大尺度低空急流轴的移动预报

本文采用了摩擦效应的运动方程,对大尺度低空急流轴线的移动予报进行了分析讨论,得出了适用于在天气图上直接可以诊断的一些方法,同时指出摩擦层厚度和粗糙度对低空急流轴线的移动起着重要作用。     

强暴雨系统中湿位涡异常的诊断分析

从动力上推导了热力、质量强迫下的湿位涡方程，阐明了在暴雨系统中引起的强降水会造成热力、质量强迫下的湿位涡异常。并用NCEP1°×1°的分析资料对1999年6月23日到6月26日引起长江流域暴雨的对流系统进行了湿位涡诊断分析，分析结果表明湿位涡异常高度主要出现在700~500 hPa之间，中心最大值可超过1.4 PVU。从动力和资料诊断两个方面均揭示出湿位涡异常区与强降水区有很好的对应关系。     

以Schr?dinger方程为例子介绍直接解法及其在波与波碰撞中的应用

本文以描述某些中尺度系统振幅演变的Schr?dinger方程为例子，着重介绍了直接解法及其在波与波的碰撞相互作用过程中的应用。     

青藏高原上空一次重力波过程的识别与天气影响分析

应用再分析资料、多套卫星反演资料和WRF中尺度数值模拟资料,识别了2005年1月10日青藏高原上空一次重力波过程,以及重力波对青藏高原西部降雪的影响。结果表明,此次重力波位于急流出口区的左方,以西南-东北走向覆盖青藏高原大部分地区。大尺度的冷暖平流相间分布和不断增强的非平衡流为重力波的形成提供了有利背景场。小波交叉谱分析显示垂直涡度与水平散度在对流层中层满足重力波的极化性质,在青藏高原西部的上升支对应有降雪过程发生。WRF可以较好地再现这一过程,并且能够模拟出再分析资料中无法分辨的中尺度重力波。数值模拟表明,青藏高原近地面强烈非绝热加热使得低层大气静力不稳定,在近地面暖区触发对流后引起高层凝结释放潜热,低层融化冷却,有利于激发重力波,并在其上升支产生固态凝结物,随后到来的冷气团提供了有利的水汽输送条件,大范围的弱抬升运动取代了原间隔进入降雪区的强对流上升支,使得固态凝结物得以落至地面,最终在青藏高原西部形成本次降雪过程。      

一次辽东湾飑线过程的观测与数值模拟分析

利用观测资料和高分辨率数值模拟资料对2014年6月26日发生在辽东湾北部的一次飑线过程进行了分析。本次飑线发生发展期间,对流层中层存在正在发展加深的槽,近地面则是偏南暖湿气流和西北干冷气流交汇形成的辐合线,天气尺度环境强迫较强,有利于强对流的触发和发展。此次飑线发生发展于地面辐合线的南段。对比分析表明模拟结果和实况观测较为一致。对辐合线北段对流较快消散,而南段对流得以继续发展成为飑线的原因进行了分析。结果表明,与北段相比,南段环境水汽更为丰富,对流有效位能大,水平风的垂直切变适宜。此外,南段环境还受海风锋导致的增湿、降温以及辐合带来的弱上升气流的影响。以上因素是导致辐合线北段对流较快消散而南段对流可以较长时间维持,并发展成为飑线系统的主要原因。本次飑线在成熟时期的气压场成显著的“高—低”结构分布。对流云区中部存在一个中高压,而尾流低压区位于对流云区后部与层状云区交界处。高压后部是一个强烈的地面辐散区,风速较大。飑线成熟时期中主要存在两支气流,前向入流在飑线前方低层流入,带入暖湿空气并在对流云区抬升,随后分成两支在飑线高层向前向后流出。后向入流在飑线后方中层流入,带入干冷空气并下沉,随后在近地面辐散流出。对飑线的对流云区、尾流低压区、层状云区及飑线后方的模拟探空展现了飑线不同区域的环境场特征。     

一次北京大暴雨过程低空东南风气流形成机制的数值研究

2002年6月24~25日,北京门头沟附近发生了一次大暴雨过程.观测资料和数值模拟均发现,在暴雨发生前和发生过程中,北京地区边界层内出现了一支强盛的东南风气流.东南风气流沿太行山东坡爬升,触发了对流.为探讨这支低空东南风气流的形成原因,本文通过数值模拟和敏感性试验,对这支东南风气流的形成机制进行了研究.结果表明,这支低层东南风气流是一支冷湿的、伴有较强风速辐合的气流,主要是在天气尺度系统作用下生成的.东南风气流形成过程中,地表感热加热作用对其强度有加强作用.大暴雨开始后的潜热加热作用对这支东南风气流有正反馈作用,使气流的强度大大增强,因此,在降水开始后气流强度也增强,降水最强时低空急流的强度达最强.暴雨开始后,由于夜间地表降温造成山风效应,导致在北京西部山脚下出现偏北风.     

大地形背风波的转槽实验研究

文中利用转槽在相似定律及动力无量纲数的控制下,对旋转层结流越过大地形产生的背风波做了一系列的实验.实验及分析结果表明,无量纲数中Froude数是最重要的参数,发现在层结适当时背风波同旋涡结构在山的下风方同时出现.在无旋转情况下,在Froude数适当时仍然存在着明显的背风波,但旋转的作用能增加背风波的波动幅度,特别是起着引发下坡流的作用.文中最后还讨论了背风波在季风区内对低层涡旋发展的驱动作用及有待进一步研究的问题.     

污染物大尺度垂直输送的理论研究

从大尺度动力学的观点讨论了污染物进入自由大气后的垂直输送问题, 重点讨论了绝热条件下中性波及斜压不稳定波引起的垂直运动对污染物的垂直输送以及非绝热情况下由剩余环流引起的垂直运动对污染物的垂直输送, 并从波作用对垂直运动贡献的观点,指出了平流层内由于波作用引起的非局地的下沉运动对污染物垂直输送的控制作用, 最后还指出以往对垂直运动诊断研究的一些成果也是对污染物垂直输送有贡献的因素。     

台风“凤凰”登陆过程的高分辨率数值模拟及其降水的诊断分析

本文利用中尺度非静力数值模式WRF对2008年第8号台风 “凤凰” 的登陆过程开展了高分辨率数值模拟, 模拟采用3重嵌套, 最高分辨率3 km, 共积分120小时 (5天)。利用收集到的常规和非常规观测资料与模式模拟结果进行了细致的对比验证分析。结果指出, 模式较好地模拟再现了 “凤凰” 台风的发展演变以及登陆过程, 模拟的台风路径与观测路径较为一致, 同时模式也较好地把握住了整个模拟时段当中, “凤凰” 台风的强度演变过程以及主要的雷达回波特征, 模拟取得了初步成功。进一步, 利用高分辨率的模拟资料对此次台风登陆过程开展了散度垂直通量|Q|的诊断分析, 结果表明, 在整个研究时段内, |Q|的异常值区始终覆盖在地面雨区之上, 二者的空间分布和时间演变趋势比较相似, 并且在雨区内|Q|表现为强信号, 而在非雨区|Q|表现为弱信号。这表明散度垂直通量能够描述暴雨过程中低层大气辐合和高层大气辐散的垂直动力结构, 对强降水落区有较好的指示作用。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。