青藏高原东部暴雨的中尺度有效位能收支分析（英文）

针对2018年7月10-11日青藏高原东部一次暴雨过程,利用模式模拟资料分析了有效位能分布特征,成因及其对降水发展演变的影响.结果表明,有效位能主要分布在对流层低层4km以下和高层8-14km,高层有效位能和降水有更好的对应性西北冷平流和降水粒子下落的蒸发作用是低层有效位能高值中心的主要成因,而降水过程释放潜热带来的热力扰动叠加高原大地形造成的位温扰动是导致高层有效位能高值的主要原因.有效位能收支分析表明,有效位能的通量输送项以及与动能间的转换项是主要源汇项.低层有效位能的经向通量输送和动能向有效位能的转化补给了有效位能的耗散;高层有效位能向垂直动能转化增强垂直运动是促进降水发展演变的主要因素.高层有效位能与垂直运动之间的正反馈过程使得两者相关性较强;低层较长时间内均存在垂直动能向有效位能的转化,削弱了垂直运动,而西北冷平流使得低层有效位能有增强的趋势,因此二者相关性较弱.     

1323号强台风菲特登陆后迅速衰亡的原因分析

利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料和NECP-FNL 1°×1°格点资料,分析了1323号强台风菲特(Fitow)登陆过程中环境条件、水汽和动能收支及其结构变化特征,研究其登陆后迅速消亡的原因。结果表明,"菲特"的消亡过程涉及与中纬度高空槽及另一台风的相互作用。登陆前,"菲特"从中纬度高空槽的相互作用中获得斜压位能,并从与另一台风丹娜丝(Danas)之间的偏东风低空急流中获得水汽输送,同时,高、低空急流的有利配置及较小的环境风垂直切变为其维持和发展提供有利条件。"菲特"登陆后,一方面与台风丹娜丝之间的水汽通道断裂失去潜热能的供应,另一方面冷空气侵入到台风中心,台风动能转化为斜压位能,同时高、低空风场配置加大其环境风的垂直切变,台风失去其结构特征而迅速消亡。     

南海夏季风建立前后的大气能量收支

本文用总动能、总有效位能、扰动动能和扰动有效位能四个收支方程计算了1980年4-6月南海南部(0-15°N,100-120°E)夏季风建立前(4月1日-5月9日)和夏季风建立后(5月18日-6月25日)各时段的大气能量收支,并对其结果进行了分析讨论,发现:(1)总动能主要是在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间达到平衡,夏季风建立后源汇强度值都增大了40%左右。(2)非绝热加热所直接制造的有效位能并不重要,高层总有效位能的水平通量辐合、中低层与总动能间的转换和由于参考气压的变化而引起总有效位能的增减对于总有效位能的收支作用较大,其作用在夏季风建立前后也明显不同。(3)扰动动能同总动能一样主要在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间平衡。夏季风建立后源汇强度增强。(4)扰动有效位能主要由非绝热加热制造,夏季风建立后制造量增大了16倍多。夏季风建立前,扰动有效位能主要因参考气压的改变而减少;夏季风建立后,扰动有效位能主要被转换为扰动动能和平均有效位能。      

登陆台风维持和暴雨增幅实例的能量学分析

对登陆后迅速消亡的８１１６号台风和登陆后长期维持不消的８４０７号台风的动能平衡作对比分析，结果表明：对流层上部动能水平通量辐散和穿越等压线的运动使８１１６号台风迅速消亡，其中以正压过程为主；８４０７号台风则从环境大气输入动能和位能，这可能是台风暖性低压长久不消的重要原因。最后讨论了台风动能水平通量辐散与外围暴雨增幅的关系。     

台湾地形诱生中尺度系统对台风Meranti(1010)迅速加强影响的数值研究

台风Meranti（1010）北上进入台湾海峡过程中迅速加强,登陆时达到其最大强度。利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°资料及中尺度数值模式WRF,诊断分析台湾地形诱生的中尺度系统对台风Meranti迅速加强的影响。研究发现,Meranti在进入海峡过程中,台湾地形在台湾海峡内诱生出中尺度涡旋,激发中尺度扰动波列,加强台风环流内的垂直运动。台风水汽、热量的收支诊断表明,强烈的上升运动使热量和水汽向上输送,加强台风内的积云对流和潜热释放,使其强度增强。计算台湾地形诱生中尺度系统与台风间的动能交换发现,中尺度系统通过加强垂直运动向台风中高层输送涡动动能,使中尺度系统动能向台风动能转换,为Meranti的迅速加强提供能源。敏感性试验表明,如果台湾地形不存在,中尺度系统消失,台风的水汽、热量的向上输送和积云对流明显减弱,Meranti则不能达到迅速加强标准。     

2004年冬季风期间一次强寒潮过程的能量收支研究

利用1°(纬度)×1°(经度)的NCEP再分析资料和常规站点观测资料对2004年12月28～31日的一次强寒潮、冷涌过程作了研究,研究结果表明:(1)此次强寒潮事件在我国南海引发了强烈的冷涌,该支冷涌一直向南越过赤道影响南半球.大尺度环境场有利于此次寒潮、冷涌事件的爆发,本次寒潮属于“横槽转竖型”,其中200 hPa的西风带大槽经历了一次调整,500hPa经历了一次明显的横槽转竖过程,对流层低层蒙古高压稳定维持,其东侧的偏北大风是冷空气南下的有利条件.(2)此次寒潮大风区内的动能制造以正压动能制造和斜压动能制造为主,寒潮爆发初期,以正压制造过程为主,此后,由于有效位能释放的作用增强,斜压制造过程与正压制造强度相当,大风区随着动能制造的增强而增强;当斜压、正压动能制造均减弱,大风区亦随之减弱.(3)有效位能收支表明,整层有效位能的释放与大风区相对应,有效位能的释放有利于寒潮、冷涌的维持.寒潮大风区内,对流层高层受有效位能释放的影响最大,有效位能和风能可以互相转换;对流层中层所受的影响最小,且以风能向有效位能转换为主;对流层低层则以有效位能向动能转化为主,十分有利于低层风速的增大和维持.     

一种对资源不稳定性敏感的EASY-backfill算法

利用合成技术对1995—2006年冬季（11月—次年2月）生成在西北太平洋上的34个热带气旋（tropicalcyclone,TC）个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明：冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为＂热带低压型扰动＂,为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

冬季西北太平洋热带气旋的生成与热带东风扰动的关系

利用合成技术对1995—2006年冬季(11月—次年2月)生成在西北太平洋上的34个热带气旋(tropicalcyclone,TC)个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明:冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为"热带低压型扰动",为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

登陆台风的能量学分析

本文对一个登陆我国的台风以及它与西风带相互作用的过程进行了能量学分析。计算了动能平衡和有效位能。结果表明:(1)台风在登陆后的减弱过程中,与环境大气的动能交换较小,可以把这个台风看作是一个动能的“准封闭系统”。(2)在登陆台风减弱过程的不同阶段,热力和动力作用很不相同。刚登陆时,伴随着大暴雨,积云对流群是台风的重要动能源。对流层上部穿越等压线的运动是台风减弱的重要原因。其中以正压过程为主。台风与西风带系统相互作用后的动能平衡与温带气旋类似。斜压过程的动能产生率增加,摩擦在台风衰减过程中起重要作用。(3)在台风附近有大量的有效位能释放。通过台风系统的边界有大量位能注入环境大气。而在台风倒槽里新生的气旋,则从环境大气中得到位能。这种过程可能是台风与周围环境相互作用的一种主要方式。     

华北盛夏台风低压暴雨的能量分析

利用辐散风和旋转风动能平衡方程,分析了1996年8月3日至5日由浙江沿海登陆北上的台风与西风带系统相互作用产生的暴雨过程．计算并分析了暴雨增幅时台风低压扰动区域内平均的动能收支和转换特征,揭示了台风低压维持的机制及其与外围暴雨增幅之间的关系,得到的结论可供制作北上台风及其暴雨预报时参考。     

湿有效位能及其在暴雨分析和预报中的应用

有效位能是大气能量学中很重要的创见之一。早在本世纪初,马古拉斯(M.Margules)讨论气旋发展的能源时就已提出(当时称为有效动能)。可惜的是,其后半个世纪,虽有人继续研究这个问题,但进展不大。本世纪五十年代,洛伦兹(E.N.Lorenz)在上述研究的基础上,重新提出有效位能的概念及其表达式,并用于大气环流的研究。继洛伦兹之后,达顿(J.A.Dutton)与约翰逊(D.R.Johnson)以及范米根(Van Mieghen J.)进行了更全面、更系统、更严谨的讨论。 六十年代末,史密斯(Smith P.J.)提出有限区域有效位能及其收支方程后,把有效位能概念及其收支方程用于天气分析研究者日益增多。 大气中的水汽对天气变化有很大影响,在天气分     

北部湾热带低压发展成台风的结构演变和动能收支的诊断分析

本文对1985年8月下旬北部湾热带低压发展为台风的演变过程作了诊断分析。发现在台风的生成和加强的过程中,涡旋动能出现显著的加强和向下转移,最大涡度层和无辐散层明显下降.与此同时,暖心结构也逐步形成。这一过程与低层西南季风的增强北进,卷入台风环流中的过程密切相关。涡旋动能收支的计算表明,低压由于处在强的水平切变和垂直切变基流中,风场和温度场的不对称和暖心结构的形成,使台风获得正压和斜压不稳定能量,加之以积云对流为代表的次网格过程向涡旋运动输送能量,从而使低压发展为台风。台风的衰亡是由于登陆后低层偏冷气流的入侵和下部暖心结构的破坏,使台风只有纬向平均气流取得能量,不足以补偿摩擦耗散和位能通量的辐散,因而减弱为低压的。      

华南登陆台风“榴莲”的能量分析

对 0 1 0 3号台风 (榴莲 )造成华南西南部特大暴雨的过程进行了高分辨数值模拟 ,在模拟结果与实况较为一致的基础上 ,利用辐散风和旋转风动能平衡方程分析低压区域内的动能收支和转换特征 ,揭示华南登陆台风低压衰减过程的能量演变特征及其与暴雨增幅关系     

近海台风结构和能量平衡的对比研究

本文以8006和8309两个台风为例，分析了近海台风的结构，指出其重要特点是运动场和热力场的显著不对称和只有弱的暖心。本文还着重对它们在近海及登陆后的总动能和涡动动能收支及加热场情况，进行了对比诊断研究。指出近海台风的不对称结构中，隐含着消亡机制，这是由于不对称的暖区和上升区都偏离台风中心且不相一致，使台风区有效位能向动能转换的过程很弱甚至反向。另外，如台风登陆后继续维持热带系统特点，未能迅速将主要能源由潜热释放转变为斜压过程，也易迅速消亡。在加热场方面，登陆后迅速减弱的台风，最大加热强度较大，其所在层次也较高。     

8807号登陆台风的数值研究：内核结构及能量水汽收支

使用PSU/NCAR研制的非静力中尺度模式MM5对登陆后维持较久的典型个例8807号台风(Bill)进行了数值模拟。模拟采用了网格距分别为18和6 km的两重双向嵌套网格。通过给定初始涡旋和选择合适的物理过程,模式不仅比较好地模拟了Bill的强度变化过程,而且再现了风暴的移动轨迹,对降水量的模拟也相当成功。文中利用细网格的模拟结果,分析台风登陆前后的内核结构特征和能量水汽收支,揭示Bill登陆后维持较久的可能原因。分析表明,Bill台风登陆后出现了中低层的稳定度特别是湿稳定度显著加大、表面热通量和水汽通量明显减小、摩擦耗散的动能显著增加等不利于台风维持的特征。但是台风登陆后眼墙结构长时间维持,在登陆初欺眼墙区的上升气流乃至较登陆前更强;台风登陆后通过低层辐合获得了大量水汽,眼墙区强劲的上升运动将低层辐合的水汽向中上层输送,在眼墙附近凝结产生大量的非绝热加热;非绝热加热不仅增暖气柱、增加位能还影响位能向动能的转换,虽然台风登陆后陆面摩擦显著加大,但气压梯度力所做的正功足以补偿摩擦耗散的动能,因而Bill能在登陆后长时间维持。     

一次登陆北上热带气旋不连续北跳的成因分析

利用常规及加密观测资料,对９７１１号台风倒槽及诱生低压的发生发展进行了诊断分析,探讨了登陆北上热带气旋不连续北跳的成因。指出：热带气旋中心逼近山东时,高空西风槽前正涡度平流和低空东南急流前部暖平流同时榆送到山东上空,以及积云以对流潜热反馈和背风坡地形的共同影响,引起鲁中风区北侧地面气压持续下降,是造成诱生低压发生发展和热带气旋中心连续北跳的主要原因。     

东北低压爆发性发展过程的诊断分析

本文对一次东北低压的快速强烈发展过程做了扰动动能、扰动有效位能及涡度收支平衡分析。结果表明:1.气旋爆发性发展前后,扰动动能的产生项变化剧烈,是主要的扰动动能源。气旋爆发性发展前期,以斜压过程为主,而在爆发期,由正压过程制造的扰动动能也有大量增加,同样是不可忽视的,且这时扰动动能通过系统边界与外界的交换很小。2.扰动有效位能在气旋强烈发展前有大幅度增长,由潜热释放造成的扰动有效位能的产生数值很小,平均有效位能向扰动有效位能的转换是扰动有效位能的主要来源。3.在气旋的爆发期,对流层中层及上层的涡度变化最为显著,涡度平衡中,散度项对对流层中下层正涡度的增长贡献最大,而网格尺度及次网格尺度的垂直输送项和涡度平流项对中上层正涡度的迅速增加有着重要意义。     

一个孟加拉湾低压动能收支的研究

本文用1979年夏季风试验时期(MONEX)得到的专门观测资料计算了孟加拉湾地区一个季风低压的能量收支,得到(1)无辐散风动能制造项是低压的主要动能制造项。在整个低压生命期,平均无辐散风动能制造为7.40瓦/米2,辐散风动能制造为0.67瓦/米2。这表明正压能量制造过程的重要性;(2)对于扰动动能收支,斜压能量转换和正压能量转换都有重要作用。另外通过边界通量,低压总是从环境得到扰动动能的。      

有限区域湿有效能量的层结、斜压、正压分量及其收支方程

本文探讨了将湿有效能量分解成层结、斜压、正压分量的方法,并讨论了它们的收支方程式.其中层结分量与实际大气中对流不稳定有较好的对应关系,但在干有效位能中分解不出这一项.在斜压、正压分量的收支方程中,除附加项外都与干有效位能的方程类似.由三个分量的收支方程看出,湿有效能量向动能的转换只可能发生在层结不稳定或(与)有斜压存在的大气中.这与天气分析经验以及经典的马古列斯(M.Margules)模式是一致的.     

德州地区“84.8”暴雨的湿有效位能分析

1984年8月9日傍晚至10日上午,德州地区由于受在福建罗源县登陆北上的8407号台风低压影响,全区出现了暴雨——大暴雨,部分地区出现了特大暴雨。本文应用湿有效位能对这次暴雨进行分析,为以后这类暴雨的预报提供依据。一、湿有效位能分布特征及其演变 1.Amk垂直分布特征对德州地区出现暴雨前10小时,作8月9日08时Amk剖面见图一,济南附近上空Amk等值