海南岛一次特大暴雨的数值研究

利用卫星资料、NCEP资料以及AREM模式输出资料,对发生在2008年10月中旬海南岛一次大暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明:AREM模式较好地模拟了本次大暴雨过程,当初始资料选取NCEP资料时模拟效果最佳;sθe等值线密集区以及位涡梯度最大区与暴雨中心相对应;暴雨中心700 hPa以下低层对应条件对称不稳定,其上至600 hPa为对流不稳定;条件对称不稳定对其上空的对流不稳定有触发作用;对热源〈Q1〉和水汽汇〈Q2〉分析得出,大值区与降水分布基本一致,凝结潜热的释放对大暴雨过程有反馈作用;位温垂直平流项对Q1起决定性作用,位温局地变化项及水平平流项对Q1的贡献不大。在Q2诸分量中,比湿水平平流项和垂直平流项共同作用于Q2,比湿局地变化项影响较小。     

“莫兰蒂”台风致灾大风的结构特征及成因

利用多种观测资料分析1614号"莫兰蒂"台风致灾大风的风场结构特征及成因。结果表明:"莫兰蒂"登陆前台风环流内的局地强风呈阶段性波动特征,局地强风相对台风方位角的变化随着台风靠近先顺转后逆转;基于台风风压关系的分析表明"莫兰蒂"强度估计与实测吻合;台风登陆后受地形摩擦影响,台风左侧的风速大于右侧;数值模拟分析表明在影响局地强风过程的主要物理因子中,风矢量的水平平流和气压梯度项的影响最重要;"莫兰蒂"台风的强风区呈现明显的中尺度特征,较高动量的空气垂直输送和动量下传作用导致眼壁周围风力增强。     

初生西南涡扰动不稳定发展的弱非线性动力分析

文献[1]研究了初生西南涡扰动在弱不稳定层结下出现不稳定发展的情形,但没回答扰动不稳定发生后,西南涡怎样发展的问题。本文利用临界摄动方法,讨论了初生西南涡扰动不稳定后,在垂直速度及位温垂直分布不均匀引起的弱非线性垂直平流的调节和反馈作用下,扰动发展形成稳定的具有一定空间结构的过程。当参数取适当数值时,可获得与实际基本一致的结果。     

一次强沙尘暴和雪暴天气过程的诊断及模拟分析

利用基本气象资料和T213数值预报产品资料,对发生在内蒙古大部分地区的一次强风、强沙尘暴、强雪暴和强降温天气过程进行了动力诊断和模拟分析。结果表明,强冷空气活动是造成多种灾害的主要动力,高空急流是强风的动量来源,蒙古气旋强烈发展造成的气压梯度风加剧了地面大风和沙尘暴。强烈的冷、暖平流空间配置使大风、沙尘暴和降温更为剧烈。散度场的空间配置有利于沙尘暴、暴风雪的发展。高空西风急流对低空西南急流具有耦合和触发作用,低空西南急流的建立和长距离的水汽输送与辐合,成为内蒙古东部产生暴雪的重要条件,低层东风切变带中的正涡度平流的输送,叠加到了较好的水汽输送及辐合区域,加大了降雪。后期低层西北急流的形成,是产生暴风雪的重要原因。数值模拟结果表明,模拟高压、低压中心位置和强度与实况较为吻合,气旋的气压梯度强度与实况较为接近;冷暖平流在分布区域、输送方向、强中心位置上也与实况具有较相似的特征,但是温度平流模拟的结果在量值上略大于实况。     

强降水过程中热力切变平流参数的诊断分析

在以往研究的基础上, 本文把对流涡度矢量的垂直分量、水平散度和广义位温的垂直梯度有机地结合起来, 引入热力切变平流参数的概念。本文针对两次强降水过程, 利用NCEP/NCAR全球最终分析资料对热力切变平流参数进行诊断分析, 结果表明, 热力切变平流参数能够比较准确地综合表征雨区上空水平风场切变和湿等熵面漏斗状向下伸展等动力学和热力学典型的垂直结构特征, 因而该参数与降水系统的发展演变密切相关, 与观测的6小时累积地面降水区存在一定的对应关系; 在空间水平分布和时间演变趋势上, 热力切变平流参数的异常值区覆盖着观测的6小时累积地面降水区; 该参数在降水区内表现为强信号, 而在非降水区表现为弱信号。影响热力切变平流参数发展演变的因素分析表明, 该参数倾向方程中通量散度项的异常值区覆盖着观测的6小时累积地面降水区, 表明雨区内通量散度项导致的热力切变平流参数变化比较明显, 其中纬向风速与经向风速相互作用的贡献是不容忽略的。     

位涡倾向分布与台风Megi(2010)移动的关系及其影响因子

结合数值试验结果对台风Megi(2010)不同半径内的位涡倾向(potential vorticity tendency,PVT)质心位置变化与台风移动的关系进行了探讨,并对PVT方程中不同因子影响PVT质心位置的作用范围进行了研究。结果表明,较小台风半径内的正PVT质心位置变化与台风移动具有较好对应关系,可指示"Megi"转向,较大台风半径内的PVT分布变化虽不直接指示"Megi"转向,但可反映对应区域内大气动力、热力状况发生了有利于"Megi"转向的调整。PVT质心移动受位涡水平平流项的影响较大,受垂直平流项和非绝热加热项的影响相对较小,PVT方程中与台风内部对流活动有关的垂直平流项和非绝热加热项可对"Megi"中心附近PVT分布产生影响,而与台风水平环流有关的水平平流项除可对较小台风半径内PVT分布造成影响外,还可将台风位涡向外输送,是导致不同半径内PVT质心位置差异的主要原因。     

中上层冷平流对飑线发生的影响

飑线的产生经常与不稳定能量和垂直风切变相联系。本文提出了对流层中上层温度平流的一种诊断方法。应用这一方法分析了一些例子中700—300 hPa间的平流值。结果表明，冷平流会引起不稳定能量E的增加，E和的大小对强飑线的发生有一定指示作用。文中指出垂直风切变及其变化与温度平流的存在是紧密相关的。还指出分析不稳定能量和中上层温度平流的水平分布对预报飑线发生的区域是有用的。     

用多层非线性平衡ω方程分析“91·7”梅雨锋暴雨

利用多层非线性平衡ω方程,诊断分析了1991年6月29日-7月12日梅雨锋暴雨的特点。结果表明:应用该方程计算出的垂直运动的空间分布与该段梅雨期雨带的位置对应得较好。在诸强迫项中,稳定性凝结加热对这一时段梅雨锋暴雨的贡献最大,而对流凝结加热的作用很小。另外,涡度水平平流的作用小于温度水平平流的作用,而涡度平流垂直变化的作用比较重要。     

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。     

“4.12”沙尘暴天气的数值模拟及诊断分析

利用MM5中尺度数值模式,以T106实况资料作为初值场和侧边界值,对甘肃省河西走廊2000年4月12日强沙尘暴的强风天气形势和地面风场进行了数值模拟,并利用模式输出结果对这次过程作了诊断分析。模拟和诊断分析结果表明：MM5中尺度模式能模拟出产生这次强沙尘暴的强风天气形势和上升运动;沙尘暴爆发前3h河西走廊出现西北大风,并有大风向这一地区的明显辐合;沙尘暴发生在地面处于于暖状态的地区;位涡的水平分布特征对沙尘暴的出现时间和落区有一定的指示意义。沙尘暴区上空螺旋度垂直分布为高层负值,低层正值。螺旋度正值的演变与沙尘暴的出现有一定的对应关系。     

超强台风桑美（2006）登陆前后低层风廓线数值模拟分析

利用ARW-WRF模式,以垂直方向40个模式层（对低层加密）、水平方向最高1 km的分辨率,对台风桑美（2006）进行数值模拟,模拟结果与实况基本一致。基于台风桑美（2006）1 km分辨率的模拟结果,对台风低层（海面或地表以上1500 m以下）风场结构进行了分析。结果表明,在台风登陆前,其最大风速半径附近存在水平风速在垂直方向有很强变化的风廓线,该类型风廓线的最大风速高度有明显变化,表现出类似急流的特征;而台风登陆后,其水平风速垂直变化明显减弱,即风廓线类型发生较大变化;另有一种水平风速在高层少变的风廓线类型在台风中是普遍存在的。还根据高层和低层两个切变因子,将台风登陆前的风廓线分为急流型、普通型和过渡型,并进一步分析各类风廓线在台风中出现的位置和急流高度。对急流型风廓线的形成原因也进行了初步探讨,结果表明,超/次梯度风在垂直方向上的变化是形成急流型风廓线的原因,而外围绝对角动量的输送在其中起关键作用。     

渤海西岸边界层东风与暴雪天气的机理分析

2008年12月20-21日和2010年1月3日天津地区分别出现了历史同期罕见的暴雪天气。为了提高对这种极端天气发生机理的认识,利用多种资料对这两次天气过程进行了分析。结果表明：两次暴雪过程均属于回流型降雪,但环流形势和影响系统的演变却不尽相同。影响系统分别为高空横槽（高空槽）、850 hPa切变（850 hPa低涡切变）、地面倒槽（地面气旋）,水汽源自700 hPa西南气流和边界层东风的水汽输送。由于两次过程均与边界层东风相伴,特别对渤海西岸边界层东风对降雪天气的影响和作用作了探讨,表明偏东风不仅为本地输送一定量级的水汽,同时这种具有冷湿特征的东风还会与内陆具有暖湿结构的偏南风形成地面辐合线,加强地面的动力抬升作用,产生上升运动,有利于雨雪天气的加强和维持,因此可以认为边界层东风对暴雪的发生发展起到了显著的作用。     

Wind environment in the Lee of Kauai Island,Hawaii during trade wind conditions: weather setting for the Helios Mishap

On 26 June 2003 (approximately 1030 local time) the Helios ultralight aircraft broke apart off the west coast of Kauai Island, Hawaii as it was climbing out of the Kauai wind shadow. Following the aircraft mishap, a study was carried out to understand the conditions on the day of the crash and to better characterize the wind in the lee of Kauai. As part of this effort, both aircraft measurements and numerical modelling studies were carried out. Measurements and models showed the trade wind flow was enhanced around the island creating a region of wind shear surrounding the leeside calm zone. This wind shear region was found to be vertically oriented along the south side but tilted northward with height along the northern side of the calm zone. Several other factors on the day of the crash were investigated including water vapour gradients, diurnal Island heating, and gravity waves but their possible influences on the crash could not be confirmed. While the numerical model captured the general features of the Kauai leeside winds, the orientation of the calm zone was north of the observed one.     

北京秋季一次重污染过程的成因分析

近年来,北京的大气环境问题日益受到关注。以2002年10月8—13日北京地区一次重污染过程为例,采用中国气象局的MICAPS系统和美国的HYSPLT模式,分别从污染过程产生的天气条件、污染物输送轨迹等方面分析研究此次空气污染的形成原因。结果表明：造成此次重污染过程的不利因素主要包括三个方面,一是较强的海平面高压、均压场控制导致北京地区垂直大气层结稳定,不利于污染物垂直扩散;二是北京地区三面环山,导致近地面为弱的偏南气流控制,不利于污染物水平扩散;三是近地面弱的偏南气流从江苏、山东、河北、天津等地携带了大量的污染物向北京地区输送。     

Approximate analytical solution of the nonlinear problem of a flow over a thermally inhomogeneous underlying surface

Summary The problem of the thermal circulation over the underlying surface, has been studied analytically for the case when the temperature of the underlying surface depends linearly on one of the horizontal coordinates. A horizontal pressure gradient is specified at the upper boundary of the medium horizontal layer (that has been rotating around the vertical axis) being under consideration, and this fact provides the existence of the background horizontal flow. The problem is essentially nonlinear, since, first, the heat advection, second, the square friction and the heat exchange at the underlying surface are taken into account. The solution depends on three non-dimensional parameters that are determined by the absolute values of the specified horizontal temperature and pressure gradients and by the angle between these vectors. In dependence on the values of the above mentioned parameters the solution properties may be very different. When the horizontal temperature gradient is absent, the solution is a generalization of the Ekman boundary layer classical theory for a case of the nonlinear friction against the underlying surface. The temperature and pressure fields essentially depend on the existence or absence of the background motion velocity component in the direction of the temperature horizontal gradient.With 2 Figures     

High-resolution sea wind hindcasts over the Mediterranean area

The goal of this study is to develop a high-resolution atmospheric hindcast over the Mediterranean area using the WRF-ARW model, focusing on offshore surface wind fields. In order to choose the most adequate model configuration, the study provides details on the calibration of the experimental saet-up through a sensitivity test considering the October–December 2001 period (the 2001 super-storm event in the West Mediterranean). A daily forecast outperforms the spectral technique of previous products and the boundary data from ERA-Interim reanalysis produces the most accurate estimates in terms of wind variability and hour-to-hour correspondence. According to the sensitivity test, two data sets of wind hindcast are produced: the SeaWind I (30-km horizontal resolution for a period of 60 years) and the SeaWind II (15-km horizontal resolution for 20 years). The validation of the resulting surface winds is undertaken considering two offshore observational datasets. On the one hand, hourly surface buoy stations are used to validate wind time series at specific locations; on the other hand, wind altimeter satellite observations are considered for spatial validation in the whole Mediterranean Sea. The results obtained from this validation process show a very good agreement with observations for the southern Europe region. Finally, SeaWind I and II are used to characterize offshore wind fields in the Mediterranean Sea. The statistical structure of sea surface wind is analyzed and the agreement with Weibull probability distribution is discussed. In addition, wind persistence and extreme wind speed (50 year return period) are characterized and relevant areas of wind power generation are described by estimating wind energy quantities.     

西太平洋热带地区能量和热量的总收支——中美西太平洋海-气合作考察观测事实之五

根据“向阳红14号”考察船在中美海-气考察第一次航程(1986年2月8—14日)所获取的水文气象和日射观测资料,以及特定区域内站点的海洋气象资料,探讨了热带西太平洋有限区域内下垫面和大气的冷、热源以及海气系统向周围大气的能量水平输送的源、汇问题。分析计算指出,在考察期间热带西太平洋地区是一个热量积贮区。     

复杂地形上稳定边界层二维流场的数值模拟

建立了一个二维局地尺度数值模式，对水平扩散采用了水平平滑处理方法，提出了一种在地形追随坐标系中具有较高计算精度的差分近似方法，此方法兼具了地形追随坐标系和直角坐标系的优点，特别适用于地形特征尺度较小和垂直分层要求较细的情况。数值试验表明：该模式具有模拟局地尺度环流的能力，且计算机内存和ＣＰＵ时间都较节省，算法稳定。利用所建立的模式对经过重庆市中区的某一实际地形下的流场进行了数值模拟。     

若尔盖高寒湿地夏季近地面水平热平流对地表能量闭合度的影响研究

近地面能量不闭合问题一直以来都是陆面过程研究的一个重要的科学问题,且在非均匀湿地下垫面的近地面尤为突出.利用中国科学院若尔盖高原湿地生态系统研究站花湖观测场的地面风场和温度场数据,计算了由湿地下垫面热力非均匀性引起的水平热平流,并分析了考虑水平热平流后地表能量平衡的变化.结果表明:2017年夏季若尔盖湿地近地面水平热平...     

背景误差水平相关结构对四维变分资料同化的影响研究

为考察GRAPES全球四维变分同化（4DVar）的分析增量在谱空间的时间演变特征,分析当同化时间窗起始时刻与终止时刻背景误差水平相关特征明显不一致时对分析与预报造成的影响,对GRAPES全球4DVar的背景误差水平相关采用二阶自回归模型（SOAR）、集合资料同化生成扰动样本估计的水平相关模型以及基于这两者的背景误差谱空间融合模型进行比较。结果表明,SOAR的分析增量在20波以上的天气尺度波动的分析信息明显不足,而将集合资料同化样本所计算的水平相关的功率谱方差与SOAR功率谱方差进行融合,水平相关特征呈现出多尺度水平相关的特点,可以更好地吸纳观测信息,显著改善北半球形势场、温度与风场预报效果,南半球也有改善,对赤道地区的影响中性。表明研究发展的融合水平相关方案合理、实用。