鄂霍茨克海阻高发展过程的正斜压涡度和涡度拟能的演变特征

用正斜压分解法,对1998年发生在鄂霍茨克海的阻高进行涡度和涡度拟能分析,结果发现在阻高的不同阶段,正压涡度和正压涡度拟能远大于斜压涡度和斜压涡度拟能且在不同的阶段有着不同的演变过程;在阻塞的酝酿阶段正压和斜压涡度和涡度拟能不稳定增长,且向西南传播;在维持阶段,正压和斜压涡度和涡度拟能的增长达到最大值,阻塞形势建立并维持在阻塞区域内;在消亡阶段,正压涡度和涡度拟能与斜压涡度和涡度拟能则呈现出不稳定减少,向东南传播,阻塞崩溃,然后又增长.     

阻塞过程的正、斜压涡度拟能场诊断研究

应用正、斜压涡度拟能方程，对1998年6月3～11日发生在鄂霍次克海的一次阻塞环流进行诊断。结果表明:阻塞区内总涡度拟能和正压涡度拟能具有显著的变化，它清楚地揭示了阻塞过程中酝酿、维持和崩溃阶段中的不同特征，而正、斜压动能所显示的阻塞过程的变化特征则不明显。正、斜压涡度拟能场相互转换及阻塞区内外正、斜压涡度拟能场的净通量机制是鄂霍次克海阻塞环流建立和维持的两项主要因子。其过程是:首先通过斜压涡度拟能净通量机制，使斜压涡度拟能增长；又通过正斜压涡度拟能场的转换机制将增长的斜压涡度拟能转为正压涡度拟能；与此同时，通过正压涡度拟能净通量机制使正压涡度拟能增长。这两种不同的机制相互结合，从而使正压涡度拟能增长和维持，形成阻塞环流。而斜压涡度拟能增长甚微。     

阻塞过程中正斜压涡度拟能相互转换机制的重要性

使用正斜压涡度拟能方程对一次乌拉尔山阻塞过程的研究表明，虽然正、斜压涡度拟能向阻塞区内的净输送、阻塞区域内正斜压涡度拟能的净生成以及β效应是阻塞环流建立、维持和崩溃的基本能源，但正斜压涡度拟能相互转换机制则是阻塞过程得以形成的根本原因。如果没有正斜压涡度拟能相互转化机制，则阻塞环流不但不能形成，反而使大气的斜压性不断增强，正压性不断减弱。     

正、斜压涡度拟能相互作用对乌拉尔阻塞过程的影响

研究表明,正压涡度拟能的增强和减弱是乌拉尔山上空阻塞过程的重要特征,正压涡度拟能增强的主要机制是斜压涡度拟能向正压涡度拟能的转换,而斜压涡度拟能的来源则是阻塞区外斜压涡度拟能向阻塞区的净输送和阻塞区内斜压涡度拟能的净生成。正压涡度拟能减弱的主要机制足耗散机制和β效应。因此。阻塞过程是正、斜压涡度拟能相互作用的结果。纬向斜压风对斜压涡度的输送在阻塞的维持和崩溃中具有重要的作用,经向斜压风对斜压涡度的输送在阻塞环流的建立中具有重要的作用,经向正压风对正压涡度拟能的净输送和斜压风对涡度拟能的净输送也具有重要贡献。     

登陆台风莫拉克(2009)的涡度拟能收支分析

利用涡度拟能、散度平方项(简记为散度能量)和总变形平方项(简记为变形能量)来表征涡度、散度和变形的强度,并推导这3个物理量的倾向方程。这些方程中既包含代表这些物理量相互转化的符号相反项,也含有代表共同强迫的符号相同项,其中,涡度拟能局地变化主要由涡度拟能与变形能量的共同强迫项、涡度拟能与变形能量的转化项以及涡度拟能与散度能量的转化项组成。针对2009年第8号台风莫拉克,利用美国全球预报系统分析场资料计算这些方程中的强迫项,分析涡度拟能及其收支特征,以此来探讨影响台风莫拉克涡度拟能局地变化的主要物理因素。结果表明,在莫拉克发展和衰减阶段,涡度拟能与变形能量的共同强迫项(涡-形相同项)和涡度拟能与散度能量的转化项(涡-散转化项)是影响涡度拟能局地变化的重要强迫项。涡度拟能与变形能量转化项(涡-形转化项)的贡献相对来说弱一些。影响位涡拟能局地变化的重要物理因素是涡-形相同项和涡-形转化项中的平流输送项和散度耦合项,以及涡-散转化项中散度耦合项。变形能量一方面通过涡-形转化项向涡度拟能转化,直接促进涡度拟能增长;另一方面通过散-形转化项向散度能量转化,再通过涡-散转化项散度能量向涡度拟能转化,间接促进涡度拟能增长。     

水平涡度与夏季风环流变化

在斜压涡度发展理论的基础上，讨论了大尺度大气运动中水平涡度向垂直涡度转化的情况，并用以刻划夏季风变动。将声坐标中涡度方程的有关项在2坐标中分离出水平涡度向垂直涡度转化的主要项，经尺度分析得出，在对流层中、高层，这些转化项中的水平分量是大尺度大气斜压性涡度发展的主要因子。通过对1998年4—8月的GAME(GEWEX Asian Monsoon Experiment，全球能量和水分循环试验(GEWEX)的子试验：亚洲季风试验，简称GAME)再分析资料进行实际计算发现，转化项在东亚夏季风上升支的600 hPa及以上层次对P坐标垂直涡度的局地变化贡献很大，不能忽略。同时发现水平涡度向垂直涡度的转化对南海季风爆发和江淮梅雨入梅及其发展过程均有指示性意义。南海季风爆发以后，在中国东南部地区，转化项的大小与夏季风的活跃和中断等活动吻合，转化项的变化反映了西太平洋副高在中国大陆的活动规律。     

斜压涡度的变化与台风暴雨的关系研究

台风暴雨作为台风引起的最主要灾害之一,一直被人们关注。台风常被认为是对称结构,但从实际状况来看台风的非对称性非常明显,所以有必要研究斜压性涡度在台风中的表现。在高分辨率数值模拟的基础上,通过引入斜压涡度的概念,分析和总结了斜压涡度在2009年台风“莫拉克”暴雨过程中的表现。通过模拟与分析得到如下的结果:斜压涡度和MPV对比,可以看出在登陆前和登陆后,明显低层斜压涡度有更强的异常信号,围绕台风内核呈现正负正的位相特点;从沿着台风中心时间剖面可以看出,登陆前斜压涡度低层多为负正负的位相,并且随着时间的推移,斜压涡度有从大气的高层向台风的移动中心传递的趋势,即在台风即将到达时原先的正涡度被替换为负涡度,所以对其移动有一定指示意义;在台风“莫拉克”过台湾岛时,其斜压涡度表现为负涡度消失,在山地附近有正涡度生成,完成过岛,台风中心被替换;斜压涡度的异常值主要位于大气的低层时,一般会产生较强的降水。      

近30a来北半球对流层大气月均环流的涡动减弱现象

利用1980-2009年NCEP／NCAR月平均再分析资料,研究了在全球变暖背景下北半球对流层大气涡动减弱现象。结果表明：北半球涡度拟能30a来整体呈减弱趋势,在北太平洋地区和极地减弱尤为显著,12．5～50°N为影响北半球大气涡动变化的关键区域。由于对流层200hPa以下大气的增暖,特别是中高纬地区显著增暖,减弱了经向温度梯度,使得副热带西风急流的强度亦呈减弱趋势。这与涡度拟能的变化有显著的正相关关系。分析了北半球正压Rossby波动诊断量E和热量经向涡动通量的变化,表明中纬度波能传播在不同地区有不同趋势,而热量的经向涡动输送与涡度拟能的变化也呈现显著的正相关关系,减弱明显。研究结果对深刻认识大气环流变化规律和理解全球变暖的可能影响具有重要意义。     

华东地区强对流降水过程湿斜压涡度的诊断分析

湿斜压涡度(Moist Baroclinic Vorticity,MBV)、湿热力斜压涡度(Moist Thermodynamic Baroclinic Vorticity,MTBV)及湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)是能够完整表征涡度三维信息的物理量,其中MBV代表切变风对湿比容的平流输送作用,MTBV反映了垂直气压梯度、对流稳定度、风垂直切变与湿比容水平梯度之间的耦合效应。本文利用这些物理量对2009年8月17日发生在华东地区的一次强对流降水过程进行了诊断分析。该过程是在高空急流、中层浅槽和低空切变线的密切配合下产生的,共经历了"团状结构—带状结构—团状结构"三个发展阶段。诊断结果表明,MPV、MBV和MTBV的异常值区与降水落区有较好的对应关系;随着强对流降水的发展演变,MPV、MBV和MTBV都产生了相应的变化,MPV、MBV和MTBV对降水和对流系统有追踪指示意义。相对而言,在反映降水强度变化方面,MBV和MTBV比MPV更具优势。     

全型涡度方程和经典涡度方程比较

在简要回顾经典涡度方程和全型涡度方程推导的基础上 ,比较了两种涡度方程的异同。集中讨论全型涡度方程新的物理内涵 ,证明了与稳定度和斜压性变化 (锋生、锋消过程 )相联系的内部强迫以及与摩擦耗散和非绝热加热相联系的外部强迫所诱发的涡度发展的机制。最后 ,指出了全型涡度方程的天气和气候应用前景。     

正、斜压流场演变及相互转换所伴随的偶极型阻塞生命史

将阻塞过程中的大气运动流场分解为正,斜压流场,研究了它们在乌拉尔山偶极型阻塞个例中的演变特征。揭示了正、斜压流场的演变及相互转换所源发的阻塞生命史的全过程。     

一个正压和斜压不稳定的充要条件

提出一个新的李雅普诺夫函数，首次得到了正压和斜压不稳定的充要条件，大大改善了热知的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－郭晓岚定理和Ｆｊｏｒｔｏｆｔ定理，解决了Ｒａｙｌｅｉｇｈ（１８８０）提出的无粘切变流正压稳定性问题。     

远距离台风暴雨过程的正/斜压不稳定

利用正／斜压联合不稳定计算方法，分析了由9711号台风引起的远距离台风暴雨(实况及MM4模拟结果)过程中不同时段、不同位置的正／斜压项。结果表明：台风暴雨初始时段的降水主要由台风系统本身正压不稳定扰动引起，随着台风与西风带系统的结合，其南北部出现了2个雨区，均是正／斜压联合不稳定的产物；北部雨区的斜压不稳定较明显，且有随高空急流的非纬向性增强而增强的趋势。     

Mid-latitude atmospheric responses to heat and vorticity forcing using a linear baroclinic model

Based on diagnostic analysis of reanalysis data for 58-year, the distribution characteristics of decadal variability in diabatic heating, transient eddy heating and transient eddy vorticity forcing related to the sea surface temperature (SST) anomalies over the North Pacific, as well as their relationship with anomalous atmospheric circulation have been investigated in this paper. A linear baroclinic model(LBM) was used to investigate atmospheric responses to idealized and realistic heat and vorticity forcing anomalies, and then to compare relative roles of different kinds of forcing in terms of geopotential height responses. The results illustrate that the responses of atmospheric height fields to the mid-latitude heating can be either baroclinic or barotropic. The response structure is sensitive to the relative horizontal location of heating with respect to the background jet flow, as well as to the vertical profile of heating. The response to the idealized deep heating over the eastern North Pacific, mimicking the observed heating anomaly, is baroclinic. The atmospheric response to the mid-latitude vorticity forcing is always barotropic, resulting in a geopotential low that is in phase with the forcing. The atmospheric responses to the realistic heat and vorticity forcing show the similar results, suggesting that diabatic heating, transient eddy heating and transient eddy vorticity forcing can all cause atmospheric anomalies and that the vorticity forcing plays a relatively more important role in maintaining the equivalent-barotropic structure of geopotential height anomalies.     

亚洲季风变动与大气正压/斜压运动动能变化的气候特征

使用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ４０年（１９５８～１９９７年）月平均再分析资料,通过动力学论断研究了大气斜压／正压运动动能的变化及其相互转换,分析了亚洲季风变动与这两种动能变化的联系。指出：季风区大气运动动能的组成和变化具有独特的特征。冬季风时期大气斜压运动动能与正压运动动能具有正相关线性关系,斜压运动能向正压运动动能转换;春、秋季无论是东亚还是印度季风区斜压运动动能与正压运动动能之间转换都处于极小值,只是     

BAROTROPIC AND BAROCLINIC PATTERNS OF ATMOSPHERIC CIRCULATIONS RELATED TO MONSOON TYPES*

In the context of 1982-1994 NCEP/NCAR wind at 12-level isobaric surfaces on a global basis calculation is made of the barotropic(mass-weighed vertical mean) and baroclinic components(difference between the actual wind at each level and barotropic component) of atmospheric flow fields,followed by dealing with the distribution features of barotropic and baroelinie patterns globally in winter and summer,alongside with the classification of global monsoons according to the surface barotropic/baroclinic patterns.Evidence suggests that the seasonal variation of both components will lead to the reversal of a prevailing wind between winter and summer,thus causing a related monsoon:the baroclinie flow pattern is indicative of a thermal circulation driven by atmospheric inhomogeneous heating chiefly from land-sea thermal contrast whilst the barotropic counterpart represents the result mainly from dynamic effects,which is helpful to the understanding of monsoon nature.And further study shows that the classical monsoon regions in tropical Asia,Africa and South America fall into a baroclinic category,those in the bi-hemispheric subtropical Pacific into a barotropic type and the East Asian subtropical monsoon generated underthe joint action of both the patterns falls into a mixed category.