锋生过程对扰动发展的影响

本文用WKBJ方法讨论了叠加在Hoskins-Bretherton［1］]锋生模型背景上的小扰动发展问题。考虑了大尺度变形场、锋区斜压气流及锋生环流对扰动发展的作用，发现锋生过程有利于与锋平行的中小尺度扰动发展，而锋消则有利于沿锋传播的横波型扰动发展。     

梅雨锋附近的条件性对称稳定度

本文根据二维基本气流的理论,通过实例分析了梅雨锋附近的条件性对称稳定度的分布和演变;它与准地转锋生环流的相互作用;它与锋区垂直结构及大尺度水平环流的关系。发现对流不稳定大气因垂直对流而达到对流中性后,可能由于局地条件性对称不稳定而激发斜对流;如果暖区条件性对称稳定度很弱,准地转锋生环流的上升支也会产生类似对流的强降水带,从而使暴雨在对流稳定的条件下持续。这种条件性对称不稳定和弱稳定性与锋区的垂直结构、大范围水平环流、尤其与200hPa南亚高压及500hPa西太平洋副高脊线的相对位置有关。      

大气层结对冷锋环流的影响

利用原始方程模式讨论了不同大气层结对冷锋环流的影响及其在激发锋区中尺度强对流系统中的作用，结果表明：层结对锋区环流有非常大的影响，随层结稳定度的减小，锋区非地转越锋环流和上升运动迅速增强，锋前暖区有可能产生中尺度强对流和多重中尺度上升运动带，并有利于对称不稳定的激发；层结对冷锋环流的影响和锋区中尺度强对流系统形成的作用主要由中低层的大气层结状态决定     

大气层结和中尺度位温扰动对锋区多重垂直运动带形成的影响

文中利用半地转锋生模式讨论了大气层结,天气尺度位温场和中尺度位温扰动对锋区多重垂直运动带形成的影响,给出了垂直运动场的演变图。结果显示,大气层结和中尺度位温扰动对锋区垂直运动带的形成有重要影响,在合适的大气层结下,垂直伸展较高的低空中尺度位温扰动是形成锋前暖区多重雨带的可能驱动机制之一;不同高度上的中尺度位温扰动以低层扰动影响最大,中层次之;天气尺度位温扰动场的水平温差对锋生速度和锋区垂直运动带都有重要影响;中尺度位温扰动对锋生速度没有什么作用。     

大气层结和天气尺度位温扰动对锋生的作用

文中利用半地转锋生模式考虑了三种不同大气层结廓线和两种不同水平温度对比的天气尺度位温扰动场的作用。计算结果表明,层结对锋生速度影响较小,对锋区垂直运动影响却很大;天气尺度位温扰动对锋生速度和锋区垂直运动都有相当大的影响。     

地面暖带附近锋生的数值试验

采用半地转方程的二维锋生模式，研究了地面暖带附近锋生过程中，大尺度斜压区、地面暧带和潜热释放之间的相互作用，结果表明：变形场中的孤立暖带，当它位于大尺度斜压区暖空气一侧时，可在有限时间内形成强锋区（有潜热加热时锋生速度更快）；当暖带与大尺度斜压区配合时，可出现双锋区结构，强锋区可能先在暖带中出现。在暖带深厚并有潜热释放时表现更明显且有利于双锋区结构的维持，锋生强迫作用和位温扰动是梅雨锋附近两条中－     

黄海夏季潮汐锋区环流的数值研究

基于Blumberg＆Mellor三维非线性环流模型(ECOM)并结合Mellor＆Yamada的湍封闭模型，对黄海M2分潮、密度环流、锋区环流等进行了的数值模拟：潮汐模拟结果较好的体现了黄、渤海M2潮波传播系统，验证了模型的可行性；模拟密度环流的量阶和方向均与夏季实测环流保持一致，体现了密度环流是夏季总环流的重要组成部分；两个断面锋区环流的模拟结果显示锋区位置不同环流特征也不相同，锋区对应的上升流特征与锋区表面通常观测到冷水现象吻合，锋区上层水体沿潮汐锋方向流速较强。另外，数值试验结果显示了地形和潮混合对潮汐锋的形成及锋区环流有重要影响。     

梅雨锋结构的数值模拟

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的全程四维同化模拟结果,深入分析梅雨锋结构的时空不均匀变化特征及其与低涡降水强度的密切关系。结果表明,梅雨锋呈现明显的中层锋和边界层锋两段锋的特征,中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键,中层锋的加强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通,有利于梅雨锋降水的加强,强降水并不出现于中层锋区最强的时段,而是发生于大范围锋区强度达峰值之后约16—24 h。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。组成低空急流的中低层u,v分量呈现不同的分布和演变特征,强南风中心位于900—800 hPa,呈明显的低空急流状特征,贴近暴雨区还可能出现较小尺度的急流;而强西风中心出现于中层锋前700—500 hPa,表现为高空强西风区沿锋区上界的向下延伸;低空南风急流通常与总变形同时加强。强锋段的锋前饱和高湿高能气柱、锋前中低层急流状南风区和中层西风均匀大值区等要素场呈现高度组织化的特征。梅雨锋的低层特性,如辐合、锋区强度、总变形和南风分量及降水强度等要素呈现显著的中尺度扰动特征,有明显的日变化且受长江中下游中尺度地形影响,扰动特征有随时间上传的趋势。     

夏季江淮气旋结构的比较分析

通过考察两个个例的经向、纬向剖面,对夏季江淮气旋的结构做了比较分析。结果表明:(1)这两个气旋波皆位于低层锋区向北弯曲处,随锋区向北倾斜。但东西方向上倾斜不明显。(2)两个个例在南北方向的结构,分别表现为较明显的温带特征(斜压结构)和热带特征(相当正压结构),后者较有利于气旋发展。(3)这些气旋波的结构与湿大气中的对称不稳定扰动类似,其活动可能与静止锋附近的条件性对称稳定度有关。     

中尺度对流系统内β尺度双雨带不稳定机制及锋生对比分析

利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP(1°×1°)再分析资料,分析造成2016年6月1—2日重庆地区暴雨天气过程的MCS及内部2条β中尺度雨带的演变特征,并着重对比分析2条雨带锋区、锋生及不稳定机制的差异。结果表明:(1)此次暴雨天气过程由MCS造成,其内部有南、北2条β中尺度雨带,分别位于MCS南、北两侧TBB梯度大值区;(2)北雨带位于低层锋区内,是一条与锋面近于平行的中尺度雨带,而南雨带位于锋区前缘的高湿区和高能区中,对流性降水更强;(3)锋生函数各项对南北雨带锋生贡献有显著不同,北雨带以水平运动作用锋生为主,而南雨带则以垂直运动作用锋生为主,南北雨带锋生各项这种差异,与大气层结稳定度有关;(4)南北雨带不稳定机制有显著不同,南雨带为对流性不稳定机制,北雨带沿着锋面有向冷区倾斜的斜升气流发展,为对称不稳定机制。     

THE DEVELOPMENT OF SYMMETRIC DISTURBANCE SUPERPOSED ON BAROCLINIC FRONTAL ZONE UNDER THE ACTION OF DEFORMATION FIELD

The development of symmetric disturbance superposed on the background field of Hoskins-Bretherton (1972) frontogenesis model is investigated by means of WKBJ approach,It is found thatthe forcing of large-scale deformation,the frontal circulation and the spatial-temporal variations ofstability parameters (F~2,N~2,M~2) can bring about the development of symmetric disturbance,even though the frontal baroclinic flow is symmetric stable (F~2N~2-M~2=q>0),Thefrontogenetical process of deformation confluence zone and the ascending branch of frontalcirculation are in favor of the development of symmetric disturbance,The actions of ageostrophicshear in frontal zone and the variation of stability parameters are dependent on the structure ofdisturbance.     

THE DEVELOPMENT OF SYMMETRIC DISTURBANCE SUPERPOSED ON BAROCLINIC FRONTAL ZONE UNDER THE ACTION OF DEFORMATION FIELD*

The development of symmetric disturbance superposed on the background field of Hoskins-Bretherton (1972) frontogenesis model is investigated by means of WKBJ approach,It is found that the forcing of large-scale deformation,the frontal circulation and the spatial-temporal variations of stability parameters (F²,N²,M²) can bring about the development of symmetric disturbance,even though the frontal baroclinic flow is symmetric stable (F²N²-M²>0),The frontogenetical process of deformation confluence zone and the ascending branch of frontal circulation are in favor of the development of symmetric disturbance,The actions of ageostrophic shear in frontal zone and the variation of stability parameters are dependent on the structure of disturbance.     

中尺度对流系统演变中的一些非平衡动力学问题

深厚湿对流运动发展机制包含湿大气的对称不稳定(MSI和CSI)及锋面环流．它们需要的基本条件是不稳定、水汽和抬升，这些机理在动力学中是有联系和区别的，即虽然都是与基流平衡状态被破坏后引起的中尺度环流有关，但是扰动流非平衡运动是不同的。本文综合概述了有关平衡动力学的研究进展，提出了中尺度对流系统演变中的一些非平衡动力学主要问题，并评述了一些研究的方法及主要结论和尚需进一步探索的方面．以加深对不同机制下深对流运动的认识。     

最敏感扰动的演变与夏季乌拉尔地区的持续性异常环流

通过数值实验对初始扰动不稳定发展建立异常环流型的过程进行了分析。选择了东亚夏季风异常的１９９１年和１９８５年两个典型年份的平均环流作为基流,以共轭敏感性分析得到的最敏感扰动作为初始扰动,分析其在不同的环流背景下的发展情况。结果说明,１９９１年欧亚地区的基流不稳定性较强,且初始扰动结构有利扰动发展,因而通过能量频散在乌拉尔地区激发扰动并强烈发展,建立起阻塞形势。而１９８５年的扰动在乌拉尔地区形成正涡度距平,不利于阻高的建立。从而导致１９９１年和１９８５年夏季乌拉尔地区几乎相反的异常环流。一系列对比实验说明,异常环流型的建立,不仅依靠能量的频散,更依靠扰动通过正压不稳定过程从基流吸收能量而发展。它既有赖于基流自身的不稳定,又取决于初始扰动的结构以及相对于基流的位置。基流选择了具有特定结构的初始扰动型,只要在有利位置上给予扰动,就能够激发出扰动波列,建立强的持续异常环流型。不论初始波列的位相在一定范围内如何改变,扰动总是倾向于在基流的特定不稳定区域发展。     

登陆热带气旋维持的次天气尺度环流特征

971 1 (Winnie)和 94 0 6 (Tim)是 2个在中国登陆后长久维持 (2～ 3d)并产生严重降水的热带气旋。在深入内陆过程中 ,Winnie变性并再次加强为一个温带气旋 ,Tim则衰减消亡。采用移动坐标以及云顶亮温 (TBB)和常规资料 ,对它们在陆上维持期间的次天气尺度环流特征及其与次天气尺度系统之间的相互作用进行对比分析和诊断。结果表明 :(1 )Winnie和Tim登陆过程中具有螺旋波状的次天气尺度云系 ,这种螺旋波结构有利于热带气旋的维持。陆上维持后期 ,Winnie的螺旋云系继续维持并有所加强 ,Tim的螺旋云系趋于零散、消亡。Winnie的螺旋波特征比Tim明显 ,因而维持更长时间 ;(2 )热带气旋次天气尺度环流也具有环绕热带气旋中心的明显波动特征 ,此波动结构能否维持与热带气旋活动的天气尺度背景密切相关。在与西风槽相互作用过程中 ,Winnie的次天气尺度波动结构维持 ,而Tim的次天气尺度波动结构遭到破坏 ;(3)作为登陆后长久维持热带气旋 ,Winnie和Tim均从次天气环流中获得正涡度 ,有助于维持其气旋性环流 ,但Winnie获得的正涡度比Tim明显的大。此外 ,Winnie从次天气尺度环流中获得动能补充 ,Tim则只有次天气尺度环流对其动能的耗散。因此 ,陆上维持后期Winnie再度发展而Tim逐渐消亡     

对称不稳定理论及其应用问题(二)非线性理论

文章对对称不稳定理论及其应用的现状进行了全面的评述。主要讨论非线性理论，这包括非线性对称不稳定的一般研究方法（能量积分法，奇异摄动法，气块质点法，分岔和突变理论，数值试验），二维定常非线性对称环流的稳定性等问题。最后讨论了线性理论和非线性理论在实际应用方面的差异。     

西大西洋锋面气旋过程的数值模拟和等熵分析

文中使用PSU/NCARMM 5非静力数值模式对 1992年 3月 13～ 15日发生在西大西洋上的一次海洋气旋爆发过程进行了 6 0h的模拟 ;基于倾斜涡度发展理论 ,从等熵面倾斜的角度研究了气旋的发生、发展、运动和变化 ,利用高分辨率模拟结果对这次过程进行了分析。模拟结果很好地再现了气旋的发生、移动、加深、气旋的热力结构以及地面环流等特征。其中主要气旋M在6 0h的模拟中共降压 4 5hPa ;第 36～ 4 2时 (模式时间 ) 6h内降压达 12hPa。剖面图及等熵面图分析指出 ,气旋的发生、发展、运动和变化与等熵面或等相当位温面的倾斜密切相关 ,气旋中心总是位于等熵面或等相当位温面近于垂直的对流中性地区 ,这与倾斜涡度发展理论的阐述是一致的。气旋在弱静力稳定度的海洋表面启动发展之后 ,气旋与大尺度环境场相互作用 ,气旋得到迅速发展。“倾斜涡度发展理论”(以下简称SVD理论 )可以很好地解释此次海洋锋面气旋的发展与移动。气旋的发展和移动与等熵面的倾斜密切相关 ,发展期气旋前部及其移动路径前方自组织的斜升气流与倾斜的等熵面相配合 ,共同构成上滑“倾斜涡度发展”(SVD理论的推广 ,以下简称USVD理论 )的必要因子 ,在一定的条件下 (C·D<0 ,CD 为SVD指数 ) ,使得气旋及其前方 ,尤其是移动路径前方出现USVD发