龙卷气旋的多个涡旋特征及其出现的龙卷簇

1.前言本文主要目的是研究1974年4刀3日在(美国)伊利诺斯州、印第安纳州、肯塔基州和俄亥俄州发生的四个龙卷簇,试图把龙卷破坏的路径与龙卷气旋内产生的环流联系起来。提出了产生多个龙卷环流的假定模式,并用这个模式对产生龙卷的周期性和经常观测到不同型式的破坏路径给予说明。 1.1974年4月3日印第安纳州的龙卷簇 a.一般情况 1974年4月3日18时30分到4月4日0时30分之间产生这些龙卷簇的4个雷暴,在它们通过印第安纳州期间显得最强(如图1)。每个雷暴产     

一次龙卷生成中风暴单体合并和涡旋特征的雷达观测研究

本文利用阜阳市多普勒天气雷达CINRAD/SA资料,分析了2008年7月23日发生在安徽省颍上县的龙卷天气过程。结果表明：本次过程中,风暴单体的连续合并对风暴单体迅速增强为超级单体风暴有重要作用。风暴单体的合并和邻近风暴单体之间的相互作用与龙卷的发生在时间和位置上有较明显的相关,说明风暴单体间的合并和相互作用可能对龙卷存在激发作用,这对龙卷预警具有一定的参考价值。在缺省适配参数条件下,雷达系统CINRAD/SA的中气旋(M)产品和龙卷涡旋特征(TVS)产品对龙卷预警有较好的指示作用。如果风暴被同时识别出M和TVS产品,并观测到风暴单体中存在有界弱回波区,则出现龙卷的几率更高。     

龙卷灾害的研究

龙卷灾害是小尺度短时间的灾害天气,破坏力极大。通过对齐齐哈尔市区4次龙卷灾害调查。发现龙卷发生时间、路径和地带都基本接近。经天气系统分析,大气层结总能量计算,卫星云图和雷达回波分析,地面风场分析,找出了龙卷风发生的一些规律,提出了6条认识。     

植物不同叶片表面特征的偏振光谱特性研究

针对农业气象与生态自动化观测对偏振光图像处理的迫切需求,利用带偏振片的便携式光谱仪和室内多角度观测平台对具有毛刺特征的新老玉米叶片、具有绒毛特征的枇杷和金光菊叶片、具有蜡质层特征的茶花和桃树叶片等几组代表性植物进行了偏振反射光谱测量和分析。结果表明:叶片表面毛刺越多、绒毛越多、蜡质层越薄,其偏振反射越低;三种特征中对偏振度的影响最大是蜡质层,毛刺次之,绒毛的影响相对较小;蜡质层对偏振反射和偏振度的影响均很明显。研究结果为农业气象与生态自动化观测以及利用偏振光谱对植物进行遥感识别、分类与监测评估提供了实验基础和科学依据。     

粗糙表面对雷电水平电场影响的模拟研究

利用分形方法模拟了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面,并通过Barrick提出的等效表面阻抗法和Cooray-Rubinstein（C-R）近似算法,计算了不同粗糙表面情况下的雷电水平电场。进而分析了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面对水平电场产生的影响。结果表明：当雷电水平电场沿粗糙陆地表面传播时,陆地表面的粗糙程度对电场影响很大,且随着粗糙度的增加,雷电水平电场的初始峰值会逐渐减小;当水平电场沿海陆交接复杂表面传播时,陆地的粗糙度对水平电场影响较大,而海浪起伏程度对电场影响较小。     

江苏省龙卷发生特征及其在年际尺度上与ENSO的关系研究

利用1976—2005年江苏省龙卷信息化资料和高分辨率再分析资料,对江苏省龙卷的发生特征以及ENSO事件对江苏省龙卷发生数的影响进行了分析。结果表明:(1)1976—2005年,江苏省龙卷发生数年际和年代际变化明显,空间分布不均匀:1990s龙卷发生数较多;盐城南部和南通沿海地区是龙卷较为多发的区域。(2)ENSO事件对江苏省龙卷的发生频率有重要影响:ENSO冷事件月份平均龙卷发生数多于暖事件月份;非ENSO事件月份平均龙卷发生数居中。(3)ENSO冷事件时西南低空急流发生频率明显增加,由于低空急流增强而引起的江苏省地区水汽供应、动力条件和不稳定能量的分布均有利于龙卷的发生,导致在ENSO冷事件情况下江苏省龙卷发生数偏多。     

不同空间尺度涡旋的相互作用初探

本文用一个准地转正压模式积分10个模式日,数值地研究了不同空间尺度涡旋之间的相互作用,以及这种相互作用对大尺度涡旋位置和移动的影响。     

涡旋Rossby波传播的不同特征

用一个柱坐标系涡度正压方程的半谱模式，实施了4组试验，研究了不同初始扰动涡旋分布条件下，涡旋Rossby波的传播特征问题。结果指出：正值、负值相间的沿方向角二波分布的初始场，与只有正值涡旋的初始场相比，其后涡旋Rossby波的传播有明显的差别，即前者向内传播的涡量比后者衰减得快，而且前者是单峰传播，后者是双峰传播。     

梅雨锋上边界层中尺度扰动涡旋的个例研究

运用实况自动站、高时空分辨率的雷达和数值模拟资料,对2009年7月24日的梅雨锋暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)锋面南侧的暖区弱降水环境内,近地面的风场会有扰动涡旋出现,随着扰动涡旋趋于稳定和向上发展,降水迅速加强,形成短时暴雨,并伴随有大风出现。(2)偏西气流从边界层开始发展并加强为急 流,在向东推进的过程中逐渐抬升,形成了一支从边界层倾斜入对流层低层的急流轴;而偏南气流与偏北风相遇之后,不仅形成风向的辐合和切变,而且在空间上被抬升,形成了一支斜升入流。(3)在近地面风场的切变和 辐合作用下,锋生与辐合同步加强,边界层内的涡度也逐渐增强,由此带动了扰动的发生发展,扰动涡旋在边界层内率先形成,随后,在急流的东传和抬升影响下,扰动涡旋也逐步向东移动、向上发展。(4)近地面风速的加强、风向的辐合切变导致了扰动涡旋的发生和形成,并逐渐发展,这是边界层中尺度扰动涡旋发生发展的动力 因子。     

A LABORATORY INVESTIGATION OF CHARACTERISTICS OF TORNADO-LIKE VORTICES OVER VARIOUS ROUGH SURFACES

In this paper,the effects of surface roughness on tornado-like vortices are studied in the laboratory forsimulating tornado vortex at the Disaster Prevention Research Institute,Kyoto University,Japan.In the experiments,the distribution of the horizontal wind speed and direction at five different heightswere measured with a hot-wire anemometer and a mini-vane.The characteristics of wind speed and direc-tion distribution for the tornado vortex on the various rough surfaces were first revealed with the simulativemethod in laboratory.By changing the swirl ratio(S=tanθ/2a)of simulation device,it is found that,thesize of tornado-like vortex core will become almost identical,as the swirl ratio S exceeds a certain value(S>1.5).The experimental results can be used not only to explain the observed facts in the atmosphere but alsoto provide the experimental bases for some theoretical studies.     

夏季副热带涡旋活动的气候学研究

引入新的涡旋识别方法,在全球副热带选取西北太平洋、东北太平洋、西北大西洋、东北大西洋和澳洲及其附近南太平洋5个涡旋活动代表性区域,用1985-2002年夏季ECMWF40年再分析资料统计,再用同期NCEP40年再分析资料对比,研究了副热带涡旋的气候学问题.结果表明(1)两种再分析资料得到的涡旋空间分布型在5个区域都有较好的一致性,其中西北太平洋区域两种资料的相关性最好.(2)NCEP再分析资料得到的涡旋频数和强度都明显弱于ERA40计算结果,这主要是由于两种再分析资料的模式分辨率不同而造成的.(3)5个区域的涡旋活动主要分布在近海和海陆交界处,向陆地和内海方向减少.(4)西北太平洋有两个涡旋活动的高值中心一个位于中国南海,另一个位于菲律宾东侧向北分布至中国黄海的西太平洋近海海域,为5个研究区域中面积最大.(5)西北大西洋的涡旋活动主要分布在从巴拿马地区向西侧太平洋延伸的纬度带内.(6)东北太平洋和东北大西洋的涡旋活动分布型相似,都位于5°-20°N的纬度带内,由海陆交界处伸向海洋.(7)澳洲及其附近南太平洋区域的涡旋活动不如其余4个区域强,主要分布在赤道一侧的近海区域.(8)除西北太平洋和西北大西洋区域外,其余两种再分析资料得到的3个区域涡旋活动年际变化有较大差异.(9)在西北太平洋和西北大西洋区域,涡旋活动的频繁程度没有表现出长期趋势,但具有清楚的阶段性特征,且两个区域的年际变化并不相同.(10)西北太平洋区域从20世纪80年代中期以来,涡旋个体强度呈增强趋势,这个增强的趋势在全球副热带地区最为明显.西北大西洋在90年代中期以前,涡旋强度有显著增强的趋势,而之后减弱.     

河谷地形中性及稳定大气中烟气扩散规律的水槽模拟实验

本世纪70年代末和80年代初国外已有人用分层拖曳水槽研究大气污染扩散[1]。本文作者1983年进行的实验研究也引起了国内外同行的广泛兴趣[2]。本文对典型河谷地形中,中性及稳定大气条件下流动及烟气扩散规律得到了一系列定性结果。该结果具有相当的代表性,将对河谷地形污染扩散规律的进一步定量研究,提供明确的物理图象。     

随机分布的小尺度涡对涡旋自组织影响的研究

以往双涡相互作用的动力学一般都在决定性的框架内研究。文中用一个平流方程模式,实施积分时间为30 h的8组试验,分析决定性和随机性共存系统中双涡相互作用和涡旋自组织的问题。随机性通过以下方式引入模式:先用Iwayama方案生成随机分布的小尺度涡,再将这些小尺度涡加入初始场。试验中,初始随机分布小尺度涡的强度参数K分别取0.0、0.4、0.6、0.8和1.0。结果表明,没有小尺度涡的条件下(K=0.0),初始分离的两个β中尺度涡逆时针互旋,其准终态流型是两个分离的涡;引进小尺度涡后,K取0.8、1.0时,初始分离强度相同的两个β中尺度涡,逐渐形成主次之分。主涡将次涡拉伸成为螺旋带,其准终态流型是一个自组织起来的类似于台风环流的涡旋。准终态涡中心的相对涡度值随K值的加大而加大。结果还表明,准终态流型不仅与初始小尺度涡的强度参数有关,而且与初始小尺度涡的分布有关。此外,在相同初始场的情况下,还实施了3类不同边畀条件的试验:第1类,在东西边界取周期条件,在南北边界取固定条件;第2类,在所有边界均取固定条件;第3类,在所有边界均取周期条件。这3类试验的准终态流型相同,都显示出一个类似于台风涡旋的环流。根据这些结果可以初步认为,涡旋自组织的研究从决定性动力学向随机动力学的过渡是值得探索的。     

张掖地区的大气浑浊度

本文利用“黑河试验”期间张掖站1990年11月至1991年10月大气浑浊度的观测资料，分析了该地区大气浑浊度的特点，初步揭示了春季大气浑浊度增大的原因。结果表明：(1)张掖地区大气浑碰度系数β具有明显的季节变化：春季最大，夏，秋季其次，冬季最小；（2)由于大风扬沙的作用，造成春季大气浑浊度明显增大．最后还对春季一次沙(尘)暴过程的载尘量进行了估算。     

中国台风降水的气候特征

对中国台风降水的时空分布特征进行研究,发现台风降水分布在中国中东部广大地区,台风降水量自东南沿海向西北内陆逐渐减少.台风降水最大值出现在台湾岛的中东部地区和海南岛的个别地区,年平均台风降水量大于700 mm,最小值出现在内蒙古、山西、陕西、四川的部分地区,年平均台风降水量不足10 mm.台风降水一般出现在4～12月,峰值出现在8月.1957～2004年期间台风降水呈下降趋势.台风降水的异常主要由于亚洲地区大气环流和赤道中东太平洋沃克环流的异常变化所引起.进一步分析发现,台风降水在中国大部分地区为减少趋势,且这种趋势在台湾岛、海南岛、东南沿海部分地区和东北南部较显著.台风暴雨是我国东南沿海及部分内陆地区的极端强降水事件之一,这些地区的暴雨和大暴雨很大程度上是台风带来的.     

青藏高原云的气候学特征

利用国际卫星云气候计划（ＩＳＣＣＰ）获取的１９８３年７月～１９９０年６月２．５°×２．５°分辨率的云气候资料以及Ｈａｈｎ等整理的１９７１～１９８１年５°×５°分辨率地面观测云气候资料，综合分析了青藏高原地区冬季和夏季云的水平和垂直分布特征，从而为检验大气环境或气候模式的云模拟能力及进一步研究青藏高原地区云辐射相互作用对气候的影响提供背景依据。     

CLIMATIC CHARACTERISTICS OF TYPHOON PRECIPITATION OVER CHINA

The spatio-temporal characteristics of typhoon precipitation over China are analyzed in this study. The results show that typhoon precipitation covers most of central-eastern China. Typhoon precipitation gradually decreases from the southeastern coastal regions to the northwestern mainland. The maximum annual typhoon precipitation exceeds 700 mm in central-eastern Taiwan and part of Hainan, while the minimum annual typhoon precipitation occurs in parts of Inner Mongolia, Shanxi, Shaanxi and Sichuan, with values less than 10 mm. Generally, typhoons produce precipitation over China during April – December with a peak in August. The annual typhoon precipitation time series for observation stations are examined for long-term trends. The results show that decreasing trends exist in most of the stations from 1957 to 2004 and are statistically significant in parts of Taiwan, Hainan, coastal Southeast China and southern Northeast China. The anomaly of typhoon precipitation mainly results from that of the general circulation over Asia and the Walker Cell circulation over the equatorial central and eastern Pacific. Typhoon torrential rain is one of the extreme rainfall events in the southeastern coastal regions and parts of central mainland. In these regions, torrential rains are mostly caused by typhoons.     

不同形状初始涡旋和热力强迫能量频散特征的数值研究

用谱方法求解球面无辐散正压涡度方程，讨论了不同形状初始涡旋和热力强迫能量频散特性的差异。结果表明：１．在不同结构的环境风场下，差异是没的。环境风场为零或西风时，不不形状的初始涡旋或热力强迫能量频散方向，１速度，强度的差异均较大，但在半球模式中经向频散均很小，能量以向东传播为主。有东风风场存在时，只表现为频散强度的差异，且向极传播的波形波长较长，向南传播的波列波长较短。２．以上线性结果中用波射线跟踪     

STUDY OF THE POLARIZATION CHARACTERISTICS OF SKYLIGHT OVER BEIJING

One of the significant characteristics of the sky is the polarization of light,which is formedthrough the multi-scattering process of atmospheric molecules,aerosols and earth's surface,andthus contains information on these three factors.It has recently been paid more attentions toretrieve the characteristic parameters of the aerosol and surface of the earth from the skylightpolarization information.Observation of the skylight polarization over Beijing has been conductedwith a multi-wavelength polarimeter developed by LAGEO(Laboratory for Middle Atmosphereand Global Environment Observation),IAP(Institute of Atmospheric Physics)since November1995.With these observation data,both the seasonal variations of the maximum degree ofpolarization of the skylight and the effect of the surface situation are studied in this paper.AMonte Carlo code for the vector radiative transfer calculation is used to simulate and compare withobservation.