大气层结和中尺度位温扰动对锋区多重垂直运动带形成的影响

文中利用半地转锋生模式讨论了大气层结,天气尺度位温场和中尺度位温扰动对锋区多重垂直运动带形成的影响,给出了垂直运动场的演变图。结果显示,大气层结和中尺度位温扰动对锋区垂直运动带的形成有重要影响,在合适的大气层结下,垂直伸展较高的低空中尺度位温扰动是形成锋前暖区多重雨带的可能驱动机制之一;不同高度上的中尺度位温扰动以低层扰动影响最大,中层次之;天气尺度位温扰动场的水平温差对锋生速度和锋区垂直运动带都有重要影响;中尺度位温扰动对锋生速度没有什么作用。     

Petterssen锋生函数的推广及其与垂直运动强迫项的关系

Petterssen 的锋生方程,建立了水平位温梯度大小的拉格朗日变率(称为锋生函数)与水平速度场中运动学不变属性间的关系式。根据标量锋生函数的空间分布推断锋区中垂直环流的存在,在天气业务中是不罕见的。另一方面,Hoskins 及其同事引入了一种准地转ω方程,其中动力强迫项与 Q 矢量的水平散度成正比。所谓 Q 矢量,定义为矢量水平位温梯度沿地转气流的拉格朗日变率。Q 矢量的形式,启发我们把 Petterssen 锋生函数推广成适用于矢量水平位温梯度的情况。这种推广后的锋生函数称为矢量锋生函数,包括新引入的水平位温梯度方向的拉格朗日变率表达式。     

急流加速产生的高空锋生和低空锋生

本文用数值模拟方法证实了曾庆存提出的一种锋生机制,即高空急流加速或高空动量输入通过地转适应过程造成高空锋生.我们采用二维非弹性数值模式模拟了五种急流加速分布产生的锋生过程:三个低空锋生,分别由中尺度地面、中尺度低空和次天气尺度低空急流加速产生;二个高空锋生,分别由高空次天气尺度和天气尺度急流加速产生.模拟的结果表明:(1)通过地转适应产生的位温梯度的大小依赖于急流的空间结构以及Rossby变形半径和急流扰动尺度的比值,比值越大,适应锋生越强.(2)在相同的尺度条件下急流加速产生的高空锋生比低空锋生更强.(3)地转适应过程将加速的高空急流动量向下层传输,使锋区变陡并向对流层中、下层延伸,这种对流层高低层的非地转耦合可能是低空急流形成的另一种机制.(4)在模拟的五个过程中急流振荡的主频率约是惯性频率的1.7倍.     

一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。     

大尺度凝结加热与中尺度位温扰动对冷锋锋生的作用

文中导得简化的包括大尺度凝结潜热的半地转锋生模式，利用该模式讨论了大尺度凝结加热和中尺度位温扰动对冷锋锋生的影响，给出了锋生过程中各物理量的演变图。计算结果表明，大尺度凝结加热对冷锋锋生具有加强作用，增大锋生率，增大上升运动速度，缩小上升运动区的范围，使之更具有中尺度系统特征，使非地转越锋环流增强并发生倾斜，凝结加热和中尺度位温扰动的结合是锋前暖区多重雨带形成的可能机制之一。     

变形场锋生条件下斜压锋区上对称波包的发展

文中用 WKBJ方法讨论了叠加在 Hoskins- Bretherton( 1 972 )变形场锋生模型背景上对称斜压波包的发展问题。在锋区斜压气流对称稳定的条件下 ( F2 N2 - M2 =q>0 ) ,大尺度变形场强迫、锋生环流的作用及锋生过程引起的稳定度参数 ( F2 ,N2 ,M2 )的个别变化也会对对称扰动的发展产生作用 ,变形场锋生和锋区环流的上升支下方有利于对称扰动发展 ,而锋区附近非地转垂直切变和稳定度参数的变化对扰动的影响则与对称扰动的结构有关。     

地面暖带附近锋生的数值试验

采用半地转方程的二维锋生模式，研究了地面暖带附近锋生过程中，大尺度斜压区、地面暧带和潜热释放之间的相互作用，结果表明：变形场中的孤立暖带，当它位于大尺度斜压区暖空气一侧时，可在有限时间内形成强锋区（有潜热加热时锋生速度更快）；当暖带与大尺度斜压区配合时，可出现双锋区结构，强锋区可能先在暖带中出现。在暖带深厚并有潜热释放时表现更明显且有利于双锋区结构的维持，锋生强迫作用和位温扰动是梅雨锋附近两条中－     

三种温湿参数下昆明准静止锋锋面位置及锋生函数诊断的对比分析

针对2008年1~2月昆明准静止锋天气过程,讨论了位温、相当位温和广义位温三个温湿参数及其对应的锋生函数,对比分析结果表明:（1）广义位温因其湿度因子权重过大,不适用于分析以温度梯度定义的昆明准静止锋锋面位置和强度;（2）理想状态下的干大气位温和饱和大气相当位温仅与气压和温度有关,均能较好地反映大气温度场特征,适用于昆明准静止锋的分析,比较而言相当位温对温度锋区的描述更为显著;（3）用位温或相当位温计算锋生函数所得结果直接表达了因温度场变化导致的锋面生消状况,而用广义位温计算锋生函数所得结果同时包含温度锋生（消）和湿度锋生（消）两种情况,不能简洁地判断昆明准静止锋锋面生消状况。     

凝结潜热对锋生的影响

本文在二维半地转峰生模式中，考虑了水汽凝结加热和边界层抽吸作用对锋生及越锋环流的影响。水汽凝结加热考虑了大尺度凝结加热和对流凝结加热两种方式。计算结果表明：水汽凝结加热和边界层抽吸对峰区环流具有显著的作用，凝结加热使锋生加快，使锋区上升运动倍增，并使其水平尺度明显减少。边界层抽吸作用也使垂直环流加强。现在     

华东地区6-7月锋生的气候学特征及环流结构

利用中国华东地区212个站点2000-2010年6-7月逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料,运用运动学锋生函数公式,分析了华东地区6-7月锋生、锋面及其环流结构的气候学特征。结果表明,锋生函数值在华东区域呈现不均匀分布,且不同性质的运动学锋生具有不同的锋生强度和分布。其中,江淮地区是6-7月综合锋生最强的区域。根据风场在850 hPa强锋生带的切变及辐合情况,将6-7月的锋生类型分成4个大类,即暖切变型锋生、冷切变型锋生、西风辐合型锋生、东风辐合型锋生,其中,冷切变型锋生又分为两个亚类。不同类型的锋生个例数不同,江淮地区最多的是暖切变型锋生。不同锋面的水平结构与垂直结构存在显著差异,但对于强锋生过程,340 K假相当位温等值线与锋区平行且穿过锋区,其对判断强锋生过程和锋区位置具有指示意义。强锋生事件的出现有其大尺度环流背景,而不同类型的强锋生事件的环流背景差异较大:背景气旋或反气旋环流的中心位置、强度、辐散辐合场的分布、垂直环流结构等方面有不同程度的差异。降水与锋生强度紧密相关。锋生较强时,降水较多。暖切变型锋生日降水量最大,降水发生在锋区内部,与强锋生带走向一致;冷切变型次,两种类型的降水均发生在锋区的南侧,呈东北—西南走向;西风辐合再次之,降水发生在锋区内部偏南一侧。     

沙尘暴辐射强迫的锋生过程分析

本文利用锋面方程结合数值模式结果讨论了在沙尘辐射强迫下,影响锋生过程的物理机制,计算了不同的沙尘分布对这种锋生过程的影响。计算和分析结果表明:白天锋生主要是由非绝热加热和水平速度变形场共同产生的,垂直速度场对锋生的影响较弱,主要起锋消作用。水平温度梯度的平流对锋生(消)的影响都很小。晚上影响低层锋消的主要因子是非绝热加热项。 当沙尘降低时,沙尘辐射强迫的锋面强度和坡度都相应地减小。沙尘暴区中心上空的等熵混合层厚度也随之减少。     

地形对地转适应和锋生的影响

作者的目的是分析地形对由于热力差异所引起的局地锋生现象和地转适应过程的影响．为此，分别用零位涡流和均匀位涡流来近似代替实际大气，并借助位涡、绝对动量、位温的守恒关系，就地形对适应锋生和适应过程中能量转换等问题进行了简单讨论。初始位温扰动的水平分布及其相对于地形的位置对适应锋生有重要影响。当初始热力扰动主要位于地形迎风坡山脚时，地形不利于锋面形成，这时要形成锋面不连续，初始位温梯度的水平变化必须非常显著；当初始热力扰动主要位于山顶附近时，地形促进流体运动的辐合，有利于锋面不连续的形成，这时即使初始位温梯度的水平变化不是很大，也可能会形成锋面；当初始热力扰动主要位于背风坡时，地形是否有利于锋面不连续的形成取决于流体的层结情况，如果流体的基本层结很弱，地形促进锋面不连续的形成，反之，地形不利于锋面不连续的形成，这种差异主要是由于在这两种情况下，地形引起的下沉增温效应的强弱是不同的。另外，地形对地转适应过程中动能和位能之间的能量转换率也有影响，与没有地形的情况相比，当初始热力差异显著区位于迎风坡时，能量转换率减小，当不平衡场位于背风坡时，能量转换率增加，原因是在迎风坡流体要克服重力作功，在背风坡重力对流体作正功。     

The effect of topography on quasi—geostrophic frontogenesis

This paper improves Bannon’s work on the quasi-geostrophic frontogenesis in a horizontal deformation field. By setting the lower boundary condition for the equation of potential temperature on the realistic topography instead of on z = 0, a general solution for the temperature field is derived after applying conformal mapping to the equation for the potential temperature, the vertical velocity and divergence field are also calculated. The general characteristics for the frontogenetic process still are frontolytic for warm front and frontogenetic for cold front in downstream of a mountain and the reverse is true upstream of a mountain, but more fine spatial structure of the temperature field and frontogenetic characteristics than Bannon’s are obtained near surface because of the treatment of lower boundary condition. II is concluded that the frontogenetic characteristics are related to the translating speed of the deformation field with respect to the topography.     

淮河流域一次MCC的环境流场及动力分析

利用卫星云图和高空风等各种天气学资料,对2006年7月2日淮河流域发生的一次中尺度对流复合体(MCC)和淮河流域暴雨天气过程进行了大尺度环境场和物理量的诊断分析。结果表明:MCC是造成暴雨的直接影响系统,对流层中层来自北方的干侵入对MCC的生成发展起着重要作用;对流层低层华北冷空气的南下锋生、对流层中低层西南气流沿锋面爬升,为MCC的生成提供了触发机制;高低空急流耦合、天气尺度经向间接次级环流圈的形成,为MCC的生成、发展和维持提供了动力条件;对流层低层能量场特征、风速风向垂直切变特征、总指数及云图弓状回波后部干侵入区的变化等,对MCC的生成和发展有指示意义。     

锋生过程对扰动发展的影响

本文用WKBJ方法讨论了叠加在Hoskins-Bretherton［1］]锋生模型背景上的小扰动发展问题。考虑了大尺度变形场、锋区斜压气流及锋生环流对扰动发展的作用，发现锋生过程有利于与锋平行的中小尺度扰动发展，而锋消则有利于沿锋传播的横波型扰动发展。     

Heavy rainfall caused by interactions between monsoon depression and middle-latitude systems in Australia: a case study

The heavy rainfall caused by interactions between the monsoon depression and the middle-latitude systems in Australia has been investigated in this paper. For a better understanding of the Australian monsoon depression (AMD) and its synoptic-scale interaction with the middle-latitude systems, some key meteorological parameters have been calculated, including the vorticity budget, moisture budget, temperature advection, frontogenesis function and potential vorticity. The results show that interaction between the lower and mid-latitude systems does exist leading to the merging of the extratropical low with frontal systems and the AMD, meanwhile both the low-level cold air from the mid-latitude and the warm moist air that was lifted by the front were very favorable for the formation and the intensification of heavy rainfall, which was quite different from the rainfall caused by the AMD alone. Second, the obvious temperature advection and gradient were detected, so the baroclinicity was favorable to the intensification of the front, as well as to the development of the upper-level jet. Next, isentropic analysis revealed that the south-west cold-flow sank and met the warm flow coming from the northern part of Australia, thereby forming the obvious baroclinic zone in the lower troposphere. A high-PV anomaly area located in the upper level of the troposphere, which overlaid the low-level frontogenesis zone, also existed. The upper-level PV maximum extended downwards forming a vertical PV column when the extratropical low intensified. Furthermore, the AMD is a warm-cored vortex located in middle and upper troposphere with a deep and thick moisture layer, and there were some differences in the vorticity and moisture budgets of the two different stages. Finally, based on the above-mentioned analysis, a conceptual model describing the interactions between the lower and middle-latitude systems in the southern hemisphere was proposed.     

浙江省梅雨锋强降水的锋生及环流特征分析

为了研究浙中西（浙江省中部和西部）梅雨锋强降水的锋生及环流特征,以2016年6月15日一次典型梅雨为代表,采用ERA-INTERIM（0.25°×0.25°）再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温和雷达资料,运用风场分解、合成分析等方法对锋生与强降水的对应关系及环流结构进行分析。结果表明:此次典型梅雨处于有利的天气尺度背景下,强降水区与中低层锋生区有较好对应。锋区维持时,强降水区伴随中层倾斜锋生和形变锋生;锋区南压时,强降水区伴随中层倾斜锋生和低层水平锋生。低层梅雨锋北侧为超地转偏西气流,南侧为非地转东南气流,它们分别影响了北侧非平衡偏北气流和南侧平衡西南气流的发展,从而影响锋生系统。在锋区存在低层地转偏差辐合、高层辐散的上升运动,形成次级环流上升支,锋后反之。此外,锋前低空纬向风为次地转,而锋后低空纬向风为超地转,高空纬向风为次地转,这进一步促进了次级环流的发展。合成场中,在200 hPa西风槽槽后及槽前分别存在西北气流和西南气流显著增强区;在700 hPa浙北（浙江北部）地区存在东北气流显著增强区。合成锋生各分解项的水平及垂直分布与典型个例较类似。低层锋生主要由散度项贡献,形变项次之,倾斜项则起负作用;中层锋生主要由倾斜项贡献,形变项次之;高层锋消主要由倾斜项贡献。     

An eddy-resolving simulation of the diurnal variation of fair-weather convection and tracer transport

Tracer transport in the atmosphere is controlled not only by synoptic-scale to mesoscale weather disturbances but also by microscale boundary-layer processes especially under fair-weather conditions. The present study investigates numerically the diurnal variation of boundary-layer convection and cumulus clouds and their role in transporting tracers by conducting high-resolution simulations that explicitly resolve turbulent eddies. The transport of dust aerosols in a desert area under two distinct stability conditions is specifically examined. Convection plays a significant role in transporting dust upward; in other words, the vertical depth of the dust transport is critically determined by the depth of convection. Deep convection is effective in transporting dust into the free atmosphere. The early morning stratification strongly regulates the temporal evolution and the vertical growth of convection and therefore the amount of tracer emission and transport. A sensitivity to model resolution of O (1 km) in a cloud-resolving simulation range is also examined. A proper parameterization for activating microscale convection is required for representing the diurnal variation of convection and tracer transport.