有效位能产生诊断研究的进展

本文介绍了国内外有关由非绝热过程(感热、潜热和红外辐射)对有效位能产生估算的一些诊断研究结果,揭示了非绝热过程对气旋产生机制和与大尺度环流的关系。一、前言 Johnson在等熵坐标中对运动的开放系统研究了一组方程,提供了关于对风暴有效位能收支的非常概括的讨论。Smith在等压坐标中对运动     

东海地区温带气旋爆发性发展的动力学分析

本文对东海地区两个气旋波的爆发性发展过程进行了动力学分析。结果表明:明显的对流层中下部增温、增温以及不稳定的大气层结和强高空西风急流,及其有关的次级环流的作用是气旋爆发性发展的重要条件。在气旋爆发性发展过程中,上升运动、正涡度以及高空辐散和低空辐合的散度场皆达到最强。加热场的计算也表明非绝热加热特别是凝结潜热释放也在气旋爆发时刻达到最强,最大加热区位于气旋的东北象限内。这时涡动动能的增加十分显著,它主要是由涡动有效位能向涡动动能的转换造成,这说明气旋的爆发性发展是与斜压发展密切有关。     

8014号热带气旋发生发展过程的能量学诊断研究

利用动能和总位能收支方程，对８０１４号强热带风暴过程进行了能量学诊断研究。结果表明，地转作用是该热带气旋中辐散风动能向旋转风动能转换的主要物理机制；非绝热加热是热带气旋发展的主要能源，其对总位能的制造大部分用于次网格耗散和侧边界输出，只有一小部分被转化为辐散风动能；两个转换函数Ｃ（Ｐ，Ｋｘ）和Ｃ（Ｋｘ，Ｋφ）在时空分布上具有很好的一致性；该热带气旋与周围环境场有明显的能量交换，在高层有总位能和旋转风动能输出，在低层有辐散风动能输入；在总动能收支中，辐散风作功是主要的功能产生项，旋转风作功主要是消耗动能。     

一次梅雨锋暴雨过程Q1和Q2的结构

利用一次数据模拟结果对台风范围的总有效位能、涡旋有效位能（Ａ，Ａｓ）进行了研究，结果发现，暴雨增幅时有效位能释放，冷空气处在台风外围时有效位能释放最多，增幅最大，能是积累与释放周期１２小时，冷空气侵入中心后，非绝热加热迅速小，不利于降水增幅。     

南海夏季风建立前后的大气能量收支

本文用总动能、总有效位能、扰动动能和扰动有效位能四个收支方程计算了1980年4-6月南海南部(0-15°N,100-120°E)夏季风建立前(4月1日-5月9日)和夏季风建立后(5月18日-6月25日)各时段的大气能量收支,并对其结果进行了分析讨论,发现:(1)总动能主要是在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间达到平衡,夏季风建立后源汇强度值都增大了40%左右。(2)非绝热加热所直接制造的有效位能并不重要,高层总有效位能的水平通量辐合、中低层与总动能间的转换和由于参考气压的变化而引起总有效位能的增减对于总有效位能的收支作用较大,其作用在夏季风建立前后也明显不同。(3)扰动动能同总动能一样主要在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间平衡。夏季风建立后源汇强度增强。(4)扰动有效位能主要由非绝热加热制造,夏季风建立后制造量增大了16倍多。夏季风建立前,扰动有效位能主要因参考气压的改变而减少;夏季风建立后,扰动有效位能主要被转换为扰动动能和平均有效位能。      

登陆台风及其诱生低压的能量收支合成分析

本文对几个类似的登陆强台风个例及其诱生低压的动能、有效位能各项收支资料进行平均合成。通过合成资料的诊断分析,得出了登陆台风及其诱生低压在消长移行过程中动能、有效位能的变化趋势;揭示了热带低压和温带气旋的动能、有效位能收支变化的一些相同点和不同点。     

大尺度涡动有效位能增长与初夏副热带高压北移的关系

初夏副热带高压的北移,主要表现在第1波有效位能的不断增长,在此过程中,非绝热加热起了非常重要的作用,其中普藏高原地区的非绝热加热对初夏有效位能的增长特别重要。     

南海夏季风爆发前后华南地区大气结构和能量收支的变化

本文计算、分析了1981年南海夏季风爆发前后华南地区平均的大气动力学和热力学结构,水汽和能量收支情况。分析表明,在季风爆发前后这些物理量场,特别是垂直运动场,都经历了一次明显的变化。南海夏季风的建立,是以副热带高压从南海东撒,越赤道气流北进为特征。它与以"爆发性涡旋"为开始,降水与西南气流同时开始的印度夏季风有所不同。另外,南海夏季风建立过程,主要变化发生在中、上层大气之中。这说明夏季风的建立,主要是大气环流季节性调整的结果,海陆差异需要有合适的大气环流配合才能产生明显的季风。对大气能量收支的分析表明,夏季风爆发前,华南地区主要是动能向总位能转换。所产生的总位能部分辐散到边界之外,部分消耗在对流层上层非绝热冷却过程之中,因而在对流层下部总位能才有稍明显的增长。夏季风爆发后,整个能量循环几乎相反。总位能大量转换为动能,以维持南海夏季风的增长。而整层大气中的非绝热加热以及总位能的辐合又补充了大气中总位能的损耗。潜热释放是夏季风爆发后大气的主要非绝热加热过程,它是南海夏季风维持,发展的主要能源。      

一种对资源不稳定性敏感的EASY-backfill算法

利用合成技术对1995—2006年冬季（11月—次年2月）生成在西北太平洋上的34个热带气旋（tropicalcyclone,TC）个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明：冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为＂热带低压型扰动＂,为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

东北低压爆发性发展过程的诊断分析

本文对一次东北低压的快速强烈发展过程做了扰动动能、扰动有效位能及涡度收支平衡分析。结果表明:1.气旋爆发性发展前后,扰动动能的产生项变化剧烈,是主要的扰动动能源。气旋爆发性发展前期,以斜压过程为主,而在爆发期,由正压过程制造的扰动动能也有大量增加,同样是不可忽视的,且这时扰动动能通过系统边界与外界的交换很小。2.扰动有效位能在气旋强烈发展前有大幅度增长,由潜热释放造成的扰动有效位能的产生数值很小,平均有效位能向扰动有效位能的转换是扰动有效位能的主要来源。3.在气旋的爆发期,对流层中层及上层的涡度变化最为显著,涡度平衡中,散度项对对流层中下层正涡度的增长贡献最大,而网格尺度及次网格尺度的垂直输送项和涡度平流项对中上层正涡度的迅速增加有着重要意义。     

冬季西北太平洋热带气旋的生成与热带东风扰动的关系

利用合成技术对1995—2006年冬季(11月—次年2月)生成在西北太平洋上的34个热带气旋(tropicalcyclone,TC)个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明:冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为"热带低压型扰动",为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

东北太平洋一次强爆发性气旋发展的机制分析

使用FNL Analysis全球格点资料,对东北太平洋一次强爆发性气旋的特殊性进行了分析,发现气旋对其西北部低压系统的吸收合并是其爆发性发展过程中的典型特征,斜压强迫对其快速发展的作用较弱,与西北太平洋爆发性气旋的发展过程存在显著差异。同时,使用Zwack-Okossi诊断方程,从影响爆发性发展的动力和热力因子方面,对其发展机制作了深入的探讨。研究表明,正涡度平流、暖平流和非绝热加热的共同作用使气旋开始爆发性发展,由潜热释放导致的非绝热加热的贡献最大,非绝热加热是其快速发展的主导因子,其中正涡度平流贡献主要来自于中高层,暖平流的贡献主要来自于中低层和高层,而非绝热加热主要发生在中低层,这为东北太平洋爆发性气旋的发展机制提供了一个新的认识。     

非绝热加热对热带气旋非对称结构影响的数值试验

利用含非绝热加热强迫的正压涡度方程。将非绝热加热作适当的参数化处理。对初始对称 热带气旋作了一系列数值试验,结果表明：不仅β项、平流项在热带气旋非对称结构的形成中有重要作用,而且非绝热加热对热带气旋的非对称结构亦有重要影响,从而验证了非绝热加热是热带气旋非对称结构形成的一种可能机制的结论。     

海上快速发展气旋的动力诊断分析

应用等熵位涡收支方程对发生于西北太平洋日本东海附近的爆发性气旋进行了位涡及位涡收支诊断分析.发现爆发性气旋不同于普通气旋发展机制, 主要是由于平流层底位涡异常对对流层扰动产生较集中凝结加热, 使上下系统耦合打通的结果.从位涡收支来看, 气旋爆发性发展伴随着对流层顶上空有强的涡度平流作用, 而对流层中层存在着较集中的大尺度凝结结构和对流天气系统.     

湿有效位能及其在暴雨分析和预报中的应用

有效位能是大气能量学中很重要的创见之一。早在本世纪初,马古拉斯(M.Margules)讨论气旋发展的能源时就已提出(当时称为有效动能)。可惜的是,其后半个世纪,虽有人继续研究这个问题,但进展不大。本世纪五十年代,洛伦兹(E.N.Lorenz)在上述研究的基础上,重新提出有效位能的概念及其表达式,并用于大气环流的研究。继洛伦兹之后,达顿(J.A.Dutton)与约翰逊(D.R.Johnson)以及范米根(Van Mieghen J.)进行了更全面、更系统、更严谨的讨论。 六十年代末,史密斯(Smith P.J.)提出有限区域有效位能及其收支方程后,把有效位能概念及其收支方程用于天气分析研究者日益增多。 大气中的水汽对天气变化有很大影响,在天气分     

非绝热加热对江淮气旋影响的数值模拟

本文采用数值模拟方法考察了潜热、感热和水汽蒸发等诸因素对江淮气旋的影响。对各种试验进行了涡度平衡与能量平衡的诊断分析,结果表明:江淮气旋初生时,扰动从基本气流中获得能量,正压不稳定起着重要作用;在江淮气旋发展后期,斜压性比较明显。潜热释放有意义地修正了系统的相速,一定程度上加强了系统的强度。海上感热和水汽蒸发促进了深对流发展,加大降水,同时加强了有效位能的释放,从而加强了系统发展,但它们的作用是有阶段性的。     

有限区域湿有效位能收支方程

有效位能是大气能量学中较出色的创见,它的收支方程,有助于揭示能量制造、积聚、释放条件,在理论与实际工作中都占重要地位。自六十年代史密斯(Smith,P.J.)提出有限区域有效位能及其收支方程后,很多人进行过这方面的研究。约翰逊(D.R.     

一次入海气旋快速发展的动力和热力学特征分析

利用扩展Zwack-Okossi方程(扩展Z-O方程)对2007年3月3-5日黄、渤海海上快速发展的温带气旋进行了诊断分析。结果表明,潜热释放和暖平流在气旋发展初期起主要作用,潜热释放是气旋接近爆发性发展的最主要强迫项,这与以往研究的主要受涡度平流强迫的中国沿海温带气旋不同,说明在中国近海快速发展的一部分温带气旋主要是由潜热释放项强迫的。绝对涡度平流在气旋发展后期才成为主要强迫项。进一步利用MM5模式模拟了潜热释放的作用以及其他一些影响气旋发展的因素,海表面热通量、水汽通量以及气旋路径上的地形对这次气旋的发展有积极贡献,但作用相对潜热释放较小。由于这种在中国近海接近爆发性发展的温带气旋容易造成风暴潮,因此利用动能方程对气旋发展中期的渤海大风进行了诊断分析。结果表明,动能水平平流是动能增加的主要作用项,但动能达到最大值后渤海海域的动能主要由有效位能转换和动量下传提供。     

2004年冬季风期间一次强寒潮过程的能量收支研究

利用1°(纬度)×1°(经度)的NCEP再分析资料和常规站点观测资料对2004年12月28～31日的一次强寒潮、冷涌过程作了研究,研究结果表明:(1)此次强寒潮事件在我国南海引发了强烈的冷涌,该支冷涌一直向南越过赤道影响南半球.大尺度环境场有利于此次寒潮、冷涌事件的爆发,本次寒潮属于“横槽转竖型”,其中200 hPa的西风带大槽经历了一次调整,500hPa经历了一次明显的横槽转竖过程,对流层低层蒙古高压稳定维持,其东侧的偏北大风是冷空气南下的有利条件.(2)此次寒潮大风区内的动能制造以正压动能制造和斜压动能制造为主,寒潮爆发初期,以正压制造过程为主,此后,由于有效位能释放的作用增强,斜压制造过程与正压制造强度相当,大风区随着动能制造的增强而增强;当斜压、正压动能制造均减弱,大风区亦随之减弱.(3)有效位能收支表明,整层有效位能的释放与大风区相对应,有效位能的释放有利于寒潮、冷涌的维持.寒潮大风区内,对流层高层受有效位能释放的影响最大,有效位能和风能可以互相转换;对流层中层所受的影响最小,且以风能向有效位能转换为主;对流层低层则以有效位能向动能转化为主,十分有利于低层风速的增大和维持.     

一次引发强沙尘天气的快速发展蒙古气旋的诊断分析

利用NCEP分析资料和常规气象观测资料对造成2006年3月9-10日华北大范围强沙尘天气,产生大风的蒙古气旋快速发展过程进行了分析。结果表明：气旋发展前期,高层反气旋性流场对波能量发展有正的贡献,有利于气旋的爆发性发展。在气旋发展过程中,温度平流和涡度平流均为气旋发展的主要因子,但涡度平流在气旋发展初期相对温度平流较弱。斜压作用出现在低层,并随着气旋后部的锋消作用以及前部的锋生而显著增强,这对于有效位能的释放、动能的产生以及气旋的发展有重要作用,同时,斜压强迫能够诱发出强烈的非地转风。此外,位涡分析表明,气旋的发展与冷空气活动的关系比较密切,并且存在明显的高低空系统之间的相互作用,而水汽和潜热释放产生的作用不明显。同时揭示出该气旋发生发展机制不但与挪威学派的温带气旋模型有较大差别,而且与Petterssen总结的A、B类气旋、引起我国夏半年降水的江淮气旋和西南涡等低压系统亦不相同。