两种类型中尺度涡旋Rossby波的相速度及其物理机制

本文使用正压浅水方程组以及纬向切变基流下二维中尺度横波型扰动的Bouss-inesq近似方程组,分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动的波动传播物理过程。研究结果表明,中尺度涡旋Rossby波划分为两种类型。由于纬向基本气流的方向的二阶水平切变或者基本气流的垂直涡度在南北方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用。如果考虑基流的二次垂直切变时,可以得到第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速-U的二次垂直切变或者基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0也是单向传播的,其相速度与纬向波数k有关,能量是频散的,在纬向x方向存在群速度。在基本流场的风速-U存在二次垂直切变时,横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby-重力波的不稳定;而当基本流场的风速-U仅仅存在线性切变,不存在二次垂直切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,横波型扰动的不稳定则仅仅是重力惯性波的不稳定。最后利用横波型扰动的总涡度守恒方程对第二类涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释。     

2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度爆发气旋的数值模拟和分片位涡反演分析

基于NCEP 6 h一次,0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的GFS（Global Forecasting System）再分析数据,利用数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）,对2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度的爆发气旋事件进行了模拟。在成功复制爆发气旋主要特征的基础上,较详细的分析了本次爆发气旋快速发展的有利环境条件,并利用分片位涡反演的方法,对此次爆发气旋的快速发展过程进行了研究,主要结论如下:（1）本次爆发气旋的爆发性发展阶段维持了约27 h,其最大加深率约为3.98 Bergeron（气旋加深率单位）,最低中心气压约为919.2 hPa。（2）爆发气旋的快速发展与对流层高层高空急流对热量的输送,对流层中层西风带短波槽槽前暖平流和正涡度平流的有利准地转强迫,以及对流层低层暖锋伴随的暖平流过程密切相关。（3）分片位涡反演的结果表明,对流层顶皱褶对应的平流层大值位涡下传和降水凝结潜热过程造成的正位涡异常是本次爆发气旋快速发展的主导因子,而对流层低层的斜压过程贡献相对较小。在气旋爆发期的前期和强盛期,降水凝结潜热释放是爆发气旋发展的最重要因子,而在爆发期后期,随着降水的减弱和爆发气旋的东北向移动,对流层顶皱褶作用所造成的正位涡异常成为维持气旋快速发展的最有利因子。     

边界层参数化方案对边界层热力和动力结构特征影响的比较

本文利用高分辨率中尺度WRF模式,通过改变边界层参数化方案进行多组试验,评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力,同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构.结果表明：除个别方案外,配合不同边界层方案的WRF模式都能成功模拟出白天对流边界层强湍流混合特征和夜间稳定边界层内强逆温、逆湿和低空急流等热力和动力结构.非局地YSU、ACM2方案在白天表现出强的湍流混合和卷夹,相比于局地MYJ、UW方案,模拟的对流边界层温度更高、湿度更低、混合层高度更高、感热通量更大,更接近实际观测,这表明在不稳定层结下考虑非局地大涡输送更为合理,但局地方案在风速和风向的预报上存在一定优势.TEMF方案得到的白天局地湍流混合强度为所有方案中最弱,混合层难以发展,无法体现对流边界层内气象要素垂直分布均匀的特点.对于夜间稳定边界层的模拟,不同参数化方案之间的差异较小,但是YSU方案在一定程度上高估了机械湍流,导致局地湍流混合偏强,从而影响了其对稳定边界层的模拟能力.     

东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫及其气候效应的数值模拟

利用耦合化学过程的区域气候模式RegCM3,模拟研究3种主要人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳、有机碳)对东亚区域气候的影响.计算分析近20 a来3种气溶胶的时空分布、综合辐射强迫作用及其对地面气温和降水的影响.模拟结果表明:3种气溶胶冬夏季分布有所不同,冬季气溶胶大值区主要分布在南方地区,而夏季大值区北移;气溶胶短波辐射强迫在大气层顶和地面均为负值;气溶胶的加入对东亚地区地表气温有明显影响,冬季降温中心位于四川盆地,夏季降温大值区位于华北地区.气溶胶直接气候效应使得冬季东亚大部分地区降水减少,夏季东亚地区降水与中国南方地区夏季气溶胶浓度有较好的相关关系,中国东部雨带有南移趋势.     

台风“鲇鱼”异常路径的诊断分析和数值模拟

从高空环流和基本气流的演变对2010年第13号台风＂鲶鱼＂进入南海以后路径发生向北＂急翘＂的大环流形势进行分析,并应用wrf模式输出的高分辨率资料,对台风中心附近的风场、温度场和θse场的分布进行探讨,得出：＂鲇鱼＂进入南海后,路径发生向北＂急翘＂是由于青藏高压增强并向东移,致使其前部高空槽加深发展,切断了华南高压和副热带高压的联系,并使华南高压南落至中南半岛一带,使台风西行受阻,逐渐转为北移。同时越赤道气流的北涌,使基本气流从东北气流转为西南气流,北偏东移动趋势加大。500～700hPa两层引导气流与＂鲶鱼＂路径有很好的对应关系。最大风速区的水平和垂直结构将影响台风移动的路径,台风中心的有向风速低值区移动的趋势,最大风速区的垂直尺度的变化对台风移动有指导意义。温度场的水平和垂直分布也将影响台风的移动路径,西侧冷空气的入侵使台风偏西移动的趋势减弱,台风中心有向等厚度低值区移动的趋势。θse的高能舌的分布,有利台风向北或北偏东方向移动。     

中尺度对流系统对台风“风神”移动路径影响的研究

通过卫星资料分析台风“风神”路径预报之所以出现较大的偏差,可能是由于“风神”西侧中尺度对流系统引起的.为了更好地研究中尺度对流系统对台风的影响,利用中尺度非静力数值模式WRF对“风神”的移动过程开展了高分辨率数值模拟,模拟采用双重嵌套,最高分辨率6 km,共积分78 h.利用模拟资料,采用PV-ω分部位涡反演方法定量分析了台风外围中尺度对流系统对台风运动的影响,认为P V-ω分部位涡反演方法能够很好地分离出台风外围中尺度对流系统,其对台风引导气流的贡献可达到20％左右.为验证中尺度对流系统的影响,用模式积分的方法,通过3组模拟实验,发现中尺度对流系统使台风路径偏左或偏右可能随着环境引导气流方向而改变,而在此个例中的中尺度对流系统会使得台风向西和向极移动得更远.对比研究了不同中尺度对流系统对台风的影响,发现在“风神”移动过程中,中尺度对流系统之所以引起较大影响是因为中尺度对流系统与台风相对位置变化不大所致.     

越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用

利用美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center,JTWC）热带气旋（tropicalcy—clone,TC）数据、NCEP／NCAR再分析风场资料,研究了越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用。将西北太平洋台风路径划分为：西行路径、西北行路径、转向登陆中国路径、转向中日之间路径、转向登陆日本路径、转向日本以东路径和140°E以东路径。利用超前滞后回归方法,合成分析了6—10月不同路径台风对应的越赤道气流准双周振荡的低频环流演变过程。结果表明,925hPa越赤道气流及与其相联系的经向风存在明显10～20d准双周振荡现象,且对西北太平洋台风路径预报具有一定的指示作用。在西太平洋赤道地区,低频越赤道气流强度、演变特征影响着西北太平洋低频气旋的位置和移动方向,调节风场强辐合带与季风槽的位置与强度,继而对台风生成位置、移动路径产生重要的影响。初步认为,强向北低频越赤道气流分量有利于北侧低频气旋加强和向北传播,继而使得强辐合带、季风槽位置偏北,台风易于在此区域生成且沿着强辐合带位置移动。而弱向北低频分量或向南低频分量则不利于台风转向移动。     

ENSO动力学及其数值模拟的研究评述

文章系统地评述了ENSO事件的观测事实及热带海-气相互作用方面的动力学、数值模拟研究进展,并指出了有待解决的主要科学问题和发展前景。     

对称扰动与纬向基流的相互作用 II. 粘性波包的发展与弥散

该文对对称扰动与纬向基流的相互作用理论进行了深入的研究。这里是该文的第二部分,主要讨论粘性波包的发展与弥散。在对称扰动波包的动力学方程组中引进粘性作用(Pr=1)可以发现,粘性耗散及扩散导致了“虚群速度(Cigy, Cigz)”的产生,它对波包的发展有着比较重要的影响。此外,各种稳定度参数的时空变化对扰动波包的发展具有重要作用。在一定的条件下,还可以产生波包的不稳定现象。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28-30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋式环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。