局地环流与大气边界层湍流相互作用的数值研究

本文建立了一个二维定常大气中尺度数值模式，并用该模式讨论了由下垫面粗糙分布非均匀（局地动力强迫）和温度分布非均匀（局地热力强迫）而产生的局地大气环流与大气边界层湍流的相互作用。结果指出：下垫面存在温度分布非均匀时运动方程中的湍流交换项与水平气压梯项一样可促使局地热力环境的形成，由粗糙度分布非均匀强迫产生的局地环流与由下垫面温度分布非均匀强迫产和的局地热力环流间的非线笥相互作用是通过湍流交换实现的。     

“94.7”华南特大洪涝灾害的中尺度暴雨分析

对造成“94．7”华南特大洪涝灾害的暴雨过程的一些中尺度系统、中尺度雨团的活动、中尺度暴雨云团的发生发展进行分析，利用非平衡强迫的诊断结果对此次暴雨天气的成因及落区作了初步的研究，揭示了大气的非平衡动力强迫在这次中尺度暴雨降水过程中的作用。     

“94.7”华南特大洪涝灾害的中尺度暴雨分析

对造成“９４．７”华南特大洪涝灾害的暴雨过程的一些中尺度系统，中尺度雨团的活动、中尺度暴雨云团的发生发展进行分析，利用非平衡强迫的诊断结果对此暴雨天气的成因及落区作了初步的研究，揭示了大气的非平衡动力强迫在这次中尺度暴雨降水过程中的作用。     

MCC和一般暴雨云团发生发展的物理条件差异

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和GMS红外辐射亮温（TBB）资料，研究了2002年6月22日的中尺度对流复合体（MCC）和7月23日的一般暴雨云团两者之间发生发展的环境场差异。结果表明，MCC发生在较弱的斜压环境里，对流层低层有明显的天气系统如切变线、中尺度低涡，中层可以没有低压槽参与，高层则出现在反气旋环流里。普通暴雨云团低层的影响天气系统和MCC类似，但中层往往和槽线相联系，高层则出现在急流入口区右侧。MCC对高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更高，如要求高能舌范围更广、更深厚，对流不稳定区范围更大。MCC的动力强迫主要在低层，和较大的θ_se梯度联系密切，而一般暴雨云团的高空槽强迫作用显得更重要。     

大气层结对青藏高原近地层湍流特征的影响

本文利用1986年夏季青藏高原试验（TIPMEX-86）期间获取的资料，计算分析了该年6月和7月拉萨和那曲近地层摩擦速度u*、特征温度θ*、Monin-Obukhov长度L及理查逊数Ri在不同大气层结及不同高度的分布特征。分析结果表明:不同大气层结下，湍流运动形式是不同的，湍流热力场的变化远远大于湍流动力场。就空间变化而言，θ*随高度变化较大，而u*的变化较小。对大气层结而言，在稳定条件下，u*、θ*随高度变化较大；在不稳定条件下，θ*、u*随高度变化较小。在不稳定层结相近的状况下，高原开阔草地上的各种湍流参数，接近或大于北京城郊非均匀地形的数值，而在很稳定的层结下，则高原的参数值小于北京。     

非平衡强迫数值诊断在暴雨预报中的初步进展

根据大气内部非平衡强迫是激发暴雨天气的动力机制的观点，利用１９９４年５至６月的逐日实时观测资料，计算分析了非平衡强迫与中尺度天气系统发展及其暴雨天气发生的关系，结果表明：非平衡强迫的数值诊断对暴雨分析预报具有积极意义，尤其是对区域性暴雨的落区，预示性较好。     

梅雨涡旋与环境场动能的相互作用

在过渡湍流理论基础上建立二维非局地闭合模式，并用所建模式研究沿海地区中尺度海陆风环流和内国界层结构，得到了合理的平均场和湍流场。     

暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究

本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明,雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果;一些新的物理量,如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时,波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。     

沙漠地区沙尘天气近地层湍流输送特征分析

利用1996－04－20－50－10在内蒙古自治区吉兰泰气象站以及1997－04－05－27在内蒙古自治区阿拉善右旗气象站观测到的风，温，湿廓线资料，应用空气动力学方法，计算了每天各观测时次的流动量通量，湍流感热通量和湍流潜热通量，并且比较分析了荒漠下垫面不同沙尘天气状况下的湍流动量通量，感热通量和潜热通量的日变化。结果表明，在沙漠地区春季无降水天气状况下，晴空条件下，白天热力湍流基于动力湍流，在近地层最重要的物质交换是湍流感热交换，浮尘天气条件下，近地层湍流输送较晴空天气条件下弱；扬沙天气条件下，近地层湍流感热交换和湍流动力量流感热通量的峰值大于交换，并且湍流动量通量的峰值较晴空峰值大将近一个量级，湍流感热通量的峰值大于浮尘天气峰值，但小于晴空条件下峰值，沙尘暴天气条件下，湍流动量通量和感热通量一样都是最重要的湍流交换，湍流交换强于扬沙天气，强的感热对沙漠地局地性沙尘暴的产生和加强起着重要作用。     

一次西南低涡特大暴雨过程的中尺度特征分析

针对西南低涡诱发的2007年7月9日川南特大暴雨个例,采用Barnes带通滤波和非平衡动力强迫的中尺度特征分析方法,对特大暴雨过程中西南低涡内的中尺度系统活动特征进行分析.结果得出:特大暴雨过程中西南低涡内存在着一个向西南倾斜的、深厚的中-β尺度低涡,具有低层辐合、高层辐散的暴雨典型垂直结构.在特大暴雨天气过程中对流层中低层中尺度辐合和高层中尺度辐散呈现出一种先逐渐加强然后逐渐减弱的演变规律,并且特大暴雨区逐渐向中尺度低涡中心靠近.在特大暴雨发生的初始阶段,西南低涡内的大气运动已处于较强的非平衡状态,且越临近特大暴雨发生,低层U相似文献   

Intermittent turbulence in measurements of the temperature structure parameter under very stable conditions

C _T ²measurements taken over a desert in stable conditions indicate that the atmosphere remains intermittently turbulent for Ri numbers as high as 10. This is in contrast to previous results which suggest that the atmosphere is essentially nonturbulent for Ri > 2. These measurements also indicate that time-averaged C _T ²measurements do not scale with the time-averaged mean Ri number in very stable conditions. However, the standard deviation of log₁₀ C _T ²does appear to scale with Ri.     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

一次山东半岛强降雪过程的天气学分析

利用天气学方法对2003年1月3—5日山东半岛北部地区的一次强降雪过程进行了分析。结果表明：强降雪发生前，山东半岛北部地区低层大气湿度增大；在有利的大尺度环流条件下，受暖海面的热力作用和地形抬升作用，产生中尺度海岸锋，中尺度海岸锋造成局地降雪的增强。     

Counter-current and channelling effect under stable stratification in the area of Karlsruhe

Summary The topic of this study is the investigation of channelling of the airflow and the so-called counter-current within the area of Karlsruhe. These phenomena of a strong turning of the wind direction with respect to the height generally develop under conditions of stable stratification and are of great importance in air pollution modelling.First a case study of a channelling event with data from the 200 m high IMK-tower is analysed in detail. During this channelling event a deviation angle, i.e. a difference of the wind direction between the upper (200 m) and lower levels (40 m) of about 100° exists.In the second part, the data collected at the IMK-tower over a period of 16 years are used to evaluate from the climatological point of view the frequency of channelling events in conjunction with the meteorological conditions. Concerning the deviation angle it can be found that there is an increase of the mean deviation angle at the transition from unstable stratification to stable stratification, but only a slight dependence on the degree of stable stratification. In contrast a considerable dependence on the wind speed is found, i.e. there is a decrease of the deviation angle with increasing wind speed. The mean deviation angle for a gradient Richardson number Ri < 0 is about 10°, while for Ri > 0 this value increases up to 50°.Finally, numerical simulations are carried out with the meso-scale model KAMM. The simulated deviation angles are in good agreement with the observations. Especially from these simulations the dependence of the deviation angle on the wind speed can be explained.With 19 Figures     

Orographical modification and large scale forcing of a cold front

Summary The development of a cold front influenced by orography and large scale forcing is examined with a two-dimensional meso-scale model. The model is based on the primitive equations and uses the hydrostatic and anelastic approximations. Gradients of the basic flow and temperature field in the third dimension are taken into account during the simulations. Low diffusive numerical schemes and radiation boundary conditions reduce the numerical errors to an acceptable minimum for a two day simulation and avoid reflections at the upper and lateral boundaries. Frontogenetical forcing is included in the simulations by specifying either a vertically sheared or horizontally convergent basic zonal flow field. Model runs with an idealized cold front were carried out over flat terrain and in the presence of a bell shaped mountain ridge.The simulations show a weakening of the cold front on the windward side of the mountain ridge and a strong reintensification on the leeward side relative to the control runs without topography. Analysis of frontogenesis terms demonstrates the importance of convergence in the ageostrophic circulation and of along-front temperature advection for the development of the cold front. The strong intensification of the cold front on the leeward side of the mountain ridge can only partly be explained by superposition with the mountain induced wave. It is mainly caused by ageostrophic deformation forcing in the strong downward flow of this wave.The results also show that the cold front passage over the mountain ridge is not a continuous process. The formation of a new frontal structure on the leeward side of the mountain ridge, well separated from the primary one, is observed while the initial cold front still exists in the upslope region. Generally nonlinear interactions between the mountain wave and the cold front are the important mechanisms to explain these phenomena.With 18 Figures     

1989.07.21大暴雨的诊断分析与数值试验

对1989年7月20—21日内蒙古中西部的大暴雨,进行了诊断分析和数值试验。分析表明,南亚高压东北移在该地区对流层上部形成强辐散流场;西来短波槽诱发切变线北抬,使暖湿空气与干冷空气在该区上空交绥,扰动不稳定发展;暴雨落区与辐合线关系密切。数值试验表明,地形的动力作用和热力作用,是产生地面辐合的主要原因之一。     

北京奥运会开幕式期间的中尺度天气系统研究

利用北京地区稠密的地面观测网资料以及北京市观象台、海淀、上甸子3部风廓线仪的观测资料,通过分析2008年8月8日北京奥运会开幕式期间发生在北京地区的降水过程,讨论了此次过程中在环境风场、地形和城市热岛作用下,中尺度系统发展或减弱的可能机制及对城区降水的影响。结果表明:城市热岛和地形作用形成的次级环流圈对城区南北两侧的影响不同,在城区南侧,次级环流圈使南风减弱,同时受次级环流圈下沉气流影响,中尺度系统北上时会减弱;在城区北侧,次级环流圈使南风加强,中尺度系统南下时会使气流辐合增强,有利于中尺度系统发展。当环境风场是较弱的偏南风时,城市热岛-地形次级环流圈在城区1500 m以下形成辐合,以上辐散,在3000 m左右辐散最强,不利于北上的中尺度系统向城区发展形成降水。     

Richardson Number in a Moist Atmosphere and Its Application in the Analysis of Heavy Rainfall Events

To better describe the stability of a moist atmosphere,a new Richardson number,the Richardson number in a non-uniformly saturated moist atmosphere(Ri~*),is defined in this paper.Ri~* is the same as the Richardson number(Ri) except that the generalized potential temperature introduced by Gao et al.in 2004 is used to calculate the Brunt-Vaisala frequency.Then,with outputs from simulations of two heavy rainfall events,Ri~* is applied to diagnosing instabilities of rainfall areas.The results show that convec...     

ON THE DYNAMICS OF SUBTROPICAL UPPER-TROPOSPHERIC QUASI-STATIONARY VORTICES IN NORTHERN SUMMER

In this paper the dynamic mechanism of the subtropical quasi-stationary vortices in the upper troposphere,such as the southern Asia high and the mid-oceanic troughs,are studied with a highly truncated spectral model,in which the thermal forcing and the nonlinear interaction between wave and zonal components,as well asthe basic zonal flow changing with latitudes are incorporated.The results show a stable equilibrium statewith an upper level fiow field similar to the observed subtropical systems.It is found that the thermal forc-ing has some important controlling effects on these planetary-scale vortices.     

副热带对流层高层夏季准定常涡旋系统动力成因的初步探讨

本文采用一个高截断的斜压谱模式、探讨了在热力强迫作用下副热带夏季对流层高层准定常涡旋系统形成和维持的动力机制。模式中考虑了纬向不对称的热力强迫作用,带状流与波动分量之间的非线性相互作用以及随纬度而变的基本气流的共同影响,所得到的一类稳定平衡态的高层流场特征说明了上述准定常涡旋系统的一些主要特点,并进而讨论了热力强迫的控制作用等问题。