锋面波发展演变与气候形成的数值研究

西文将锋面作为密度的零级不连续面，对锋面上扰动的非线性发展演变进行了数值研究，所用的锋面模型ｆ平面上的浅水、两层模型，差分格式具有位涡拟能守恒和动能守恒的性质。锋面波的发展与初始扰动尺度有关，天气尺度的扰动可以维持较长的发展时间，形成较大振幅的波动，其结构类拟于具有锢囚锋结构的气旋，相反，较小尺度扰动不易形成锢囚锋结构。     

锋面滑升运动的物理机制

锋面滑升运动是形成锋面降水的重要原因,弄清锋面滑升运动的物理机制对锋面降水的预报是必要的。依据大气动力学原理,对锋面滑升运动的物理成因进行了研究。已知暖空气沿锋面的滑动与暖空气垂直于锋面的风速(u_w)和锋面移动速度(c)之差有关。当暖空气垂直于锋面的风速小于锋面的移动速度(u_wc)时,暖空气向上滑动;当暖空气垂直于锋面的风速大于锋面的移动速度(u_wc)时,暖空气向下滑动。因为锋面的移动速度小于锋后冷空气垂直于锋面的风速(cu_c),所以,暖空气沿锋面的滑动与锋区中垂直于锋面方向的风速的分布有关,当锋区中有(?)u/(?)u0时,暖空气必定向下滑动;暖空气若向上滑动,锋区中必为(?)u/(?)x0。本文依据大气动力学原理给出了锋面坡度公式,通过演绎该式,得到了分析锋区中(?)u/(?)x的公式,结果表明:(1)当锋面坡度增大时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。(2)锋面强度加强时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。(3)暖平流时上滑,冷平流时下滑。(4)当锋面上出现气旋式涡度增大时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。(5)当垂直于锋面方向的地转风沿锋面由下向上增大时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。     

锋面波发展演变与气旋形成的数值研究

本文将锋面作为密度的零级不连续面，对锋面上扰动的非线性发展演变进行了数值研究，所用的锋面模型是f平面上的浅水、两层模型，差分格式具有位涡拟能守恒和动能守恒的性质。锋面波的发展与初始扰动尺度有关，天气尺度的扰动可以维持较长的发展时间，形成较大振幅的波动，其结构类似于具有锢囚锋结构的气旋，相反，较小尺度扰动不易形成锢囚锋结构。同时，锋面波的发展演变受Richardson数(Ri)的影响，Ri越小，锋面波发展的时间越长，波动振幅越大；Ri越大时，锋面波发展的时间越短，波动容易衰减。锋面波的发展类似于气旋的形成过     

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.     

暖切变型江淮梅雨锋结构及其形成和维持机制

对在1991年7月上旬特别稳定的梅雨形势下持续10天的特大暴雨期作了合成和典型过程研究,并进一步探讨了暖切变型江淮梅雨锋天气系统模型。它在自由大气层表现为结构竖立的相当正压切变线和一种不同于经典地转动量近似的带状准二维运动场。边界层的浅层锋生倾斜环流以及偏于切变线轴以南的Ekman抽吸与自由大气层中基本上由积云对流加热驱动的竖直环流相互依存和耦合,造成持续的大暴雨。这种系统的初生和中断后复苏的机制可能是由斜压性极弱的副热带高空东移的短波扰动在低层“湿度锋”带紧南侧触发导致的一种带状CISK。     

华南西部重大锋面暴雨天气过程研究

对1970—2006年汛期(4—9月)发生在华南西部(广西)的重大锋面暴雨天气过程进行分析研究。结果表明：华南西部重大锋面暴雨天气平均每年汛期出现10ｄ,暴雨过程日数月总值分布具有明显的“单峰型”特征,峰值出现在6月;广西北部地区发生重大锋面暴雨天气过程比南部地区明显偏多;造成华南西部重大锋面暴雨过程的天气形势特征主要有五种类型：湘黔桂低涡型、深槽型、波动型、华北槽+南支槽型和南支槽+高后型;广西区域的925 hPa的水汽通量散度、850 hPa垂直速度和θse500～850等物理量场,较好地反映了华南西部大范围锋面暴雨天气过程物理量场的变化,可作为华南西部重大锋面暴雨天气过程的物理强信号和预报着眼点。     

非静力平衡模式的中尺度非均匀初始场试验和锋面模拟

用非静力平衡二维中β－γ尺度大气模式,选取１９８７年欧洲的一次冷锋过程为个例,以法国的静力平衡模式的模拟结果为初始场,选用５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种水平格距进行了水平范围为２０００ｋｍ的模拟,结果表明：（１）中尺度非静力平衡模式应用非均匀初始场,而不加人为的初始扰动是可行的;（２）扰动量的初始场中π′的精度要求很高,应严格符合静力平衡条件,否则就会产生严重误差,甚至在一个时步内改变垂直速度;（３）５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种格距的对比模拟表明,５ｋｍ格距的非静力平衡模式能模拟出锋面上的多个中β尺度对流,且垂直速度场分布与实际最接近,而后两种格距只能模拟出锋面上的大范围上升区,不能细致地描述锋面对流结构。     

盛夏青藏高原上空高压形成和维持的动力机制

本文首先分析了盛夏青藏高原上空出现的一种不同于平均状态的所谓“上高下高”结构,即100hPa到500hPa各层等压面上都有高压存在。并指出这种高压过程的形成和维持是黄河上游地区和西北地区东部干旱少雨的典型环流型。然后,用简单的定常正压线性模式讨论了高压过程在高原上空形成和维持的动力机制,分析结论与中美高原试验资料和高原台站常规资料等实况演变比较一致。     

一次华北飑线天气过程中环境条件与对流发展机制研究

利用多种观测和分析数据对2008年6月23日午后华北地区一次持续时间较长的强飑线天气过程进行了研究。分析表明这是一次在夏季冷涡背景下发生的强对流天气过程,相对孤立的MCSs在副冷锋附近发生发展。此次飑线天气过程中强风暴对流单体、超级单体活跃,对流组织化过程与地面风场辐合线以及锋面有紧密的关系。天气分析表明22日夜间主冷锋过境后,变性高压后部的偏东风以及偏南回流导致在华北东部的锋区开始增强,通过地面观测订正的探空分析表明,对流天气发生前华北地区局地具有较明显的对流潜势。从23日午后开始,河套地区对流层中低层有明显的短波槽扰动发展,在冷涡后部有副冷锋向华北地区逼近,对流的触发与副冷锋密切相关,并通过次级环流方程进一步诊断了锋面所造成的垂直运动;来自气旋后部对流层中高层的强下沉气流,造成了华北地区垂直方向上干湿对比明显,形成较强位势不稳定,有利于对流的触发以及地面大风的形成。通过对垂直风廓线结构和飑线移动速度的分析,表明在此次过程中冷池边界扩张速度与低层风垂直切变大致相当,因此MCS具有较强的强度并维持较长时间。     

环境场大尺度锋面系统与变性台风结构特征及其暴雨的形成

本文将登陆台风环境大尺度锋面系统动力、热力结构作为台风变性发展的关键影响因子。本文的分析研究揭示了变性台风半冷半暖的热力非对称结构,及其演变过程气压谷型、动能峰型、降水增幅特征形成的环境场影响因子。本文的数值试验表明,台风环境场斜压结构（锋面特征）可以显著地影响台风变性过程,并可导致台风中心气压呈“谷型”、动能“锋型”以及热力非对称结构特征。引起台风变性涡旋加强及其暴雨增幅现象或台风衰减、消亡。本文的数值试验证实了登陆台风变性发展的某些成因,某种程度揭示了中低纬度系统的相互作用的机理问题。     

Frontogenesis, evolution and the time scale of front formation

Ｆｒｏｎｔｏｇｅｎｅｓｉｓ,ＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＴｉｍｅＳｃａｌｅｏｆＦｒｏｎｔＦｏｒｍａｔｉｏｎＦａｎｇＪｕａｎ（方娟）ａｎｄＷｕＲｏｎｇｓｈｅｎｇ（伍荣生）ＳｅｖｅｒｅＭｅｓｏｓｃａｌｅｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂ...     

散度方程简化及其应用研究的若干问题

本文在综合分析有关工作的基础上,对散度方程的简化及其应用等问题作了进一步研究,得到了一些新的认识.     

三种温湿参数下昆明准静止锋锋面位置及锋生函数诊断的对比分析

针对2008年1~2月昆明准静止锋天气过程,讨论了位温、相当位温和广义位温三个温湿参数及其对应的锋生函数,对比分析结果表明:（1）广义位温因其湿度因子权重过大,不适用于分析以温度梯度定义的昆明准静止锋锋面位置和强度;（2）理想状态下的干大气位温和饱和大气相当位温仅与气压和温度有关,均能较好地反映大气温度场特征,适用于昆明准静止锋的分析,比较而言相当位温对温度锋区的描述更为显著;（3）用位温或相当位温计算锋生函数所得结果直接表达了因温度场变化导致的锋面生消状况,而用广义位温计算锋生函数所得结果同时包含温度锋生（消）和湿度锋生（消）两种情况,不能简洁地判断昆明准静止锋锋面生消状况。     

A Study on the Dynamic Mechanism of the Formation of Mesoscale Vortex in Col Field

The mesoscale vortex associated with a mesoscale low-level jet(mLLJ) usually causes heavy rainfall in the col field.The col field is defined as a region between two highs and two lows,with the isobaric surface similar to a col.Using a two-dimensional shallow water model,the meso-β scale vortex couplets(MβVCs) induced by eight types of mesoscale wind perturbations in an ideal col field were numerically simulated.With the sizes of ～100 km,the MβVCs induced by northerly perturbation(NP) and southerly perturbation(SP) moved toward the col point.The sizes of MβVCs induced by southwesterly perturbation(SWP),southeasterly perturbation(SEP),northwesterly perturbation(NWP),and northeasterly perturbation(NEP) were relatively small for the perturbations moving toward dilatation axis.The MβVC induced by easterly perturbation(EP) and westerly perturbation(WP) could not develop because they quickly moved away from the col point,before the circulation could form.The size of the circulation was determined by the distance between the vortex and the col point.The closer to the col point the vortex was,the larger the size of vortex.The comparisons of maximum vorticity and vorticity root mean square error(RMSE) of the NP,the SWP,and the WP show that the maximum vorticity and the vorticity RMSE of the NP decreased slower than other perturbations.Therefore,the weak environment of the col field favors the maintenance of vorticity and the formation of vortex.When a mesoscale vortex forms near the col point or moves toward the col point,it may maintain a quasi-stationary state in the stable col field.     

梅雨锋的维持与其上扰动的发展特征

文章对一次江淮流域梅雨锋暴雨过程进行了研究,分析了低层风场结构对锋区维持的作用,通过计算变形向量,散度风以及相应的锋生函数,研究了它们各自对锋面的维持、扰动发展所起的作用。对低空急流的不稳定发展进行了分析,并研究了它与高层流场特殊的耦合关系对暴雨形成所起的动力作用。     

Study on the Dynamic Characteristics of an Eastward-offshore Mesoscale Vortex along the Meiyu-Baiu Front

The eastward-moving Meiyu-Baiu frontal mesoscale vortices (MBFMVs) appear frequently and often cause heavy rainfall events along their tracks. A move-off-shore MBFMV was selected to enhance our understanding of this type of vortex. Synoptic analyses indicate that the MBFMV is a type of meso-α vortex and mainly occurs in the lower troposphere. A short wave trough near the coastline is highly favorable for the formation, sustainment, and displacement of the MBFMV. Vorticity budgets indicate that at lower levels of the MBFMV, convergence is the dominant factor for the increase of positive vorticity, and at high levels of the MBFMV, the vertical transportation associated with convective activities is the most important factor. The hori-zontal transportation was the main factor decreasing the positive vorticity. The land and sea environments are crucial to the evolution of the MBFMV. The characteristics of the Meiyu-Baiu Front (MBF) are also vital to the variation of the vortex.     

黄海气旋数值模拟的可视化

对一次黄海气旋数值模拟进行了可视化研究, 给出了气旋云系、锋面、流场、涡度场的立体图像, 展示了可视化软件Live View在数值模拟研究中有广阔的应用前景.     

滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析

利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料,对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下,出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明:在准静止锋背景下,贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州,不断积累对流有效位能;高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动,并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下,使得准静止锋活跃锋生,是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明,高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成,加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动,进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响:水平变形项范围越大则降雨强度越强,与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切,暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制,提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。     

两次副热带高压北侧暖锋暴雨动力热力诊断

使用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEPFNL再分析资料,对黑龙江省两次副热带高压(简称副高)北侧暖锋暴雨过程(简称"0801"和"0803"过程)进行动力热力机制诊断分析.结果表明,两次暖锋暴雨过程,均有台风活动,造成副高西伸北抬,副高外围的西南低空急流向北输送大量高动量的暖湿空气.两次暴雨过程与高低空急流关系...