1979年夏季风爆发前后中国东部和日本上空动能的大尺度收支

本文计算了1979年夏季风爆发前后中国东部和日本上空天气尺度扰动和总的气流中动能的收支.发现最大涡旋动能制造时期分别对应三个研究区(华南,华中和日本)的雨季.涡旋动能主要在高层(300—100 mb)和部分在低层制造,其中很大一部分被摩擦作用消耗,但同时也有相当一部分由三个研究区输送到周围环境.因而这些地区在涡旋动能制造时期可以被看成是重要的涡旋动能源. 总气流中的动能收支密切地与高、低空急流活动有关.总之,根据能量分析得到的结果表明,夏季风的爆发和推进对东亚大气环流和扰动有非常重要的影响.     

南海夏季风建立前后的大气能量收支

本文用总动能、总有效位能、扰动动能和扰动有效位能四个收支方程计算了1980年4-6月南海南部(0-15°N,100-120°E)夏季风建立前(4月1日-5月9日)和夏季风建立后(5月18日-6月25日)各时段的大气能量收支,并对其结果进行了分析讨论,发现:(1)总动能主要是在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间达到平衡,夏季风建立后源汇强度值都增大了40%左右。(2)非绝热加热所直接制造的有效位能并不重要,高层总有效位能的水平通量辐合、中低层与总动能间的转换和由于参考气压的变化而引起总有效位能的增减对于总有效位能的收支作用较大,其作用在夏季风建立前后也明显不同。(3)扰动动能同总动能一样主要在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间平衡。夏季风建立后源汇强度增强。(4)扰动有效位能主要由非绝热加热制造,夏季风建立后制造量增大了16倍多。夏季风建立前,扰动有效位能主要因参考气压的改变而减少;夏季风建立后,扰动有效位能主要被转换为扰动动能和平均有效位能。      

1998年南海、孟加拉湾夏季风期间动能收支特征

该文采用1998年加密观测资料经同化处理后得到的客观分析格点资料, 对南海地区和孟加拉湾地区的动能收支进行了诊断分析和对比, 得出: B区夏季风爆发, 其850 hPa区域平均总动能表现为爆发性增长, C区则表现为一个逐步增长的过程.越赤道气流通过南边界的动能输送对B区夏季风建立贡献很大, 西边界动能输入对C区夏季风建立也起了十分显著的作用.季风盛行期, B区夏季风动能的发展维持主要是动能水平通量散度的贡献, 其中西边界动能的流入贡献最大, 孟加拉湾夏季风的变化主要为印度季风影响所致; C区夏季风动能主要是依靠其区域内动能制造来维持.对于850 hPa层, B区主要通过斜压过程制造动能, 正压过程破坏更多的动能, C区主要是正压过程制造动能.两区对流层高层都为动能主要流出区, 而对流层低层, B区为动能流入区, C区为动能流出区.     

南海夏季风爆发前后柳州地区前汛期南风型暖区暴雨特征

利用常规气象观测站、区域自动气象站及NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)的1°×1°再分析资料,对比分析了2010—2015年南海夏季风爆发前后柳州地区前汛期南风型暖区暴雨的特征及环流形势。结果表明:72.7%的南风型暖区暴雨出现在南海夏季风爆发后;南海夏季风爆发前后两类暖区暴雨发生时500 h Pa均有正涡度的输送,辐合区主要位于925 h Pa附近或以下,超低空急流及边界层较强的南风风速辐合是暖区暴雨重要的触发机制;柳州北部地区的地形在一定程度上触发了暖区暴雨的发生,加大了柳州北部地区暴雨的发生频次;南海夏季风爆发前,暴雨区上空湿层较浅薄,中层干冷空气的侵入增加了暴雨区上空的不稳定度,高层辐散机制主要为副热带西风急流;而南海夏季风爆发后,南亚高压提供高层辐散机制,且高层辐散强于低层辐合,高层强烈的"抽吸"作用使暴雨区上空维持旺盛的上升运动,暴雨区湿层深厚,整层高湿的环境有利于降水效率的提高和中尺度对流系统的产生。     

南海夏季风爆发前后华南地区大气结构和能量收支的变化

本文计算、分析了1981年南海夏季风爆发前后华南地区平均的大气动力学和热力学结构,水汽和能量收支情况。分析表明,在季风爆发前后这些物理量场,特别是垂直运动场,都经历了一次明显的变化。南海夏季风的建立,是以副热带高压从南海东撒,越赤道气流北进为特征。它与以"爆发性涡旋"为开始,降水与西南气流同时开始的印度夏季风有所不同。另外,南海夏季风建立过程,主要变化发生在中、上层大气之中。这说明夏季风的建立,主要是大气环流季节性调整的结果,海陆差异需要有合适的大气环流配合才能产生明显的季风。对大气能量收支的分析表明,夏季风爆发前,华南地区主要是动能向总位能转换。所产生的总位能部分辐散到边界之外,部分消耗在对流层上层非绝热冷却过程之中,因而在对流层下部总位能才有稍明显的增长。夏季风爆发后,整个能量循环几乎相反。总位能大量转换为动能,以维持南海夏季风的增长。而整层大气中的非绝热加热以及总位能的辐合又补充了大气中总位能的损耗。潜热释放是夏季风爆发后大气的主要非绝热加热过程,它是南海夏季风维持,发展的主要能源。      

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

1998年南海夏季风低频振荡特征分析

利用NCEP/NCAR1998年再分析资料和SST资料，研究了南海夏季风的低频振荡特征。结果表明，南海夏季风的低频振荡对南海夏季风的爆发具有加强的作用；南海低频低层辐合（散）区对应低频降水正（负）值区；南海地区的大气低频振荡以向北、向东传播为主，南海地区低频散度在垂直方向呈现出相互补偿的特征。     

南海夏季风爆发期间的波包传播特征

利用2004年和1998年强弱南海夏季风年的逐日位势高度场资料,从能量传播的角度诊断分析了南海夏季风爆发期间的波包传播特征及其与季风爆发的联系.结果表明(1)孟加拉湾是南海季风爆发的关键区域.(2)南海季风爆发前,南海地区的波包值有明显的突变,可能体现了季风爆发的爆发性特征.(3)1998弱夏季风年波包值相对较小,传播较慢;2004强夏季风年波包值相对较大,传播迅速.(4)南海夏季风爆发前,对流层整层的波包值都随时间增加,爆发前一天低层和高层的波包值有相同的变化,夏季风爆发之后,低层波包值与高层的波包值有反相的变化.     

南海夏季风爆发前后海-气界面热交换特征

文中利用 2 0 0 0与 2 0 0 2年二次南海海 气通量观测资料和同期西沙站资料 ,研究了南海夏季风爆发前后海洋表面热收支变化特征。研究表明 :南海夏季风爆发前后 ,影响海面热收支变化的主要分量是净短波辐射通量和潜热通量 ,在季风爆发前后不同阶段 ,二个分量的变化有不同表现形式 ,但不论二者如何变化 ,季风爆发与活跃期 ,海面热收入减小或为净支出 ;季风爆发前及中断期间 ,海面热收入逐渐增加 ;由于大的热惯性 ,海温变化落后于海面热收支的变化 ,海温的这种滞后效应通过影响潜热通量调节海面热收支的变化 ,又反过来影响自身的变化 ,形成短期振荡过程 ,这种振荡过程与季风的活跃、中断过程相对应。     

南海夏季风降水的区域差异及其突变特征

使用1950~1997年NCAR/NCEP再分析逐日降水资料,采用聚类和相关分析相结合的方法对南海夏季风降水进行了区域划分,分析了南海夏季风降水爆发前后南海降水的突变特征。结果表明:南海 105~120°E,0~20°N区域可划分为 SCS1区、SCS2区、SCS3区和SCS4区4个小区域,每个区域的降水有其各自不同的变化特征。前三个区域的降水变化不显著,不能反映南海夏季风降水爆发的突然性,变化最显著的是SCS4区,它最好地刻画了南海夏季风降水的变化特征,因此,我们选取它作为今后工作中南海夏季风降水的研究范围。突变检验表明,5月17日,南海SCS4区降水发生明显的突变,与5月15日相比,SCS4区降水场形势发生明显变化,其区域平均降水突增超过6 mm/day,标志着南海夏季风降水的爆发。     

INTERANNUAL VARIABILITY OF WINTER-TO-SPRING CIRCULATION TRANSITION OVER SOUTHERN CHINA AND ITS SURROUNDING AREAS AND MECHANISMS

The climatological features and interannual variation of winter-to-spring transition over southern China and its surrounding areas, and its possible mechanisms are examined in this study. The climatological mean winter-to-spring transition is approximately in mid-March over southern China and the northern South China Sea. During the transition stage, anomalous southwest winds prevail at low-level over southern China and its nearby regions with enhanced convergence center over southern China, bringing more moisture from the Bay of Bengal (BOB) and the South China Sea (SCS) to southern China; meanwhile, the upper level is characterized by an obvious divergence wind pattern over southern China to the southwest part of Japan and enhanced upward motion. All the change of circulation is favorable to an increase of precipitation over southern China after seasonal transition. The winter-to-spring transition is predominantly on the interannual variation over southern China and the northern SCS. Early winter-to-spring transitions may induce more precipitation over southern China in spring, especially in March, while late cases will result in less precipitation. The interannual variability of the winter-to-spring transition and the related large-scale circulation are closely associated with the decaying phase of ENSO events. The warm ENSO events contribute to early winter-to-spring transitions and more precipitation over southern China.     

“96.8”暴雨过程的尺度分离动能方程的诊断

用尺度分离的动能平衡方程,对1996年8月3～5日华北地区台风暴雨过程雨区内的动能制造和转换进行诊断。结果表明:动能在暴雨发展过程逐渐减小,动能转换项也是逐渐减小的。暴雨发生前,尺度相互作用制造项GKMS起最重要的作用,大尺度动能制造项次之,中尺度动能制造项消耗少量的动能;暴雨发生时,尺度相互作用和天气尺度运动仍制造动能,只是比发生前明显减少,中尺度运动由消耗动能转变为制造动能,动能转换主要来源于低层且数值明显减少;暴雨发生后,动能制造项数值仍为正,此时天气尺度动能制造最重要,但数值比前两阶段小,动能的转换主要出现于高层。可见,此次暴雨过程总动能的制造项一直为正,主要出现于高层,只是其制造量逐渐减小;动能转换是从低层向高层进行的,水平转换项起主要作用,是一种尺度减小的动能转换过程。     

华北地区“16·7”极端强降水事件之环流及扰动能量变化特征

2016年7月18—22日在华北地区发生了一次极端强降水事件，其中19—20日降水较为集中，20日降水最强。本文利用NCEP/NCAR再分析逐日风场资料和国家级地面气象站基本气象要素日值数据集，研究了本次事件的Rossby波活动及能量变化，结果表明：本次极端强降水事件持续时间约5 d，雨带呈西南—东北走向。华北地区受对流层中低层的气旋性异常环流和对流层上层反气旋性异常环流的控制，水汽则主要源于孟加拉湾和中国南海地区。发生极端降水期间，波扰动能量在对流层低层主要呈经向传播而在对流层上层呈纬向传播，对流层低层的波扰动能量对华北地区的影响比上层更为明显。涡动动能在华北地区的增强和维持主要是涡动非地转位势通量散度项、涡动有效位能和涡动动能的斜压转换项以及其他剩余部分与摩擦耗散引起的能量损耗之和的共同作用，涡动动能在19日增强、20日维持，随后减弱。涡动热量通量变化显示低层有暖湿空气向北输送，高层有干冷空气向南输送，支持了正压和斜压转换，而华北地区上空涡动动量通量的变化则使得基本气流中的涡动动能增强，这些变化影响到极端降水事件的发生发展。     

中国南海夏季风强、弱年多尺度相互作用能量学特征

中国南海夏季风为东亚季风的主要系统之一,其具有多重尺度特征,除季节平均环流场外,低频（季节内振荡）和高频（天气尺度）扰动也十分活跃,各尺度系统存在明显的年际变化。该研究使用ERA-Interim和NCEP/NCAR两套再分析资料,从季风平均动能（MKE）诊断的角度出发,探讨了1979-2010年中国南海夏季风环流年际变化的能量来源及其和扰动场的相互作用过程。结果表明:中国南海夏季风对流活跃年份,中国南海南部（12°N以南）及中南半岛一带为季风平均动能显著增强区,此与南亚季风区西风急流的增强并向东延伸有关;中国南海北部（12°N以北）及西太平洋为气旋性环流盘踞,季风槽加深。中国南海南部季风平均动能增强的能量源自于扰动动量通量与平均环流的相互作用,强季风年,平均环流失去较少的动能给扰动场（亦即平均环流保留较多的动能）。通过进一步探讨高频（<10 d）及低频（10-90 d）扰动场与平均环流不同分量的（散度、涡度、风垂直切变）相互作用过程,发现季风平均动能的增长主要来自于<10 d扰动与季风平均散度和涡度的相互作用。中国南海北部季风槽区季风平均动能的维持来自于大气热源和平均上升运动的相互作用,但同时有较多的季风平均动能向扰动动能转换,有利于扰动的成长。因此,强季风年,中国南海北部热带气旋生成数目增多,夏季北传的季节内振荡也增强,导致中国南部沿海及华南地区出现较多的灾害天气。      

洱海盆地一次冬季大风演变特征及其机制模拟分析

利用WRF模式耦合Noah陆面模式和CLM湖泊模式,对2015年1月23日大理地区洱海盆地的大风天气进行模拟,对大风的发展期、强盛期和减弱期的三维动力热力结构特征进行分析,并得出了洱海盆地大风形成机制:在洱海盆地大风发展期,高空以西风为主,盆地中部上空1km高度处出现局地小气旋,地面以偏东风为主,高空偏西气流翻越苍山形成波动扰动,在背风坡侧形成空腔区和二次涡,低层形成了波不稳定区域,波不稳定区域发生波破碎,波破碎区域湍流运动活跃,把上层的能量往下传播。大风强盛期,盆地南北侧高空为两支西风气流控制,中部变为弱的辐散场,造成高空扰动,苍山东侧近地面浅薄逆温层消失,低空逆温层之上温度廓线几乎垂直上升,大气层结处于不稳定状态,有利于高空动量向下输送。大风减弱期,高空西风减弱,扰动消失,湍流动能耗散,地面风速逐渐减小。     

2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和辽宁省53站逐日降水量及日平均气温资料,采用诊断分析方法,研究了2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因。结果表明：2018年夏季辽宁发生了1962年以来最严重的高温干旱事件。辽宁地区上空受相当正压结构的异常反气旋性环流控制,是异常高温干旱发生的局地环流成因;异常反气旋性环流南侧存在一个异常气旋性环流,阻挡了孟加拉湾和南海地区西南暖湿气流向辽宁地区输送,不利于辽宁地区产生降水。南亚高压和西太副高相向运动并在辽宁地区上空重叠,是异常高温干旱发生的大尺度环流成因。EAP/PJ型和EU型遥相关是西太副高异常发展的直接原因。准定常Rossby波能量频散是导致EAP/PJ型和EU型遥相关形成与维持的根本原因之一。源自北大西洋地区的Rossby波能量,沿西风急流波导区向下游频散,使得包括辽宁在内的我国北方广大地区位势高度异常增强;同时我国东北至朝鲜半岛和日本一带存在Rossby波能量的准经向频散,同样有利于EAP/PJ型遥相关的维持与发展,使得辽宁及其附近地区上空受位势高度正距平控制。     

An analysis of the topographical effect on turbulence and diffusion in the atmosphere's boundary layer

An analysis of the wind data recorded at the fifteen stations in the Salt Lake Valley indicates that the distributions of the kinetic energy of the mean and turbulent motions in the valley are generally inhomogeneous and nonstationary. The mean motion in the valley, which is strongly affected by the mountain-valley winds, shows a southeasterly flow in the evening and early morning, a northwesterly flow in the afternoon, and a transitional flow in the late morning and after sunset. The mountain winds generally associate with a horizontally convergent flow, whereas the valley winds associate with a horizontally divergent flow. The distributions of the kinetic energy of the mean and turbulent motions show a maximum occurring in the central part of the valley and two minimums, one in the northern and one in the southern part of the valley. In the afternoon, both the mean and turbulent motions increase their intensities, particularly in the western part of the valley. An analysis of the dispersion characteristics indicates that the rate of diffusion in the valley changes with time and space, with a maximum occurring in the early afternoon and minimum in the early morning.     

Vertical transport of turbulent kinetic energy in the surface layer over a paddy field

Turbulent kinetic energy and its vertical flux were measured at two heights over a paddy field. The vertical transport of turbulent kinetic energy was always downward right above the paddy field and was frequently downward at higher levels within a few metres above the crop. Contributions to the downward transport arise mainly from the turbulent kinetic energy of horizontal wind velocity components. It is shown from the analysis of probability distributions that appreciable transport takes place intermittently in a few large downward bursts and that these downdrafts are efficient for downward energy transport.In the budget of turbulent kinetic energy, the flux divergence term and the energy dissipation term are the main loss terms under unstable conditions. These terms increase in magnitude with increasing instability. Buoyant production is insufficient to balance these losses. The imbalance term involving the pressure-work term is probably one of the main energy sources in unstable conditions.     

1999年6月长江中下游梅雨暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和加强观测期资料,对1999年6月发生在我国长江流域的持续性梅雨期降水过程的大尺度环流特征进行了分析,结果表明:(1)1999年梅雨期,我国长江中下游强降水带状分布非常明显,强降水主要发生在长江中下游地区,强降水带呈东西向分布,并且雨带的南北边界非常清楚。(2)在对流层低层,从孟加拉湾来的西风气流和西太平洋副热带高压前缘的东南气流在长江流域维持,为此次强暴雨过程产生和发展提供了有利的大尺度条件。高空急流和低空急流的存在和维持为此次梅雨锋暴雨过程的发生提供了有利的抬升机制,而对流层中低层的中性对流不稳定特征则为持续性暴雨过程的发生提供了有利的不稳定机制。(3)梅雨锋区对流层低层的水汽辐合非常明显,水汽输送主要来自孟加拉湾和西太平洋,同时南海季风槽在向梅雨锋区输送水汽的过程中起到了非常重要的作用,它是热带海洋地区向我国内陆输送水汽的通道。(4)平均纬向风速u对流层高层出现了与高空西风急流与高空东风急流相对应的两个强风速核;径向平均风速v在400 hPa以下层次盛行南风,而在400 hPa以上的高层盛行北风;受两侧下沉气流的制约,梅雨锋降水带南北两侧存在位势不稳定层结中的不稳定能量无法释放,因此没有出现明显的降水。