对流有效位能垂直分布作用的评价

对流有效位能（ＣＡＰＥ）与评价大气对流潜力的标准的不稳定指数,例如抬升指数（ＬＩ）,只有中等程度的相关,这是由于ＬＩ仅反映单层的浮力,而ＣＡＰＥ反映了积分厚度和浮力。将ＣＡＰＥ值降以积分厚度,使其正规化,得到一个指数（ＮＣＡＰＥ）,它与厚度无关,是一种方便的求气块平均浮力的方法。正规化有效地区别了ＣＡＰＥ类似而其浮力不同,积分厚度不同的环境。而且由于ＣＡＰＥ的垂直分地对流上升气流的强度可能有很大的     

对流有效位能计算的新方案

对流有效位能是强对流天气分析预报的重要参数。本文通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下,对流有效位能的两个新的计算方案,分别记作CAPEw和CAPE。该方案与以往的方案有很大的不同和根本的区别,更加合理和符合实际。编制了相应的计算程序,可以计算两种情况下的对流抑制能量CINw、CIN,对流有效位能CAPEw、CAPE,抬升凝结高度LCL(二者相同),自由对流高度LFCw、LFC,对流凝结高度CCL(二者相同)以及平衡高度ELw、EL;可以预报对流温度Tg(二者相同);可以分析地面和高空温度、湿度、等压面高度发生变化时,CINw、CIN和CAPEw、CAPE等的数值变化情况,便于业务应用和理论研究。还讨论了影响对流有效位能局地变化的因子和预报思路。     

对流有效位能在强对流预报中的应用研究

利用2003年3-10月清远探空站逐日资料,得到不同气块抬升高度的对流有效位能（CAPE）,利用相关统计方法,对CAPE与强降水、雷雨大风的关系进行统计分析,结果表明：不同气块起始高度得到的对流有效位能相差很大,其中最佳对流有效位能始终是最大的;CAPE850与强降水呈显著正相关;CAPE850、MUCAPE、CAPEINV与雷雨大风呈显著正相关;CAPE850、MUCAPE、CAPEINV三者中,CAPE850与强对流的相关系数最高,但计算MUCAPE,了解大气的极端不稳定状况可以减少漏报的几率;CAPE变化趋势与强对流日的对应关系在前后汛期有不同的表现,前汛期对应关系较好。     

对流有效位能预报能力的统计分析

利用每天4次的NCEP再分析资料和天津地区地面实测温度和露点资料,计算2001—2010年5—9月经过虚温订正的对流有效位能(CAPE),考察天津一般雷雨及雷雨大风发生前0~6h内的CAPE变化及其与雷雨和雷雨大风发生的关系。对4000多个样本的统计表明:一般雷雨发生前CAPE的平均值达1455.2J·kg-1,比无雷雨的平均值大一倍以上;雷雨大风前CAPE平均值高达2 500 J·kg-1。显著性检验表明,CAPE均值对于区分无雷雨、一般雷雨、雷雨大风的信度达99%。和沙氏指数的比较表明:对流有效位能在判别有无雷雨的能力上与沙氏指数相当,区分普通雷雨和雷雨大风天气的能力上超过沙氏指数。     

按Lorena精确公式和近似公式计算有效位能制造

以时空域为函数研究了按Ｌｏｒｅｎｚ所定义大气中精确的有效位能制造的近似的有效位能制造公式。大气中有效位能的制造是由非绝热加热场和温度场决定。这个加热场通过使用每天四次的ＥＣＭＷＦ的１９８６－１９９２年７个１月份和１９８５－１９９１年７个７月份的初值化分析资料，用余差法进行估计。     

黄土高原低值对流有效位能区中β尺度大暴雨综合分析

为了提高对黄土高原中β尺度暴雨的预报和预警能力,利用中国气象局气象资料综合处理MICAPS系统提供的资料及多普勒雷达资料,对2007年8月28日黄土高原在低值对流有效位能区发生的一次中β尺度暴雨天气过程进行了大尺度环境场和物理量的诊断分析以及三维流场结构分析。结果表明:这次黄土高原中β尺度大暴雨主要是由3次中β尺度强对流单体活动造成的;地面风速脉动、地面能量比高值舌配合上下游能量比大梯度区的生成,是中β尺度暴雨触发机制之一;对流层低层倾斜涡度的发展、纬向双次级环流圈的形成,为暴雨的发生、发展和维持提供了动力机制;列车效应是形成降水时间长、累积雨量大的重要因素;在多普勒雷达径向速度场上看到,暴雨区上游从对流层中层到对流层高层气旋性环流的发展和暴雨区对流层中高层西南急流的发展和稳定,也是形成暴雨的动力机制之一。     

扰动位能理论及其应用——扰动位能的概念、表达及其时空结构

针对局地环流能量转换问题,该工作系列讨论扰动位能理论及其应用.此文是第一篇,提出了扰动位能的新概念,将其分解为大气扰动位能(简称扰动位能)和表面扰动位能两个部分,给出了扰动位能各阶矩项的数学表达形式,结合资料指出二阶以上的扰动位能高阶矩项相对于其一阶矩项和二阶矩项来说是小量,可忽略,并指出扰动位能二阶矩项的全球平均恰好等于传统的有效位能,但两者在物理意义上明显不同.结合NCEP/NCAR再分析资料,研究了扰动位能的时空结构以及与大气动能之间的联系.扰动位能一阶矩项在热带地区为正、高纬度地区为负; 二阶矩项在热带和高纬度地区出现极大值,在副热带及中纬度地区出现极小值,即在南北方向上呈现三峰二谷的特征; 在局地上,由于一阶矩项在数值上较二阶矩项绝对占优,因此,扰动位能的分布与其一阶矩项的情形相似.在垂直方向上,扰动位能主要集中在对流层下层,其数值随高度的增加而迅速减少,在50 hPa以上均可以忽略不计.扰动位能有明显的季节变化,其在高纬度地区在冬半球比夏半球大很多; 南、北半球平均的扰动位能一阶矩项季节变化的幅度约是相应二阶矩项的二十倍.随着季节变化扰动位能定常波的槽脊在北半球有显著的东西方向移动,而在南半球则只表现为振幅上的增减.分析表明,从区域或局地尺度上大气动能的季节变化与扰动位能一阶矩项的关系密切,二者呈显著反向变化关系,而与二阶矩项的关系不确定; 但在全球或半球尺度上,大气动能与扰动位能二阶矩项的比率随季节基本保持不变,约是20%.此外,对大气总动能时空结构的分析也得到了与前人不同的新结果.关于利用此文提出的概念和理论对局地环流能量收支的分析、表面扰动位能的作用以及它们在大气环流变化研究中的应用,将在以后的文章中给出.     

按Lorenz精确公式和近似公式计算有效位能制造

以时空域为函数研究了按Ｌｏｒｅｎｚ（１９５５ａ，ｂ）所定义大气中精确的有效位能（ＡＰＥ）制造和近似的有效位能制造公式．大气中有效位能的制造是由非绝热加热场和温度场决定。这个加热场通过使用每天四次的ＥＣＭＷＦ（欧洲中期天气预报中心）的１９８６—１９９２年７个１月份和１９８５－１９９１年７个７月份的初值化分析资料，用余差法进行了估计。考察了大气不同部分对精确制造和近似制造的贡献，并解释了这些贡献之间的差别．Ｌｏｒｅｎｚ在近似制造公式的推导过程中，做了几个近似假设。最严重的一个近似假设看来似乎是，等熵面上的平均气压近似地等于等压面上的气压，就这个等压面而论其上平均位温与等熵面上的位温相等。本文结果表明，精确制造公式中和近似制造公式中两种贡献项之间的最大差别，发生在温带对流层低层．此处对涡动ＡＰＥ，精确制造值比近似制造值可以小到１／１０；而对纬向和时间平均ＡＰＥ精确制造值是微弱的正值，但近似制造值是强大的负值。其它主要的差别发生在热带对流层中层，就平均ＡＰＥ制造而言，精确公式的值比近似公式值大约小一半。尽管有这些大的差异，全球平均的平均ＡＰＥ的精确制造值在１月为２．２９Ｗ／ｍ２，７月为１．８８Ｗ／ｍ３，然而与近似制     

有效总能量平衡方程及其它

作者在定义了单位质量气块（空气元）的有效总位能的概念基础上，采用空气元的观点双推导了有效总能量的数学表达式，导出形式上与Ｂｅｒｎｏｎｌｌｉ方程（总能量平衡方程）完全相同的有效总能量平衡方程，此外，还推导了有效总能量收支方程，并就一些可能应用的问题进行了讨论。     

埃玛图状态曲线和几个特殊指标的其他算法

文章阐述了另外一种温度对数压力图(Emagram)制作方法,根据该方法对状态曲线以及对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、自由对流高度(LFC)和平衡高度(EC)进行了计算。     

下沉对流有效位能

在近年出版的大气对流专著中 [1 ,2 ] ,引入了一个新参数——下沉对流有效位能 DCAPE。现根据有关文献及我们的理解 ,对其加以介绍。1　对流风暴中主下沉气流的分支情况2 0世纪 80年代中期 ,Knupp[3 ]在关于美国高原地区对流风暴低空下沉气流的综合分析中 ,提出了一个如图 1所示表示主下沉气流分支情况的概念模式。他们将主下沉气流分为以下几类 :发源于行星边界层 (PBL )内的先上升后下沉气流 (a) ;发源于行星边界层以上的先上升后下沉气流 (b) ;发源于中层的下沉气流 (c)。图 1　对流风暴中主下沉气流的分支情况 [3 ]　　在降水积云中…     

能量参数在中川机场雷暴预测中的应用

我国目前的大气探空网, 其时空观测密度尚不足以捕捉强对流天气信号.采用中尺度数值模式MM5对发生在兰州中川机场的5次雷暴天气进行模拟, 利用模拟结果并结合地面观测资料, 计算、分析了雷暴发生、发展过程中一些对流活动指数的变化, 结果表明, 对流有效位势能量(CAPE)和对流抑制能量(CIN)对中川机场雷暴预测有较好的指示意义, 当CAPE＞20 J·kg -1 时就可能出现雷暴, ＞100 J·kg -1 时雷暴较强;经过地面资料修正的CAPE能够更准确地预测雷暴发生时间, 描述雷暴发展过程中的能量积累和释放过程;同时指出, 使用数值模式预测雷暴时, 积分时间不易过长.     

Kinetic and Available Potential Energy Transport during the Stratospheric Sudden Warming in January 2009

The local features of transient kinetic energy and available potential energy were investigated using ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) Interim Reanalysis data for the stratospheric sudden warming(SSW) event of January 2009.The Western Europe high plays important roles in the propagation of the energy from North America to Eurasian.When the Western Europe high appeared and shifted eastward,energy conversions increased and energy propagated from North America to Eurasian as a form of interaction energy flow.The baroclinic conversion between transient-eddy kinetic energy(Ke) and transient-eddy available potential energy(Ae) and the horizontal advection of geopotential height were approximately one order of magnitude less than Ke and Ae generation terms.So,these terms were less important to this SSW event.     

一次冷涡背景下强对流不稳定条件的成因分析

利用常规观测资料及NCEP再分析资料,在分析环流背景、探空资料的基础上,通过选取不同的高度和温度,对比研究四种CAPE以及CAPE场与地面要素场的关系,对发生在辽宁沈阳的一次冷涡背景下的强对流天气进行不稳定条件成因分析.结果表明,水汽潜热是不稳定能量的主要组成部分,冷涡背景下低层暖湿平流、高层冷干平流有利于不稳定能量的累积,从而导致强对流天气的发生;对流温度CAPE可以反映午后发生强对流所必需的不稳定能量,对强对流天气预报具有一定指示意义.     

The Diabatic Heating and the Generation of Available Potential Energy: Results from NCEP Reanalysis

In the existing studies on the atmospheric energy cycle, the attention to the generation of available potential energy (APE) is restricted to its global mean value. The geographical distributions of the generation of APE and its mechanism of formation are investigated by using the three-dimensional NCEP/NCAR diabatic heating reanalysis in this study. The results show that the contributions from sensible heating and net radiation to the generation of zonal and time-mean APE (Gz) are mainly located in high and middle latitudes with an opposite sign, while the latent heating shows a dominant effect on Gz mainly in the tropics and high latitudes where the contributions from the middle and upper tropospheres are also contrary to that from the low troposphere. In high latitudes, the Gz is much stronger for the Winter Hemisphere than for the Summer Hemisphere, and this is consistent with the asymmetrical feature shown by the reservoir- of zonal and time-mean APE in two hemispheres, which suggests that the generation of APE plays a fundamental role in maintaining the APE in the global atmospheric energy cycle. The same contributions to the generation of stationary eddy APE (GSE) from the different regions related to the maintenance of longitudinal temperature contrast are likely arisen by different physics. Specifically, the positive contributions to GSE from the latent heating in the western tropical Pacific and from the sensible heating over land are dominated by the heating at warm regions, whereas those from the latent heating in the eastern tropical Pacific and from the sensitive heating over the oceans are dominated by the cooling at cold regions. Thus, our findings provide an observational estimate of the generation of eddy APE to identify the regional contributions in the climate simulations because it might be correct for the wrong reasons in the general circulation model (GCM). The largest positive contributions to the generation of transient eddy APE (GTE) are found to be at middle latitudes in the middle and upper tropospheres, where reside the strong local contributions to the baroclinic conversion from transient eddy APE to transient eddy kinetic energy and the resulting transient eddy kinetic energy.     

计算高能原电子能量损失率的方法

提出了计算属于同一个能区高能原电子在金属发射体内的沿程能量损失率的方法,用实验数据分别计算出属于两个能区的高能原电子在金属金发射体内的沿程能量损失率,并用实验数据计算出属于同一个能区的高能原电子在金属铝发射体内的沿程能量损失率,结果显示,计算高能原电子在金属发射体内的沿程能量损失率的方法是可行的.     

广东省沿海风能的分析及计算

利用广东省沿海地区3年多的现场实测风资料及其临近的气象站风资料，分析研究了广东省沿海风随高度的变化规律和随离海岸线距离的衰减变化规律，计算了广东省沿海风能贮量和可开发量。