非保守系统中的对称不稳定 I. 弱粘性的强迫作用

对非保守系统中的对称不稳定问题进行了深入的研究,第一部分讨论弱粘性的强迫作用。研究结果表明,在取一级近似时,弱粘性的首要作用是衰减波长较长的波,对波长较短扰动的衰减作用要小一些。在Pr～O(1)的条件下,波动的衰减率σ1对Prandtl数的依赖性较小。在取二级近似时,弱粘性的主要作用则是衰减短波。因此,在中尺度对称不稳定中,粘性的作用主要是衰减长波及短波,从而确保发展的扰动具有中尺度量级。     

非保守系统中的对称不稳定I弱粘性的强迫作用

对非保守系统中的对称不稳定问题进行了深入的研究,第一部分讨论弱粘性的强迫作用。研究结果表明,在取一级近似时,弱粘性的首要作用是衰减波长较长的波,对波长较短扰动的衰减作用要小一些。在Ｐｒ～Ｏ（１）的条件下,波动的衰减率σ１对Ｐｒａｎｄｔｌ数的依赖性较小。在取二级近似时,弱粘性的主要作用则是衰减短波。因此,在中尺度对称不稳定中,粘性的作用主要是衰减长波及短波,从而确保发展的扰动具有中尺度量级。     

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。     

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.     

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。     

非热成风平衡基流的对称不稳定

采用适合于中尺度研究的ｆ平面、非静力平衡、滤声波模式，运用解析方法研究了具有非热成风梯度存在的高空急流入口区右侧及低空急流入口区左侧的对称不稳定性问题。求出了扰动流函数解析表达式，从而定性地分析了由于非热成风梯度的存在，中尺度扰动波结构以及波振幅空间分布特征。所得理论结果可以解释在平行型高低空急流入口区间产生强暴雨的原因。     

非纬向非平行基流中的对称不稳定

文中讨论了非纬向非平行基流中的对称不稳定,得到了新的非纬向基流下对称不稳定的判据条件。在存在横向切变时,无旋层结流体中扰动的不稳定条件为Ｒｉ＜１４ｓｉｎ２（β－α）;而在有旋层结流体中,弱的横向切变在取一级近似时并不能改变对称不稳定的增长率,但扰动必定传播,传播方向是顺切变方向,波长越短,传播速度越快。     

非均匀层结下的对称不稳定

研究了非均匀层结下的对称不稳定，给出了不稳定发生的判据，并将该微分方程的特征值问题化为一个实对称矩阵的特征值问题，还取不同的层结廓线进行了数值计算。     

二维非静力平衡深厚湿倾斜对流数值模式设计与条件性对称不稳定数值试验

设计了一个宜于研究深厚湿倾斜对流运动的二维非弹性非静力平衡数值模式.模式采用非静力平衡条件、非常值湍流扩散系数,并具有最优协调分辨率,弥补了以往条件性对称不稳定数值研究中的诸多缺陷.数值试验表明:模式运行稳定可信且对深厚湿倾斜对流运动有较强的描述能力.在条件性对称不稳定条件下,扰动发展呈现为强倾斜环流特征,垂直速度场有狭窄的强倾斜上升运动,与倾斜上升运动相伴有倾斜云带发展.诊断分析表明:在扰动发展演化过程中,条件性对称不稳定演化为一种混合不稳定的形式存在.     

河西走廊中西部一次特强沙尘暴的对称不稳定诊断分析

2007年4月13日在河西走廊中西部发生了特强沙尘暴,极大风速25m/s,最小能见度50m。用风云2号卫星红外云图对下沉急流云头进行跟踪,并用NCEP(1°×1°)6h再分析数据对高速下沉急流到达冷锋云带前后的静力不稳定、条件不稳定、条件对称不稳定等进行了诊断分析。结果表明:这次强沙尘暴由高速下沉急流引起,急流头部触发了锋区附近强对流发生;凝结潜热释放先在对流层中层发生,然后向下发展,使对流层中下部转为条件不稳定层,700hPa附近的条件不稳定能量释放使边界层对流环流迅速增强,引发了这次特强沙尘暴。     

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。     

一次华北锋面带状降水过程中的对流-对称不稳定诊断分析

本文用GRAPES_Meso中尺度区域模式模拟了2015年8月2—4日的一次华北锋面带状降水过程,在模拟结果与实况比较吻合的情况下,用高分辨率模式输出资料对降水过程中的对流稳定度、惯性稳定度和条件性对称不稳定(CSI)进行了分析,并诊断出降水过程中的条件性对称不稳定区域。个例分析的结果表明:(1)带状降水过程中CSI的发展伴随着对流不稳定的减弱和惯性不稳定的增强。(2)根据不稳定量的变化情况,把降水过程分为3个阶段:在第一个阶段,降水区域上空-?θ_e/?p0,降水主要受对流不稳定的影响;在第二个阶段,对流不稳定、惯性不稳定与CSI发展增强,此阶段的降水受3种不稳定量的影响;在第三个阶段,3种不稳定能量均逐渐减弱,但仍然影响着降水的持续。(3)发展旺盛阶段的CSI在平面上呈带状分布,与雨带、对流不稳定区域平行,在剖面上CSI主要活跃在对流层低层。(4)用湿位涡结合对流稳定度与惯性稳定度诊断CSI区域的方法比M-θ_e剖面图方法更准确有效。     

对称不稳定的非线性问题和对称型重力惯性波的非线性周期解

本文利用密度的空间分布不均匀性引入非线性项，从准动量无辐散模式出发导出了一个自治的二阶非线性系统，应用这个系统讨论了非线性项对对称不稳定以及对称型重力惯性波非线性周期解的作用。从本系统的一次近似系统可得到类似Hoskins于1974年得到的结论，同样可导出对称不稳定的位涡判据。由于本系统是一有限次的非线性系统，故应用Poincare形式级数法可证明非线性周期解的存在性，并可求得周期解的一系列近似解。     

一次高原强降雪过程三维对称不稳定数值模拟研究

利用一次较成功地模拟了"95.1"青藏高原暴雪过程的MM5中尺度模式输出资料,用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式,对"95.1"暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验,结果表明:ψ场和w场的三维配置在降雪发生初期和发展过程中与暴雪带基本一致,说明非线性对称不稳定是这次高原暴雪启动的一种动力学机制。     

东亚春季强冷锋结构及其动力学诊断研究 II. 动力学诊断研究

在本文第I部分对东亚春季强冷锋结构进行分析的基础上，第II部分对该锋面的增强过程作了动力学诊断的研究。通过研究发现:(1)从27日08时至28日20时（北京时，下同），该冷锋处于加强阶段，锋生函数的计算显示，最大锋生区出现在对流层中层，各项的量级相同，但以倾斜项的数值为大；(2)在锋生区的南侧发现有很明显的条件对称不稳定（CSI）区域，这有利于倾斜的对流上升运动的发展，提供了一个较好的强对流系统发展的环境，对冷锋中尺度雨带的形成，CSI的激发可能有重要的作用，然而东亚春季强冷锋的CSI与北美“典型”的CSI有较明显的不同；(3)本例与Hoskins-Bretherton（HB）的理论模型所进行的比较表明，HB模型的结果可说明实际观测到的锋区的基本特征。然而，理论模型中，可能由于采用半地转假设所限，对锋后的一支下沉气流描写较弱，而这支气流对强烈天气的发展可能有重要意义。     

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。