对称性不稳定判据在暴雨诊断中的应用研究

本文根据Ｈｏｓｋｉｎｓ提出的对称性稳定理论及判据，对三次降水过程进行了诊断分析。结果表明，该判据在暴雨诊断预报中有明显的效果。     

非线性正压亚临界不稳定

文中提出了一个新的广义能量作为Lyapunov函数,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据。并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值,另一个则是摩擦系数大于另一临界值,前者对后者有很强的约束。该判据表明,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定,它大大地改进了以前的结果。     

非线性正压临界不稳定

文中提出了一个新的广义能量作为Lyapunov函数,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据.并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值,另一个则是摩擦系数大于另一临界值,前者对后者有很强的约束.该判据表明,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定,它大大地改进了以前的结果.     

Wave-CISK与对称不稳定

本文主要研究了存在凝结加热时的对称不稳定,对流凝结加热采用了Wave-CISK方案.计算结果表明对流凝结加热通过CISK机制可以产生传播的对称不稳定扰动,且对扰动的传播方向、增长率及结构有影响.     

Wave-CISK与快速增长的对称不稳定

本文应用一准两维的非静力平衡数值模式研究了凝结加热反馈对线性及非线性对称不稳定的影响。数值试验结果表明:当Ri<1时，对于一定的加热廓线，Wave-CISK可以激发出快速增长的线性对称不稳定，其指数增长率比无加热时增加一倍半，并产生向暖区的移动，而加热廓线对对称不稳定的发生发展及结构都有明显的影响。具有凝结加热的非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定强度，非线性作用增强，其不稳定增长速度就减慢，原来对称的环流结构被破坏，正环流不断减弱，负环流不断增强。     

关于业务上应用条件对称不稳定相关问题的讨论

条件对称不稳定（CSI）理论常常被用来作为倾斜对流的发展机制之一,在业务上常用来解释与锋面相联系的一条或多条中尺度雨带、雷达图像上观测到的带状雨带的成因等。条件对称不稳定的诊断包括CSI斜率判据、斜升对流有效位能（SCAPE）、湿对称不稳定（MSI）、相当位涡（EPV）等判据。业务预报人员存疑较多的问题是这些方法是否具有一致性并在业务上如何使用。针对上述问题,首先通过与业务预报人员较熟悉的条件不稳定类型作类比,来说明条件对称不稳定两种判据与条件不稳定两种判据的相似性。但在业务使用上,判别条件对称不稳定时多使用CSI斜率判据,即等动量面的坡度大于等位温面坡度而小于等湿球位温面坡度。由于条件对称不稳定通常出现在大气处于几乎饱和的情况下,此时的CSI斜率判据则演变为湿对称不稳定判据,即等动量面坡度小于等湿球位温面坡度。为判别相当位涡与湿对称不稳定判据是否具有一致性,文中的推导和实例分析均表明,二维相当位涡实际上是湿对称不稳定判据的另一种表现形式,但是湿对称不稳定判据需主观去比较等相当位温面与等动量面斜率大小,而二维相当位涡则可通过其是否小于0进行客观判断。需注意的是,在与推导条件对称不稳定斜率判据相同的二维坐标下,相当位涡与湿对称不稳定判据才具有一致性,将相当位涡扩展到常规坐标下使用三维相当位涡作为湿对称不稳定判据是不可取的。      

圆形涡旋中的惯性重力内波不稳定和对称不稳定

用Boussinesq近似下的轴对称径向二维柱坐标系中的线性扰动方程组，讨论了圆形大气涡旋系统中扰动的惯性重力不稳定和对称不稳定。在环境为正压情形时，惯性重力内波不稳定的条件为#A(μj/R0)2N2+n2F2<0；当环境为斜压时，具有平行型扰动特征的惯性重力波发展的条件为Ri＊<1-[(3/2)+m]2，此时表现为对称不稳定。可见，惯性重力内波不稳定和对称不稳定都可作为台风、气旋一类圆形涡旋中扰动形成和发展的机制。     

存在下垫面强迫时的对称不稳定

本文研究了存在下垫面强迫时的对称不稳定及此时重力惯性波与下垫面强迫的共振问题,给出了共振的条件。     

实际大气中对称不稳定的存在及特征：—对称不稳定理论的应用现状分析

文章从多个方面分析了对称不稳定在实际大气中的存在和特征，总结了不对称不稳定理论在锋面降水带、雪暴、雷暴、飑线和爆发性气旋等领域中的应用现状，并且指出对称不稳定分析中的不确定性和以后的发展方向。     

ENERGY EQUATION AND SYMMETRIC INSTABILITY CRITERION

In this paper,by using generalized normal mode method the symmetric instability criterion which can be used not only in the constant parameters but also in the variable parameters was derived from the energy equation on the symmetric disturbance.If the thermal wind was in balance or quasi-balance,the criterion was consistent with that obtained by Emanuel with parcel method and Hoskins with normal mode method.It is shown that in the generating stage of disturbance,the symmetrically instable development of disturbance is associated with the energy transformation by which the energy of the basic field is transferred into the energy of the disturbance field.     

线性与非线性对称不稳定的数值试验

设计了一个准二维非静力数值模式，用该模式研究了对称不稳定的发展和演变特征。线性和非线性对称不稳定的数值试验结果表明。线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。在基本状态是对称不稳定的情况下，线性对称不稳定在其发展过程中始终维持着向冷区倾斜的对称环流；而非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定程度时非线性平流项的作用不可忽略，原来对称的环流则被破坏。     

条件性对称不稳定与昆明准静止锋风雹

用对称不稳定理论，对１９９７年春季滇南一次连续性静止锋风雹过程进行分析，结果表明：条件性对称不稳定、锋生强迫、锋面次级环流是形成云南低纬高原上风雹天气的重要因子。     

一次华北强降雪过程的湿对称不稳定性研究

运用湿球位涡和倾斜有效位能的概念从条件性对称不稳定（ＣＳＩ）和局地对称不稳定（ＬＳＩ）这两个侧面计算了一次华北强降雪过程的湿对称不稳定的水平分布和垂直分布状况，并比较详细地讨论了湿对称不稳定对１９８６年１１月２２—２３日发生在内蒙古河套地区和林东、林西地区附近的一条狭长的强降雪带的可能作用以及湿对称不稳定与基本气流走向、风垂直切变和水汽的关系，发现：这条降雪带与雪区附近低层的湿球位涡负值区走向大体平行；在降雪带中分别位于呼和浩特、东胜地区和林东、林西地区的强降雪中心有着不同的动力学机制，前者主要为在暖区具有弱的对称不稳定的情形下锋生强迫作用所致，后者则是由明显的湿对称不稳定所致。     

一次江淮暴雨的MPV及对称不稳定研究

根据湿位涡（ＭＰＶ）理论分析了１９９１年７月５￣６日的暴雨过程中７００ｈＰａ高度上的湿位涡垂直部分ＭＰＶ１和水平部分ＭＰＶ２。结果显示,ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分布特征同对流层低层造成暴雨的天气系统－－中尺度气旋的发展演变有很好的对应关系;ＭＰＶ１〉０,ＭＰＶ２〈０且｜ＭＰＶ１｜≤｜ＭＰＶ２｜的环境大气有利于对称不稳定出现计算表明,这次过程的对流层中低层确有对称不稳定区域存在,对暴雨及其系统的发展起了     

凝结加热对对称不稳定影响的数值研究

将对流凝结加热引入到一准两维的非静力数值模式中，然后用该模式研究了凝结加热对对称不稳定的影响。试验结果表明：加入对流凝结加热后，可使基本状态是对称稳定的扰动得以发展，并产生向暖区移动的不稳定扰动。而加热振幅及加热廓线的垂直分布对不稳定扰动的发展、演变、移动及结构都有显著的影响。     

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。     

中尺度对称不稳定的诊断应用

通过个例诊断分析，讨论了黄土高原上暴雨的对称不稳定性及其判据的分布特征，结果表明对称不稳定层结在此类天气过程中具有重要作用。计算表明，暴雨区的判据值是小于零的。