正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。     

中尺度动力学的基础研究和进展

引　言中尺度动力学是研究尺度为20～2000km的天气系统发生发展规律的大气动力学分支。这个尺度上的天气系统,常常带来与强对流相联系的暴雨、冰雹、飑线、龙卷等天气以及引发洪水、海难和空难事件,对国民经济和人民生命财产构成严重威胁。这类天气系统突发性强、预报时效短、常造成重大自然灾害。然而这类系统的预报一直是一个相当困难的问题,这是因为人们对这种尺度上系统发生发展的机制缺乏了解。相对于大尺度动力学和小尺度动力学而言,中尺度动力学理论基础薄弱,这一领域特别困难的原因是它既不能做大尺度准地转简化,也不能做小尺度无旋…     

边界层动力学中的Ekman动量近似

自由大气中,大气运动的基本状态是地转风,近年来发展的地转动量近似,是为了进一步研究非均匀地转流的动力学问题,然而,在边界层大气中,运动的基本状态是经典的Ekman流,所以对边界层运动来说,地转动量近似是不合适的,需作一推广。本文提出了一种所谓Ekman动量近似,它相似于自由大气中的地转动量近似,并讨论了Ekman动量近似的物理基础,对边界层的风场结构及边界屋顶部的垂直速度也作了详细分析。     

地转动量假定下风场近似与扰动的稳定性

在大尺度系统中,由于Rossby数很小,大气呈准地转运动。但在低纬度地区或中小尺度系统中,Rossby数不是小参数,运动的非地转特征就很明显了。为了避免非线性问题中数学处理的复杂性,可以使用半地转近似,这不但可以使问题得到线性化,而且其结果又有非线性的主要特征。本文在半地转假定下,当风压场处于平衡状态时,我们得到了一种简单的表示式,并将它与Rossby近似和Phillips近似进行了比较。文中还对扰动的稳定性进行了研究,在某些条件下,例如风场发生扰动而气压场未受扰     

热带大气和海洋的半地转适应和发展运动

半地转适应和半地转发展是热带大气和海洋运动的两种基本形态,它们在时间上是可分的,反映了不同的物理过程。当初始扰动作用于大气或海洋时,首先将激发出重力惯性波,当重力惯性波频散后,建立起半地转的平衡状态,此后运动进入到以Rossby波（长波或短波）、Kelvin波和混合波中的Rossby短波为主导的发展状态。文中研究的纬圈半地转适应和发展运动,是Gill长波近似模式的理论基础。同时研究了经圈半地转适应和发展运动,实际上这相当于短波近似模式,它可以应用到研究海洋经圈边界附近的一类问题。     

准地转理论在低纬高原冬季暴雨中的应用

2003年1月4～5日云南发生的罕见的冬季暴雨是一次西风带大尺度斜压系统发展过程.利用T213模式计算的物理量场对暴雨过程进行了天气动力学诊断分析发现：暴雨发生机制可以用准地转运动理论得以很好地解释,为今后云南冬半年暴雨预报提供一些新的启示和参考依据.     

新书架上

《动力气象学引论》(美)J.R.霍尔顿著,中国人民解放军空军气象学院训练部译,1980年科学出版社出版,329页。本书简明地叙述了大气动力学基本原理,着重介绍了近代动力气象学中所研究的一些主要问题,并以准地转理论将大气大尺度运动贯串起来加以统一地阐述。全书共分12章:绪论、动量方程、水平运动方程     

中期天气变化和中期预报

1引言从宏观上讲，全球大气运动是不可分割的统一整体运动。大气内部在各个纬带、各种尺度、各种频率的运动形式之间相互依存、相互制约、相互影响，按照大气动力学能量串级理论和能量频散原理，大尺度运动系统既可向小尺度系统转移能量，也可从小尺度系统获得能量。这样，各种尺度运动系统就会通过非线性相互作用引起大气环流形势的持续异常或急剧变化。天气、气候变化的直接原因是大气环流的变化或异常。从预报的角度讲，不同时效的预报要侧重考察相应长度的天气过程和长于预报时效的大型环流系统。天气尺度系统是短期预报的主要对象。而…     

大气动力学的一些问题

大气动力学的基本问题,也是自然流体力学中的一些基本问题.大气运动是极其多种多样的.在时、空尺度上以及在形态和性质上都有很大差别.大体上说可以分为全球规模的和行星尺度的运动——即所谓大气环流、大尺度天气系统、涡旋、波动、对流以及边界层湍流.我们这里只讲关于前三者的一些问题. 一、大气环流和大尺度运动的动力学 1.在引力和旋转力场中流体运动的一般特点简言之,大气运动是由地球吸收太阳辐射能所推动的.然而它又是在地球重力场和旋转力场作用之下.     

正压大气动能梯度与地转偏差的关系及其对暴雨的诊断

本文从正压大气原始方程组出发,分析了不同尺度天气系统中动能梯度与地转偏差之间的关系。结果表明:在天气尺度和α中尺度运动中,动能梯度的模与地转偏差的模大致成正比。对天气尺度该比例系数为地转参数,且与运动本身无关。对较小尺度天气系统,该比例系数与运动本身密切相关。在β中尺度运动中,动能梯度的模小于等于两项之和,两项中的第一项与地转偏差的模成比例,第二项则是地转偏差时间导数的模。在动能梯度的高值区,运动的非平衡性和暴发性强。本文还以上海"08.8.25"暴雨过程为例,对500 hPa上的动能梯度做了诊断,发现动能梯度大值区与强降水的分布有很好的对应关系,并与以上理论分析相一致,这对暴雨等灾害性天气预报具有应用价值。     

大气非绝热加热作用的研究进展与展望

大气非绝热加热与天气系统的发生发展有密切联系,与降水等天气过程密不可分,非绝热加热在大气运动中有着至关重要的作用。对非绝热加热的研究和理解,有助于改进数值预报模式,增强数值天气预报模式的预报能力。本文系统梳理了大气非绝热加热的基本内容,近几十年非绝热加热及其作用的研究成果,主要包括非绝热加热的概念及其表征、非绝热加热的时空分布特征、非绝热加热与季风、天气系统(如西太平洋副热带高压、热带气旋、温带气旋和急流)和降水之间的关系,以及非绝热加热在数值模式中的表征,进而指出有待于进一步研究的方面。     

强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战

强对流天气短时临近预报业务是国家防灾减灾、重大社会活动和精细化天气预报的迫切需要。虽然我国强对流天气短时临近预报业务已经取得了巨大进展,但与国外先进水平相比还有不少差距。本文总结了近年国内外强对流天气短时临近预报业务现状、技术进展、目前国内的技术支撑状况和所面临的挑战,并提出了相应的应对措施。目前强对流天气短时临近预报技术仍然主要是外推预报技术、数值预报技术和概念模型预报技术等,但快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报和新一代静止气象卫星资料将在强对流天气短时临近预报中发挥重要作用。强对流天气监测、分析和机理研究是强对流天气短时临近预报的重要基础;先进的外推预报方法同快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报以及二者的融合是未来强对流天气短时临近预报的重要发展方向。     

Analyses and calculation facts of the baroclinic term in synoptic-scale motion over tropics

Analyses are made of all terms in the vorticity equation for the atmosphere at low latitudes by using the scale analysis theory, with the result that for synotic-scale motion the baroclinic term, i. e. the twisting term and the vorticity vertical-transport term, approximates in order to the relative-vorticity advection, divergence and β term. With intensified atmospheric disturbance ratios of the β term to others become smaller while the others stay in more or less fixed proportions between them. This statement has been confirmed by the results of 22 typhoons calculated covering a large area in low latitudes. Besides, the baroclinic term for the genesis and development of 6 typhoons over 1979－1980 is calculated and the results ob-tained show that it has significant effect. Finally, the baroclinicity is shown not to be ignored in dealing with synoptics and dynamics of synoptic-scale systems such as typhoons and easterly waves.     

二次开发风廓线探测资料及其在天气预报中的应用

简要介绍了北京市气象局4部风廓线探测雷达的基本探测性能。讨论了新型探测数据(风廓线资料)在预报工作中的基本应用情况,重点讨论根据大气物理方程,利用风廓线数据可以进行的一些二次开发利用。通过分析2008年8月北京地区两个天气过程,介绍风廓线资料在天气预报中的应用。结果表明,相比于风廓线基础数据,经二次开发计算的物理量,对天气系统的发生、发展具有更好的指示意义,有助于改进北京地区短时和临近精细化预报。     

集合数值预报在洪水预报中的应用进展

水文集合预报是近几年正在形成和发展的水文预报分支,其发展大致可分为两个阶段:第1阶段是1970年至20世纪末进行的长期径流预报,第2阶段从21世纪开始,主要学习气象数值预报中集合预报的概念在短期水文集合预报中的应用。目前,除了单一预报中心的集合预报系统在水文集合预报中应用外,多个预报中心的集合预报大集合也逐渐被应用于流域水文预报,甚至一些小流域的洪水预报。如利用TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)集合预报驱动形成的大气-水文-水力的串联系统进行早期的洪水预警研究,将全球集合预报作为洪水模型输入的有限区域模式的初始条件和侧边界条件的研究。这些均表明,基于水文集合预报的洪水预报增加了预报附加值,并能够延长预警提前时间。以欧洲中期天气预报中心的欧洲洪水预警系统(EFAS)和美国NOAA的先进水文预报系统(AHPS)为代表,实现了集合预报在洪水中的实时业务预报,但仍存在数据处理和计算量大,以及如何基于集合水文预报做决策等问题。对于水文集合预报的前处理和后处理的各种技术已处于探索和验证阶段,如何更好地理解基于概率预报的洪水预警决策仍存在许多困难和挑战。     

大气垂直运动方程若干问题讨论

本文对大气垂直运动方程的尺度分析和小量可否忽略重新进行了讨论，认为如同存在水平地转平衡一样，在大气垂直方向应当存在垂直地转平衡。并提出在大气垂直方向可能存在更高阶平衡：一级平衡为静力平衡，二级平衡为静力偏差和垂直柯氏力的垂直地转平衡，可能还存在第三级平衡，即垂直地转偏差和重力异常的平衡，最后，重力异常偏差的最级有可能与大气行星波垂直加速度和引潮力垂直分量已处于同一量级。     

风廓线雷达资料在天气业务中的应用现状与展望

风廓线雷达是目前我国着重规划发展的垂直风廓线探测设备,其探测资料对天气预报预警具有重要价值。本文回顾了风廓线雷达资料在灾害性天气监测和预报中的应用,阐述了业务应用中存在的主要问题和未来发展的方向。风廓线雷达探测产品能够监测不同尺度天气系统的结构和演变,估计降水相态以及雨滴谱分布的云微物理信息,其提供的高空风资料进入快速同化系统和中尺度模式可以提高预报准确率,最后介绍了风廓线雷达单站和组网资料在强对流天气监测和业务中的应用情况,为预报员通过利用风廓线雷达资料了解天气系统的中尺度信息提供了一定的参考。     

模式大气月尺度可预报性的对比研究

首先采用方差分析方法，研究了实际大气500 hPa高度场的月尺度可预报性，并进一步分析了不同空间尺度大气运动的可预报性及其对大气整体运动可预报性的影响；对ECMWF和国家气候中心T63谱模式分别模拟和预报的500 hPa高度场，也用同样的方法进行了研究。结果表明，欧洲中心和我国T63模式大气的可预报性均比实际大气可预报性小，特别是在对整体运动可预报性影响最大的0～3波部分，差异较大，说明改进模式对0～3波部分的预报能力，必将提高模式性能。