更重要。在南半球,天气尺度的波动支配着水汽的输送过程。分析和数值试验表明,副热带干旱受到nadley环流和热带行星波异常的强烈影响。     

贺兰山地区沙尘暴沙尘起动和垂直输送物理因子的综合研究

根据 4a来在贺兰山两侧沙漠和沙地测站积累的微气象和沙尘谱观测资料 ,结合有关文献 ,综合分析了沙尘起动和垂直输送的物理机制 ;讨论了强风的动力作用、近地面不稳定层结的热力作用和沙尘物质源特征 ;概述了不同尺度天气系统中上升运动特征 ,沙尘的沉降末速计算、沙漠地表的湍流输送特征和垂直速度资料、沙漠地表的超绝热梯度出现的频率和强度及逆湿现象 ,沙漠和沙地的沙尘粒度、地表性质和沙土含水率对起动风速的影响。     

春季中国西南降水与青藏高原及周边非绝热加热之间的关系

基于气象观测资料和再分析资料,从西南地区降水年际变化规律入手,运用统计学方法从时空角度分析了与其相伴随的环流型和非绝热加热的关联。结果表明,当西南地区降水偏多时,东西向异常气旋、反气旋分别位于我国长江以南地区上空以及青藏高原西南侧上空对流层中、高层,西南地区对流层高层被异常偏北风控制,低层被异常偏南风控制,中层伴有较强的异常垂直上升运动,且与异常非绝热加热源区基本重合,而青藏高原西南侧上空对流层中层为异常的垂直下沉运动,且与异常非绝热加热汇区基本重合;反之亦然。在此基础上进一步运用气候动力学方法揭示了导致西南降水异常的可能物理过程：高原西南侧爬升流的异常垂直运动通过影响南支气流向下游的水汽输送异常,进而导致西南地区非绝热加热异常,最终实现对西南地区降水的调制作用。     

地形对湖南省内污染物输送的动力作用

结合湖南地形走向, 从理论分析和实验两个方面着手研究了气流遇山时产生的受阻、爬越及绕流引起的平行于山的急流、过山后的类 “水跃”以及绕山后的右偏转对于污染物输送的动力作用, 科学地分析了散布在湘西、湘西南的污染源所排放的污染物沿山的走向在山的迎风面自北向南及自西向东输送从而造成湘东南的污染。而气流过山后的类 “水跃”现象对污染物有明显的垂直输送作用, 且绕流的右偏转使污染物向山的右侧输送, 危害了山右侧的自然景观及人类的活动。     

东风带扰动影响西太平洋副热带高压短期东西向移动的热力强迫分析

利用NCEP/NCAR 1 000～10 hPa 2.5 °×2.5 °日平均再分析资料,分析2003年6月22—25日热带对流层上空东风带扰动影响西太平洋副热带高压（简称西太副高,下同）短期东西进退的热力强迫过程,并探讨了相应机制。结果表明:东风带扰动附近非绝热效应分布和强度的变化影响着西太副高东西向的运动;西太副高短期东西向移动有趋“冷”的趋势,即西太副高向非绝热加热减弱或者非绝热冷却增强方向移动;在西太副高突然东退前后,东风带扰动东、西侧的非绝热加热效应出现明显的变化,主要体现为东风带扰动东侧非绝热冷却效应增强和东风带扰动西侧非绝热冷却效应减弱东退的特征,而且在对流层300 hPa高度附近表现最为明显;在非绝热加热效应影响因子中,垂直输送项最为重要,其次为局地变化项,水平平流效应最不显著,因此,垂直输送作用和局地变化作用引起的非绝热效应的变化是影响西太副高突然东退的主要原因。      

切变东风基流和非绝热加热对热带扰动的作用

文中用斜压模式讨论了东风水平切变基流和非绝热加热对热带扰动的影响,指出:基本气流的切变有使西传波动加速,东传波动减速的倾向;切变会造成赤道Rossby波的不稳定发展;加热激发的赤道强迫波可以是垂直传播波.      

东北冷涡发展过程的位涡收支分析

从位涡收支的角度对一次东北冷涡发展过程进行了诊断分析,研究了位涡趋势方程中各趋势项对冷涡发展的贡献。结果表明,在对流层低层东北冷涡的发展过程中,非绝热加热率、水平平流位涡以及非平流的位涡趋势对低层位涡的增强做正贡献,有利于低层冷涡的发展,也充分说明了非绝热加热对低层冷涡的发展所起的重要作用;而垂直平流位涡刚好相反,对低层位涡的增强做负贡献,不利于低层冷涡的发展。从垂直结构看,水平平流位涡主要是在对流层低层和高层对位涡发展有正贡献;而垂直平流位涡是在中层促使位涡增强;非平流引起的位涡变化主要是在低层;由平流和非平流引起的总位涡趋势增大,促使冷涡加强发展。     

热带平流层低层的对称运动和反对称运动

文章从对赤道β平面上静止大气中线性方程分解着手,得出控制对称运动和反对称运动方程组,对方程求解,从理论上证实在热带子流层低层中存在两种特殊性质的运动即对称运动和反对称运动,并证实赤道Kelvin波是典型的对称运动,而混合罗斯贝-重力波是反对称运动。文章分析了非绝热加热对对称运动和反对称运动的影响,当非绝热加热为唯一的外源扰动时,对称的非绝热加热是产生Kelvin波的重要条件,而反对称的非绝热加热是产生赤道区域平流层混合罗斯贝-重力波的重要条件。另外,随着非绝热加热增加,对称运动和反对称运动强度也增加。     

The transport and redistribution of atmospheric gases in regions of frontal rain

Gases emitted in the planetary boundary layer can be transported very efficiently to the free troposphere through vertical motion along a frontal surface. A mesoscale numerical model was used to simulate the vertical transport of a tracer by clouds during frontogenesis in a moist atmosphere (an evolving Eady wave) in order to illustrate such vertical transport conditions. It is shown that the efficient vertical transport of a tracer occurs only when clouds are present, either when a surface or an in-situ source is considered. Insoluble, partially soluble, and soluble tracers are studied in order to determine the relative importance of vertical transport and scavenging on their redistribution.     

从湍流经典理论到大气湍流非平衡态热力学理论

湍流是日常生活中一种普遍的自然现象,也是经典物理学仍未完全解决的难题。湍流更是大气运动的最基本特征。本文系统地回顾了大气湍流经典理论发展简史,进一步详细介绍了大气湍流非平衡态热力学理论。大气湍流非平衡态热力学理论在熵平衡方程中引入动力过程,进而统一推导出大气湍流输送的Fourier定律、Flick定律和Newton定律,证明了Dufour效应、Soret效应、可逆动力过程与热力不可逆湍流输送过程之间的交叉耦合效应,以及湍流强度定理。这些定律和定理中得到了观测的事实验证,同时它们的唯象系数也由观测资料所确定。湍流强度定理揭示,湍流发展的宏观原因是速度和温度的剪切效应,Reynolds湍流和Rayleigh-Bénard湍流共存于大气湍流中。热力过程和动力过程间耦合效应现象的发现突破了传统湍流输送理论,即Fourier定律、Flick定律和Newton定律的观点——一个宏观量的输送通量等价于这个宏观量的梯度湍流输送通量。热力和动力过程间的耦合原理认为,一个宏观量的输送通量包括这个量的梯度湍流输送通量和速度耦合输送通量两部分。因此,能量和物质的垂直输送通量除了相应物理量梯度造成的湍流输送外,还应包括垂直速度耦合效应,即辐散或辐合运动造成的耦合效应。在一个很宽的尺度范围内,地表面的空间特征是非均匀的。下垫面非均匀性造成的对流运动将引起大气的辐散或辐合运动。这可能是导致地表能量收支不平衡的重要原因之一。垂直速度对垂直湍流输送的交叉耦合效应为非均匀下垫面大气边界层理论的发展,并为克服地表能量收支不平衡问题及非均匀下垫面大气边界层参数化遇到的困难提供了可能的线索。     

The vertical transport of air pollutants by convective clouds. Part III: Transport features of different cloud systems

The vertical transport features of gaseous pollutants, with a negative exponent profile of concentration, by dif-ferent types of convective cloud systems are numerically investigated by using a two-dimensional, reactionless convective cloud transport model. The results show that an isolated, weak storm is able to pump pollutant gas out PBL and transport it to the mid-troposphere, whereas a deep, intense thunderstorm can very efficiently transport air pollutants up to the mid and upper troposphere and laterally spread with anvil, forming an extensive concentration surge layer at altitude of ten-odd kilometers altitude. Each type of convective transport results in concentration re-duction in PBL. In a wind shear environment the transport efficiency of deep thunderstorm significantly increases and the pollutants enter into clouds on the downshear side at low-level and spread downwind in anvil layer. On the other hand, for a cumulus cloud with plenty of liquid water, the gas dissolution effect is increased, and the irreversible aqueous reactions, in extreme, may significantly weaken the vertical transports of pollutant gases even with solubility coefficients no more than 103 M atm-1.     

The Vertical Transport of Air Pollutants by Convective Clouds．Part Ⅲ：Transport Features of Different Cloud Systems

ＴｈｅＶｅｒｔｉｃａｌＴｒａｎｓｐｏｒｔｏｆＡｉｒＰｏｌｌｕｔａｎｔｓｂｙＣｏｎｖｅｃｔｉｖｅＣｌｏｕｄｓ．ＰａｒｔⅢ：ＴｒａｎｓｐｏｒｔＦｅａｔｕｒｅｓｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＣｌｏｕｄＳｙｓｔｅｍｓＫｏｎｇＦａｎｙｏｕ（孔凡铀）ａｎｄＱｉｎＹｕ（秦...     

大气边界层强风的阵性和相干结构

我国北方春季冷锋过境后,常骤发强风,甚至起沙扬尘,持续数小时甚至一二天,通过对边界层超声风温仪的资料分析,可知大风常叠加有周期为3～6 min的阵风,较有规律,且有明显的相干结构:阵风风速峰期有下沉运动,谷期有上升运动;阵风扰动以沿平均流的顺风方向分量为主,横向和垂直方向的分量都较小,其本质是低频次声波和重力波的混合;阵风沿顺风向且向下传播.周期小于1 min的脉动在水平面上基本是各向同性的不规则的湍涡.大风期间,无论是平均流、阵风和湍流脉动,至少在120 m高度以下,主要都有西风和北风动量下传,感热上传.平均流的动量下传强于由脉动下传的量,与一般天气情况不同,而且阵风与湍流的动量下传的量值差不多.平均流和阵风在动量传送上起相当大的作用.     

哈尔滨冬季重污染日气象特征

以2000-2009年中国环境保护部公布的空气质量日报中空气污染指数大于200的日期作为重污染日,从气象因素方面分析哈尔滨冬季重污染日发生的原因。结果表明：哈尔滨冬季重污染日20时地面风速为1级或静风;85 %的重污染日在850 hPa层以下有逆温现象,最大逆温强度出现在地面与925 hPa之间,为0.73 ℃/100 m;95 %的重污染日在850 hPa层以下有下沉运动。重污染的典型地面形势包括高压边缘型、高压中心型和低压边缘型三类。高压边缘型和高压中心型表现为大气对污染物的水平、垂直输送均为不利,而低压边缘型表现为有利于污染物的垂直输送。天气形势特征的归类,可为开展空气污染预报提供参考。     

太行山东部两次典型酸雨天气过程对比分析

针对太行山东部地区2008年4月出现的2次酸雨天气过程,利用表征大气热力和动力学物理量对其进行分析,结果表明:弱酸雨天气太行山区为强盛的上升运动所控制,上升运动可达200 hPa,致酸污染物可通过垂直运动向外扩散。强酸雨天气中低层为下沉运动,抑制了污染物的扩散。强酸雨区域处于850 hPa全风速的最大值轴线的右前方,该处为下沉气流控制,不利于致酸污染物的扩散。两次酸雨过程低层均为对流性不稳定,但强酸雨日假相当位温垂直变率明显小于弱酸雨日垂直变率,且中高层与弱酸雨日相比为稳定性层结。     

台湾地形诱生中尺度系统对台风Meranti(1010)迅速加强影响的数值研究

台风Meranti（1010）北上进入台湾海峡过程中迅速加强,登陆时达到其最大强度。利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°资料及中尺度数值模式WRF,诊断分析台湾地形诱生的中尺度系统对台风Meranti迅速加强的影响。研究发现,Meranti在进入海峡过程中,台湾地形在台湾海峡内诱生出中尺度涡旋,激发中尺度扰动波列,加强台风环流内的垂直运动。台风水汽、热量的收支诊断表明,强烈的上升运动使热量和水汽向上输送,加强台风内的积云对流和潜热释放,使其强度增强。计算台湾地形诱生中尺度系统与台风间的动能交换发现,中尺度系统通过加强垂直运动向台风中高层输送涡动动能,使中尺度系统动能向台风动能转换,为Meranti的迅速加强提供能源。敏感性试验表明,如果台湾地形不存在,中尺度系统消失,台风的水汽、热量的向上输送和积云对流明显减弱,Meranti则不能达到迅速加强标准。     

热带平流层Kelvin波的能量、动量铅直输送特征的理论分析

本文利用赤道β平面近似下的线性化扰动方程组,假定无外源强迫和基本大气为等温大气的情况下求解,对于v’=0的Kelvin波的特解,得到了波动的能量和动量的铅直输送的结果。在波动位相下传的情况下,波动向上输送能量和西风角动量。这从理论上印证了Kelvin波在铅直方向的能量和动量输送特征,也提示了Kelvin波对准两年振荡(QBO)中西风位相的建立和下传的作用。      

区域酸性沉降的数值研究：Ⅱ.个例模拟和试验

利用建立的区域酸性污染物沉降模式，配合中尺度模式ＭＭ４预报的气象场，以１９９１年６月１２￣１４日淮河流域的一次降雨过程作为实例，对我国东半部及其相邻地区的酸沉降进行了数值模拟和试验研究。结果表明，模式基本上能够模拟出区域酸性沉降的特征，具有良好的综合模拟性能和广阔的应用前景。