林芝机场低空风的垂直切变特征及其对飞行安全的影响

为了解林芝机场低空风的垂直切变特征及其对飞行安全的影响,利用林芝机场风廓线雷达资料,计算林芝机场低空风的垂直风切变,讨论了中度及以上风切变的时空分布特征。分析发现,林芝机场低空风切变频繁出现,严重影响林芝机场的飞行安全。林芝机场强顺风垂直切变出现频率为1.0%,严重顺风垂直切变为0.2%,最大顺风垂直切变13.4m/s/30m。强侧风垂直切变出现频率为1.9%,严重侧风垂直切变为0.6%,最大侧风垂直切变16.0m/s/30m。林芝机场低空强垂直切变对起降航班的威胁具有明显的日变化与季节变化特征,强垂直切变主要出现在各个季节的下午及傍晚,8月较弱。     

台风环境风垂直切变的计算

环境风垂直切变小大对台风强度变化有显著影响。通过查阅文献和会议交流发现,由于算法上的细微区别,导致同一个台风在计算环境风垂直切变时结果有所不同,有时差异较大。本研究针对这一问题,以南海快速增强台风为例,利用中国气象局整编的热带气旋年鉴、NCEP FNL、个例数值模拟资料等,计算并对比分析了南海台风在快速增强阶段不同环境风垂直切变计算方案和数据对计算结果的影响,并对业务应用时应该注意的问题展开讨论。     

环境风垂直切变对热带气旋“碧利斯”的影响

用WRF中尺度数值模式,对0604号强热带风暴"碧利斯"进行了数值模拟.通过对模拟结果与实况的对比分析,表明WRF模式对强热带风暴"碧利斯"有较好的模拟能力.在整个模拟过程中可以分为两个阶段:第一为发展阶段,其强度不断增强,从热带风暴发展成强热带风暴,环境垂直切变方向从北北东风(NNE)转变为北北西风(NNW),对应涡旋内区的上升运动和降水有一个气旋性旋转,上升运动和降水较分散地分布在切变矢量的两侧;第二为维持阶段,该阶段的强度变化不大,上升运动和降水趋于集中并逐渐向切变矢量左侧偏移,这与早期的一些研究结果相一致,原因是当切变方向变化时,低层的相对流入发生了变化,低层相对流入流出的分布决定了700 hPa上热带气旋内区的上升运动和降水的分布.     

西北太平洋区域纬向风垂直切变的气候特征研究

西北太平洋区域纬向风垂直切变的变化是影响西北太平洋热带气旋生成和发展的一个重要的动力因子,弱的纬向风切变有利于热带气旋的发生、发展。文中将西北太平洋区域纬向风垂直切变幅度(MWS)定义为850与200 hPa的纬向风之差的绝对值,以研究MWS的气候特征。结果表明,西北太平洋区域的MWS有两个主要空间模态,第1空间模态表现为在15°N以南的热带西太平洋存在MWS东西向变化相反的两个区域,20°N附近的热带西太平洋MWS的变化与其以北海区的MWS的变化相反。第2空间模态表现为在热带太平洋140°E东、西的变化相反。研究了两个模态相关的大气环流特征,发现去掉强ENSO信号后,第1模态不但与低纬度大气环流有关,而且还与南、北半球中高纬度的大气环流有关,第2模态主要与热带西太平洋和北太平洋局地大气环流有关。另外,第1模态的时间系数与赤道东太平洋海温、西北太平洋台风生成频次有着密切联系;第2模态时间系数与西北太平洋台风活动频次联系密切。     

中尺度对流系统的动热力特征及其演变对风垂直切变的响应

为探究环境风切变在对流系统发生发展与维持过程中的重要性,利用2009年6月5日20时（北京时）上海宝山站的探空资料生成理想试验初始场,设计了包含改变整层、中层和低层风切变在内的多组试验,对比分析各试验系统的动热力结构特征及其演变发现:(1)整层环境风切变的改变对中尺度对流系统的影响最显著,其次是中层风切变。增大整层风切变时,对流系统强度及组织性最强,生命史增长。减小整层风切变时,系统强度最弱且组织结构易发散。(2)风切变增加,水平涡度增大,其受垂直运动影响转化为垂直涡度,涡旋对与垂直运动间相互作用形成的正反馈过程是系统强度增强并可以长时间维持线状结构的重要原因。(3)风切变减小,对流系统移动速度远小于阵风锋,阵风锋移至系统前方,阻断系统前沿上升气流必需的暖输送。阵风锋后冷而稳定的环境令系统逐渐消散。      

风垂直切变对飓风波尼（1998）结构与强度的影响

利用大西洋飓风波尼(1998)的MM5模拟资料(格点距4 km),对在风的垂直切变影响下,波尼的结构和强度变化进行了分析.在风的垂直切变影响下,波尼的垂直速度和降水场表现出了明显的1波非对称结构,这种结构与风的垂直切变的强度呈正比;逆切变一侧9-12 km高度上通风作用强烈,在破坏波尼暖心的同时,也导致了边界层中低相当位温对波尼核心的入侵,与低层通风路径相比,中层通风对波尼的破坏作用更甚,鉴于在分析时间段内,波尼所经海域平均海温变化不大,可以认为风的垂直切变主导了波尼强度变化;对波尼强度突变现象的分析发现,强度突变源于通风破坏作用的积累,当边界层中低相当位温侵入热带气旋中心的程度超过某一阈值时,气旋强度会突然减弱;其结果显示风的垂直切变造成的动力和热力效应对热带气旋强度的影响都十分重要,而后者更为直接.     

利用风廓线雷达资料分析一次强降水过程的风垂直切变特征

联合应用5部风廓线雷达、多普勒天气雷达组网观测资料,并结合海河流域自动气象站资料详细分析了2012年7月21日海河流域强降水发生、发展过程中温度场、风场演变特征。结果表明:这次强降水天气具有明显的中尺度天气特征,强降水主要发生在露点温度梯度区内。低空急流指数变化对短时强降水的峰值有一定的指示作用,它的快速增加意味着强降水将要开始。垂直风切变对短时强降水的形成具有参考价值:降水开始前,2 500—3 000 m的风速和风切变首先开始增大,之后大风向1 000 m以下扩散,风切变梯度增强预示着短时强降水开始;1 000—1 500 m风速迅速减小,高层也随之减小,强降水趋于减弱或结束。风廓线雷达中风向风速的变化能够指示系统的过境时间,以上结论对预报强降水的起始及降水的持续时间具有使用价值。     

风垂直切变和下滑倾斜涡度发展

本文根据绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特征，研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。由于传统的等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，本文进而发展了Z坐标及P坐标中的倾斜涡度发展理论。指出在梅雨锋南侧暖湿区的北端，以及梅雨锋北边界附近，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。还证明了倾斜涡度发展的必要条件和充分条件。指出在对流不稳定的饱和大气中，倾斜涡度发展必伴有低空急流存在。对1991年6月12～15日江淮流域暴雨过程的诊断表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量Pm1和Pm2的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层均十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

环境风垂直切变与登陆台风强度变化关系的统计分析

为了了解环境风垂直切变在登陆台风强度突变下所起的作用,利用1990-2004年登陆中国的111个台风的强度、登陆位置以及NCEP/NCAR每日4次等压面风场等资料,分析了风速垂直切变对台风登陆过程中强度变化的影响.结果表明,与海盆中相比,环境风垂直切变与登陆台风强度的线性相关性减小,滞后的时间长度减短;环境风垂直切变与滞后6～18 h的台风强度有不可忽视的相关性,与滞后6 h的台风强度相关最佳,相关系数为0.215;对于显著增强的登陆台风,其所处的环境风垂直切变不太大,平均在9 m·s-1以下,反之当环境风垂直切变在9 m·s-1以上时,登陆台风的强度也有可能显著减弱;与在华南登陆的台风相比,在华东登陆的台风其减弱型样本相对更多,其强度受风速垂直切变影响衰减得更快.     

Effect of wind vertical shear on diffusion characteristics in the mesoscale range

Using the turbulent statistical form of the vertical vortex diffusion coefficient K, in the planetary boundary layer (PBL) and Ekman spiral wind profile, the three-dimensional diffusion equation is solved by the numeri-cal method. The influences of vertical shear of both wind direction and wind speed on pollution trajectory and horizontal diffusion parameters σy are numerically analysed. The expressions of both pollution trajectory and σy, including the factor of wind shear, are obtained. The results show that the vertical shear of wind is important among all factors affecting the mesoscale dispersion. Specifically, from neutral to stable atmospheric conditions, vertical shear of wind makes greater contribution to σy than turbulence, thus it is the most important factor. In this paper, we have compared horizontal dispersion pattern with both Pasquill's dispersion pattern considering wind direction shear, and experimental data collected at 9 different sites rang-ing from 10 to 100 km, and the results show that our dispersion pattern is closer to the experimental values than Pasquill's results, and his correction to shear of wind direction is too large under the stable conditions.     

垂直风切变中的CISK

天气分析已得到,“对流层通风”是热带气旋形成和发展的基本条件之一.本文基于第二类条件不稳定(CISK)概念,从动力学角度研究了这个问题.两层模式的分析和计算都表明,垂直切变基本气流的存在对热带扰动的发展有阻尼作用,同天气分析结果相一致.     

新疆百里风区近地层垂直风切变指数特征

采用新疆百里风区十三间房100 m高度铁塔2009年5月—2011年1月逐时5层测风十分钟平均风速资料,计算各层平均风速,利用最小二乘曲线拟合幂函数计算塔层高度整层的风切变指数(α),用幂函数公式直接计算各层间α值。取启动风速段(风速3 m·s~(-1))和大风风速段(风速13 m·s~(-1))2个风速段分别进行计算;分析了一日内各时次和整年各月α值变化规律。研究发现:启动风速段和大风风速段α平均分别为0.084 5和0.036 4,α与风速成反比关系;一日内9:00(北京时间,以下均同)日出后α值缓慢减小,16:00—21:00维持较小值,22:00后α快速增大,直到次日08:00维持较大值;11月—翌年2月α较大,其他月份显著变小,α值与太阳高度角成反比关系。     

垂直风切变对螺旋波不稳定的影响

通过建立一系列局地准二维直角坐标系,用以研究垂直风切变对热带气旋中螺旋波不稳定的影响,并计算了螺旋波不稳定增长率在螺旋线上的分布,得到了以下结论:不稳定增长率开始随热带气旋半径增大而增大,在最大风速圈处达最大;然后随半径减小,以后再随半径增大,出现一个局地极值,再以后又减小,即在螺旋线上有两个极值中心;这与实际热带气旋的情况相一致。不稳定螺旋波的增长率与基流的垂直切变和层结参数密切有关,基流垂直切变越大,层结参数越小,则增长率越大;也即Richardson数越小,则不稳定增长率越大。     

Analysis of wind vertical component characteristics in the stratosphere

Height, time, and latitude dependences are analyzed of zonal mean vertical component of wind velocity for the period of 1992–2006 from the UKMO atmospheric general circulation model. It is shown that the ascending wind speed can provide vertical transport, against gravity, of rather large (up to 3–5μm) aerosol particles with density to 1.0–1.5 g/cm³ in the stratosphere and mesosphere. The wind velocity vertical component is supposedly a significant factor of particle motion up to 30–40–km levels and can affect sedimentation rate and residence time of the aerosol particles in the stratosphere. Structure of the mean vertical component of wind velocity allows occurrence of dynamically stable aerosol layers in the middle stratosphere.     

Seasonal variations of spectra of wind speed and air temperature in the mesoscale frequency range

Seasonal variations of the spectra of wind speed and air temperature in the mesoscale frequency range from 1.3 × 10^-4 to 1.5 × 10^-3 Hz (10 min to 2 h periods) have been studied through observations over land for one year. Spectrographs [time series of isopleths of spectral densities, f · S(f) vs f] of wind speed and air temperature contain occasional peaks that are attributed to short-lived mesoscale atmospheric activity with narrow frequency bands. Significant spectral peaks of wind speed were found in 19% of the total observations in winter, and in 15–16% in the other seasons; for air temperature, they occured in 12% of observations in autumn, and in 16–19% in the other seasons. The peaks most often occurred in the period range from 30 min to 1 h; most had durations less than 24 h. Mesoscale fluctuations of wind speed and air temperature were highly correlated, and in most cases, phase differences were 90–180 ° with air temperature leading wind speed. Significant spectral peaks of wind speed often occurred during northerly seasonal cold winds in winter, and accompanied tropical and/or mid-latitude cyclones in the other seasons. When the peaks occurred, wind speed was usually relatively high and the atmospheric surface layer was unstable.     

登陆台风特大暴雨成因分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、雷达产品及福建省自动气象站资料,从高空环流形势、地面中尺度系统以及卫星云图和雷达回波特征等方面,分析了2016年第1号台风“尼伯特”造成福建特大暴雨的中尺度对流系统的特征和形成机制。结果表明:造成特大暴雨的中尺度系统是在台风外围强风速带触及福建沿海时形成的地面中尺度辐合线上发展的,高低空辐散与辐合耦合配置以及对流层中层干空气侵入的不稳定层结提供了有利的环境条件;台湾岛地形对台风空心结构形成、外围强风带影响与台风东侧气流分流并在福建中部沿海汇合具有重要作用。

     

感热加热和垂直风切变对温带CISK扰动的影响

第二类条件不稳定(CISK)是热带气旋发展的重要机制,Rasmussen(1979)在研究所谓极地低压时首先指出了温带CISK扰动的存在和性质。但对于温带扰动的发展,除了积云对流凝结的反馈外,下垫面的感热和对流层低层风的垂直切变有相当重要的作用。因此,感热加热和垂直风切变对温带CISK扰动的影响是一个有意义的研究课题。 将下垫面感热加热和对流层低层风的垂直切变分别引入温带CISK模式,其结果表明:下地面感热加热可以明显地加速温带CISK扰动的发展,这可能是一些温带小气旋急速发展(例如美国的炸弹气旋等)的原因之一;对流层低层的垂直风切变既可以加强也可以削弱温带CISK扰动,其影响依赖于垂直风切变的类型;下垫面感热加热和垂直风切变的共同作用则反映了复杂而有意义的性质。一般情况下,对流层低层垂直风切变对CISK扰动的发展有抑制作用。     

风切变对积云发展影响的数值模拟研究

本文采用二维暖积云模式研究了风切变对积云发展和降水大小的影响。计算结果表阴:一般有风切变情况下积云的发展和降水量都明显减弱。这是由于水平气流的作用促进了云内外水汽和热量交换,减弱了积云发展的条件。计算还表明:在多种不同风速廓线和大气层结下风切变对云和降水发展均不利。 我们发现当云移行前方有高湿区时,在中等的风切变下可能有利于积云发展和降水形成。这是由于在水汽场和风场的配置下,云中得到充沛的水汽补充,促进了云和降水的发展,总降水量可增加2—3倍。