大气运动的螺-极分解和Beltrami流

本文首先将不可压缩流体速度场的螺-极分解用来描写三维大气运动的垂直速度、涡度和螺度；其次，叙述了Beltrami流的概念，并论证了对于无摩擦的大气运动满足广义地转关系的定常解就是大气运动的Beltrami流；最后，应用小参数方法讨论了定常准地转模式中的螺度，研究指出：大气运动的螺度紧密地与稳定层结条件下的垂直运动和温度平流有关：上升运动和暖平流对应于正螺度，下沉运动和冷平流对应于负螺度。     

影响气温直减率变化的物理过程讨论

对流层中大气温度垂直递减率是决定大气静力稳定度的主要因素。基于气温直减率(γ)倾向公式,讨论了影响γ变化的主要物理过程,包括温度平流的垂直差异和垂直运动。"上冷下暖"的温度平流垂直差异导致气温直减率增大,大气层结趋于不稳定,对与之密切相关的气温直减率平流,特别是混合层平流,进行了讨论。垂直运动对气温直减率的影响往往被忽视,且常被视为抬升条件,重点讨论了天气尺度系统强迫的缓慢垂直运动对气温直减率的影响。     

用测风资料预报强降水的一种方法

(式中ω、f、g、p、v、ξ、z分别表示垂直速度、地转参数、重力加速度、气压、水平速度矢量、相对涡度、高度,下同。)可以看出,在绝热、准地转条件下,大气中产生垂直运动的因子有两个:(1)涡度平流随高度的变化,(2)温度平流的水平分布。     

大气臭氧垂直分布变化的模拟研究

利用包括垂直平流、扩散和化学过程的一维平流层—对流层的大气化学模式，通过增加NOx的地面源，发现由于NOx地面源的增强，引起对流层下部臭氧浓度增加，夏季臭氧浓度的增加远大于冬季；通过扩散系数和垂直风速的敏感性试验比较，看出由平流层向对流层输送臭氧的过程中，平流过程的影响可能更重要。     

相对垂直加速度和中尺度大气运动方程组

对具有强对流性质的中尺度系统运动的描写，直接采用包含准静力假设的p坐标系或σ坐标系大气运动方程组是不精确又不合理的。因此，必须发展更精确的非静力中尺度大气运动方程组。本文通过引入相对垂直加速度δ和通用(x，y，ζ，t)坐标系(简称ζ坐标系).导出了ζ坐标系中的非静力大气运动方程组。该方程组的垂直运动方程是非静力的，相对垂直加速度δ是可预报的；垂直加速度可由δ直接求得；而δ既直接影响速度场、位势场、质量场和地面气压场，还间接影响温度场。通过对通用ζ坐标系中非静力大气运动方程组的应用，可以很容易地获得p坐标系或σ坐标系及其它垂直坐标系中的非静力大气运动方程组；当δ为零时，则简化为一般包含准静力假设的p坐标系或σ坐标系及其它垂直坐标系中的大气运动方程组。在一般广泛使用的p坐标系或σ坐标系大气运动方程组中，因未考虑δ的贡献，对一些场的预报就会产生误差，较长时间的数值积分会使这种误差积累愈来愈大。显然，新发展的非静力大气运动方程组考虑了δ的贡献，从而消除了这种误差，所以就更为精确，也更适用于对中尺度系统运动的描写和预报。     

动量平流对混合连界层中的风场及其扰动稳定性的影响

提出了线性动量近似方案，并利用该方法讨论了动量平流对混合连界层中的风速、垂直速度、大气动能耗散的影响。同时讨论了动量平流、摩擦对风场扰动稳定性的影响，得到了一些有意义的结果。     

动量平流对混合边界层中的风场及其扰动稳定性的影响

提出了线性功量近似方案，并利用该方法讨论了动量平流对混合边界居中的风速、垂直速度、大气功能耗散的影响。同时讨论了动量平流、摩擦对风场扰动稳定性的影响，得到了一些有意义的结果。     

基于多普勒天气雷达的垂直散度和温度平流廓线反演

垂直散度廓线可用于推断大气垂直运动情况,垂直温度平流廓线可用于推断大气层结是否稳定,有助于预报员推断本站降水演变趋势。鉴于我国多普勒天气雷达中还没有垂直散度和温度平流廓线产品,提出了这两种产品的反演方法。首先使用分层VVP方法从雷达体扫径向速度资料中反演出雷达站上空的垂直风廓线和垂直散度廓线,然后在假设大气处于地转平衡条件下,基于温度平流与地转风随高度的变化关系,从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线。以两次大范围暴雨天气过程为例,反演了雷达站上空的垂直风廓线、散度廓线和温度平流廓线,并对反演结果进行了分析。结果表明:在雷达周围有大范围降水回波的情况下,使用分层VVP方法能合理地反演出雷达站上空的垂直风廓线和散度廓线;在这种情况下,反演的垂直风廓线代表各个高度雷达有效探测范围内的平均水平风,可近似满足地转平衡条件,因此,使用热成风方程能较为合理地从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线;三个反演产品的合理性可用天气学理论和天气实况来解释。     

2000-2001年北半球冬季一次继发性MJO和一次原发性MJO事件发生的物理机制

利用逐日的向外长波辐射资料OLR和再分析资料ERA-Interim研究并揭示了2000-2001年发生的一次继发性MJO和一次原发性MJO的初始对流发生的物理过程。研究发现继发性MJO对流事件主要是由边界层低层异常的水平温度平流引发边界层低层异常的垂直上升运动造成的。在异常的垂直上升运动与异常的水平湿度平流共同作用下,加湿了边界层大气,导致了上干下湿的大气的不稳定条件,从而触发了MJO对流。而原发性MJO对流事件的发生主要是由三支低频的对流耦合的湿波在印度洋相遇,即一支向东移动的Kelvin波,一支向西移动的Rossby波,一支向东传播的MJO模态,这三支波动相遇,其各自携带的湿度振幅叠加导致了大尺度对流不稳定层结,形成了有利于向东传播的行星尺度的MJO模态的对流发展。     

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应I.基本性质及特征分析

利用线性理论模型进行解析和模拟是大气科学的重要基础研究方法之一, 其简单明了, 解释了如Rossby波形成等重要的环流现象。近年, 有研究 (Chen et al., 2001) 运用定常线性准地转模型研究副热带高压的形成, 在相似加热强迫下, 其结果与理论研究和GCM的研究不同。本文运用该模型系统研究了由季风降水产生的潜热加热所激发的副热带定常波的结构特征, 以理解其结果与GCM不一致的原因。研究表明基本流对热强迫的定常波的结构有重要的影响: (1) 当基本流为东风或为零时, 定常波在垂直方向上表现为第一斜压结构, 波动振幅随东风的增大而减小; (2) 当基本流为西风时, 呈现向上的传播特征, 振幅随高度的升高而增大。而且存在一个临界风速Uc(约3 m/s), 此时, 波动振幅最强; 基本流的平流作用具有非对称性, 西风时平流作用远远强于东风。由此揭示了该线性模型解的本质: 加热在热源区所激发的经向地转涡度输送必须能够平衡加热的位涡制造和纬向位涡平流; 基本流的经向和垂直方向的变化使得气旋和反气旋中心偏向热源中心北侧, 并进一步发现当基本流为夏季亚洲季风区纬向平均的纬向风场时, 线性模型的解中位于中低层的反气旋中心显著抬升, 而不出现在地面上, 与完整的大气环流模式的结果接近。说明即使在线性模式中, 洋面副高的形成也不能完全用季风潜热加热来解释; 另外, 静力稳定度对热强迫的副热带环流的影响也很重要, 使热源的强迫作用放大。     

冬季最低气温预报方法

1思路气温的预报主要考虑本来Δt时间内的温度变化，即气温的局地变化。根据热力学方程在P坐标系的形式：通过展开整理得到：即气温的局地变化取决于温度的平流变化、大气稳定度和非绝热传递。在非局部区域中，空气的垂直运动量级较小，大气稳定度对气温局地变化所引起的贡献可以忽略，因此在实际分析中只侧重于温度平流和非绝热项的变化。其中，温度平流与水平温度梯度成正比，当垂直于温度梯度的风速分量越大，温度平流越强，温度的局地变化越大；非绝热变化主要取决于辐射、水汽相变等，它与云量、云状、风向风速、湿度、气压等本站要素…     

热带大气运动的特征

本文用小参数展开方法,探讨了热带大气中的特征运动及其基本属性.理论分析表明: 热带地区的超长波系统有中纬度长波的类似性质.其快过程是地转适应过程,有重力惯性波的活动;而慢过程在零级近似下是地转风,流场具有水平无辐散性质,在一级近似下是类似Rossby波的慢波,运动满足位涡度守恒的条件. 热带大气中的中间尺度运动,时间尺度远大于平流时间时为旋转风,是一种定常涡旋;时间尺度近于平流时间时,运动是水平无辐散的,且保持相对涡度守恒;若时间尺度远小于平流时间,则表现为重力波的活动. 热带大气中水平尺度近于10~6米     

赤道带边界层结构的数值研究

在气压随纬度的不同分布条件下，数值求解了二维赤道带大气边界层非线性运动方程组，得到了不同气压分布下赤道带边界层运动特征，显示了平流的重要作用。在赤道带存在低压槽或气压单调随纬度增加而减少的情况下，都得出在赤道附近某纬度有一相应于赤道辐合带（ＩＴＣＺ）的垂直运动大值集中区域存在，克服了前人用临界纬度机制解释边界层大抽吸速度时略去重要的非线性项的处理上的困难。     

北京奥运期间一次暴雨过程风廓线资料特征

通过分析2008年8月10—11日,北京暴雨天气过程中的两部风廓线仪(观象台、海淀)数据,总结其在此次过程中的特征发现:观象台与海淀两部风廓线仪在该地区强降水发生前,都监测到有低空急流的出现,但是出现时段、高度、维持时间、均不相同;在暴雨发生前,两部风廓线仪观测的垂直速度,均出现明显的变化,特别是海淀的垂直速度有大于8m.s-1的速度区,并到达地面;强降水发生前在垂直方向的温度平流同样有明显变化,冷暖平流随高度交替出现,且与低空急流出现的时间以及位置一致。由此可见低空急流与温度平流的变化有着重要联系。大气折射率结构常数可以与垂直速度相结合,为判断垂直方向大气的稳定程度以及降水提供辅助依据。     

定常行星波的垂直传播及其动力学效应

本文用一个β平面准地转模式考察了定常行星波在大气中垂直传播的特性，讨论了波的水平尺度和基本气流的结构等对定常行星波垂直传播的影响，指出了高低层大气之间相互作用的特点及条件。     

一次暴雨过程的动力诊断

应用常规观测资料及NCEP再分析资料,对2008年5月21日福建中部地区暴雨成因进行诊断分析。结果表明:此次强降水位于水汽通量散度平流项与散度项辐合配置较好区域;高层较强涡度平流促进福建中部地区上升运动;差动假相当位温平流增强大气不稳定度,促进垂直上升运动;低层水平运动锋生中心的位置和强度与未来6h降水中心位置和强度较为一致。     

应用地面要素诊断影响粤西天气系统

大气运动学指出，地面形势变化主要取决于涡度平流、冷暖平流、垂直运动和非绝热变化。局地气象要素的变化率，主要由同一空气质块在运行过程中的个别变化、平流变化和对流变化所决定。因此，从理论上说，单站地面要素的连续演变特征能直观地反映出天气系统和移动。不同的影响天气系统，地面要素具有其不同的演变规律。因此，可以此来诊断天气系统，提供充分的预报判据，进而对未来天气作出较可靠的估量。本文将华南若干常见的天气系统对应地面要素的演变特征及模式作简要介绍。。l天气系统与地面要素特征卜互热带气旋移向大气运动学关于低…     

非定常,水平非均匀的正压EKman边界层的动力特征

除了动量的局地变化和水平平流之外,本文讨论了动量垂直输送和β-效应在均质正压的Ekman边界层中的作用。利用奇异摄动方法,得到了精确到O(R_0~2)的Ekman边界层中水平风场的垂直结构和边界层顶垂直速度的解析表达式,对解的非定常和水平非均匀特征作了定性讨论。用一迭加在均匀西风气流上的园形、定常涡旋场的定量计算表明,动量垂直输送和β-效应对Ekman边界层中水平风速分布、边界层厚度及边界层顶垂直速度均有明显的影响。     

簡单斜压大气中热成风的建立和破坏(二)

本文第一部分的分析只是近似地反映大气运动的一个方面——起始非热成风怎样达到热成风平衡的,在实际大气中,还存在另外一些因子,不断促使热成风破坏,并在热成风不断破坏和不断适应的基础上,形成了天气系统的变化和发展,自由大气中,造成热成风破坏的因子是多种多样的,例如非绝热加热,非线性平流作用,垂直方向的输送(例如     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。