南海台风发生发展中大气热源和能量转换与输送特征

对南海台风发生发展过程中大气热源的结构变化及能量转换研究,可以得到,低层增湿和高层反气旋叠加在低层热带低压上为台风发生发展提供了热力和动力条件。而大气热源与台风发生发展关系密切,随着台风发展,大气热源逐渐增大,最大加热率[Q_1]可达46°C/D,出现在400hPa上;[Q_2]可达34°C/D,出现在600hPa上.在台风发生发展中正、斜压不稳定能量转换具有一定的贡献.     

南海冷涌期大气动力学与能量学特征

本文利用FGGEⅡb探空资料,通过三角形法计算分析了南海冷涌期中低纬度有关动力学和能量学特征量的时空分布,结果表明,在冷涌爆发期,南海南、北海区无论在动力学或能量学的特征上均存在着显著差异。表现在北部下沉气流的加强,“干燥层”降低,大气迅速趋于稳定。南部却相反,上升运动加强,“干燥层”抬升,整层大气湿度增大。与此同时,Hadley环流也得到明显加强;能量学特征主要表现在对中低纬度、高低空水平的和垂直的能量输送,并通过辐散辐合将中低纬度环流连接起来,进而维持南海上空大气能量的平衡。     

斜压能量转换引起台风暴雨的动力计算

本文以7406与7411号台风登陆后出现突然性大风区引起突然性的暴雨中心为例,从能量的角度出发,对出现大风区引起暴雨中心的物理机制进行了计算分析,结果表明:当台风(指7406和7411号台风,下同)受干冷空气影响前后,有明显的能量转换,即有效位能向动能转换,正能量区对应大风区,大风区的辐合区对应于暴雨中心。这种配置关系是由斜压能量转换引起大风区产生的。     

华南大气热源和水汽汇的时间变化

用１９８０－１９８６年的ＥＣＭＷＦ资料以及降水量资料，分析了华南地区的大气热源及水汽汇的时空分布变化特征及其与降水异常的联系。分析表明，７年平均的整层积分热源强度在夏半年较强，其中以６，８月最明显，冬季则较弱；辐射冷却在２－４月最显著；水汽汇在２－６月最强，８－１０月次之，其他份较弱甚至为弱的水汽源。     

全球变暖不同阶段热带辐合带的移动及其与大气能量输送的关系

基于第五次国际间耦合模式比较计划(The phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project,CMIP5)中在4.5 W/m^2的典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP4.5)试验结果,本文通过能量框架分析方法研究了全球变暖不同阶段热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,ITCZ)的南北移动及其主要机制,发现在温室气体持续增加的海洋快响应和温室气体达到稳定后的海洋慢响应两个阶段,ITCZ的移动都和跨赤道的大气能量输送(Atmosphere Heat Transport,AHT)变化显著相关,但两者变化的原因在两个阶段中是不同的。在快响应阶段,ITCZ位置的移动以及跨赤道AHT受大气层顶(Top of the Atmosphere,TOA)的能量变化驱动,主要与南大洋云短波辐射响应、北半球中高纬度云和地表的短波辐射响应有关,气溶胶减少引起的辐射响应变化使得ITCZ在大多数模式中表现出向北移动的特征。在慢响应下辐射强迫保持稳定,ITCZ在大多数模式中表现出向南移动的特征。这一时期ITCZ的移动由大气表面能量通量变化驱动,主要与潜热通量变化的南北半球差异有关。全球变暖不同阶段ITCZ移动与大气能量输送变化的关系差异反映了海洋对于气候变化的重要调控作用。     

青岛地区大气中水汽含量及水汽输送的研究

本文根据青岛、徐州、邢台等探空站的高空探测资料,计算分析了青岛地区多年平均水汽含量和水汽输送量及其时空变化规律,从而为青岛地区水资源的研究提供了重要依据。     

1013号“鲇鱼”台风大气边界层低层动量通量逆梯度输送的观测特征

为了进一步揭示大气边界层低层动量通量逆梯度输运的观测事实,本文利用福建南部赤湖镇海边100m铁塔上观测得到的超声风温仪资料,采用诊断方法分析了2010年13号"鲇鱼"台风影响过程中近海面边界层大气中动量垂直通量逆梯度输送特征。结果表明:在逐小时时间尺度上台风近海面边界层大气中湍流动量垂直通量输送以沿梯度方向为主,但也存在一定比例的逆梯度方向输送现象,且越往高层该现象越明显,本文中其百分比最高不超过16%。并且这一现象出现的频率在台风环流的不同区域存在差别:在台风环流的内核区域最多,其次是登陆以后残余环流区,而在早期的台风外围环流中较少。湍流低频扰动的相干结构也是影响因素,当水平扰动与垂直扰动出现同位相变化时容易出现动量垂直通量逆梯度输送。大气动量通量逆梯度的水平和垂直平均空间尺度分别为258m和35m,平均时间尺度分别为123s和13s,均小于通常的顺梯度湍流低频扰动的时空尺度的1—3倍。     

一次受台风影响的大气波导过程分析和数值模拟

利用NCEP再分析资料及实况探空资料,对2002年8月31日台风"鹿莎"靠近和进入韩国期间,在我国东部地区大气波导的发生情况,以及相对应物理量场进行分析发现:湿度递减以及辐散下沉运动与大气波导的发生有很好的对应关系.运用中尺度预报模式ARPS对这次大气波导过程进行了两种方案的数值模拟试验,结果表明:对大气波导进行数值模拟时,初始场非常重要.在初始时刻同化了探空资料后的初始场更接近真实大气状况,同化探空资料初始场的模拟结果比没有同化探空资料初始场的模拟结果更接近于实际探空资料.     

WRF大气模式与台风经验模型在超强台风“山竹”过程重构中的比较分析

通过中尺度气象研究与预报模式WRF（weather research and forecasting）和两种台风经验模型重构了2018年影响我国珠江口地区的超强台风“山竹”过程中的气压和风矢量场,在台风最佳路径数据的基础上开展了方法间的比较,并与香港、澳门和深圳三个国际机场的实测数据进行了对比分析,验证了三种模拟方案模拟台风“山竹”的可靠性。利用非结构网格半隐式跨尺度海洋模式SCHISM （semi-implicit cross-scale hydroscience integrated system model）,将三种模拟气压和风场作为驱动场输入风暴潮模式中进行增水模拟试验,比较了它们在赤湾、三灶、横门和黄埔四个测站风暴潮增水中各自的效果,并进一步验证了WRF模式和两种经验模型模拟台风“山竹”的有效性。综合来看, WRF大气模式对气压、风速、风向及风暴增水模拟效果最佳,如果进一步优化该模式的各种参数化方案,可能还能提高其精度。如果不具备使用WRF大气模式的条件,台风经验1模型也是一个完全可以接受的、简单快捷的方案。     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料,分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主,其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道,二者之间存在反位相的协同变化,且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月,AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化,这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常,同时影响途经区域的气温,从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送,从极区输出的热量为冷输送,则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷,而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时,有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少;当G区输入、B区输出热量时,利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少;当B区和G区均输出热量时,利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多,反之则相反。     

南海台风登陆粤东—闽南引发漳州大暴雨的特征和概念模型

根据南海台风登陆粤东至闽南漳州大暴雨个例,归纳总结出3种概念模型:东高北槽型、东西两高型和东高西低型;分析3种概念模型环流特征表明,共同点是在台湾海峡中南部均存在低空偏南风急流,漳州暴雨区上空850 hPa以下是一个水汽通量强辐合区;200 hPa为强辐散区.不同点是东高西低型南风急流的强度和厚度最弱;东高北槽型有冷空气的相互作用.最大日雨量,东高北槽型最大,东高西低型最小.同时,计算了此类台风漳州地区水汽、动力、热力和不稳定条件等22个物理量指标及台风季气候平均态指标,为此类台风漳州大暴雨预报提供参考.     

2020年JRA55、ERA5大气驱动场和潮汐对黑潮热输送能力影响的数值模拟研究

利用妈祖·海流海洋数值模式（MaCOM）构建了一个水平分辨率为1/48°的西太平洋数值模拟系统,使用该系统开展了3个数值模拟敏感性试验,分析了有无潮汐、更换大气驱动场对黑潮流系上7个关键断面热输送数值模拟能力的影响。分析结果表明潮汐对于黑潮热输运的影响力约是更换大气强迫场的两倍。台风对所经过的黑潮断面热输运能力有显著的影响,但仅局限于中心附近海域和台风经过期间,未发现类似近惯性振荡波在时空上的延续。在高纬和浅海区域,体积输运的演变规律和热输运之间存在一定差异,热输运的季节变化略平缓。MaCOM模拟的黑潮主流热输运年均值与季节变化趋势和再分析数据以及前人的研究基本一致。     

不稳定状态下惯性重力波对台风发生、发展和移动的作用

本文用波动不稳定理论,对台风和热带气旋的发生、发展进行了分析和研究。结果表明,在热带气旋和台风的发生、发展过程中,起主要作用的波动是不稳定状态下的惯性重力波。大气中存在深厚潮湿层和水气凝结加热可促使和加剧波动的不稳定,并有利于波动能量频散减小,因此有利于台风和热带气旋的发生、发展,而且又能使波动移动速度减慢。基本态比容随气压的变化小于绝热分布的情况,也可导致波动不稳定,因此,对台风和热带气旋的发生、发展也可起到一定的作用。     

台风“巴蓬”对南海上层海洋水文特征与生态环境的影响

研究台风过境影响下海洋生态环境的变化是系统认识强天气过程下海洋响应问题的重要内容,对于防灾减灾、远洋运输等具有积极的意义。基于混合坐标海洋环流模式（Hybrid Coordinate Ocean Model, HYCOM）数据,结合Aqua卫星搭载的中分辨率成像光谱仪（MODIS）传感器数据,研究了慢速移动的台风“巴蓬”（1929号）过境对南海海表温度、叶绿素浓度以及水体垂向温盐结构和流场特征的影响。结果显示,台风“巴蓬”过境期间,波高由3 m增加至9 m,海表流速由0.3 m/s增加至0.7 m/s,台风周围最大流速甚至超过1.8 m/s;台风过境后,海表温度由原25.8 ℃下降至24.9 ℃。在台风影响下,水体垂向混合增加,混合层深度增加近15 m,从23 m到38 m。混合层内上部温度降低、盐度略微增加,下部温度升高、盐度降低;上层水体流速增加,方向偏转近90°,流速变化幅度由表及底逐渐减小。台风过境后3天内,由于温度降低、光照减弱,并且垂向混合增强补充的营养盐仍未被浮游植物充分利用,因此,叶绿素浓度并未快速升高,而是呈现短期内浓度微增的现象。     

南海北部洋陆转换带地震反射特征和结构单元划分

张裂大陆边缘和盆地主要通过岩石圈的伸展作用形成,被动大陆边缘岩石圈的减薄导致了岩浆的减压熔融,最终形成了洋壳和减薄的转换带。处理和分析了2010年中国科学院南海海洋研究所"实验2"号采集的南海北部地球物理调查的多道地震数据(MCS2010-1),总结了南海北部洋陆转换带的地震反射特征。转换带主要由北部裂陷期下沉区段,中部海山或埋藏海山隆起带和靠近海盆一侧的掀斜断块带组成。通过对比以前南海北部采集的反射地震数据和折射地震波速度模型,圈定了洋陆转换带的分布范围,洋陆转换带的宽度在南海东北部是225km,中部是160km,西北部是110km。依据零星的大于6级地震震中分布,揭示了南海北部洋陆转换带目前仍是一个地震构造活跃带。     

盐度和蛋白质水平对凡纳滨对虾存活、生长和能量转换的影响

探讨不同盐度条件下饲料中蛋白质水平的变化对凡纳滨对虾存活、生长和能量转换的影响。实验周期6周。结果表明：在0、5盐度下,随蛋白质水平的提高,凡纳滨对虾存活率呈下降趋势;盐度增加至8以上后对虾可正常生活;在26．59％,35．18％和45.31％3个蛋白质水平,凡纳滨对虾特定生长率、摄食量、总转换效率和净转换效率均以8和16盐度组最高;随盐度的升高或降低,对虾特定生长率、摄食量、总转换效率和净转换效率均呈下降趋势;但在0、5盐度下,摄食3个蛋白质水平对虾的特定生长率组间差异不显著;在8～25盐度下,摄食35．18％和45．31％蛋白质水平的对虾的特定生长率、总转换效率和净转换效率组间差异不显著,但显著高于其它处理。