强迫耗散非线性临界层动力学的初步研究

研究了强迫耗散非线性临界层动力学，得到了强迫耗散非线性临界层的解析解。解析解表明，在含有强迫耗散的条件下，非线性临界仍有“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”，当时间很大时，“猫眼”趋于定常，强迫耗散因子对非线性临界层激发的“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”的涡度场有重要的调制作用。     

非线性临界层与副热带高压的形成

本文用无辐散正压涡度方程模拟非线性临界层。结果表明,在非线性临界层内,流函数场出现“Kelvin猫眼”现象。“猫眼”的流场呈准定常反气旋环流形势,“猫眼”的时空尺度、东移和形状变化与副热带高压有相似之处。因此,非线性临界层产生的“Kelvin猫眼”有可能是位于纬向东西风交界面附近的副热带高压形成的一种新的物理机制。     

南边界强迫的非线性临界层与副高的形成、维持和振荡

用非线性准地转正压涡度方程模式，在南边界取定常强迫波，采用４种方案模拟了非线性临界层及其上激发的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼，以确定热带的定常强迫对副高的形成、维持和振荡的影响。结果表明，南边界定常强迫仍在非线性临界层内激发行星尺度的准定常反气旋的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼流场，猫眼的移动、强度和形状变化与夏季副高比较相似．而北边界定常强迫所得结果与夏季副高差异较大。因此，南边界所激发的非线性临界层上的Ｋｅｌｖｉｎ猫眼可能是夏季副高形成、维持和振荡的一种更为重要的新物理机制。文中还提出准定常行星波穿越副热带的非线性临界层的物理机制。     

斜压切变基流中横波型扰动的特征波动 Ⅱ:谱函数

“斜压切变基流中横波型扰动的特征波动Ⅰ谱点分布”一文中分析了斜压切变基流中横波型扰动的谱点分布，这里又对其谱函数进行了分析讨论。结果表明当基流在垂直方向存在切变时，重力惯性波与涡旋波的谱函数在垂直方向上均可出现临界层，临界层的高度随频率σ而变化，即重力惯性波与涡旋波都存在连续谱，但涡旋波与重力惯性波连续谱的结构却不同；对天气尺度扰动，两支重力惯性波和1支涡旋波的连续谱不重叠，此时每支波动仅有1个临界层；而对次天气尺度的扰动，重力惯性波与涡旋波的连续谱区会发生重叠，在连续谱的重叠区，重力惯性波仍只有1个临界层，但涡旋波则可以有2个或3个临界层。无论是涡旋波还是重力惯性波其连续谱的波包随时间都是衰减的，但涡旋波波包比重力惯性波波包衰减得慢。     

斜压大气亚临界不稳定的数值试验

利用一个由表面摩擦和辐射线弛强迫驱动的斜压准地转两层模式作数值试验，来研究斜压大气中的亚临界不稳定现象。试验结果表明，当无量纲量β≥0.25时，斜压两层大气中能够发生亚临界不稳定现象。亚临界不稳定现象的发生与初始扰动的选择有关。科氏参数的经向梯度的大小又是影响斜压稳定性强度的一个重要因素，其值越大，斜压稳定性强度越小。     

我国中东部平原地区临界气温条件下降水相态判别分析

基于2001—2013年地面观测和探空资料,对地面气温位于0～2℃(以下称临界气温)我国降雪的时空分布及其与降雨的垂直热力特征进行了研究,引入了决策树判别方法对上述条件下雪和雨进行了判别分析,结果表明:临界气温下降雪出现频率总体高于降雨、雨夹雪出现频率,且在我国华北南部至江南北部的中东部地区分布较多,年均可达7.69～15.38站次;临界气温下,降水相态为雨或雪对应的平均温度廓线最大差异位于650 hPa附近,且地面气温较低时,平均温度差异更明显,平均湿度廓线差异则主要位于低层,且在地面气温较高时,平均湿度差异更明显;临界气温下,降水相态为雨时,地面上空存在暖层样本占比,较降水相态为雪时更高,且降雨时暖层主要位于中层,降雪时暖层则主要位于低层,降雨时其暖层强度显著大于降雪时暖层强度;在临界气温下雨雪判别分析中,地面气温能显著提升判别准确率,湿球温度能在一定程度上提升判别准确率,基于云顶温度、中层融化参数、低层湿球温度构建的决策树判别模型,判别准确率达到91.86%,能较好地解决临界气温下雨和雪的判别问题。     

"1998年二度梅"暴雨与非线性亚临界对称不稳定的初步研究

对1998年7月20日00时8月1日12时这段梅雨暴雨过程进行诊断分析，并利用MM5V3中尺度模式作梅雨暴雨的数值试验，结果表明：(1)本次梅雨暴雨分为3大段过程，非线性亚临界对称不稳定可能是3段梅雨暴雨形成的重要机制；(2)扰动风场增长与降水增长关系密切，扰动风场的增长会超前于降水的增长，非线性亚临界对称不稳定的增强可能使降水增强；(3)非线性亚临界对称不稳定主要发生在高层200hPa，中层500hPa也有发生。非线性亚临界对称不稳定使线性对称稳定的大气变为不稳定。降水区和暴雨中心主要位于高层200hPa和中层500hPa扰动风场极大值南侧与低层850hPa扰动风场极大值北侧之间。(4)非线性亚临界对称不稳定扰动的P折时间和空间尺度，分别为5～8h和200～300km。     

副高与阻高形成的Rossby孤立波理论Ⅱ:存在临界层

研究了存在临界层的非均匀纬向流中的Ｒｐｓｓｂｙ孤立波。在求出振幅函数满足的ＫｄＶ方程或修正ＫｄＶ方程（ＭＫｄＶ）后，选择Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式作为展开基函数，用假谱方法，求解本征值和本征函数。对理想风场的计算表明，在临界层存在与否两种情况下，都能得到在东西风界面处的反气旋式副高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，同副高有一致的演变规律：当东风带相对强于西风时，向西移动；当西风相对强于东风时，则向东移动。在西风带，则得到阻高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，与阻高也有同样的演变规律。另外，我们还用连续谱方法计算了临界层附近的连续谱及离散谱，也得到与假谱方法较一致的结论。     

一个双波地形重力波拖曳参数化方案

当地形次尺度强迫的作用与显式的经典动力作用效应相当时,地形重力波拖曳力对于环流的维持,以及动量和热量通量输送的动力效应变得十分显著。这种地形次尺度拖曳作用项可通过参数化的方法,在动力方程中加入额外的小项而引入数值模式。目前成熟的地形重力波拖曳参数化方法,如第1代基于线性单波理论的参数化方案;以及侧重考虑了临界层作用等因素对拖曳力的额外贡献的第2代参数化方案,都无法有效表达风速垂直变化引起的波动应力随高度变化的特征。基于上述考虑,本文给出了一个双波参数化方案用于计算地形重力波拖曳中由线性自由传播重力波造成的波动应力的垂直分布。通过二阶WKB近似,它对由风速垂直变化引起的对波动应力的选择性临界层吸收过程和经典的临界层吸收过程做了显式处理;而在不发生临界层吸收现象的地区,则用两个单波同时在垂直方向上进行应力的传播,并利用波饱和标准进行应力耗散。进一步地在真实地形(以大别山地区为个例)条件下的测试结果表明,通过在不同理想风速廓线以及北半球冬季中纬度纬向平均风廓线下对波动应力垂直分布的计算,证明该方案确实能有效地给出应力随高度变化的特征。     

大气层结的非均匀性对重力内波波射线的影响

文中利用ＷＫＢ近似，讨论了非均匀层结对惯性重力内波和纯重力内波能量传播路径的影响，得到了波的能量密度，广义波作用密度，和广义拟能密度守恒的条件，导得了重力内波不稳定的必要条件，给出了在波的传播过程中控制波射线折射的方程，得到了两类不同的临界层，最后还利用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法计算了不同层结分布下的波射线。     

景德镇市三类降雪天气概念模型研究

计算并分析了景德镇市出现雨夹雪、一般降雪、大雪（分别简称为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类降雪）形势场、本站要素、层结资料,概括了3类降雪的天气学概念模型。分析结果表明：（1）3类降雪天气过程中,高空500 hPa有强盛的西南偏西气流,且随着降雪强度的增大,西南风速逐渐增大。地面则有较强冷空气堆积,位于贝加尔湖西部的冷高压中心气压在1 050 hPa以上,景德镇处于冷高压底部。925 hPa 30°N附近冷空气势力强,气温低。Ⅰ类降雪的主要影响系统是在江西省北部上空交汇的冷、暖平流,Ⅱ类、Ⅲ类则是850 hPa的切变线,出现Ⅲ类降雪时切变线位于景德镇附近,而出现Ⅱ类降雪时切变线则稍偏南,位于赣中。（2）地面气温变化是降水相态改变的关键,气温越低,越易出现降雪。从大雪至雪后雨,气温逐渐上升。（3）中低层的气温,Ⅱ类降雪较Ⅰ类低;近地面层气温,Ⅲ类降雪与Ⅱ类降雪接近;700 hPa和850 hPa层气温,Ⅲ类降雪比Ⅱ类降雪偏高。（4）Ⅰ类降雪常伴有逆温,但在向Ⅱ类降雪的转换过程中,逆温逐渐减弱,到Ⅲ类降雪时,逆温消失。（5）3类降雪均存在明显的风垂直切变,低层风弱,高层风强,且随着降雪强度的增大,表现愈加明显。     

大气静力稳定度的铅直分布和不同风速铅直廓线对天气系统发展的影响

采用一个准地转三层模式,对于高低空不同层结及不同风速铅直廓线下的斜压不稳定性问题进行了分析和讨论。指出:(1)大气层结特征对斜压不稳定的影响不仅表现在对不稳定临界波长和临界风速切变的制约上,而且其铅直分布的不均一性决定了大气的各个层次对斜压不稳定的贡献大小;扰动的斜压发展主要取决于静力稳定度较小的那些层次内的热力、动力学条件,在这些层次内,扰动也最为明显。(2)高低空风速比中空为大的“高低空强风型”风速铅直分布最有利于扰动的不稳定发展,在这种风速铅直廓线下,不稳定波波谱较宽,不稳定波临界波长和最不稳定波波长也较短。     

中国土壤湿度的垂直变化特征

使用中国 57个站 1981～ 2 0 0 0年 0～ 10 0cm的土壤湿度资料 ,逐站进行了垂直方向土壤湿度的诊断分析 ,根据湿度的垂直分布形态归纳为 3种主要类型 :夏季均匀型、急剧变化型和季节差异型 ;分析土壤湿度的年际变化发现 :多数测站湿度的距平符号在垂直方向是一致的 ,变化趋势以长时间持续干和湿以及 3～ 4a振荡周期为主 ;进一步对干和湿期土壤湿度和降水量进行合成 ,发现湿期和干期的土壤湿度垂直分布多数情况下保持了气候态的基本特征 ,湿期减干期的土壤湿度差与降水差有很好的对应关系     

热带西太平洋边界层大气的多逆温层特征

本文主要利用第四航次“中美热带西太平洋海气相互作用联合调查”所获得的海洋水文气象及低空大气温度探测资料,分析了热带西太平洋暖水区边界层大气层结特征,指出春季热带西太平洋边界层大气具有多逆温层的层结特征。逆温层个数大多为4个左右,厚度多在30m以上,最厚336m。这一研究结果是关于热带大洋边界层结构观测研究的重要补充。      

延安市冬季边界层风、温场特征分布

本文利用1985年12月25日—1986年1月9日的实测资料,分析了延安市冬季边界层风、温场特征。结果表明:延安市冬季低层逆温持续时间长、强度大,逆温持续期近地面几十米表现为混合层结构。边界层风场十分复杂,时空变化大,地面常为小风状态,风向、风速沿垂直方向有明显切变,低层流场有显著渠道效应,山谷风明显。     

南疆沙漠腹地大气边界层气象要素廓线分析

利用塔中80m观测塔梯度系统采集的2006年8月、10月和2007年1月、4月的风、温度、湿度资料,结合气象站的同步气象资料,对南疆沙漠腹地近地层四季的晴天平均风速、温度、湿度廓线分布特征进行分析。结果表明,晴天平均风速白天随高度升高增加缓慢,夜间较快,低层风速白天比夜间大,高层则白天比夜间小,春夏季风速较大;四季平均温度廓线表现为夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型和傍晚过渡型等四种类型,早、晚过渡时间四季各有不同,日最低、最高温度出现时间四季则相差不大;冬季夜间比湿随高度升高而增大,整个80m近地层表现为逆湿状态,其他季节逆湿一般出现在0．5—1m、1～2m、32—47m、63—80m等4个层次上,各逆湿层出现的时间各季节有所差异。     

广西南宁冬季层状暖云微物理特征的飞机观测分析

利用运十二飞机在2012年冬季广西南宁地区开展的12架次层状暖云微物理探测资料进行分析,统计和观测结果表明,层状暖云垂直方向分层显著。存在逆温是典型宏观特征,降水云基本都为多层逆温,逆温位置主要出现在云顶附近。云滴平均浓度为652±607个/cm3;无降水云比降水云云滴平均浓度略大,分别为678±348个/cm3和615±363个/cm3。平均液水含量为1.03±0.73 g/m3,其中降水云远大于无降水云,分别为1.3±0.9 g/m3和0.88±0.6 g/m3。平均有效直径为18.2±5.6 μm,降水云略大于无降水云,分别为19.4±5.0 μm和17.3±6.0 μm。垂直分布上,云滴数浓度在接近地面的下层云中最大,峰值区主要出现在云底,且随高度一般呈现递减趋势。云滴谱分布显示在6.5 μm出现次峰值。降水云中大云滴主要出现在接近地面的下层云中,而无降水云中几乎没有观测到大云滴。      

CHARACTERISTICS OF BOUNDARY LAYER AND ITS EFFECTS ON ATMOSPHERIC AEROSOL CONCENTRATIONS IN DONGGUAN, GUANGDONG

The structure of atmospheric boundary layer determines the ability of atmospheric dispersion and has an essential impact on airborne aerosols. In this paper, the data of a radio sounding experiment held in Dongguan National Meteorological Observation Station, which is in a coastal city in Pearl River Delta, as well as the data of atmospheric aerosols, were utilized in order to analyze the characteristics of atmospheric boundary layer and its effects on surface aerosol concentrations. The results are showed at follows: the local circulations, associated with dominant winds, made complex structures of atmospheric layers, as the cold air and systematic winds weakened in the end of a cold air event. Weakened wind shears and inversion layers, especially a strong near-surface inversion layer, remarkably diminished the atmospheric diffusion abilities and facilitated an especially high concentration of surface aerosols. The convergence line or weak shear line of sea breeze in the ground level helps weaken the atmospheric diffusion abilities and results in atmospheric aerosols accumulation.