热源强迫的非线性惯性重力内波及其应用

利用动力学分析中的相平面方法,由z坐标系下的非绝热大气运动方程组导出了与非线性惯性重力内波有关的KdV方程,然后利用直接积分法得到两类有天气意义的孤立波解.初步建立了孤立波解与高原低涡的联系,进一步从理论上论证了高原低涡具有与热带气旋类低涡类似的涡眼和暖心结构的特征.     

基于卫星观测的两例青藏高原低涡结构的初步分析

应用风云2C卫星云图和配有云顶亮温的MTSAT卫星红外云图,描述了两例青藏高原低涡形成、发展及消亡过程,云图清晰显示了高原低涡具有涡眼和暖心结构的特征,并利用水汽图分析揭示了缺乏水汽供应是导致这类低涡不能进一步发展并移出高原的重要原因.最后用1°×1°NCEP分析资料对高原低涡形成眼结构时的基本物理场进行了诊断计算.结果表明:低涡整体为上升气流,而涡眼区在近地层为下沉气流,上层为相对涡区较弱的上升气流;低层辐合,高层辐散.进而印证了动力学研究工作得出的高原低涡具有与热带气旋类低涡(TCLV, tropical cyclone-like vortices)类似的涡眼和暖心结构特征的结论.     

高原低涡结构特征模拟与诊断的初步研究

利用二重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5对2005年7月28—29日的一次高原低涡过程进行了数值模拟,并利用模拟结果对此次低涡的结构进行了初步分析。结果表明．-MM5模式对此次低涡过程有较好的模拟能力,模拟出的位势高度场分布和涡度场结构与实况基本吻合。此次高原低涡具有同热带气旋相似的涡眼（空心）结构和暖心结构。在流场上,高原低涡在涡眼区下层表现为辐散下沉运动,上层为辐合上升运动;而在涡心四周下层表现为辐合上升运动,上层为辐散下沉运动;在涡度场上,高原低涡下层为正涡度区,上层为负涡度区。     

高原低涡结构特征模拟与诊断的初步研究

利用二重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5对2005年7月28—29日的一次高原低涡过程进行了数值模拟,并利用模拟结果对此次低涡的结构进行了初步分析。结果表明：MM5模式对此次低涡过程有较好的模拟能力,模拟出的位势高度场分布和涡度场结构与实况基本吻合。此次高原低涡具有同热带气旋相似的涡眼（空心）结构和暖心结构。在流场上,高原低涡在涡眼区下层表现为辐散下沉运动,上层为辐合上升运动;而在涡心四周下层表现为辐合上升运动,上层为辐散下沉运动;在涡度场上,高原低涡下层为正涡度区,上层为负涡度区。     

黑潮延伸区气旋式涡旋浮游植物繁殖个例

【目的】研究黑潮延伸体区域内的涡旋活动对浮游植物繁殖的影响。【方法】根据高分辨率的卫星遥感和再分析资料,对李亚诺夫指数(FSLE)、海表面温度(SST)、海表面高度异常(SLA)、叶绿素(Chl-a)浓度进行归一化合成分析,并计算气旋式涡旋内混合层厚度(MLD)以及引起的埃克曼抽吸速率。【结果与结论】黑潮延伸体区域内的气旋式涡旋引起的埃克曼抽吸作用和冬季混合是Chl-a浓度升高的主要驱动机制。周期为44周的涡旋在16～23周(春季)期间Chl-a浓度高于同期背景场,最大Chl-a浓度是周围的3倍。冬季强湍流混合和涡-风导致的埃克曼抽吸作用使得混合层深度加深至由埃克曼抽吸主导营养盐输送的跃层深度,结合涡致埃克曼抽吸,有利于携带跃层内更多的营养盐输送至混合层,配合春季充足的光照条件,则会更进一步促进浮游植物繁殖。长时间的闭合拉格朗日拟序结构,对于维持高浓度Chl-a有一定的作用。     

一次持续大暴雨过程新一代天气雷达回波特征分析

为探讨西北地区东部的持续大暴雨过程成因及预警指标,利用2010年7月22~23日500~700hPa大气环流背景及天气影响系统和西峰新一代多普勒天气雷达回波资料分析,结果得到:500hPa西太平洋副热带高压外围河套地区环境场的演变高压外围低涡发展及维持,是这次持续性大暴雨过程的大气环流背景和影响天气系统,700hPa强盛的水汽场输送场与汇聚作用为这次持续性大暴雨过程提供了充沛的水汽条件,随着500hPa河套地区低涡-切变辐合系统的准静止维持造成这次持续性大暴雨过程;大暴雨前1.5~9.7km垂直方向上,存在明显的东南风场与西南风场的切变,风向随高度顺转,对应持续的暖平流;天气雷达强度回波反射率因子≥40dBz,暴雨期间维持少变;径向速度回波的水平辐合和气旋性涡旋运动与河套低涡切变天气系统对应一致;垂直液态水含量≥35kg.m2的雨团范围大、持续时间长;云顶回波高度维持在8km以上,对监测预警持续大暴雨天气具有一定指示意义。     

青藏高原500hpa暖性高压生成的热成风适应机制

本文利用热成风适应原理,采取分解分析法对青藏高原500hpa暖性高压的生成机制作了一些定性和定量的讨论。结果表明:在扰动的水平尺度大于热成风适应的特征尺度的条件下,当源地有明显的负值非热成风涡度出现时,流场将向温度场适应,而温度场由于高原的加热作用存在暖中心或暖脊,则适应的结果在高原大气500hpa形成暖性高压,并伴随高层辐合,低层辐散及下沉运动。     

西南低涡结构及潜热加热分析

本文通过对一次西南低涡暴雨过程进行诊断分析,讨论了西南低涡的结构及潜热加热对该低涡的影响。指出:在西南低涡发展过程中伴随着低层辐合、上升运动以及水汽通量辐合的加强,此时潜热加热的垂直分布有利于低涡发展;水汽辐合最强超前于西南低涡最强盛阶段。     

一次高原低涡东移引发强降水过程的数值试验

以2008年7月20-22日一次高原低涡东移出高原例,利用MM5中尺度模式进行数值试验,分析冷空气和南北风强度变化对低涡维持和发展的影响以及对伴随的强降水过程的影响,探讨高原低涡发展维持机制和降水发生机制.分析结果表明:对流层中低层冷空气势力强弱较南北风场变化对降水落区和强度、低涡维持和发展,以及涡区物理量特征都有着更大的影响.适度的冷空气入侵有利于低涡的维持与发展,而过强的冷空气入侵,不利于辐合上升运动的维持,并降低大气的饱和程度,使高原低涡强度迅速减弱,过程降雨量明显减少.     

凝结潜热在高原涡东移发展不同阶段作用的初步研究

为探讨潜热加热对高原涡发展的作用并加深对水汽与高原涡垂直结构及发展变化关系的认识。应用NCEP(1°×1°)再分析资料,通过大气热源诊断计算,分析2005年5月1~4日和2005年6月23~28日两次高原涡的垂直结构及生命史特征。通过比湿、涡度、Q2等诊断量的对比分析发现:高原涡在东移发展过程中,涡柱内水汽含量上升、涡度明显加强,水汽、涡度上传明显,两者在垂直方向的大值中心有较好的同步性。高原涡未下坡前,水汽通过凝结释放潜热的方式加热大气,高原涡暖中心结构明显。高原涡下坡过程中,其涡度和垂直速度均整层陡增,高原涡区域水汽含量下降,潜热加热作用减弱,暖中心结构消失。因此,大气中水汽的含量和垂直分布状况直接影响凝结潜热作用的发挥,凝结潜热对高原涡发展作用主要表现在高原涡下坡前和下坡后期,是高原涡下坡后是否继续东移发展的重要影响因素。     

青藏高原东南缘构造应力场重构

采用有限元方法，针对青藏高原东南缘建立更细致、更精确的三维有限元弹性模型。选取9种不同的应力边界条件，分别进行优化分析后处理，将对应台站形变模拟值与GPS实测值进行误差分析，最终选取最佳方案作为古构造应力场。结果表明，青藏高原东南缘4 Ma BP的古应力场主要起源于中国大陆周围板块的相互作用，特别是印度板块NNE向强烈碰撞作用，成为中国大陆尤其是西南部青藏高原地区构造应力场最主要的动力来源，控制各个块体相互作用的方式和运动格局。青藏高原东南缘古应力场主要包括几个力源：西北部青藏高原侧向挤压造成的WE向应力约105 MPa；西南部直接来自于印度板块的NE-WS向应力约70 MPa；南部NS向作用力33 MPa；东南部扬子块体侧向NW-SE阻挡力56 MPa；北东部受扬子块体强烈EW向阻挡力90 MPa。这些力源共同作用于青藏高原东南缘，形成现今复杂应力场。
     

基于2015年尼泊尔MW7.8地震震后形变探测青藏高原南缘的岩石圈流变结构

基于有限元方法,采用2015年尼泊尔MW7.8地震震后5 a的GPS观测资料约束青藏高原南缘的岩石圈流变结构,利用通过主前缘逆冲断裂带(MFT)间的距离来约束边界位置的垂直边界结构和印度弹性俯冲板片结构探测印度板块和青藏高原板块的边界结构。结果表明,2种结构均能产生与观测数据一致的南-西南水平运动模式,并能较好地解释远场地面位移,但垂直边界结构模型得到的垂直形变偏大,而俯冲板片结构模型能很好地解释中尼边境及以北地区的隆升现象。青藏高原下地壳稳态和瞬态粘滞系数的最优结果分别为1×1018 Pa·s和1×1017 Pa·s。     

青藏高原上中尺度对流系统东移传播成因

运用1998年夏季日本静止气象卫星探测反演出的红外辐射亮温资料,对青藏高原上的中尺度对流系统(MCSs)进行了自动追踪,进而对移出高原的MCSs进行了分类,在此基础上,运用空间数据挖掘中的决策树方法得到了东移出高原的MCSs与其环境物理量场之间的关系,结果表明,在400hPa上,当MCSs的中心位置位于100°E附近时,移出高原且向东南方向移动的MCSs仅与该等压面上的高度和温度有关;而向东北方向移动的MCSs仅与高度和假相当位温有关;此外,移出高原且方向向东的MCSs主要决定于等压面高度、散度、涡度和假相当位温这4个物理量值。在500hPa上,位于东经104°E以西且最终移出高原的MCSs,决定其是否移向东北方向的环境物理量因素为K指数和水汽通量散度,而影响其向东南及东方向移动的因素则较多。     

西藏高原“相当正压层高度”的初步分析

本文采用“相当正压层”的方法,分析计算了那曲、拉萨站的探空资料,求得其“相当正压层”高度约为270hpa。又以此方法分析计算了我国平原地区一些代表站的“相当正压层”高度。结果发现,其高度不是500hpa,而是在400～300hpa之间,平均约在356hpa左右。这是个值得注意的现象。     

对流层中上层环流耦合对西南低涡发展的影响

本文采用简单的二维模式,在绝热条件下,讨论了当空气对流运动空间分市不均匀时,对流层上、中层与低层环流的耦合和相互作用,对西南低涡的维持和发展的影响,得到一些有益的结论,且与天气事实基本相符。