地形影响下冷锋的变形及锢囚

根据传统理论,将锋面看成密度的零级不连续面,设计了一个二层锋面模式,分别研究了东西走向与东北-西南走向的地形影响下冷锋的变形及锢囚现象。分析表明:不同高度的地形对于冷锋变形及锢囚的影响不同,同一高度的地形对于不同强度的冷锋运动也有不同的影响。通过分析研究,形象、直观地揭示了地形影响下冷锋变形及锢囚的一些规律,并与实际天气现象做了一些对比。此外,还分析了山区冷锋的垂直结构,指出冷锋在爬山时锋面中层会出现“隆起”现象,这反映了地形对于冷锋的非线性相互作用;锋面的这种“隆起”现象非常类似于气流过山时形成的“涌浪”(bore).     

重力流冷锋及其受地形的影响

建立了一个二维非静力平衡模式，通过坐标变换的方法使得模式低层有较高的分辨率。对重力流的模拟结果显示；本模式模拟出的重力流冷锋主要特征，如抬高的头部、头部较强的上升运动以及等位温线密集带与实际大气观测很一致。此外，模式还成功地模拟出了重力流头部后面底层的高速潜流层。应用模拟结果与理论结果对重力流的移动速度进行了对比分析。当考虑地形时，重力流在山前受阻，其头部比不考虑地形时高，且产生了向上游传播的“涌浪”；重力流过山后其头部降低，位温梯度减弱，头部后面的水平速度减小。此外，还对非静力平衡与静力平衡条件下重力流的差异进行了分析讨论。     

NUMERICAL STUDY OF OROGRAPHIC INFLUENCE ON LOW FREQUENCY OSCILLATION

Orographic effects on monthly-and seasonal-scale low frequency oscillation are investiged in terms of a five-level global spectral model with a triangle truncation at wavenumber 10 that contains relatively full physical parameterization, followed by analysis and comparison of the lowpass filtered data separately obtained from models with and without orography. Results show that remarkable seasonal characteristics are displayed in the orographic forcing-generated low frequency wavetrain on monthly and seasonal scales. It is found that the Northern Hemisphere summer orography-produced tropical heating acts as source of the low-frequency wavetrain for both hemispheres. Besides, the simulations indicate that the orographic wavetrain perturbation can give rise to the anomaly in the equatorial zonal flow, whose transient forcing will cause a new wavetrain in the Southern Hemisphere, thus completing the cross-equatorial propagation of the northern wave in interhemispheric action.     

非绝热加热及地形动力作用下的大气环流长期演变过程

本文建立了一个理想的大气环流数值试验模式,其中简单地考虑了辐射、湍流、凝结加热及地形的动力作用。模式中放了两个陆地和两个海洋,海陆的影响由给定的下垫面温度表现出来。把方程组化成常微分方程组后,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求数值解。 首先,在非绝热加热的作用下,由静止大气开始经过40天就建立起基本气流。其次,在具有年周期的太阳辐射、下垫面温度及凝结加热的作用下,基本气流以年周期变化。扰动也有明显的年周期,夏季扰动振幅变小,冬季扰动振幅变大,而且海陆温度的季节变化能控制波数为2的超长波的进退。夏季温度槽位于海洋东部,冬季位于大陆东部。 最后,在数值试验中看到初始场的影响只有100天左右。     

不同地形和下垫面对冬季地中海气旋发展影响的数值模拟

通过数值模拟方法对一个冬季地中海气旋发生和发展的可能机制进行了研究。控制试验和对比试验结果指出，阿尔卑期山背风坡是气旋的有利生成地；但阿尔卑斯山和阿特拉斯山的存在与否，对冬季地中海气旋发展的影响不大。下垫面替代试验结果指出，冬季地中海作为一个非绝热加热源，对其气旋的发展有着十分重要的作用当以陆面或沙漠代替地中海面时，则气旋的发展显著减弱。地形替代试验结果指出，当青藏高原移到地中海西部，并且二者配合     

中尺度干、湿对流影响环境场的差异分析

用1999年6月一次梅雨锋大暴雨过程高分辨的敏感性数值模拟结果分析了对流活动对大尺度环境的反馈作用，共设计了两个敏感性方案：干绝热过程(干调整)和包含水汽及凝结潜热释放的湿过程(湿调整)，两种调整过程包含的不稳定能量不同，对环境场造成的影响也不同。通过分析，得到以下几点结论：在对流强盛期间，湿调整比干调整更能增强底层辐合和高层辐散；当对流消失后即大气从不稳定调整到稳定状态后，两种调整过程对水平风场的影响基本相同；湿调整比干调整产生的垂直速度更大；湿调整比干调整更能使大气底层温度降低、高层温度升高。干、湿调整过程都是不稳定能量释放过程，当层结不稳定能量释放、产生强对流时，强上升运动中心的中下层辐合增加、高层辐散增加，当对称不稳定能量释放时，高层指向冷区一侧的水平风分量增强，底层指向暖区一侧的水平风分量增强。水平风场受对流影响后改变的量值与原有量值相当；不稳定能量释放可影响到对流中心周围5个经纬距以上的范围。     

洋面冷锋的三维数值模拟──潜热释放对冷锋结构的影响

通过比较一次洋面冷锋过程的干、湿三维模拟结果，揭示潜热释放对冷锋结构的影响。结果表明：由于潜热释放的作用，冷锋区的温度梯度和风矢量的气旋性切变大大地加强了，冷锋附近的涡度场和垂直速度场呈现出更多的更加紧密的中尺度结构；锋面非地转直接环流在湿模拟中比在干模拟中发展得更加充分并且具有更高的组织性；潜热加热倾向于增加锋面环流的强度，尤其是其上升支的强度。研究表明，潜热释放过程是形成冷锋前沿上方低层大气中狭窄强上升气流区的关键因素之一。     

EFFECTS OF THE ENVELOPE DEGREE OF OROGRAPHY ON THE SIMULATED CLIMATE PROPERTIES

A primitive equation model with a zonal domain and a p-σ incorporated vertical coordinate systemis used to study the effects of the envelope degree of orography on the simulated properties of bothwinter and summer climates.Results show that the orography with a larger envelope degree can im-prove the simulations to certain extent,especially in winter.It is found that the simulated propertiesof climate are mainly determined by the co-effects of the land-sea and the orographic distributions,and the envelope degree of orography has a secondary effect.However it should be taken properly inorder to improve simulations:otherwise,it would be harmful.Different envelope degrees of orogra-phy can be adopted in different areas.     

台风Winnie(1997)影响下海浪的数值模拟研究

采用多重嵌套中尺度大气数值模式提供的风场,在考虑了波-流相互作用等主要物理过程的基础上,应用最新版本的第三代海浪模式SWAN对Winnie（1997）引起的台风浪进行了模拟,将模拟的有效波高与TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星高度计资料作了详细的对比分析,并分析了台风浪要素的分布特征。结果表明,SWAN在模拟较大尺度的海区时也能得到较好的模拟效果,能较好地再现海浪的发展过程和合理地反映台风浪的分布。     

A NUMERICAL INVESTIGATION OF THE IMPACT OF MOIST PROCESSES UPON THE STRUCTURE OF ACTIVE COLD FRONTS:APPLICATION OF A 3D MESOSCALE MODEL IN FRONTAL SITUATIONS

A 3D mesoscale model is applied in a marine cold front case in order to investigate the impact oflatent heating on the structure of cold fronts.Results of the moist and dry simulations are comparedto stress the effects of moist processes.It is found that both the temperature gradient and the cyclonicvorticity across the frontal zone considerably increase due to the latent heating,especially in the lowertroposphere.A thermally direct cross-front ageostrophic circulation.forced by frontogenesis,is foundbetter developed and organized in the moist case than in the dry case.This cross-front directageostrophic circulation,particularly its ascending branch,is considerably enhanced by latent heatingdue to increased frontogenetical forcing and reduced effective static stability in the rising motion regionwhere condensation occurs.One important feature in most observed cold fronts is the presence of anintense rising cell just above their leading edge.This intense rising cell is well simulated in the moistcase but is less clear and much weaker in the dry case,indicating the important contribution by the la-tent heat release to the formation of this intense updraft above the surface cold front.     

欧亚地形对不同季节大气环流影响的数值模拟研究

利用气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL,设计了有、无欧亚地形的对比试验。通过分析其高度差异、流场差异、降水差异和温度差异得到欧亚地形对不同季节大气环流影响的特征。结果表明,欧亚地形对大气环流和气候的影响随季节变化而变化,基本可分为冬季型(11月~次年4月),夏季型(6~9月)及转化型(5月,10月),在中高纬高低层呈相当正压结构。冬季型高度差异以35°N和100°E为界,在北面呈西高东低,南面呈西低东高。夏季型在西太平洋地区为北高南低,在大陆上空为上正下负。850 hPa流场差异场的冬季型在西太平洋北/南部为气旋式/反气旋式环流,在大陆上以“青藏高原(TP)偶极流型”为主要特征;夏季的副热带以环绕青藏高原的气旋性环流和西太平洋的反气旋环流为主要特征。地形强迫的冬半年“TP偶极型”加强了冬季西伯利亚冷空气活动,形成了江南的春雨和华南的早汛期降水。地形强迫的夏季流型形成了孟加拉湾-青藏高原中东部的强降水差异,使东亚降水向北伸展,并引起亚洲降水分布的调整。     

NUMERICAL SIMULATION OF TYPHOON WAVE UNDER THE INFLUENCE OF WINNIE （NO. 9711）

In this paper, the wind field provided by a meso-scale atmospheric model is employed. When main physical processes, including wave-current interactions, are considered, the latest version of the third generation wave model SWAN is applied to simulate the typhoon wave generated by Typhoon Winnie. The model results are compared with the TOPEX/POSEIDON and ERS-2 satellite altimeter data and analyzed in details. Then the distribution of wave fields are analyzed, with the results showing that applying SWAN to simulate large-scale domain can also fairly reproduce the observed features of waves and realistically reflect the distribution of typhoon waves.     

EFFECTS OF THE ENVELOPE DEGREE OF OROGRAPHY ON THE SIMULATED CLIMATE PROPERTIES*

A primitive equation model with a zonal domain and a p-σ incorporated vertical coordinate system is used to study the effects of the envelope degree of orography on the simulated properties of both winter and summer climates.Results show that the orography with a larger envelope degree can improve the simulations to certain extent,especially in winter.It is found that the simulated properties of climate are mainly determined by the co-effects of the land-sea and the orographic distributions,and the envelope degree of orography has a secondary effect.However it should be taken properly in order to improve simulations:otherwise,it would be harmful.Different envelope degrees of orography can be adopted in different areas.     

山地边界层中场变量的动力学研究

采用与实测较接近的二次函数来表达Ekman层中的湍流粘性系数K,在圆形气压场条件下,求得了山地上空边界层中的风速,进而求得散度、涡度和垂直速度等场变量随高度的分布。并作图分析了这些场变量的一些动力学特征。改进了以往在求解析解时,略去运动方程中湍流粘性力项中的关于高度的一阶导数项,以及取山坡面上风速为零作下边界条件等欠合理欠精确的做法。所求得的风速、散度、涡度和垂直速度均用简单的初等函数表示出来,有助于边界层参数化和深化对边界层动力学的认识。     

南亚高压在平流层的特征及ENSO影响的进一步研究

为了搞清南亚高压在平流层的结构特征以及ENSO事件对它的影响，用较长时段的ECMWF再分析资料对南亚高压在平流层的结构特征进行了系统的分析研究，结果表明：南亚高压在垂直方向上最高只在平流层的低层存在，系统的最强出现在150 hPa高度附近，50 hPa以上高压及相应的反气旋环流已经消失；高压系统随着高度增加有略向西北方向倾斜的特征。在El Ni?o年和La Ni?a年南亚高压在平流层无论是位势高度场还是流场都有明显不同的异常变化，表明ENSO对南亚高压在平流层的结构有一定的影响，一般是El Ni?o时对应为较弱的南亚高压，而La Ni?a时对应略微偏强的南亚高压。     

东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系

利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR分析资料,多普勒雷达观测资料等,对2016年7月25日一次东北冷涡下的飑线过程进行数值模拟,研究了飑线形成和维持与水平涡度的关系及飑线过程中中尺度对流涡旋(MCV)的形成机制,分析发现,高低层水平涡度逆时针旋转对本次飑线的形成和维持有很好的指示意义。(1)飑线发生前,高层渤海湾西侧出现水平涡度的逆时针旋转中心,并有较强的辐散配合,低层水平涡度为逆时针弯曲,为飑线产生提供了有利的上升运动条件。随后高层多个对流单体的水平涡度气旋式涡旋合并形成较大范围的气旋式涡旋结构,触发低层的上升运动,同时低层对流区前部形成一致的气旋式弯曲使得对流单体组织成带状结构,形成飑线。(2)飑线成熟时期高层水平涡度表现为统一大范围气旋式涡旋结构,低层则呈现典型的S型弯曲结构,水平涡度x方向的分量沿对流带从南至北表现为正负正,y方向的分量始终为正,并由对流带的中心向两侧减小,显示出水平涡度矢量旋转的方向对飑线影响的重要性。(3)由垂直涡度方程的分析得出,在飑线发展中期,MCV形成前,雷达反射率回波在500 hPa左右表现出明显的旋转,此时主要与500 hPa以上强的正涡度水平平流项及中层倾侧项和水平散度项有关,之后,在这几项的作用下使得中层风场产生气旋式旋转,形成MCV。      

广东高空槽后暴雨的多尺度天气特征及概念模型

2010年5月6—7日广东出现了罕见的高空槽后大暴雨过程。利用华南区域气象观测站、加密自动站和NCEP分析资料等,从大尺度环流背景、天气系统特征和雷达回波特征等方面进行分析,并利用局地经向环流模式和尺度分析技术诊断探讨其可能形成机制。结果表明,南亚高压西移配合高空急流北退为大暴雨的发生提供高层辐散条件。在前倾槽形势下(500 hPa高空槽移出广东、低层切变线和地面冷锋仍在南岭附近),低层暖湿不稳定配合高空槽后干冷空气的下传,对广东上空不稳定能量释放起到增强作用,强降水主要发生在锋区南侧。数值诊断结果进一步表明,激发暴雨过程的主要物理因子为潜热加热和温度平流。潜热加热是暴雨的正贡献和反馈最直接因子,而北方冷空气一方面通过温度平流直接激发广东地区的上升运动,同时通过促进水汽辐合抬升区南移并释放潜热,是暴雨过程的重要触发机制。此外,空间滤波分析表明,弱冷空气越过南岭后扩散南下和形成的中小尺度天气系统对强降水落区和增幅起关键作用,暴雨业务预报对此类弱冷空气在地形作用下扩散南下的影响需要更加关注。     

经向基流和地形对惯性重力波的影响

采用分层浅水波方程组和ＷＫＢ方法，分别讨论了经向基流的垂直切变和南北走向的地形对二维惯性重力波的移速，稳定性以及发展的影响。     

西北太平洋热带气旋迅速增强特征及其影响因子

选取西北太平洋上热带气旋(TC)24小时风速变化累积频率达95%所对应的15.4 m/s作为迅速增强(RI)的标准,研究了RI个例的基本特征以及TC自身特征因子与环境因子对RI的作用。结果表明,TC迅速增强过程的持续时间平均为33小时,最长可达78小时,并且TC经过迅速增强过程几乎都达到了台风级别以上,其中,一半以上达到了强台风级别以上。对比迅速增强(RI)和非迅速增强(non-RI)个例得到,RI个例相对于non-RI个例发生区域偏南偏东,两者的移动速度没有明显差异,但RI个例有较大向西移动分量并且前12小时增强较大;相对于non-RI个例,RI个例离最大潜在强度较远并且发生在较暖水区和55%～75%的低层相对湿度的条件下;RI个例发生在较小的垂直风切变和较弱的对流层上层东风气流情况下,由上层槽或冷低压引起的强迫弱于平均状况时RI较易发生。TC前12小时强度变化(DVMX)、海表面温度(SST)和垂直风切变(SHR)是影响迅速增强的主要因子,当DVMX≥6.3 m/s时RI发生的可能性最大,达到17.2%。当有若干个影响因子共同起作用时发生RI可能性显著增加,其中以较大的前12小时强度变化(DVMX≥6.3 m/s)、较高的海表面温度(SST≥29.4℃)、较弱的垂直风切变(SHR≤5.9 m/s)、较小的相对涡旋角动量通量辐合(REFC≤-1.6 m/(s.d))、偏东经度(LON≥138.2°E)和低纬度(LAT≤16.7°N)共同作用时,RI发生的可能性达到最大,可达66.7%。