天气动力诊断分析程序包介绍之二

天气动力诊断分析程序包中,关于风场方面的物理诊断量,主要有:一、风场诊断1、地转风风压关系是大家所熟悉的,即,风与等压线(或等高线)基本上是平行的,在北半球背风而立,高压在右,低压在左。这在理论上就是地转风原理:     

天气动力诊断分析程序包介绍之四 能量和能量转换的诊断及其讨论

近年来,人们在灾害性天气预报及其研究中,愈来愈重视能量场及各种能量转换的诊断及其分析。在天气动力诊断分析程序包里,关于这方面的物理诊断量,主要有:一、能量场诊断1、无旋风及无辐散风动能由于水平风场可以分解为无旋风(散     

1983年梅雨期及其前后云量的比较分析

本文利用GMS—1红外云图资料,计算、分析了1983年入梅前、梅雨期和出梅后的平均云量场,并计算了代表不同地区的云量时间序列功率谱以及它们与梅雨区的交叉谱,得到:1)江淮地区在入梅前云谱有两个显著峰,一个是周期为2—3日的短波,其主要影响系统是北支西风;另一个是周期长于两周的低频波,其主要影响系统是南支西风。2)梅雨期中显著周期波段在8—16天,西南季风的影响是主要的,但西风带系统对其5—8日波也有影响。3)出梅后周期长于两周的低频波非常显著,是受西南季风和东南季风共同制约的。     

东亚和东南亚地区的冬季季风气压波

日本《气象集志》1979年4月号刊载村上多喜雄的《东亚和东南亚地区的冬季季风气压波》一文,摘译其内容如下.1.用1970年11月16日到1971年3月15日整个中国、中国东海和南海、西北太平洋温带和热带地区的风和温度,研究冬季来自北方的季风气压波的某些特征.低层气压波大多出现在东海,在大约700毫巴层以下,对经向风、温度、垂直速度和增温率等项,主要谱峰均在4.3—4.6天左右.对于对流层低层的4.3—4.6天振荡来说,温度和经向风之间的余谱为正隧(北向感热输送,而温度与垂直P速度为负相关.相比之下,南中国海主要谱峰在6.0—6.7天左右,伴置次最大谱值在4.3—4.6天左右.在对流层低层,东海和南海之间的相关系数一般超过0.5.整个南海的     

天气动力诊断分析程序包介绍之一:天气动力诊断量计算方案及客观分析方案

本刊1983年一期登载的“一个天气动力诊断分析程序包”介绍了天气动力诊断分析程序包的概貌,讨论了程序包的逻辑结构及其使用。从本期开始,我们将陆续介绍程序包中所具有的计算方案和诊断量,并详细介绍如何使用程序包。预计分五期介绍完。依次是:天气动力物理量的计算方案和客物分析方案;风场诊断及其讨论;温、湿场和稳定度诊断及其讨论;能量和能量转换的诊断及其讨论;程序包的管理与使用。     

自动气象站常见故障诊断与排除

我们在自动气象站现场校验工作中发现,DYYZⅡ型自动站温度部分故障出现较多,现结合工作实际,将其诊断与排除方法做一较系统的分类与总结。1传感器故障1·某一路温度值为固定值不变,一般为-67.5℃左右,这是因为传感器内部或所带线缆开路造成。2·某一路温度值在某一值附近上下波     

大气中40—60天低频振荡形成的数值试验

观测资料的分析表明,40—60天的低频振荡,除了在赤道附近有向东的传播外,在副热带和高纬度带还存在向西传播的现象.本文利用正压原始方程的谱模式,加以与运动(辐散)相联系的强迫(相当于加热场),模拟这类低频振荡发现有两类波存在:一类是周期约为10—20天向东传播的行星波,另一类是周期为40—60天向西传播的低频波,它是前一类行星波的波包相速度,每天5—6经度,纬向波数为1.这类低频波的出现可能是行星波与加热场非线性相互作用的结果. 这里之所以没有得到东传的40—60天的低频波,可能是由于模式格点较疏,使赤道Kelvin波不能明显激发出来.     

一个天气动力诊断分析程序包

文简要概述了天气动力诊断分析程序包中的计算方案和诊断内容。并在计算程序标准化的基础上,提出块状层或逻辑结构,采用控制参数的办法,就可简单灵活地使用程序包,达到自己所要求的天气动力诊断分析目的。     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数——Ⅰ:谱点的分布

本文对旋转二维可压缩流(正压原始方程模式)中的谱和谱函数进行了分析和数值计算。这一部份主要讨论谱的分布,结果表明:在正压原始方程中存在三支谱系。当基流为稳定时,这三支谱系均是实的,其中两支为离散谱,分别对应于顺风和逆风传播的重力惯性波(快波),另一支则对应于Rossby波(慢波)。当基流无切变时,慢波由离散谱点组成,慢波相速以基流速度为聚点;且基流为零和科氏参数为常数时退化为无穷维重迭谱点,与聚点重合当基流有切变时,慢波由离散谱和连续谱组成,其中离散谱还可能不存在。当基流速度接近或超过C_0时,最靠近“慢波”的二个或几个原来的重力-惯性波转化为混合型波。当基流为不稳定时,则存在复数的谱点(此时该谱点必定是离散谱)。理论分析和数值计算都得到了广义正压不稳定、超高速不稳定和混合类型的不稳定,而广义正压不稳定属于慢波。我们将在本文的第二部分中讨论相应的谱函数。     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数 Ⅰ:谱点的分布

本文对旋转二维可压缩流(正压原始方程模式)中的谱和谱函数进行了分析和数值计算。这一部份主要讨论谱的分布,结果表明:在正压原始方程中存在三支谱系。当基流为稳定时,这三支谱系均是实的,其中两支为离散谱,分别对应于顺风和逆风传播的重力惯性波(快波),另一支则对应于Rossby波(慢波)。当基流无切变时,慢波由离散谱点组成,慢波相速以基流速度为聚点;且基流为零和科氏参数为常数时退化为无穷维重迭谱点,与聚点重合当基流有切变时,慢波由离散谱和连续谱组成,其中离散谱还可能不存在。当基流速度接近或超过C_0时,最靠近“慢波”的二个或几个原来的重力-惯性波转化为混合型波。当基流为不稳定时,则存在复数的谱点(此时该谱点必定是离散谱)。理论分析和数值计算都得到了广义正压不稳定、超高速不稳定和混合类型的不稳定,而广义正压不稳定属于慢波。我们将在本文的第二部分中讨论相应的谱函数。     

基于AIRS的重力波参数提取方法对比分析

利用2019年1月1—7日AIRS观测的(80°—100°W,30°—45°N)范围内0—45 km高度的大气温度剖面数据,根据重力波的线性理论,分别采用垂直滑动窗口法、双滤波器法、单滤波器法对温度廓线数据进行处理,从中得到初始扰动剖面,再使用分离出来的对流层到平流层低层的背景温度和重力波扰动剖面计算重力波势能,最后根据提取结果比较三种方法的差异。结果表明:1) 采用垂直滑动窗口法提取的重力波势能对波长较小的波动有很好的反映,在对流层顶区域重力波势能异常偏大。2) 采用双滤波器法提取的重力波势能很好地反映各个波长的波动,更符合真实情况。3) 采用单滤波器法能够提取波长较大的重力波扰动,且扰动在对流层贡献更大;而采用双滤波器提取的重力波扰动分别在对流层顶和平流层贡献更大。     

小尺度地形引起的切变重力波

在大气边界层中,特别是山区的边界层中,经常可以观测到重力波的活动。例如Bull和Neisser分析了1974年4月至7月的2300时的微气压计记录。他们发现约38％的观测时间里都存在振幅至少为10—20 dPa的重力波活动,其中大多数重力波的振幅为25—70 dPa。由于风速切变和温度层结的不同,重力波引起的垂直位移的大小可能为百米,也可能达到整个夜间边界层厚度的量级。 很多大气活动都可能引起重力波,例如锋面、低空急流、局地风切变、逆温及强对流等等。地形特别是在夜间也是产生重力波的重要来源。当稳定度随高度急剧减少或风速随高度急剧增加时,在山脊的背风坡经常可以发现一系列的波动活动。     

春夏季长江下游地区低温天气过程与三波突变

本文利用1971—1984年波谱资料及1972—1982年5—7月能谱资料对春、夏季低温天气过程分析后指出，在春、夏两季中，低温天气是经常出现的过程，并且春季以4月最多，夏季以7月出现机率最大；从波能密度谱、动量和角动量输送谱，动量通量辐散谱和IK指数以及波参数经验正交函数展开分析得出，夏季低温过程与3波突变关系十分密切，且3波突变对低温过程出现具有较好的指示意义。     

斜压切变基流中横波型扰动的特征波动 Ⅱ:谱函数

“斜压切变基流中横波型扰动的特征波动Ⅰ谱点分布”一文中分析了斜压切变基流中横波型扰动的谱点分布，这里又对其谱函数进行了分析讨论。结果表明当基流在垂直方向存在切变时，重力惯性波与涡旋波的谱函数在垂直方向上均可出现临界层，临界层的高度随频率σ而变化，即重力惯性波与涡旋波都存在连续谱，但涡旋波与重力惯性波连续谱的结构却不同；对天气尺度扰动，两支重力惯性波和1支涡旋波的连续谱不重叠，此时每支波动仅有1个临界层；而对次天气尺度的扰动，重力惯性波与涡旋波的连续谱区会发生重叠，在连续谱的重叠区，重力惯性波仍只有1个临界层，但涡旋波则可以有2个或3个临界层。无论是涡旋波还是重力惯性波其连续谱的波包随时间都是衰减的，但涡旋波波包比重力惯性波波包衰减得慢。     

低纬度超长波的统计特征

本文用1951年1月—1980年12月、20°N、500hPa高度距平资料,对频率域内的超长波谱密度作了计算。结果表明超长波的功率谱在40个月周期附近出现极值,特别是波数1。为了对比超长波和长波间的不同特征,对纬向波k=5-8的谱密度也作了计算,纬向波数k=5-8的谱密度是属白噪音时间序列随机过程。      

CMA-MESO 3 km系统2 m温度预报诊断北大核心CSCD

诊断分析CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model,原GRAPES-MESO)3 km系统冬季2 m温度预报效果,为冬奥气象保障服务以及CMA-MESO模式系统开发优化改进提供参考,选取2020年12月至2021年2月2 m温度预报。诊断发现,每日低温预报较好,高温预报较差,00—06时(世界时,下同)升温过程预报效果好于06—21时降温过程。滑动双权重平均法订正显示,2 m温度预报偏差以系统性偏差为主,订正前均方根误差和标准差较大地区改善效果更为明显。依据温度订正前后标准差差异选择华北、华东、西南三个区域的个例和华北地区连续试验进行波谱分析发现,功率谱随着尺度增大逐渐增多,2 m温度预报偏差和2 m温度不同尺度功率谱信息存在一定的对应关系,当不同尺度上的功率谱存在缺失或异常大值时,2 m温度预报与实况存在明显差异。     

绍兴1978年(热年)温度功率谱情况初析

人类对温度只能接受很小的距平变化(即离开人体正常体温的大小)。如果偏差很大,出现高温或低温,且持续很久,势必引起人体生理的显著变化並可能导致死亡。当健康状况不佳时,这种适应力则更差。在我们亚热带地区,存在着某一特定地点或某一类型的建筑物中需要采暖(或降温),以及何时需要采暖(或降温)的问题。这就需要确切地掌握温度功率谱情况,以满足有关部门及时采暖或降温的需要。一、温度功率谱分析方法先求各级温度出现时数:从每日自记记录中,读出各正点前15分钟的记录值,经器差订正后获得24个小时的温度值,然后分级     

热带平流层多尺度波动分离方案的研究：多站点高分辨率无线电探空联合分析

利用太平洋地区台风过境期间6个热带气象站的高分辨率无线电探空资料,结合扩展经验正交函数（EEOF）展开,对热带下平流层行星波和重力波扰动进行了分离,给出了一种热带地区提取重力波扰动的新方案。对观测数据做EEOF展开后,选择表征行星尺度波动模态的特征向量和相应权重进行气象要素场的重建。结果显示,在不同的台风过程期间,温度、纬向风和经向风的重建扰动量显示出不同的动力学偏振关系:在准两年振荡（QBO）东风位相时与赤道开尔文波的偏振关系一致,而在准两年振荡西风位相时与混合罗斯贝-重力波（MRG）的偏振关系一致。把行星尺度波动模态从原始观测中剔除,得到新的扰动廓线,对其进行重力波垂直波数谱的谱型拟合。结果发现,与以往方法提取的重力波扰动相比,新方法所得谱型参数中特征垂直波长λ*在不同时期不同站点变化很小,稳定在1.7 km左右,且低频波数段谱斜率s的数值与理论假设1十分接近。综合其研究结果可以推测,用新方法提取的热带重力波扰动更加符合当前的理论垂直波数谱模型。      

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数——Ⅱ:谱和谱函数结构的分析

本文第一部分(Ⅰ)已给出了线性化旋转二维可压缩流动方程的谱分布,并作了初步分析。本部分(Ⅱ)对这些谱及谱函数作进一步的分析讨论。设基流是低速流,此时可用摄动法求得谱和谱函数,将它们与用差分法所得结果进行比较,表明二者吻合得很好。摄动法中的离散谱初级近似就是无基流时的相应的谱,而连续谱对应的谱函数初级近似则与准地转模式的结果一致。由初级近似和一级修正项可以清楚地说明计算所得的谱和谐函数的许多重要性质。 在低速基流情况下:(1)重力一惯性波为准简谐波,基流和可变的Coriolis参数只给以较小的修正。(2)由于基流在Coriolis力作用下使自由表面有一坡度,Kelvin波必定具有横穿波射线的速度分量,同时顺传和逆传的Kelvin波不再在形态上相似;当基流愈强时上述两性质愈明显;Coriolis参数随空间的变化也改变了顺传和逆传波的相似性,此外,Kelvin波是准非频散的。(3)不为零的基流或科氏参数的变化使慢波离散谱变为非简并的即分立的,它们或者有无穷多个且基流流速为相速的聚点(当基流为常数时),或者只有有限个,甚至不存在;而当基流有切变时则有连续谱。对应于离散谱的谱函数为准简谐波;而对应于连续谱的谐函数则为广义解,但有有限能量。 本问题的谱函数与其伴随算子的谐函数正交,满足同样边界条件     

北半球极区平流层冬季12月与1—2月气候变化形势的对比

根据1980—2000年ERA-Interim再分析的风场和温度场资料,计算12月与1—2月北半球行星波的EP通量及其散度,并按冬季不同月份分析了平流层整层温度和风场从20世纪80年代到90年代变化的特征及其与行星波活动变化的关系。结果表明,12月高纬度地区中低平流层呈增温趋势;而1—2月温度变化呈冷却趋势。在12月中高纬度中上平流层纬向风明显减速;而在1—2月高纬度中高平流层,随着纬度和高度的增加,纬向风呈明显加速趋势。冬季北半球行星波主要沿低纬度和极地波导两支波导向上传播。但是,12月行星波沿低纬度波导的传播减弱,沿极地波导向平流层整层的传播则明显增强。而1—2月行星波沿低纬度波导的传播明显增强,沿极地波导向平流层的传播则减弱。因此,北半球极区平流层1980—2000年间12月与1—2月波流相互作用的年代际变化形势趋于相反,有必要针对冬季不同月份分开进行讨论。