非绝热加热对冷锋锋生过程影响的比较研究

本文利用半地转模式研究了非绝热加热对冷锋锋生过程的影响。计算结果表明，非绝热加热包括大尺度凝结潜热、积云对流加热和感热都可以在加热区诱发出附加的锋生场。从而使加热区内的锋区强度得到明显加强；三种加热都能使上升速度增大，其中大尺度凝结潜热释放可在锋前出现一条宽约２００ｋｍ的强降水带．积云对流加热可使上升运动区范围缩小或在低层出现中尺度雨带，感热加热是产生中尺度雨带的一种可能机制。计算还表明，大尺度凝结潜热对锋生过程的影响最明显。它可以影响锋生过程中所有物理量。而积云对流加热和感热加热只对位温场和垂直速度场有明显影晌。但影响程度没有大尺度凝结潜热大。     

凝结潜热对锋生的影响

本文在二维半地转峰生模式中，考虑了水汽凝结加热和边界层抽吸作用对锋生及越锋环流的影响。水汽凝结加热考虑了大尺度凝结加热和对流凝结加热两种方式。计算结果表明：水汽凝结加热和边界层抽吸对峰区环流具有显著的作用，凝结加热使锋生加快，使锋区上升运动倍增，并使其水平尺度明显减少。边界层抽吸作用也使垂直环流加强。现在     

利用锋生函数对2008年年初昆明准静止锋生消过程的诊断分析

利用ERA-Interim 0.125°×0.125°高分辨率逐6小时再分析数据,选取昆明准静止锋2008年1~2月长时间维持过程诊断分析了锋生函数及其各分项在锋面生消过程中的作用与贡献,并结合2016年1月20~27日锋面增强西进过程和1979年1月14~20日锋面减弱东退过程进行了比较分析。结果表明:（1）非绝热加热项对锋面生消作用较小,但存在显著的日变化。在辐射作用下,非绝热加热项日间表现为锋消,夜间为锋生。（2）西移冷气团在被高原大地形抬升过程中存在局地地形迫使冷气团下沉的情况,并导致垂直运动倾斜项表现为锋生。由于地形固定不变,局地锋生形成次级锋生带。次级锋生带与昆明准静止锋的形成、维持和东西摆动有密切的联系。（3）辐合辐散项和水平形变项是锋生函数变化的主要贡献项,其中水平形变项中的切变变形作用以锋生为主,而伸缩变形项在纬向产生锋生,在经向产生锋消。     

利用矢量锋生函数对一次暴雨过程的分析探讨

对在江淮流域发生的一次暴雨过程观测资料计算矢量锋生函数，并用其对该过程进行了诊断分析，发现矢量锋生函数与江淮梅雨锋暴雨落区的发生移动有较好的对应关系，进而讨论了用矢量锋生函数作锋面强降雨天气预报的可能性。     

一次暴雪过程的锋生函数和急流—锋面次级环流分析

2008年1月25～28日一次远离地面准静止锋的锋后暴雪突破了武汉百年气象史的多项纪录。利用NCEP再分析资料、MICAPS常规观测资料和FY-2CTBB资料诊断分析了这次暴雪过程。结果表明,这次暴雪与华南准静止锋关系密切,锋生、锋消变化与降雪天气的出现和停止一致;锋生函数各项在不同时段对锋生、锋消的贡献不同;水平变形...     

潜热释放和初始位温扰动对锋生的影响

在Chan和Cho作的基础上,用中α尺度位温扰动代替了原来的中β尺度位温扰动,并且增加了一个高度函数H（Z）,模式还改变了相对湿度的分布,取了可供比较的两个试验,并运行了半地转湿大气锋生模式程序,积分一段时间后,绘出有关的物理量的等值线图,分析、比较了非绝热加热及初始位温扰动对物理量的影响。 试验结果表明:初始位温扰动为中α尺度比中β尺度更接近实际情况,对流层湿度分布不均匀,非绝热加热的作用比初始位温扰动的影响明显些。     

一次沙尘暴过程锋生函数和地表热通量的数值诊断

沙尘暴是我国西北地区春季常发生的一种灾害性天气现象。本文利用国家气象中心改进的PSU／NCAR的非静力中尺度模式MM5，对1995年5月16日我国西北地区发生的一次沙尘暴天气个例进行了锋生函数和地表热通量的诊断分析。结果表明，沙尘暴过程是冷锋在移至我国西北地区时产生的一种强烈锋生过程；地表感热通量明显大于地表潜热通量；有无地面热通量对比试验表明，热力因子在沙尘暴产生过程中具有重要作用。     

北京“7.21”暴雨过程中变形场引起的锋生与倾斜涡度发展诊断分析

从变形场驱动锋生及通过锋生引起倾斜涡度发展的角度对变形场在北京“7.21”暴雨发生、发展过程中的可能作用机制进行了初步探讨。诊断结果发现：北京地区降水产生时,变形向量与等位温线走向一致或有较小夹角,北京地区有较强的变形场局地锋生过程。锋生函数分析发现,变形项对引发暴雨的低层锋生有重要贡献。锋生能够引发大气动力、热力结构的调整,伴随大气锋生过程的高空急流加强和转竖使得北京地区处于高空急流入口区右侧的辐散区中,其带动低层空气辐合,有助于暴雨的加强维持。分析还发现,“7.21”暴雨过程中,垂直涡度存在爆发性发展,尤其是锋面降水阶段,而大气斜压度的增长趋势与垂直涡度增长趋势十分一致。分析全型涡度方程中与变形场有关的斜压度个别变化项发现,与变形场相关的垂直涡度驱动项异常正值区与垂直涡度爆发性增长区相对应,表明变形场在北京“7.21”暴雨过程中对垂直涡度发展有重要贡献。基于变形场沿其压缩轴方向气流汇合的特点,进一步分析了加入水汽作用的水汽通量变形场与暴雨发生、发展的关系。分析结果发现,低层水汽通量变形场的正值区与暴雨具有很强的相关,且水汽通量变形场包含两部分,一部分为比湿平流,其对未来暴雨区位置有很好的指示意义;一部分为变形场项,其对水汽通量变形场分布起主要贡献。     

一次纬向暴雨过程的湿对称不稳定与锋生分析

利用常规观测、加密自动站、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析及WRF数值模拟资料,诊断分析了2016年6月27—28日重庆南部大暴雨天气的纬向雨带及湿对称不稳定特征,结果表明:(1)纬向雨带形成并发展于低空湿对称不稳定区,纬向雨带形成前,湿对称不稳定逐渐增强,纬向雨带形成后,湿对称不稳定缓慢释放,湿对称不稳定的持续释放促进了纬向雨带的持续发展。(2)纬向锋生效应的增强,引起低空湿位涡水平分量MPV2的负值增长,为湿对称不稳定的增强及维持提供了有利条件,可能是此次暴雨过程中纬向雨带生成及持续发展的重要机制。     

Interaction of mesoscale convection and frontogenesis

1. Introduction The relationship between frontogenesis and convec- ?tion has been studied intensively by many researchers ? ? ?(Orlanski and Ross, 1977 Ross and Orlansk…     

热带大气对非绝热加热的响应及其与ENSO循环关系

通过求解赤道β平面上的线性运动方程,研究了热带大气对主要由海洋热状况异常导致的大气非绝热加热的响应,并探讨了该过程与ENSO循环的关系。结果表明,非绝热加热的直接作用及其产生的Kelvin波、Rossby短波是大气零阶的扰动位势和纬向风速变化的原因。在El Nino期间,大洋西部首先发展出正的大气位势异常。但随着海洋热状况的正异常的持续,随之在大洋西部即开始孕育和发展,导致热带太平洋海气耦合系统回归正常状态,甚至是转向La Nina的大气异常状态或系统,其标识是非绝热的异常加热所激发的大气Kelvin波的产生和东传,并伴随正位势异常的大值向东移动和大洋西部正的位势异常减弱,信风由此而增强。在La Nina的盛期,海洋热状况存在负异常(即弱于平均状态),则将有相反的过程。     

南太平洋辐合带季节循环及与地形和非绝热加热变化的联系

利用1981—2015年NCEP/NCAR月平均资料、NOAA的逐月CMAP（CPC（Climate Prediction Center）Merged Analysis of Precipitation）降水资料以及GODAS的月平均洋流资料和SODA的月平均风应力资料,定义了南太平洋辐合带（SPCZ）的关键区域,对南太平洋辐合带的季节变化特征及南太平洋辐合带的形成和维持原因进行了分析。结果表明,在南太平洋辐合带,4月存在由东西风切变型辐合带向东风辐合型辐合带转变的现象,而12月则存在相反的转换。在对流层低层,南太平洋辐合带区域的向上伸展高度和辐合在北半球冬季较其他季节明显高和强。引起南太平洋辐合带形成与维持的原因有2个方面:一是地形作用。由于地形的阻挡,造成等位涡线发生沿澳大利亚地形的绕行,利于澳大利亚地区反气旋性环流和南太平洋辐合带区域气旋性环流的形成与维持;同时,在地形和科里奥利力共同作用下,还易使暖海水在南太平洋辐合带区域汇聚,形成高海表温度区,从而加热大气,利于南太平洋辐合带的形成与维持。二是非绝热加热作用。南太平洋辐合带区域范围内的热源作用可以使其上方的大气受到加热,并产生加热强迫纬向梯度,驱动低层大气产生辐合。这些结果对深刻认识全球环流特别是南半球热带环流变化有重要意义。      

非绝热加热对江淮气旋影响的数值模拟

本文采用数值模拟方法考察了潜热、感热和水汽蒸发等诸因素对江淮气旋的影响。对各种试验进行了涡度平衡与能量平衡的诊断分析,结果表明:江淮气旋初生时,扰动从基本气流中获得能量,正压不稳定起着重要作用;在江淮气旋发展后期,斜压性比较明显。潜热释放有意义地修正了系统的相速,一定程度上加强了系统的强度。海上感热和水汽蒸发促进了深对流发展,加大降水,同时加强了有效位能的释放,从而加强了系统发展,但它们的作用是有阶段性的。     

2011年梅汛期一次暴雨过程的对流涡度矢量方程诊断分析

利用NCEP FNL资料、FY-2E云顶亮温、常规观测及加密自动站降水量等资料,以及高分辨率中尺度模式WRF V3.3的模拟结果,结合对流涡度矢量方程对2011年6月一次江淮梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,模拟结果再现了该次暴雨过程的降水特征,该过程主要受地面低压及梅雨锋锋面系统的控制和影响,其中6月14-15日为所选暴雨个例最旺盛的阶段,且该时段伴随梅雨锋上中尺度对流系统的移动发展和梅雨锋锋生。对流涡度矢量及其垂直分量的倾向方程的诊断分析表明,对流涡度矢量垂直分量的局地变化主要受非绝热加热项的影响;而非绝热加热与次级环流和梅雨锋锋生的关系说明中尺度对流活动与梅雨锋锋生存在类CISK机制的反馈关系。因此,对流涡度矢量,特别是其垂直分量可以用来诊断和揭示伴随非绝热加热的中尺度对流系统与梅雨锋锋生之间的关系。     

A generalized frontogenesis function and its application

With the definition of generalized potential temperature, a new generalized frontogenesis function, which is expressed as the Lagrangian change rate of the magnitude of the horizontal generalized potential temperature gradient, is derived. Such a frontogenesis function is more appropriate for a real moist atmosphere because it can reflect frontogenesis processes, in which the atmosphere in a frontal zone is typically characterized by neither completely dry nor uniform saturation. Furthermore, by derivation, the expression of generalized frontogenesis function includes both temperature and humidity gradients, which is different from and superior to the traditional frontogenesis function in moist processes, which also uses equivalent potential temperature. Diagnostic studies of real cases are performed and show that the generalized frontogenesis function in non- uniformly saturated moist atmosphere indeed provides a useful tool for frontogenesis, compared to using the traditional frontogenesis function. The new frontogenesis function can be used in situations involving either a strong temperature or moisture gradient and is closely correlated with precipitation.     

华南持续性强降水期间低频非绝热加热对低频环流的影响

利用站点降水资料和再分析资料针对华南地区5—8月的持续性强降水过程,分析了低频异常非绝热加热的时空分布特征及其对低频大气环流的可能反馈作用。得到如下结论:5—6月和7—8月华南持续性强降水期间10—30 d低频非绝热加热的演变特征有所不同,5—6月持续性强降水发生前低频非绝热加热大值区从30°N(107°—115°E)以北向南传播发展至华南地区,而在7—8月降水前非绝热加热大值区从中国南海中部向西北方向传播,并在降水最强盛期到达华南。异常环流型控制着持续性强降水的强度和位置,从而决定异常凝结潜热的演变特征。异常凝结潜热则是通过影响涡度倾向变化而对大气环流有一个反馈作用。对于发生在华南5—6月和7—8月的这2组持续性强降水过程,当降水处于发展阶段,在低频非绝热加热作用项和低频涡度平流项的共同作用下,华南上空中层存在显著的10—30 d低频正涡度倾向变化,有利于低频气旋式环流的进一步发展。非绝热加热作用项主要由加热率的垂直梯度决定,涡度平流项则与气候背景风场有密切关系。5—6月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项东侧,而7—8月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项北侧。在持续性强降水的衰亡期,由于非绝热加热项和涡度平流项转为负值,华南被负涡度倾向变化控制,低频气旋式环流迅速消亡。     

Investigation of the mei-yu front using a new deformation frontogenesis function

A new frontogenesis function is developed and analyzed on the basis of a local change rate of the absolute horizontal gradient of the resultant deformation. Different from the traditional frontogenesis function, the newly defined deformation frontogenesis is derived from the viewpoint of dynamics rather than thermodynamics. Thus, it is more intuitive for the study of frontogenesis because the compaction of isolines of both temperature and moisture can be directly induced by the change of a flow field. This new frontogenesis function is particularly useful for studying the mei-yu front in China because mei-yu rainbands typically consist of a much stronger moisture gradient than temperature gradient, and involve large deformation flow. An analysis of real mei-yu frontal rainfall events indicates that the deformation frontogenesis function works remarkably well, producing a clearer mei-yu front than the traditional frontogenesis function based on a measure of the potential temperature gradient. More importantly, the deformation frontogenesis shows close correlation with the subsequent(6 h later) precipitation pattern and covers the rainband well, bearing significance for the prognosis or even prediction of future precipitation.     

“05. 6”华南强降水期间副热带高压活动与加热场的关系

采用NCEP/NCAR再分析逐日资料,根据全型垂直涡度倾向方程,研究2005年6月华南强降水期间西太平洋副热带高压(副高)位置变动特征及其与加热场的关系.结果表明,西太平洋副高位置变化和副热带地区的非绝热加热有密切关系.与气候平均状况相比,2005年6月副高北侧的加热区很强,而南侧赤道辐合带(ITCZ)没有相当强度的对流;伴随着副高北抬,其南侧均有明显的对流潜热加热向北伸展.副高西侧的加热基本上都大于副高纬带内的加热,副高的每一次西伸都伴随着西侧加热的显著增强,并且加热增强先于副高西伸.对流层中层,副高北侧非绝热加热率的垂直变化基本上都大于气候平均值,不利于副高北进;而南侧加热率的垂直变化均小于多年平均,有利于副高南侧反气旋性涡度异常增长,从而有利于副高南退.2005年6月下旬副高西伸之前,副高西侧非绝热加热率的垂直变化基本上都高于气候平均状况,有利于副高两侧反气旋涡度增加,从而诱使副高随后西伸;而东侧加热率的垂直变化大多数时间都低于气候平均状况,使得副高东侧气旋性涡度增加,有利于副高西伸,对流层低层也具有类似特点.因此在南北两侧加热和东西两侧加热的共同作用下,2005年6月副高位置较常年偏南偏西,从而有利于雨带在华南地区维持.     

反扩散格式在二维锋生数值模拟中的应用

把无粘流中能成功捕捉接触间断的反扩散差分格式，用在了准地转二维理想锋生的数值模拟中，并将计算结果与Cullen的计算结果和半地转方程的精确解进行了比较。用反扩散格式模拟的锋面较Cullen的结果更加显，而且更接近半地转方程的精确解。