平流层球面大气地转适应过程和惯性重力波的激发

观测表明,在1979年2月平流层爆发性增温期间由于准定常行星波的上传,平流层存在着强烈非地转运动,从而导致很强的散度场和很强的大振幅重力波活动.作者用Hough函数构造一个线性正压全球谱模式,以1979年2月22日平流层爆发性增温期间10hPa上的实际地转偏差作为初始扰动来模拟平流层在爆发性增温时非地转扰动的地转适应过程,并从散度场的变化来讨论平流层爆发性增温时重力波的激发和传播.模拟结果表明:由于在平流层爆发增温时,伴随着大范围的非地转运动的产生,气压场将很快与流场相互调整(此过程以气压场向流场调整为主),经过2～4 h气压场与流场达到地转关系,并且在适应过程中散度场产生剧烈变化,这说明在适应过程中所激发的惯性重力波的活动是很剧烈的.     

低空急流形成发展的一种可能机制——重力波的惯性不稳定

当斜压大气在高空急流轴附近满足条件f(f-/y)＜0时,非地转运动激发出的重力惯性波将得到进一步的发展.此时,斜压大气的地转适应过程无法实现,非热成风和垂直环流之间将发生正反馈作用, 负的非热成风将激发并加强南部上升北部下沉的垂直环流,垂直上升流的加强将导致低层低压系统的发展和低层流场的辐合,使得低层低压系统南侧的气压梯度力增大,结果在辐合区南侧形成低空急流.此外,非热成风的分布对垂直环流和低空急流的形成发展也具有非常重要的作用.     

平流层和中层大气研究的进展

平流层和中层大气研究是20世纪70年代以来持续得到大气科学界和日地物理界共同关注的研究前沿.中国科学界在文化大革命结束后立即抓住这一前沿作为发展重点之一.20多年来,中国科学院大气物理研究所等单位较为系统地开展了这一方向的研究,并在一些方面进行了前沿性的工作.作者着重介绍以下几方面的进展:(1)平流层和中层大气探测设施与探测方法;(2)大气臭氧、平流层气溶胶的监测与分析;(3)行星波在中层大气环流与大气臭氧分布中的作用;(4)重力波在中层大气的传播特征与作用;(5)平流层-对流层交换的动力物理与化学问题.     

层结大气中重力惯性波的发展

应用WKB方法讨论了非均匀层结大气条件下重力惯性波的发展。分析表明,在水平方向上,当波动由层结不稳定度小的地方向不稳定度大的地方传播时,波将发展,从而修正了文献[2]的结论。     

水平非均匀层结大气中重力波的时空结构

用WKBJ方法结合特征线法求得了重力波波包在水平非均匀层结和时变层结大气中演变的渐近解，结果表明层结水平非均匀性除引起重力波波幅的变化外，还引起波长和包络宽度的变化，当波包由层结大值区移向层结小值区时，水平波长变短，包络宽度变窄，同时振幅增加。层结随时间的变化不会引起波包波长和包络的宽度的变化，但层结随时间减小时，波包振幅增加。     

赤道不稳定波能量收支的数值模拟分析

最新海表温度卫星观测资料分析表明在赤道东太平洋和大西洋附近存在赤道不稳定波（tropical instability waves）。赤道不稳定波通常于每年春末夏初出现,以约0.6 m/s速度向西传播,周期为20~40天左右,波长约为1 000~2 000 km,可改变赤道附近海洋的热量平衡,并引发强烈的局地海气作用。利用CCSR/NIES/FRCGC AOGCM MIROC 100年的模式输出结果,计算了赤道不稳定波的爆发时间、波长、传播速度、周期,并与观测资料作对比分析,以考察模式对赤道不稳定波的模拟能力。结果表明,模式较好地再现了热带太平洋的海洋内部中尺度动力-热力作用过程,成功模拟了赤道不稳定波的基本特征,发现赤道不稳定波主要存在赤道南北不超过6个纬度的浅层海洋中,除赤道表层外4~6 ?N海洋温跃层中也有赤道不稳定波。对赤道不稳定波的能量进行诊断分析表明其能量主要来自赤道附近洋流经向切变产生的正压不稳定,赤道以北海洋温跃层中赤道不稳定波能量主要来自由浮力作用产生的斜压不稳定,两者的共同作用形成了赤道不稳定波的赤道不对称结构。     

华北地区一次对流激发重力波的卫星观测和数值模拟研究

对流激发的重力波能够向中层大气输送动量和能量,准确获取重力波主要特征对于研究中层大气的动力学和热力学结构非常重要。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate)资料,结合中尺度数值预报模式WRF(weather research and forecasting),对2010年8月4日发生在华北地区上空的一次对流激发的重力波事件进行分析。结果表明：此次事件激发的重力波在平流层以中低频重力波为主,且在平流层中垂直波长、水平波长分别为9～11 km和650～800 km,约62%的动量聚集在15～25 km高度的低平流层。在对流活动发生期间,低平流层重力波势能密度一直维持较大数值,而上平流层重力波势能密度则在对流减弱后迅速减小,且伴随着下一次对流活动的出现再次迅速增大。平流层不同高度上重力波势能密度对对流活动的响应主要与对流发展高度和背景风场有关,当对流发展较浅时,其激发的重力波在低层西风中易耗散;当对流发展较深到16 km甚至更高时,其激发的重力波接近零风层,并在东风中迅速上...     

非线性重力波的一种特殊形态

本文采用自然坐标系，在一定的条件下对正压和有层结的动力学模式中的一种辐散运动进行了描述，得到了一组非线性重力波的解析持解．文中对这种波动的特点进行了分析．其结果对深入认识环流变化的动力学机制具有意义。     

区域酸性沉降的数值研究：Ⅱ.个例模拟和试验

利用建立的区域酸性污染物沉降模式，配合中尺度模式ＭＭ４预报的气象场，以１９９１年６月１２￣１４日淮河流域的一次降雨过程作为实例，对我国东半部及其相邻地区的酸沉降进行了数值模拟和试验研究。结果表明，模式基本上能够模拟出区域酸性沉降的特征，具有良好的综合模拟性能和广阔的应用前景。     

A Neural Network Based Single Footprint Temperature Retrieval for AtmosphericInfrared Sounder Measurements and Its Application to Study onStratospheric Gravity Wave

Satellite hyperspectral infrared sounder measurements have better horizontal resolution than other sounding techniques as it boasts the stratospheric gravity wave(GW) analysis. To accurately and efficiently derive the three-dimensional structure of the stratospheric GWs from the single-field-of-view(SFOV) Atmospheric Infra Red Sounder(AIRS) observations, this paper firstly focuses on the retrieval of the atmospheric temperature profiles in the altitude range of 20-60 km with an artificial neural...     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究 I. 常定流的情况

本文构造了一个34层球坐标原始方程波-流相互耦合谱模式，利用此模式从拉格朗日平均环流的观点研究了在常定流下行星波对臭氧的输运作用。研究结果表明，行星波对臭氧的输运有明显的季节变化，在北半球冬季，由于行星波上传到平流层而大大增强了中高纬地区向极地向下的O3输运；并且还表明，热带纬向风的QBO不仅通过影响东、西风切变而引起热带O3分布的年际变化，而且通过影响行星波的传播引起了行星波对O3输运的年际变化，这表现为当热带纬向风处于东风位相时，中高纬地区行星波对O3的输运比西风位相时强     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究 II. 波流相互作用的情况

本文利用一个34层球坐标波-流相互耦合原始方程谱模式，从拉格朗日平均环流的观点出发讨论了非常定流下行星波对O3的输运作用。计算结果表明：该耦合模式能较好地模拟中层大气纬向平均流场及准定常行星波的基本变化特征。通过计算行星波对臭氧的输运，我们得到了与观测基本一致的O3的季节变化。此外，计算结果还表明，非常定流下行星波对O3输运的年际变化与常定流下的结果是类似的，都是在热带纬向风为东风位相下的输运作用比西风位相下强，但是在波-流相互作用情况下，中高纬地区行星波对O3输运的年际变化大大增强。     

青藏高原人工水汽通道对西北地区夏季降水及环流的影响Ⅰ.对降水过程个例的模拟试验

为探讨用人工方法在青藏高原地区打开水汽通道后,对西北地区夏季降水及环流的影响,我们使用我国有限区域模式对1998年汛期降水的个例做了模拟试验.结果表明,在青藏高原上打开通道对我国汛期降水有所影响,但要使西北地区降水增加,改变该地区的干旱缺水状况,效果是很不明显的.     

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。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(I):模式云物理方案和地形云结构

对三维非静力中尺度模式ARPS的云降水微物理方案进行了改进,利用改进后的ARPS模式模拟了祁连山地区夏季的两个地形云个例,通过对各自模拟结果的对比分析并结合实况资料研究了夏季祁连山地区地形云的发展状况、动力场特征、降水特征以及云微物理结构特征。研究结果表明,地形云的发展受地形影响很大,地形的抬升促进了云和降水的发展,地形的作用也改变了地面降水特征,使云的宏、微观物理结构发生较大变化。     

Numerical Simulation of a Torrential Rain Event in the Northeast of Huaihe Basin. Part I: Model Verification and Analysis of MCSs

A torrential rain event accompanying Typhoon Prapiroon occurred in 2000, with 24-h rainfall amount reaching 800mm near the typhoon center. This event is simulated by the nonhydrostatic mesoscale model ARPS (V5.2), with thriple one-way nested-grids. Grid spacings of 45, 15, and 5 km are chosen for the three nested domains. The corresponding grid sizes are 75×75, 140×140, and 180×180, respectively. The NCEP/NCAR reanalysis data, radar echoes, and GMS-5 satellite images are assimilated with the ARPS model initially using a 3-D data assimilation system--ADAS. The simple ice phase scheme and the Kain-Fritsch cumulus parameterization scheme are used. There are 35 layers in the vertical, with a vertical grid spacing of about 625 m. The integration is performed up to 48 h from 0800 BT 29 to 0800 BT 31 August 2000. Compared with radar echoes, GMS-5 satellite images, and intensive surface observations, the results show that the heavy rain area down between the 500-hPa trough and the subtropical high in the left-front of Prapiroon is well simulated by the model ARPS, and the simulated rainfall centers are consistent with observations. A comparison of the radar echoes with these retrieved from the simulated hydrometeors reveals that there are meso-β scale convective systems that exhibit distinctive characteristics, and there are four convective belts converging in the vicinity of Xiangshui, where the maximum rainfall is observed. A further comparision of skew T-lgp diagrams from simulated and observed data demonstrates significant instability in this torrential rain process. The persistent vertical wind shear provides kinetic energy for the development of the MCSs, hence promoting the baroclinic development of convective cells, and the concentration of heavy rain at the specific location. The consistency between model results and observations encourages a further study of the torrential rain event using the simulation data.     

A Study of Structure and Mechanism of a Meso-beta-scale Convective Vortex and Associated Heavy Rainfall in the Dabie Mountain Area Part I: Diagnostic Analysis of the Structure

An analysis was conducted on the evolutional process of a mesoscale convective vortex (MCV) and associated heavy rainfall in the Dabie Mountain area on 21-22 June 2008,as well as their structural characteristics in different stages,by using the mesoscale reanalysis data with 3 km and 1 h resolution generated by the Local Analysis and Prediction System (LAPS) in the Southern China Heavy Rainfall Experiment.The results showed that the latent heat released by convection in the midtroposphere was the main energy source for the development of a low-level vortex.There was a positive feedback interaction between the convection and the vortex,and the evolution of the MCV was closely related to the strength of the positive interaction.The most typical characteristics of the thermal structure in different stages were that,there was a relatively thin diabatic heating layer in the midtroposphere in the formative stage;the thickness of diabatic heating layer significantly increased in the mature stage;and it almost disappeared in the decay stage.The characteristics of the dynamic structure were that,in the formative stage,there was no anticyclonic circulation at the high level;in the mature stage,an anticyclonic circulation with strong divergence was formed at the high level;in the decay stage,the anticyclonic circulation was damaged and the high-level atmosphere was in a disordered state of turbulence.Finally,the structural schematics of the MCV in the formative and mature stage were established respectively.