《中尺度大气动力学引论》将出版

中尺度天气系统的研究是气象研究领域的前沿课题。本书是作者———北京大学地球物理系的张玉玲教授根据为研究生讲课的讲义整理编写的。全书共分１１章。前两章扼要介绍了中尺度划分和描述中尺度运动的动力方程组。从某种意义上讲,重力波是中尺度范围内最基本的运动,第３章介绍了重力波的基础知识和大气中具有天气意义的重力波。大气中尺度系统按其成因大致可分为两类：一类是由大气下边界的动力和热力强迫所引起,另一类是大尺度环境诱生的系统。第４章和第５章主要介绍第一类中尺度系统。第６章讨论了背景场可诱发产生中尺度系统的不同…     

近几年中尺度动力学研究进展

近几年,中尺度气象由于在逐日天气预报中的重要作用和在气象灾害预报中的显著贡献,已经成为一个热门的研究课题.中尺度气象研究并预测中尺度天气系统的发生发展及其引发的灾害性天气,如暴雨、冰雹、龙卷风等.本文主要总结了2007年以来我国在中尺度研究中取得的显著性成果.主要包括:波动、涡旋、锋面、稳定性、Q矢量和不变量.在波动方面包括重力波的形成和传播的研究,包含旋转Rossby波、混合低频旋转Rossby波和高频惯性重力波在内的台风波动以及考虑水汽作用的中尺度波作用守恒.涡旋部分主要介绍了青藏高原低涡(TPV)和热带气旋内部的涡旋问题.除了涡旋之外,锋面在中国也是一个关键系统.在锋面方面的进展有:梅雨锋中的β中尺度双雨带机制的产生和维持的实验性研究,以及基于广义位温的锋生函数的提出,这些成果使得对锋生过程的描述更接近于实际大气状况.在不稳定问题上,主要介绍了采用Energy-Casimir方法建立的拟能量波作用方程和基本气流具有线性和非线性切变时的横波扰动的不稳定.关于Q矢量,介绍了从地转Q矢量,半地转Q矢量到非地转Q矢量,非地转湿Q矢量的发展,以及由湿地转Q矢量和垂直风切变耦合得到的新型散度方程.最后,讨论了有关质点的两个不变量位温和位涡的相关研究新进展.     

梅雨锋中尺度系统及其与大尺度运动相互作用的能量学研究

本文导出了二维非均匀介质中重力惯性波的频散方程、波列传播路径方程和考虑了中尺度与天气尺度运动之间相互作用的动能收支方程,并用于讨论了一个典型的梅雨锋过程。研究发现,由一条中尺度雨带强迫产生的重力惯性波的能量频散可能成为另一条中尺度雨带生成和维持的机制;中尺度与天气尺度运动之间相互作用所产生的动能交换是中尺度系统发展的一个非常重要的动能来源,在中尺度系统的维持中也有重要作用。      

1991年7月6—7日黄山特大暴雨分析

利用卫星云图、T_(BB)资料、雷达回波资料及地面自记等气象资料,详细分析了发生于1991年7月6—7日的黄山历史上罕见的特大暴雨的成因,揭示出这场特大暴雨是由6次中尺度“云核”沿同一路径经过黄山而引发。T_(BB)分析清楚看到,冷锋与地形共同作用容易发生重力波;中尺度“云核”的合并易导致强云团发展,从而促使降水量增大;还可看出几次雨锋的出现与重力波的发生和“云核”合并发展有密切关系。     

一次暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR分辨率为1°×1°再分析资料和气象台实测降水资料及TRMM 3 h降水资料,采用WRF中尺度数值模式,对2010年7月22日发生在黄河流域中游南部的一次暴雨过程进行了数值模拟及诊断分析。结果表明：WRF模式能较为成功的模拟出本次暴雨过程。此次暴雨在大尺度环流形势上,是由于西太平洋副热带高压与河套低压槽的共同影响产生的;来自印度洋、中国南海的大量水汽输送为暴雨提供了充足的水汽来源。处于200 hPa的高空急流,由于地转调整激发出了中尺度重力波,使用散度场、云水分布,能够确定中尺度重力波的存在和移动方向。在利用模拟资料分析重力波对甘肃省东部地区暴雨产生的原因时得出：高空急流中产生的中尺度重力波与低层大气对中尺度重力波的吸收作用,共同导致了该地暴雨的发生。由高空急流风向和非线性平衡方程的数值分布情况,可以提前判断中尺度重力波发生的区域和移动方向,从而能够提前对暴雨可能发生的区域和时间作出预报。     

2007年3月3—5日辽宁省暴雪和大风天气的中尺度分析

使用中尺度数值模式WRFV2.2.1对辽宁省2007年3月3-5日的暴雪和大风天气过程进行了数值模拟,结合10min一次的地面自动观测站资料和数字化多普勒天气雷达探测资料,研究了中尺度重力波的结构及其环境场特征,探讨了波动的激发机制.对流层上层中尺度重力波生成在350-250 hPa(约9-11 km),周期为2-3h,水平波长30-40 km,波动沿水平方向传播约9h.地面气压扰动振幅约为2 hPa,周期为2-3 h,波动由西南向东北方向传播,方向与地面风向相反.沿波的传播方向,地面观测的逐时降水量呈波动特征,周期约为2h.对流层上层中尺度重力波减弱后,雷达降水回波强度出现显著的波动特征.对流层上层中尺度重力波生成在朝向脊区传播的高空急流出口区下方,300 hPa环境场具有显著的切变不稳定特征.波动生成在理查逊数小于0.25的地区,在中尺度重力波生成的高度上,暖平流强,风速低,风切变大.中尺度重力波生成地区出现显著的不平衡气流,拉格朗日罗斯贝数大于0.7,水平散度倾向出现明显的大值,其中-▽w·(e)v/(e)v的量级明显大于其他各项,表明对流层上层重力波的生成及发展与环境场的显著风切变有关.     

不同源区雷达回波的汇合与暴雨的形成

一、引言 暴雨是一种中尺度天气现象。关于暴雨形成的大尺度背景条件以及中尺度系统的天气学特征,有过许多分析研究。至于暴雨的触发机制,一些理论研究主要分析了不同条件下重力波对暴雨的触发作用。李麦村根据大尺度天气系统发展时的非地转平衡能激发重力波,指出其在条件不稳定大气中传播时,可以是发动暴雨的一种机制。最近又根据两     

夏季风期间南海低纬地区中-β波的观测研究

利用南沙群岛的加密观测资料，对南海低纬地区西南季风爆发时，大尺度季风环流下存在着的中小尺度系统进行了研究探讨；揭示了低纬热带地区中尺度重力波对天气的影响，并从动力学的角度对该地区中尺度重力波的产生、传播进行了初步的分析。     

中尺度重力波指数与暴雨冰雹等强对流天气的关系

该文采用中尺度风场计算低频重力波指数,对暴雨、冰雹、大风等强对流天气进行了诊断分析和预测。结果表明:低频重力波指数Cし*与对流的暴发性发展相联系,对暴雨、冰雹、大风等强对流天气都有很好的预报意义;强对流天气一般发生在Cし*-10的区域;Cし*的大小与预报时效相联系;中尺度风场比大尺度风场的重力波指数更能反映出重力波指数与强对流天气的关系。     

青藏高原地区夏季两次强降水过程中重力波特征分析

为了更为全面地认识高原地区重力波对暴雨发生发展的影响,利用中尺度数值模式WRF(V3.5.1)对青藏高原东部地区2007年8月25日和2011年8月14日发生的两次强降水过程进行了模拟,分析了降水过程中的重力波特征及其与强降水之间的联系。结果表明,模拟结果较好地再现了这两次强降水过程,降水过程中的垂直速度场和散度场交替式运动完整地表现出波的传播特征,其伴随的上升运动和降水也有着密切的联系。分析Richardson数表明,5~6 km高度上垂直切变不稳定出现的时间先于这些波传播的发生,随着波动的增强,垂直切变逐渐减弱,垂直切变的不稳定气流为重力波提供能量,垂直切变和Richardson数可作为下游地区暴雨预报的指标和依据。同时,Morlet小波分析的结果表明,两次过程中主要是中尺度重力波,其中较长波长的重力波出现时间早,持续时间长,对强降水过程的加强起主要作用。这些表明中尺度重力波是该地区中尺度强降水发生的动力机制之一,在该地区夏季强降水过程中扮演着重要角色。重力波的分析有助于对该地区强降水过程的理解,进而提高青藏高原地区降水的预报能力。     

对流边界层中过山气流的数值模拟

采用ARPS4.0非静力中尺度气象模式模拟了对流边界层中气流过山引起的地形波,讨论了地形及大气条件改变对其的影响.模拟表明,当大气边界层是对流边界层时,气流过山引起的地形强迫,仍能在上部稳定层结中造成足够的垂直扰动,产生向上传播的重力内波,重力内波引起的波动阻力仍不可忽略.     

一次梅雨锋暴雨过程中的重力波特征

利用中尺度数值模式WRF模拟了2007年7月7~9日江淮地区发生的一次梅雨锋暴雨过程,通过动力分析和Morlet小波分析方法研究了此次梅雨锋的重力波特征。结果表明:2种非平衡流诊断指标(Ro和ΔNBE)简易有效,梅雨锋暴雨过程中的中尺度重力波系统垂直结构十分清晰;强波动发生时段集中在7日20时至8日06时,30~80 min短周期重力波能量远高于长周期;重力波在低层表现强烈,中高层的短周期能密度中心出现更早;最强波动时段与强对流相对应,波动与对流形成耦合,动力与统计分析相互补充,效果较好。     

与海南岛秋季暴雨有关的一类热带中尺度涡旋的动力学分析

对惯性重力内波方程组分别通过线性和非线性求解探讨造成2010年10月海南岛一次特大暴雨中一类热带中尺度涡旋生成发展的动力、热力机制,研究发现：（1）在副热带高压和大陆冷高压南侧反气旋性纬向水平风切变大值区、静力不稳定大气层结、积云对流潜热释放、低空急流、适当强度的冷空气有利于热带中尺度涡旋的形成和发展;（2）非线性惯性重力内波的孤立波解与这类热带中尺度涡旋有很好的联系,在静力不稳定的大气层结下,热带中尺度涡旋的形态主要由对流凝结潜热加热所决定,即潜热加热下的孤立波解要求热带中尺度涡旋在垂直方向是一个浅薄的涡旋系统;另外强盛的对流凝结潜热对热带中尺度涡旋垂直运动振幅的增强起主要作用,更有利于涡旋的发展和维持。基于天气事实分析的理论研究为深化影响海南的热带中尺度涡旋乃至南海中尺度对流系统的机理认识进行了探索。     

垂直切变流中非线性重力波及其相互作用

利用多重尺度摄动法，推导出斜压大气中(基本风场具有垂直切变)两个非线性重力波相互作用方程，这两个方程联立组合为耦合非线性schrǒdīnger方程组。两个重力波相互作用时可激发出重力驻波。数值计算表明：两个孤立重力波相遇，相追会使波振幅增大，波宽变窄。强烈对流天气突然爆发的可能原因之一是中尺度重力波非线性相互作用的结果。     

重力波对特大暴雨的触发作用

暴雨是一种中尺度天气现象,但是它是在一定的大尺度背景下发生的,如发展着的锋面、低涡和气旋。由于这些系统的发展总是非地转平衡的,因而会激发出强的重力波。这种重力波在条件不稳定大气中传播时,低层辐合和上升气流能组织积云加热,这种积云加热反过来会促使重力波发展,在地面形成中尺度高低压系统。本文在线性绝热情况下求解大气运动方程,得到了重力波解。这种重力波解在位相上涡度中心比散度中心落后π/2,因而暴雨区落在中低压与中高压之间,且由于降水扩散,暴雨中心偏向中高压一边。在垂直结构上在对流层上层可以得到暖性中高压。理论上估计了暴雨团移动的速度和中高低压的强度等。并将理论结果与一次特大暴雨的实例进行了比较,两者是一致的。因而提出重力波在条件不稳定大气中可以是发动暴雨的一种机制。     

一次冷锋后飑线的大振幅重力波特性分析

本文用较密集的观测资料分析江淮地区一次冷锋后的飑线过程。分析表明飑线的生成和发展与中尺度冷涌活动有关，它具有大振幅重力波的特征。重力波在传播过程中于大别山东侧形成边缘锋，边缘锋的传播更类似于沿岸Kelvin波，大振幅重力波在边界层特征更明显。这类被地形拦截的大振幅重力波是江淮地区冷锋后飑线的一种可能激发机制。     

热带风暴中波动特征的研究进展和问题

在分析热带风暴眼壁和螺旋雨带中尺度波动特征最新研究的基础上，指出这些研究所忽略的问题，其中包括重力惯性波和涡旋Rossby波波解存在的前提条件和约束、理论分析与观测研究存在的差异等。提出一种基于准平衡动力条件下，热带风暴内中尺度扰动涡散运动共存时，区别于标准模混合的不可分的混合涡旋Rossby-重力惯性波，并讨论了位涡守恒条件下这一类不可分混合波的可能成波机制。利用高分辨率的模式大气资料，采用非对称波分量的分解方法分析了Bonnie飓风中的中尺度波动特征，结果表明，热带风暴中1波型扰动既具有涡旋波性质，但也存在散度扰动的变化，而2波型扰动则体现了明显的不可分混合波的特性。     

锋面暴雨雨团活动的波动性

一、前言在局地强对流天气中重力波的存在已为大家所公认。但在大范围的降水区中是否也存在着重力波呢?二宫等曾指出在日本梅雨期间存在着波长约为150公里,周期约为3小时左右的中尺度降水系统,他们认为这种中尺度系统具有重力内波的性质。李麦村也论证了重力波对暴雨的触发作用。我国的许多暴雨中分析,主要着重于分析暴雨雨团。这种雨团有时仅单个地活动,有时则成群地活动,每个雨团都具有一定的     

台风暴雨次天气系统影响因素及扰动传播路径

研究了台风暴雨次天气，中尺度系统发生、发展的影响因素。数值试验表明，台风外围环流与中纬系统相互作用可促发局地次天气尺度、中尺度系统的新生扰动、造成非均匀分布的台风暴雨动云团及雨，且一大地形强迫效应在暴雨系统形成中亦起重要作用。台风环流与地形辐合抬升作用可促发中尺度扰动，并以类似重力波特征的波列路径向外传播。     

一次梅雨锋暴雨过程的中尺度特征分析

利用中尺度非静力平衡模式WRF-V2.1对2007年7月7-8日江淮地区一次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,分析其中的中尺度重力波(MGW)特征,并运用拉格朗日Rossby数(Ro)来诊断非平衡流特征.研究表明:这次暴雨过程中的中尺度重力波波长约为56～75 km,相速约12～19 m·s~(-1);在有利的大尺度环流形势下,地转调整机制是MGW产生的首要机制,Wave-CISK和地转调整为波动传播提供了充足的能量,使MGW在具有波导结构的大气中维持了相当长的时间;满足舶指标的不平衡运动区与重力波活动区十分接近,它对波动产生的时间和区域方面有一定的指示作用.