冷锋雨带中湿物理过程与非绝热锋生的相互作用

利用包含冰相微物理过程参数化方案的三维非静力中尺度／云模式（ARPS）模拟了与冷锋有关的冷锋雨带（NCFR）结构，着重分析了锋面云系发展演变的主要特征。模拟结果表明，锋面云系是由位于锋面前沿处的锋面次级环流的上升运动激发的；锋面强度与冷锋云（雨）带中的潜热释放之间的正反馈引起的持续非绝热锋生是锋面以及冷锋雨带得以长时间维持的主要物理机制。进一步分析表明，锋区两侧位温梯度的增加是与沿着冷锋表面的倾斜上升运动引起的云水及水汽的再分布密切相关的，即在冷气团中由云水蒸发发冷却形成冷池，而在暖气团中由水汽凝结以及雨滴冻结等形成暖池，这种冷／暖池在冷／暖气团上的叠加是引起非绝热锋生的关键。     

多尺度天气分析理论和应用Ⅱ:锋面和气旋的形成机制

利用多尺度天气分析理论,研究了锋面和气旋的形成机制.结果表明,冷、暖气团是由不同性质的亚微团在环境力的作用下向不同方向运动而形成的,而它们的交界面就是锋面.急流附近强动能梯度力能促进微团的分离,因此锋面与急流有很好的对应关系.另外,低空急流附近存在上干冷下暖湿的稳定气流,原因在于急流之上的能量梯度力与重力的方向相反,导致该区域微团所受到的作用力为零,形成稳定的结构.但当微团运动到急流出口处时,这种平衡不再存在,暖湿微团向上运动而干冷微团向下运动,形成剧烈的天气变化.地球自转所形成的离心力使得轻微团产生向北、向上的运动分量,导致极锋向北倾斜.气旋的形成同样是由亚微刚的分离而产生的.当轻微团离开微团,在绝对环境涡度场的作用下将发生旋转,旋转的方向与初始涡度的方向一致,在北半球地转涡度的垂直分量向上,为逆时针旋转,南半球为顺时针旋转.在气旋的形成过程中,轻亚微团在气压梯度力场和绝对涡度力的作用下呈现螺旋运动,是气旋系统普遍存在螺旋云带和雨带的原因.水汽是气旋在形成和加强过程中的基本能源,由于发生地的不同,温带气旋和台风在水汽输送方式上亦有差别:温带气旋主要依靠低空暖输送带进行水汽输送;台风因为发生在热带海洋,水汽充沛,各个层次都有水汽供应.气旋运动主要受三个力的制约:环境气压梯度场力、绝对涡度场力和环境涡度力,这三个力的作用导致台风在沿副热带高压边缘运动的同时,还存在蛇形路径和打转运动.     

气象变化与人体健康

“气象变化”与感冒医疗气象学家研究证实 ,感冒与气象要素的变化关系最大。例如 ,感冒发生的机率与一天中的平均气温有关系 ,且与一天中气温的日较差 (即最高气温与最低气温的差值 )关系更大。临床实践也表明 ,每每发生一次“天气突变” ,感冒的人数常常也就随之突增。“天气突变”主要表现在气温、气压、降水、风、湿度等气象要素的剧烈变化上 ,一般都是由“锋面”天气系统带来的 (“锋面” ,即冷气团和暖气团的交界面 ) ,尤其是冬春季 ,北方冷空气不时南下 ,锋面活动更为频繁 ,常常诱发人体感冒或出现其它病症。 1 994年冬季 ,凡锋面通过…     

论冷锋锋区中的气压梯度

在锋面过境,特别是冷锋过境时,风速往往加大,有时可达30米/秒以上。在苏联陆地上观测到的飑有91％产生于锋面,其中74％产生于冷锋。可以认为,这种风速的加大,其原因之一,是由于在狭窄锋区(宽度为几十公里)内气压梯度的增大所致。为了估计锋区气压梯度的大小,需要有一个详细的环流图,以便对锋区气压场进行精确的分析。本文基于下述设想,试图说明冷锋狭窄区域内     

第二讲:锋生

在天气学发展的最初阶段,一些先进的国家开始绘制小范围的地面天气图,并用简单的外推法来预测气压系统的移动进而预报天气。本世纪20年代前后,挪威学者比耶克尼斯等人利用欧洲观测网,以温度场为基本特征,提出了气团和锋面的概念。他们认为,天气的发生主要集中在一个气团的不连续面上,即冷暖气团的交界处。运用这些概念从天     

复杂地形强降雪过程中垂直运动诊断分析

利用WRF模式对2018年11月30日伊犁河谷和天山北坡强降雪过程进行数值模拟,并分析复杂地形强降雪过程垂直速度和垂直动能变化机制。研究表明,冷锋过境造成地表气压升高,干空气气柱质量增大,从而导致垂直气压梯度力和干空气气柱浮力发生变化,进而引起垂直运动发生发展。垂直速度局地时间变化主要取决于扰动垂直气压梯度力、水物质拖曳力和扰动干空气浮力。在天山北坡,气流过山时,迎风坡的扰动垂直气压梯度力较大,扰动干空气浮力较小,二者合力促进上升运动;在背风坡,扰动垂直气压梯度力和扰动空气浮力形成向下的合力,产生下沉加速度,导致背风坡下沉大风。扰动垂直气压梯度力做功和扰动干空气浮力做功情况基本相反,背风坡扰动垂直气压梯度力和综合强迫做功项抑制垂直动能,扰动干空气浮力和水物质拖曳力做功项增强垂直动能。此外,扰动垂直气压梯度力和扰动干空气浮力做功项主要出现在中低层,水物质拖曳力做功项主要位于低层,平缓地形处的综合强迫做功明显小于地形复杂处。     

华北春季一次后门冷锋过程及其相关中尺度对流系统的演变特征

2018年4月21日华北南部发生了一次主观预报量级偏小的大范围春季暴雨,利用多种高时空分辨率观测资料、欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析数据以及高分辨率数值模拟,对引发暴雨的大尺度和中尺度天气过程以及造成暴雨的中尺度对流系统的演变过程进行研究。发现后门冷锋是造成该次暴雨的大尺度天气系统。受太行山脉影响,锋面由西段南北方向和东段东西方向的两段组成,冷空气集中于1.5 km以下,伴随锋面后部东北风的增强,锋面南移、太行山东侧冷空气堆增高、强度增大;暴雨由与锋面有关的中尺度对流系统造成,中尺度对流系统形成和维持发生于后门冷锋附近且伴随锋生过程,位于沿后门冷锋爬升的暖空气前部水平风速辐合中心,其快速发展和对流中心的南移伴随锋面后部东北风增强所带来的锋面南移、冷空气堆增高;基于高分辨率数值模拟的动量收支计算表明,有利于中尺度对流系统中对流中心产生的上升运动主要由垂直气压梯度力和浮力项的合力项贡献,该合力项的大值区分布于沿锋面爬升的暖湿气流前沿具有较大的水平相当位温梯度区附近,这解释了伴随锋面增强南移的中尺度对流系统发展、对流中心南移这一现象。以上结果揭示了导致华北春季暴雨的这次后门冷锋和中尺度...     

P-σ坐标系数值模式中气压梯度力的递推算法

在静力关系成立的条件下,推导出气压梯度力的递推算法,用以计算有地形P-σ坐标系模式中的气压梯度力.将递推算法与对应的6种直接计算方案相比后发现,在有气压梯度力的参考大气中,递推算法的计算精度相对于直接计算方案的精度有较大改进,特别是采用递推后的两种经典修正格式和Corby格式,能较大提高水平气压梯度力的计算精度,从而改善数值模式的预报效果和稳定性.     

两次昆明准静止锋的对比分析

利用EAR5再分析气象数据,分析了两次昆明准静止锋天气过程的高低空环流形势、锋面结构、锋面位置、以及相关要素场等基本特征及其异同。结果表明：中高纬度地区阻塞形势的存在是昆明准静止锋形成的背景环流。当冷暖气团均强且势均力敌时,更有利于锋面的维持;冷空气较强时,锋面会向西移动,越过云贵高原地形的阻挡;反之,锋面则会向东移动。当锋面维持在高原地形东侧时,冷空气被地形阻挡时,锋面的移动缓慢,此时锋区最为明显。当锋面维持在地形东侧时,风场的最大水平切变、温度的最大水平梯度和相当位温的密集区,描述的锋面位置几乎相同。两次过程寒潮爆发时冷空气均只能维持到700hPa附近,且水平风场也均为600hPa以下的低空切变,说明昆明准静止锋为浅薄系统。昆明准静止锋与一般冷锋锋后不同,两次个例昆明准静止锋锋后低空为湿区,而锋前水汽是否充足则要看南支槽所处的位置。     

一次典型梅雨锋锋面结构分析

1999年梅雨期在长江中下游维持着一条典型的梅雨锋 ,锋面和梅雨雨带呈东西走向 ,从中国的四川省一直延伸到日本。锋面两侧的温度及湿度对比明显 ,并且其上有数个中间尺度的低涡沿梅雨锋依次向东移动发展 ,在长江中下游造成严重的梅雨暴雨和洪涝。文中分析了 1999年这次典型梅雨锋的锋面结构。结果表明 ,从温度场看 ,由于梅雨区对流和降水的显著发展 ,梅雨锋的低层温度对比几近消失 ,其中上部仍具有典型的上宽下窄的锋面结构 ,锋面随高度向北倾斜。在低层经向温度场呈现复杂的暖 -冷 -暖的结构 ,即北部华北平原为地面感热加热造成的相对较暖的变性极地大陆气团 ,中间为冷空气南下和降水冷却造成的相对较冷的梅雨区 ,南部是相对较暖的热带海洋气团。在这种温度场下 ,由北部低层变性暖气团与梅雨区偏冷空气形成了明显的温度对比区 ,文中定义这个区域为梅雨赤道锋。因而 ,在低层东亚梅雨区的锋区结构由梅雨赤道锋和减弱的梅雨锋构成。在 6 0 0hPa以上前者消失 ,只有单一的极锋型的梅雨锋结构。在此分析的基础上文中给出了东亚梅雨期锋面结构模型图。另外还指出 ,从假相当位温场分析 ,主要表现出梅雨区的深厚对流。降雨引起了高θse带及其南北高θse梯度区 ,其北侧高θse梯度区大致相当于梅雨锋 ,而南侧高θs     

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。     

2次昆明准静止锋的对比分析

利用EAR5再分析气象数据,分析了2次昆明准静止锋天气过程的高低空环流形势、锋面结构、锋面位置、以及相关要素场等基本特征及其异同。结果表明：中高纬度地区阻塞形势的存在是昆明准静止锋形成的背景环流。当冷暖气团均强且势均力敌时,更有利于锋面的维持;冷空气较强时,锋面会向西移动,越过云贵高原地形的阻挡;反之,锋面则会向东移动。当锋面维持在高原地形东侧时,冷空气受地形的阻挡,锋面移动缓慢,锋区最为明显。此时锋面位置位于风场的最大水平切变、温度的最大水平梯度和相当位温的密集区所处的位置。2次过程寒潮爆发时冷空气均只能维持到700 hPa附近,且水平风场也均为600 hPa以下的低空切变,说明昆明准静止锋为浅薄系统。昆明准静止锋与一般冷锋锋后不同,2次个例昆明准静止锋锋后低空为湿区,而锋前水汽是否充足则要看南支槽所处的位置。     

Characteristics of pressure gradient force errors in a terrain-following coordinate

"地形追随坐标系中气压梯度力误差的特征分析"一文通过几何分析和理想实验,对比了地形追随坐标系两种方案(经典方案和协变方案)中气压梯度力(PGF)误差的特征。结果表明:(1)经典方案的PGF误差受"垂直气压梯度","气压梯度的方向(α)","垂直层的坡度(φ)"三者影响,垂直气压梯度越大,气压梯度与水平方向的夹角越大,垂直层坡度越大,误差越大;(2)协变方案的PGF误差不受上述三因子影响。此外,通过定义参数TT(TT=tanφ·tanα)能定量分析经典方案的PGF误差。     

温度初值确定之合理性与气压梯度力项的计算

本文讨论数值试验中两个基本问题:温度初值确定和气压梯度力的计算。首先比较几种利用静力方程差分解求温度初值方案所引起的误差,提出一种把等压面高度场插值与静力方程微分解结合起来求取等σ面温度初值的方法,结果表明用这种方法确定的温度初值及其水平分布和垂直递减率接近实测值。文章又讨论山脉地区气压梯度力计算问题,表明气压梯度力的计算精度不仅与计算方案有关,而且与温度初值有很大的关系。利用本文提出的方案得到的温度初值来计算气压梯度力,误差达到比较满意的精度。     

有地形模式中气压梯度力误差和扣除法的模拟试验

在现有有地形的数值模式中，陡峭地形区气压梯度力的计算存在一个普遍问题，即计算精度较高的格式比较繁琐而费时，简单省时的格式又精确和不稳定，为解决这个问题，作者等在最近提出了一种方法，称为气压梯度力的误差扣除法，该方法假定：气压梯度力的计算误差主要来自地形而与气压形势关系较小，用理想场对该方法进行检验后表明，这一方法是成功的。     

地形跟随坐标下的中尺度模式气压梯度力计算误差分析及其改进方案

地形跟随坐标系中水平气压梯度力的算法一直是困扰数值模式发展的关键问题之一。目前数值模式中使用的方法只能在天气尺度的模式中部分缓解气压梯度力的计算误差问题。在高分辨率中尺度模式中，随着地形坡度的进一步加大，气压梯度力的计算误差问题更加突出。作者通过理想场的计算分析了几种主要气压梯度力算法的误差，结果显示在中尺度模式分辨率下，计算的水平气压梯度力不但不收敛于真值，而且随着地形坡度的加大或模式分辨率的提高，计算误差逐渐增大。作者提出了基于静力方程订正的回插等压面改进方案，理想场的计算结果表明该方案的计算误差可显著减小，在典型中尺度模式参数的设置下计算精度可达10-6m/s2。其最大特点是随着模式分辨率的提高，该方案的计算误差将逐步收敛到零。     

积云对流中扰动压力效应的诊断分析

本文用简单的结构模式分析诊断了扰动压力对积云对流的效应.结果表明:由浮力项、平流项和拖曳力项触发引起的扰动气压垂直梯度力与各对应源项具有同等量级,但与其源项的作用力方向相反.扰动气压梯度力在云的中上部为负力,它抑制了云的生长发展;在云的下部为正力,它使云向上的加速度增大.扰动气压梯度力对深对流的影响要大于对浅对流的影响.在云下部的扰动低压中心位于云边缘附近.浅对流与深对流的量级分别达-0.1— -0.2hPa和-0.2— -0.4hPa.     

马古列斯问题解析

文章从流体力学基本能量方程出发，设计并解析出理想马古列斯问题的锋面模式（Margules′model）。据此讨论了大气环流中冷暖气团运动、能量得失有有效能量转化动能问题：从有效能量角度证明热带暖湿气团是能量源，极地冷气团是能量汇。此外还解答了与此有关的锋面能量和水汽能量转化动能问题。     

非平衡态大气热力学的研究

要挟了建立非平衡态大气热力学的必要怀和迫切性。并在考虑到大气系统是以湍涡为基本单元,具有气压梯度力,重力和Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力的地球大气宏观体系的基础上,直接引入大气动力主程组,建立了非平衡态大气热力学的熵平衡方程。     

新书架

<正>《昆明准静止锋》段旭等著该书介绍了昆明准静止锋的命名和形成,研究了昆明准静止锋结构、锋面位置客观判定和锋面位置与云贵高原地形的关系;统计了锋面频次、位置、强度分布特征,以及冬春季锋面频次异常年海、气特征,统计分析了寒潮、暴雨、大雾和强对流天气与昆明准静止锋的关系。利用锋生函数诊断了昆明准静止锋生消和进退成因。数值模拟了昆明准静止锋进退与地形和冷暖气团之间的关系,并对昆明准静止锋影响