非绝热加热对冷锋锋生过程影响的比较研究

本文利用半地转模式研究了非绝热加热对冷锋锋生过程的影响。计算结果表明，非绝热加热包括大尺度凝结潜热、积云对流加热和感热都可以在加热区诱发出附加的锋生场。从而使加热区内的锋区强度得到明显加强；三种加热都能使上升速度增大，其中大尺度凝结潜热释放可在锋前出现一条宽约２００ｋｍ的强降水带．积云对流加热可使上升运动区范围缩小或在低层出现中尺度雨带，感热加热是产生中尺度雨带的一种可能机制。计算还表明，大尺度凝结潜热对锋生过程的影响最明显。它可以影响锋生过程中所有物理量。而积云对流加热和感热加热只对位温场和垂直速度场有明显影晌。但影响程度没有大尺度凝结潜热大。     

大尺度凝结加热与暖锋锋生

利用假湿绝热假定，导得简化的半地转湿锋生模式，利用该模式讨论大尺度凝结加热对暖锋锋生过程的影响。计算结果显示，大尺度凝结加热对暖锋锋生过程具有明显的加强作用，增大锋生率，增强上升运动速度，缩小上升运动区的范围，使之更具有中尺度特征，它还使非地转越锋环流得到增强并发生倾斜。     

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     

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。     

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－     

大气层结和天气尺度位温扰动对锋生的作用

文中利用半地转锋生模式考虑了三种不同大气层结廓线和两种不同水平温度对比的天气尺度位温扰动场的作用。计算结果表明,层结对锋生速度影响较小,对锋区垂直运动影响却很大;天气尺度位温扰动对锋生速度和锋区垂直运动都有相当大的影响。     

2006年6月5～8日梅雨锋上中尺度对流系统引发福建北部暴雨的诊断分析

利用1°×1°经纬度的NCEP再分析资料、地面1 h降水和卫星黑体辐射亮度温度资料,分析了2006年6月5～8日引发福建北部大暴雨的梅雨锋上的中尺度对流系统活动,探讨了梅雨锋上或锋前暖区一侧中尺度对流系统触发和增强的动力机制,并进一步研究了强降水凝结潜热造成的非绝热加热在对流系统发生发展中的作用。结果发现:福建北部强降水产生是由梅雨锋上或锋前多个β中尺度或α中尺度的强对流系统活动造成的,这些中尺度对流系统的发生发展与大尺度地转强迫造成的上升运动、武夷山脉等的地形动力强迫抬升作用、梅雨锋锋生以及锋面的阻挡和直接抬升作用有关。梅雨锋上强降水造成的非绝热加热在中尺度对流系统的形成和发展中起到了重要作用。最后,总结出梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的概念模型。     

一次北方暴雨的Q矢量诊断分析研究

考虑水汽相变的凝结潜热作用,引入广义位温,发展了包含广义位温的Q矢量,并在此基础上推导了非地转湿大气Omega方程。(1)包含广义位温的Q矢量是Omega方程的唯一强迫项,由拟涡度伸展矢量、锋生矢量和非绝热加热梯度等三项构成。(2)利用包含广义位温的Q矢量对一次北方夏季暴雨进行诊断分析,发现包含广义位温的Q矢量对降水区的垂直运动结构有良好指示意义,可以综合表征次级环流、锋生和锋消、大尺度和中尺度强迫等多种物理因素,而这些均是影响暴雨发生发展的重要因素,因而包含广义位温的Q矢量及其散度与强降水的发生发展密切相关。(3)利用美国全球预报系统24 h预报场对包含广义位温的Q矢量散度进行计算,结果表明预报的Q矢量散度在时间和空间上与观测6 h降水联系紧密,根据预报的Q矢量散度的异常能够判断降水的可能落区。     

对称和非对称地形对冷锋锋生过程的影响

本文利用半地转模式研究了对称和非对称地形以及双地形对冷锋锋生过程的影响。计算结果显示，地形坡度愈大，越容易产生背风气旋，并且其强度也愈大；背风气旋的强度主要由背风坡坡度决定。山对锋面垂直速度的增幅作用随地形坡度增大而增大，地形坡度越大．出现多次极大上升速度的可能性也越大。冷锋过双地形时，其锋面强度有两次减弱和加强的过程，上升速度得到明显加强，并有可能在锋前产生多条中尺度上升运动带，在合适的水汽条件下，冷锋过双地形有可能产生多重中尺度雨带，其间隔与锋面本身的尺度相当。     

南岭准静止锋附近加热场特征及其对锋面维持的作用

利用锋面客观分析资料计算分析了南岭准静止锋锋面附近加热场的分布特征及非绝热加热锋生（以下简称加热锋生）对锋面维持和锋面移动的作用。结果表明:大尺度凝结加热主要分布在锋区附近，在经向剖面上呈带状分布，并反映锋面结构的中尺度特征。加热的锋生作用不仅对锋面形成和维持是重要的，而且对锋面的移动与准静止也有重要作用。分析还表明，凝结加热的锋生作用不利于南岭静止锋水平稳定层的维持。     

A NUMERICAL INVESTIGATION OF THE IMPACT OF MOIST PROCESSES UPON THE STRUCTURE OF ACTIVE COLD FRONTS:APPLICATION OF A 3D MESOSCALE MODEL IN FRONTAL SITUATIONS

A 3D mesoscale model is applied in a marine cold front case in order to investigate the impact oflatent heating on the structure of cold fronts.Results of the moist and dry simulations are comparedto stress the effects of moist processes.It is found that both the temperature gradient and the cyclonicvorticity across the frontal zone considerably increase due to the latent heating,especially in the lowertroposphere.A thermally direct cross-front ageostrophic circulation.forced by frontogenesis,is foundbetter developed and organized in the moist case than in the dry case.This cross-front directageostrophic circulation,particularly its ascending branch,is considerably enhanced by latent heatingdue to increased frontogenetical forcing and reduced effective static stability in the rising motion regionwhere condensation occurs.One important feature in most observed cold fronts is the presence of anintense rising cell just above their leading edge.This intense rising cell is well simulated in the moistcase but is less clear and much weaker in the dry case,indicating the important contribution by the la-tent heat release to the formation of this intense updraft above the surface cold front.     

冷锋雨带中湿物理过程与非绝热锋生的相互作用

利用包含冰相微物理过程参数化方案的三维非静力中尺度／云模式（ARPS）模拟了与冷锋有关的冷锋雨带（NCFR）结构，着重分析了锋面云系发展演变的主要特征。模拟结果表明，锋面云系是由位于锋面前沿处的锋面次级环流的上升运动激发的；锋面强度与冷锋云（雨）带中的潜热释放之间的正反馈引起的持续非绝热锋生是锋面以及冷锋雨带得以长时间维持的主要物理机制。进一步分析表明，锋区两侧位温梯度的增加是与沿着冷锋表面的倾斜上升运动引起的云水及水汽的再分布密切相关的，即在冷气团中由云水蒸发发冷却形成冷池，而在暖气团中由水汽凝结以及雨滴冻结等形成暖池，这种冷／暖池在冷／暖气团上的叠加是引起非绝热锋生的关键。     

EFFECTS OF TROPOPAUSE AND POTENTIAL VORTICITY ANOMALY ON FRONTOGENESIS*

A two-dimensional,semi-geostrophic numerical model incorporating the tropopause and stratosphere is used to investigate the effects of a positive potential vorticity anomaly and latent heat release on the frontogenetic process and the structure of the resulting frontal zone.It is demonstrated that(1) the inclusion of tropopause and stratosphere significantly changes the frontal structure only in the upper levels;(2) a clearly defined quasi-equivalent barotropic structure and a region of upward motion of finite width appear when a positive potential vorticity anomaly exists on the warm side of the maximum baroclinity in the lower troposphere,especially when it is located on the south edge of the baroclinic zone;(3) the above mentioned structure deteriorates as the frontogenesis proceeds in a dry atmosphere but can be maintained in a moist frontogenetic process with condensational heating;(4) the combination of a positive potential vorticity anomaly and the latent heat release is able to accelerate the frontogenesis significantly with the time needed to form an intense frontal zone reduced to less than 15 h.The results have significant theoretical importance in understanding the complex nature of frontal structure and frontogenesis,especially in understanding the dynamic structure of the subtropical frontal zone observed during early summer over East Asia.     

EFFECTS OF TROPOPAUSE AND POTENTIAL VORTICITY ANOMALY ON FRONTOGENESIS

A two-dimensional,semi-geostrophic numerical model incorporating the tropopause andstratosphere is used to investigate the effects of a positive potential vorticity anomaly and latentheat release on the frontogenetic process and the structure of the resulting frontal zone.It isdemonstrated that(1)the inclusion of tropopause and stratosphere significantly changes the frontalstructure only in the upper levels;(2)a clearly defined quasi-equivalent barotropic structure and aregion of upward motion of finite width appear when a positive potential vorticity anomaly exists onthe warm side of the maximum baroclinity in the lower troposphere,especially when it is locatedon the south edge of the baroclinic zone;(3)the above mentioned structure deteriorates as thefrontogenesis proceeds in a dry atmosphere but can be maintained in a moist frontogenetic processwith condensational heating;(4)the combination of a positive potential vorticity anomaly and thelatent heat release is able to accelerate the frontogenesis significantly with the time needed to forman intense frontal zone reduced to less than 15 h.The results have significant theoreticalimportance in understanding the complex nature of frontal structure and frontogenesis,especiallyin understanding the dynamic structure of the subtropical frontal zone observed during earlysummer over East Asia.     

洋面冷锋的三维数值模拟──潜热释放对冷锋结构的影响

通过比较一次洋面冷锋过程的干、湿三维模拟结果，揭示潜热释放对冷锋结构的影响。结果表明：由于潜热释放的作用，冷锋区的温度梯度和风矢量的气旋性切变大大地加强了，冷锋附近的涡度场和垂直速度场呈现出更多的更加紧密的中尺度结构；锋面非地转直接环流在湿模拟中比在干模拟中发展得更加充分并且具有更高的组织性；潜热加热倾向于增加锋面环流的强度，尤其是其上升支的强度。研究表明，潜热释放过程是形成冷锋前沿上方低层大气中狭窄强上升气流区的关键因素之一。     

NUMERICAL EXPERIMENT OF MEDIUM-RANGE CHANGE OF THE SUBTROPICAL HIGH Ⅰ. THE INFLUENCE OF THE HEATING SOURCE OVER TIBET PLATEAU

The medium-range change of the subtropical high of June 1979 and its influences of the heating sources over Tibet Plateau are studied by using a global circulation spectrum-model. The analyses of the simulation results show that the heating sources over Tibet Plateau play an important role in the process of frontogenesis. the intensity of frontal zone and the upper-tropospheric westerly jet associated with it. When there are heating sources over Tibet Plateau. both the frontal zone and westerly jet are stronger. There are very important mutual relations between the sensible heating and latent heating. After the sensible heating and latent heating are isolated.it departs much from reality that the significance of them are studied     

2018年1月北大西洋上一个具有“T”型锋面结构的超强爆发性气旋的分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的0.5°×0.5° ERA-Interim再分析资料，麦迪逊-威斯康星大学气象卫星研究所（CIMSS）提供的地球静止环境业务卫星（GOES-EAST）红外卫星云图和天气预报模式（WRF）的模拟结果，对2018年1月3—6日发生在北大西洋上的一个具有“T”型（T-bone）锋面结构的超强爆发性气旋进行分析。该爆发性气旋在较暖的湾流上空生成，沿海表面温度大值区向东北方向快速移动，生成后6 h内爆发性发展，24 h中心气压降低48.7 hPa。高空槽加深、涡度平流加强和低层较强的大气斜压性为气旋快速发展提供了有利的环流背景场。由于气旋发展迅速，低层相对涡度急剧增大，低压中心南部来自西北方向的干冷空气随气旋式环流快速向东推进，与东南暖湿气流汇合，锋生作用较强。较暖的洋面对西北冷空气的加热作用使得交汇的冷、暖空气温度梯度较小。减弱东移的冷锋与暖锋逐渐形成近似垂直的“T”型结构。用Zwack-Okossi方程诊断分析表明，非绝热加热、温度平流和正涡度平流是该爆发性气旋发展的主要影响因子。气旋初始爆发阶段，西北冷空气进入温暖的洋面，海洋对上层大气感热输送和潜热释放较强，非绝热加热对气旋快速发展有较大贡献。气旋进一步发展，“T”型锋面结构显著，温度平流净贡献较大，对气旋的发展和维持起重要作用。