地形对长波和超长波不稳定发展的影响

图3.2.1—3.2.5表示了地形对长波和超长波移动和发展影响的一般规律。如以地形脊对东移西风冷槽的影响为例,当地形相当涡度和扰动涡度的振辐比am/a20较小时,在它越过地形脊时,首先流场槽减弱而温度槽加强,减弱的流场槽以较快的速度移动,而温度槽则相对减慢,越过地形脊后,流场槽又重新增强。我们根据地形的影响,初步讨论了一锢囚气旋在向风坡填塞,在背风坡又重新产生的物理过程。超长波的斜压不稳定的不能发展,是由于温度场东进和流场西退造成的。根据地形脊对超长波脊移动的影响,可以推测,在两个地形超长波脊之间的地区,最有利于超长波脊的不稳定发展。阻塞脊出现频数的地理分布的观测结果和理论推测有很好的一致性。     

热带超长波结构特征及地形对其影响的理论分析

本文从浅水波力程组出发,在β平面上假定系统无源、无粘、有纬向基流,将方程组对基态进行线性化,然后对特征波动求数值解,据特征波动解分析讨论低纬超长波的结构特征。本文得出的几个结果:Rosssby波和Kelvin波仅产生于慢变介质中;无源模式中,低纬大气的Kelvin波的存在域可达副热带甚至中纬;地形侧边界强迫使Kelvin波的存在区域南压缩小,移速变慢,说明中纬大地形对低纬超长波有一定的作用。     

地形强迫对大气长波调整的可能影响

地形作为大气的外部强迫,其动力和热力作用对波动结构演变及极端天气出现都有不能忽视的作用。本文通过数值求解考虑地形强迫的β平面正压准地转位势涡度方程,探讨了地形强迫作用对大气长波调整的可能影响,结果表明:同非线性作用和纬向非均匀基流作用一样,无基流情形下具有纬向差异的地形分布影响了大气长波结构的演变,也能强迫出大气长波调整现象。大气长波调整依赖于地形的高度和地形分布,地形越高,长波越容易出现波数的调整;地形波数越大,即地形结构复杂,越不易出现波数变化。大气长波调整还与纬度有关,纬度越高,β越小,地形强迫作用越突出,长波调整容易出现;反之,低纬度以β效应为主的线性波动不易出现波数调整。大气长波调整对波动初始波动的振幅不敏感,但依赖于波动的初始结构。此外,有基流作用时,地形强迫还是诱发定常波的重要因素,且定常波流场结构依赖于地形高度分布,与波动初始结构无关。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(II):云微物理过程和地形影响

本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第II部分。文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果,详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化,并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比,研究了云发展过程中的地形影响。研究表明,地形云中微物理过程的发展受地形影响很大,冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(Ⅱ): 云微物理过程和地形影响

本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第Ⅱ部分.文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果, 详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化, 并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比, 研究了云发展过程中的地形影响.研究表明, 地形云中微物理过程的发展受地形影响很大, 冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变.     

第八讲 长波和超长波动力学

在对流层中上层,流场型式多呈波状,系统的尺度比较大,一般围绕整个地球有3—6个波,且自西向东缓慢移动,这就是大气长波(或称Rossby波)。在对流层上层和平流层低层,有更大尺度的波动,其水平波长比一般长波长,通称为超长波。长波和超长波的活动同天气演变有密切关系,往往是造成大范围天气变化的重要条件。本讲将讨论长波和超长波的一般动力学特性及其活动的基本规律。     

超长波尺度运动中的快速过程

在[1]中,我们曾经讨论了大尺度运动、中小尺度运动中的快速过程,指出,对大尺度运动,在时间上可以区分出静力适应过程、地转适应过程和水平无辐散适应过程三类快过程.静力适应过程最快,地转适应过程和无辐散适应过程的相对快慢程度与运动的尺度L相对于Rossby变形半径L0的大小有关.当LL0时,地转适应过程比无辐散适应过程快;当LL0时,地转适应过程较无辐散适应过程为慢.对中尺度运动,在时间上可以区分出静力适应过程,不可压缩适应过程和准静力准不可压缩非线性过程三类快过程,     

地形强迫超长波在大气中传播的时间特性

本文用中纬度β平面准地转模式模拟地形强迫的超长波在大气中传播的时间特性.结果表明,超长波的垂直传播能力随着波长的增大而增强.在冬季的基本气流条件下,纬向波数1至3的超长波都能上传到平流层,而波数4以上的波只在对流层中才显著.结果还表明,地形强迫的超长波在形成一定时间后,将围绕某固定经度作东西向摆动,这种水平移动的准静止性是地形的动力控制作用的结果.这些结果与观测及其它理论研究的结果都较为一致.     

大地形和热源的动力控制与超长波活动关系的初步研究

考虑静力稳定度在垂直方向上的不均匀性,给出一个简单的讨论对流层中层、平流层下层运动的一参数模式。在线性化下研究了大地形和热源对超长波活动的控制作用: (1)地形和热源可使超长波在固定的地理区域摆动和加深,说明一些大槽和阻塞高压易于在一定的地区维持。 (2)超长波振幅变化存在10—30天的周期,长短决定于大气运动的尺度、结构和地球自转。 (3)在一定的大气参数保持不变的情况下,扰动在极长时间中建立了定常状态。计算表明,在对流层中层所观测到的平均槽脊正是地形和热源所造成的定常超长波系。     

热带大气运动的长波和超长波(二)

本文对热带湿大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L1～104公里,经向扰动尺度L2～106公里)和经向超长波(L1～103公里,L2～104公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与干大气一样为正压无辐散运动;但对于长波和经向超长波,它们的运动特征与干大气有着巨大的差别,在这类运动中,位势部分、辐散辐合和垂直气流相当重要,而且重力内波波速大大变慢,因而可以认定混合的Rossby-重力波是热带长波和经向超长波的一个重要特性。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。从而证实了谢义炳教授最近提出的空气温度对大气运动有重要影响的观点。同时,在假定基本气流U=0的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,证实了上述尺度分析的结果是正确的。     

热带大气运动的长波和超长波(一)

对热带干大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L_1～10~4公里,经向扰动尺度L_2～10~3公里)和经向超长波(L_1～10~3公里,L_2～10~4公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与长波的情况一样为正压无辐散运动;但在经向超长波时,则涡度方程中存在辐散项,这一结果与Matsuno得到的在热带存在Rossby波和惯性-重力波混合的情况是一致的。同时,在存在基本气流切变的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,结果指出,当n≥1时,Rossby波和惯性-重力波是可分的;当n=0,而纬向尺度L_1～1000公里时,存在混合Rossby-重力波,这就证实了上述尺度分析的结果是正确的。于是,把尺度分析的结果与热带波动运动中Rossby波和惯性-重力波是可分的或混合的特性统一了起来。     

对称和非对称地形对冷锋锋生过程的影响

本文利用半地转模式研究了对称和非对称地形以及双地形对冷锋锋生过程的影响。计算结果显示，地形坡度愈大，越容易产生背风气旋，并且其强度也愈大；背风气旋的强度主要由背风坡坡度决定。山对锋面垂直速度的增幅作用随地形坡度增大而增大，地形坡度越大．出现多次极大上升速度的可能性也越大。冷锋过双地形时，其锋面强度有两次减弱和加强的过程，上升速度得到明显加强，并有可能在锋前产生多条中尺度上升运动带，在合适的水汽条件下，冷锋过双地形有可能产生多重中尺度雨带，其间隔与锋面本身的尺度相当。     

有热源影响的有限振幅超长波

研究了有外界热源作用下的有限振幅超长波，首先利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ函数及总能量变化方法讨论了有限振幅周期性和孤立性超长波的存在条件。然后用Ｈａｍｉｌｔｏｎ函数为运动不变量性质与函数逼近法求得波的解析式。同时指出，不考虑热源影响的有限振幅超长波不会产生孤立波解，对水平散度也无约束；但引入热源后，由能产生孤立波解，并且对水平散度有一定约束。     

长波、超长波特征与暴雨的关系

通过对暴雨出现候前第2—3候500hPa候平均图上的大气环流长波、超长波特点,进行人工归类分析,归纳出5种较大样本暴雨征兆型环流形势,并具体论述了各种环流的形势特点及其与暴雨间的对应规律。     

地形对大气环流瞬变过程的影响

本文用一个12维的强迫耗散的非线性系统数值地研究了地形对大气环流瞬变过程的影响。有、无地形对比试验的结果表明:在一定的参数集合,地形的引进可以激发环流的指数循环过程和季节性的环流突变。     

中纬度地形影响大尺度运动简化方程及其物理过程的初步分析

将σ-坐标的运动方程组进行尺度分析,考虑水平尺度为103公里的系统,得到一组封闭的简化方程组。在涡度方程中,凸起的地形脊对流场的影响和一固定的气旋式流场相当;在热力学方程中和一固定的高温区相当。因此,引入了地形相当涡度和地形相当温度的概念来近似表示这种影响。当把运动分解为平流变化和调整变化的相互作用来考察,并且平均气流和切变气流均为西风时,调整变化所造成的垂直运动和边界条件的强迫作用相反,有利于保持大尺度运动的准水平性。但在某些特殊条件下,调整变化可和边界的强迫作用相一致,可进一步加强边界条件的影响。     

超长波优势波转换与低温阴雨过程中期预报

本文分析了超长波优势波转换与玉林地区低温阴雨时段的关系指出:在超长波波段内,优势波的转换与华南低温阴雨过程密切相关:一波酝酿着一次低温阴雨过程;二波则为低温阴雨过程的背景;三波预示着低温阴雨过程的结束。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(I):模式云物理方案和地形云结构

对三维非静力中尺度模式ARPS的云降水微物理方案进行了改进,利用改进后的ARPS模式模拟了祁连山地区夏季的两个地形云个例,通过对各自模拟结果的对比分析并结合实况资料研究了夏季祁连山地区地形云的发展状况、动力场特征、降水特征以及云微物理结构特征。研究结果表明,地形云的发展受地形影响很大,地形的抬升促进了云和降水的发展,地形的作用也改变了地面降水特征,使云的宏、微观物理结构发生较大变化。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(Ⅰ): 模式云物理方案和地形云结构

对三维非静力中尺度模式ARPS的云降水微物理方案进行了改进, 利用改进后的ARPS模式模拟了祁连山地区夏季的两个地形云个例, 通过对各自模拟结果的对比分析并结合实况资料研究了夏季祁连山地区地形云的发展状况、动力场特征、降水特征以及云微物理结构特征.研究结果表明, 地形云的发展受地形影响很大, 地形的抬升促进了云和降水的发展, 地形的作用也改变了地面降水特征, 使云的宏、 微观物理结构发生较大变化.