COMPARISON OF ON-LINE COUPLED AND CONSTANT TRANSFER SIMULATION METHODS FOR DIRECT RADIATIVE FORCING OF ANTHROPOGENIC SULFATE

1 INTRODUCTION Of three main methods for studying the radiative forcing of anthropogenic sulfate and climatic response on the regional scale, the first is, with given rates for transforming SO2 to sulfate, converting actually released SO2 into sulfate and acquiring the distribution of sulfate by computing transfer equations in the climate model.     

两层正压涡旋稳定性问题分析

本文从柱坐标中线性化的两层均质流体的正压原始方程组出发，从广义能量的角度，研究了该模型中涡旋波的稳定性问题，发现此时不仅可存在广义正压不稳定和超高速不稳定，当上下层扰动厚度场反相时还有新的不稳定类型发生。     

正压涡旋中螺旋波失稳问题的研究

将柱坐标下线性化正压原始方程组与其边界条件构成的特征值问题，离散化为矩阵的特征值问题并进行数值求解，研究了正压涡旋中螺旋波的失稳问题。讨论了基流分布和静止流体厚度对正压涡旋内螺旋波失稳的影响，这对了解实际热带气旋中螺旋云带的发生和性质均是有意义的。     

一次夏季西南低涡形成机理的数值试验

本文用一个适合于高原地区的简化流体动力学模式,对一次夏季西南低涡的形成进行了多种数值试验。控制试验结果表明,西南低涡形成的位置在高原东侧地形高度3000m附近,与实况基本吻合,降水区分布比较合理。对不同物理过程进行试验表明,动力过程对西南涡的形成起了基本作用,但单纯的动力过程不能使西南涡维持下去。潜热加热对西南涡的维持发展有重要影响。感热加热作用较小。 青藏高原地形对西南涡的形成有决定性影响。模式地形高度削减一半,模拟的西南涡形成位置比实况偏西偏南;去掉地形后,700hPa为一热低压,位于青藏高原内部。     

一类低涡孤立波解的特征分析

在ｕαｖ／αｘ＝０的条件下，求出了某一类低涡的孤立波解，然后将它同一般低涡的孤立波解进行比较，结果发现，由于采用了ｕαｖ／αｘ＝０的假定，使得模式方程组的非线性增强，垂直输送ｗαｖ／αｐ赖以保留，使温度平流，非绝热加热（Ｑ１和Ｑ２）的强迫效应能够通过温度局地变化、垂直运动两条渠道表现出来。     

两层正压流体涡旋中螺旋波的不稳定

利用线性化的两层正压原始方程模型，对有水平和垂直切变基流的圆形涡旋中螺旋波的不稳定作了研究。结果表明，当基流失稳时，涡旋中不稳定扰动的厚度场、速度场在上、下两层都具有明显的螺旋结构，下层的螺旋结构要较上层复杂。基流垂直切变越大则越易失稳。失稳时上、下层扰动的配置接近反位相，故该螺旋波结构相应于斜压模。此时螺旋波上的扰动中心在切向是逆基流传播的，在径向则基本没有传播，而螺旋臂的整体运动缓慢。失稳的螺旋波其散度场要较涡度场明显，物理量的配置也大体符合重力惯性波的情况，故可认为其是重力惯性波的不稳定所致。本模型中该螺旋波的形态与实际热带气旋中的螺旋云(雨)带很相象。     

东北冷涡天气系统的雨滴谱特征

为了对东北冷涡天气下的人工增雨作业和效果评估提供背景资料,采用GBPP-100型地面雨滴谱仪在辽宁对2002年7—8月和2003年7—8月几次冷涡降雨过程进行了观测。利用观测资料,分析了东北冷涡天气系统下层状云、积层混合云和积雨云降雨的微物理特征、各微物理参数随时间的变化以及各参量间的相关性。用Г分布函数拟合了这三类云降雨的平均雨滴谱,分析了Г分布函数中各拟合参数随时间的变化以及各拟合参数与雨滴各微物理参量间的相互关系。     

影响江淮地区的西南涡中尺度结构特征

利用合成方法对３次西南涡过程的流场，温湿场和涡度场等进行了分析。结果指出：沿切变线存在风场的中尺度扰动，低涡的尺度为２５０－３００ｋｍ，中低层有两支不同性质的气流流入低涡区，降水主要发生在低涡移动方向右侧的两象限。温湿场和铅直流场在低涡区呈现明显的不对称分布，低涡是一个显著的斜压系统。     

人造热带气旋垂直结构问题初探

在人造热带气旋中引入了倾斜垂直结构，并将其用于西折后9806号热带气旋登陆路径的数值模拟。结果表明：应用该方案所得到的模拟结果优于应用正压结构的人造热带气旋方案的模拟结果要准确。因此，此类热带气旋的预报中，其初始涡旋可采用倾斜垂直结构，从而提出改进热带气旋初始涡旋的一种新思路。若对其作进一步研究、推广，则具有广阔的业务应用前景。     

对流层中上部水汽对高原低涡形成影响的数值试验

对1998年8月4日那曲低涡形成前的卫星监测水汽图像的分析，用η模式对该低涡进行的数值模拟，及对高原以南及洋面上空对流层中上部增加水汽的数值试验，得出：印度洋阿拉伯海是这次高原低涡形成在对流层中上部一个重要的水汽源，印度西部－阿拉伯海上空对流层中上部水汽增加，可使高原上出现有利于低涡形成的高底场，温度场条件，用卫星监测的水汽图像改善在高原以南及洋面上空对流层中上部水汽条件，对数值预报结果有改进。     

台风"云娜"中的涡旋Rossby波研究

运用非静力平衡中尺度模式WRF(V2.03),对2004年14号台风“云娜”在登陆后产生强降水的过程进行了42h模拟,并对螺旋云雨带的涡度场结构进行了分析。分析结果表明,WRF能较好地模拟出台风在陆地上的移动路径,及其产生的台风暴雨的螺旋状分布。台风螺旋云雨带的形成与维持,可以用涡旋Rossby波理论来解释:可以通过改变局地相对涡度径向梯度分布,从而沿台风径向激发出“局地涡旋Rossby波”。     

我国地形变场的统计特征及与地温场的相关

利用１９８６～１９９０年我国大陆４２°Ｎ以南,９７°Ｅ以东共４１个站的地倾斜资料,内插到经纬度１°×１°的网格上,可求各月的地形变场由皮分析得到地凸区,地凹区,鞍形区,半鞍形区等形变特征场,结果表明：在逐月的地开变场上,一般有４～５个地凸区和地凹区,其平均水平尺度约４００ｋｍ,单体生命史大约３．５季,地凸／凹区中心与地震活动带基本一致,另外,地凸区与地热涡,地凹区与地冷涡有很好的对应,此结果支持了     

北半球绕极涡的变异及其与我国气候异常的关系

本文利用近50 a大气再分析资料和中国站点观测资料,通过定义绕极涡的总体面积指数,分析了北半球绕极涡的变异特征及其与我国气候异常的关系,通过考虑绕极涡的局地变异和利用SVD分析方法揭示了绕极涡的局地变异与我国气候变异的关系。结果表明:北半球绕极涡的总体面积变异表现为一致性的扩张或收缩变化特征,近50 a来其总体面积具有收缩的趋势,这与全球增暖尤其是极区增暖有密切关系;叠加在这种趋势之上的既有年际变化又有年代际变化,主要周期大约是3~5 a和8~12 a。因此,研究绕极涡与我国气候的相关时分时间尺度来考虑更合理。北半球绕极涡的总体面积变异与我国气候异常的关系主要体现在年代际时间尺度上,当北半球绕极涡总体一致性收缩时,冬季我国大部分地区的气温都会随之变高,而降水偏多;夏季东北、华北、西南和华南地区气温偏高,降水偏少,而江淮流域气温偏低,降水偏多。反之亦然。北半球绕极涡的局地变异主要体现在西风带长波振幅的变异上,而其与我国气候异常的联系主要表现在年际时间尺度上,当东亚大槽减弱时,冬季我国中、东部大部分地区气温偏高,降水偏多;夏季江淮流域和四川盆地气温偏低,其它地区气温偏高,降水变化不明显。反之亦然。     

一次西南涡影响云南强降水过程分析

通过对2004年8月4日西南涡影响下云南强降水过程的环流背景、卫星云图演变以及动力、热力条件的分析,发现这次西南涡是一个具有斜压性的极其深厚的系统,随高度前倾,高层500 hPa上的西南涡表现尤为明显,并且诱发了低层700 hPa西南涡的产生,强降水主要出现在西南涡的西南方;强降水与强上升运动区和正涡度区有很好的对应关系,并且正涡度和上升运动的出现比气旋性环流场有24 h的提前时间,对于强降水预报更具有预示性,它们是一个逐渐由高层向低层发展的过程;中-β尺度对流云团在金沙江河谷南移合并加强,形成了中-α尺度涡旋状云系,其中的对流云团在强降水中作用较大;强降水正是出现在对流层低层(MPV1 MPV2)的负值范围内,这也说明西南涡涡旋云系的发展与正压和斜压不稳定都有关系,对流层低层MPV1<0和MPV2<0有利于暴雨的发生。     

东北冷涡中尺度天气的背景分析

通过大量的个例分析，统计得出东北冷涡造成中尺度天气系统和天气背景的条件，结论可供分析和预报东北冷涡中对流天气的可能性和落区时参考。     

EFFECTS OF VERTICAL WIND SHEAR ON INTENSITY AND STRUCTURE OF TROPICAL CYCLONE

In this study,the effect of vertical wind shear(VWS)on the intensification of tropical cyclone(TC)is investigated via the numerical simulations.Results indicate that weak shear tends to facilitate the development of TC while strong shear appears to inhibit the intensification of TC.As the VWS is imposed on the TC,the vortex of the cyclone tends to tilt vertically and significantly in the upper troposphere.Consequently,the upward motion is considerably enhanced in the downshear side of the storm center and correspondingly,the low-to mid-level potential temperature decreases under the effect of adiabatic cooling,which leads to the increase of the low-to mid-level static instability and relative humidity and then facilitates the burst of convection.In the case of weak shear,the vertical tilting of the vortex is weak and the increase of ascent,static instability and relative humidity occur in the area close to the TC center.Therefore,active convection happens in the TC center region and facilitates the enhancement of vorticity in the inner core region and then the intensification of TC.In contrast,due to strong VWS,the increase of the ascent,static instability and relative humidity induced by the vertical tilting mainly appear in the outer region of TC in the case with stronger shear,and the convection in the inner-core area of TC is rather weak and convective activity mainly happens in the outer-region of the TC.Therefore,the development of a warm core is inhibited and then the intensification of TC is delayed.Different from previous numerical results obtained by imposing VWS suddenly to a strong TC,the simulation performed in this work shows that,even when the VWS is as strong as 12 m s-1,the tropical storm can still experience rapid intensification and finally develop into a strong tropical cyclone after a relatively long period of adjustment.It is found that the convection plays an important role in the adjusting period.On one hand,the convection leads to the horizontal convergence of the low-level vorticity flux and therefore leads to the enhancement of the low-level vorticity in the inner-core area of the cyclone.On the other hand,the active ascent accompanying the convection tends to transport the low-level vorticity to the middle levels.The enhanced vorticity in the lower to middle troposphere strengths the interaction between the low-and mid-level cyclonical circulation and the upper-level circulation deviated from the storm center under the effect of VWS.As a result,the vertical tilting of the vortex is considerably decreased,and then the cyclone starts to develop rapidly.     

The dynamics of barotropic vortex merging

The merging of multiple vortices is a fundamental process of the dynamics of Earth’s atmosphere and oceans. In this study, the interaction of like-signed vortices is analytically and numerically examined in a framework of two-dimensional inviscid barotropic flows. It is shown that barotropic vortex interaction turns out to be more intricate than simple merging scenarios often assumed in previous studies. Some particular configurations exist in which the vortex merging process is never complete despite strong interaction of like-signed vortices, regardless of the strengths or distances between the vortices. While the conditions for a complete vortex merging process introduced in this study appear to be too strict for most practical applications, this study suggests that careful criteria for vortex mergers should be properly defined when simulating the interaction of vortices, because the merging may not always result in a final enhanced circulation at the end of the interaction, as usually assumed in the literature.     

DEVELOPMENT OF MESOSCALE DISTURBANCE IN THREE-DIMENSIONAL INHOMOGENEOUS VORTEX

Starting from the anelastic equations describing deep convection in cylindrical coordinates, the WKBJ method is used to discuss the stability of asymmetric three-dimensional inhomogeneous vortex under the conditions of nonhydrostatic and non-equilibrium gradient wind. From the equation of wave action, the development of disturbance is qualitatively analyzed.     

2005年初夏云南严重干旱的诊断分析

利用MM5V3.6模式对2005年4月25日一次典型的西南涡影响下的广西强降水过程进行了数值模拟与诊断分析,结果表明,在500hPa低槽、700hPa西南涡东南移的过程中,在西南涡的南端,由于对流层高层高值干位涡下传引起低层气旋性涡度增加,低涡向南伸出一低槽,使西南涡发展成“北涡南槽”形式,广西强降水出现在西南涡的南伸低槽附近。西南涡的南伸低槽附近垂直剖面上为等θe线陡立密集区,700hPa上MPV1<0,MPV2>0,低层有强烈辐合,高层有强烈辐散,从低层到高层都有上升运动。螺旋度对强降水的落区以及造成强降水的中尺度系统的发展有较好的指示性,它反映了大气的动力场特征,运用螺旋度作强降水预报还要结合水汽和不稳定条件。