等熵面和湿等熵面倾斜发展的诊断分析

利用等压坐标系中的热力学方程和水汽方程推导出可以诊断分析等熵面（等位温面）和湿等熵面（等相当位温面） 倾斜变化的倾角方程。等熵面倾角的局地变化由倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项共同决定,而影响湿等熵面倾角局地变化的强迫项除倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项之外,还包括垂直热量通量切变项。NCEP/NCAR实时分析资料的分析结果表明,大气斜压性、相对垂直涡度与等熵面和湿等熵面的倾角密切相关,它们的正高值区互相重叠;垂直风速切变项,特别是垂直速度的经向切变项是影响等熵面倾斜发展的主要强迫项,而纬向和经向风速的垂直切变项对湿等熵面倾角演变的贡献最大。     

2008年12月两次强寒潮过程的等熵位涡分析

利用2008年12月的NCAR/NCEP逐日6h再分析资料,对本月发生的两次强寒潮事件(分别简称为过程Ⅰ和过程Ⅱ)进行了等熵面位涡分析.结果表明:(1)两次寒潮过程的爆发时间均可用低层位涡扰动的时间曲线的转折点来确认;(2)两次过程中在寒潮爆发时,都存在明显的高位涡值向下传播特征,过程Ⅱ明显于过程Ⅰ;(3)等熵面分析可跟踪寒潮强冷空气活动,等熵面位涡演变反映了高、低层冷空气的分布及活动状况;等熵面位涡高值区代表冷空气范围,等位涡线密集区代表冷暖空气对峙.寒潮爆发时,等熵面上高层高位涡向下向南传播,导致高位涡强冷空气在垂直方向上拉伸,正涡度增强.     

一次寒潮过程中冷堆增强的动力原因分析

利用ECMWF的0.75°×0.75°再分析资料对2016年2月14日的寒潮冷堆增强过程进行了分析,结果发现,寒潮冷堆增强过程中等熵面位涡守恒,315 K等熵面上寒潮冷堆表现为6 PVU的高位涡中心,垂直方向上寒潮冷堆区域高位涡下传到低层形成高位涡柱,冷堆的运动对应高位涡柱的运动.分析500 hPa寒潮冷堆变化发现,寒...     

“等熵思维”到“等熵位涡思维”回顾与讨论

等熵位涡守恒与中纬度斜压扰动发展之间的诊断关系可用于对气旋发生发展的预报,并作为理解水汽图像的动力学场而在业务上使用。"等熵位涡思维"建立在等熵面分析的"等熵思维"基础上。本文首先依据基础的动力学理论,对等熵面上物理量场的动力学解释和业务应用作回顾和讨论,内容包括:等熵面随高度分布特征、等熵坐标中的垂直速度场、等熵面上水汽输送解释、等熵面上高空急流和锋区的特征等。其次,通过与等熵面物理量场分析和斜压二层模式准地转垂直运动方程的比较,着重回顾和讨论等熵位涡面上的物理量场和业务应用,内容包括:对流层顶定义及其温压湿分布特征、对流层顶等熵位涡面上急流和锋区的特征、对流层顶等熵位涡面上的垂直速度场、"等熵位涡思维"与气旋发展及位涡、水汽图像在改进数值预报模式中的作用等。     

关于“等熵面坡度公式及其对计算空气垂直运动的应用”一文的意见

关于第廿八卷第一期短论(等熵面坡度公式及其对计算空气垂直运动的应用)一文,我有下面意见:作者在原文中指出等熵面坡度可由下式表示:     

位温、等熵位涡与锋和对流层顶的分析方法

等熵位涡分析是位涡理论的分析基础。此文的目的是介绍等熵位涡分析所必需掌握的基本概念和方法。文中从位温和位涡、对流层和平流层、锋和对流层顶的基本性质出发,讨论了锋和对流层顶在剖面图、等压面图及等位温面（即等熵面）图上的特征。文中给出了各种分析实例图形,并通过分析和对比指出：平流层的高位涡是对流层顶以上位温随高度急剧增加位温垂直梯度特别大的结果;位温垂直梯度是决定位涡分布的主要因子;等熵位涡图主要反映极地气团的活动,同时也是与极地气团密切关联的锋、急流、对流层顶的综合反映。最后提出了等熵位涡分析中需要避免的一些错误认识,特别是不能将等位温面上的流线当成轨迹的错误,并由此得出平流层空气侵入对流层下部的错误推论。     

梅雨期一次黄淮气旋发展的干侵入特征分析

利用水汽图像、等熵气流、θse等物理量，对2003年梅雨期的一次黄淮气旋发展过程进行了分析，试图揭示干侵入在黄淮气旋发展中的作用。分析结果表明：与干侵入相联系的水汽图像暗区的移动、发展变化与黄淮气旋的发展、加强、减弱对应关系较好。水汽图像暗区前部依气旋的发展加强、维持、减弱而主要出现在黄淮气旋西侧、南侧和东侧。分析垂直环流表明，干侵入来自对流层中上层，与水汽图像暗区有较好的对应关系，在气旋发展强盛期下沉气流区自西向东、自南向北推进。高空动量下传促使地面气旋发展，从而使中、低层大气变得非常干燥。335K等熵面上的流场特征、等熵面陡峭处与水汽图像暗区的对应关系较好。θse的垂直剖面能反映干侵入特征。等熵面在垂直方向的折叠可使对流层中下层出现潜在对流不稳定区。θse=335K位温舌能较好地反映天气系统的三维结构和干侵入特征。自高层向下传递、加强的位涡变化能反映干侵入的动力特征。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。     

湿位涡和倾斜涡度发展

从完整的原始方程出发，在导出精确形式的湿位涡方程的基础上，证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明，在湿等熵坐标中，涡旋的发展与对流稳定度的减少，等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，又进而发展了Ｚ坐标及Ｐ坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气，还是湿对称稳定或对流稳定大气，除对流稳定度的影响外，风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大，这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对１９９１年６月１２—１５日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层也十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

一个干侵入参数及其应用

鉴于干侵入在气旋的爆发性发展、冷锋的演变等方面起着重要的促进作用,因此,文章详细分析了一次北方暴雨中的干侵入特征.分析发现,干侵入在此次降水事件中一直维持,而且降水随干侵入的增强而加强,干侵入推动了降水区的东南向移动.在McNulty早期工作的基础上,借鉴Doswell以及Schultz等发展的IM(ingredients-based methodology)方法,将其应用于干侵入的研究.文章将过去对干侵入(无论在等压面还足等熵面上)的研究中,用低相对湿度、冷平流、高位涡来表征干侵入气流的这些单个物理量综合起来,用一个简单、使用方便的物理参数来表征干侵入.这是以往暴雨研究巾的IM理论方法在干侵入研究领域的新尝试.文章朋新的干侵人参数,在等熵面上分析了实际降水过程中干侵入的演变.分析表明,干侵入参数能够较好地量化干侵入强度,指示卫星云图和水汽图像上干区的演变.通过等熵面与相应气压层的对比分析,发现等熵和等压面上的分析比较一致,等熵面上的干侵入在高层比低层强度大.由垂直剖面图的分析可见,干侵入气流位于低层暖湿气流上方,这就使得垂直方向上出现位势不稳定,有利于降水发生.这样,我们就可以通过干侵入参数来找干侵入区,关注干侵入区附近的不稳定区.来对降水做出预测,从而提高降水预报的准确率.     

Potential vorticity analysis of quasi-biweekly rainfall events over the Yangtze Basin in summer 2014

2014年夏季长江流域(YRV)发生的多次阶段性强降水事件显著地受10-20天准双周振荡所调控.代表性振荡过程与合成分析表明,准双周湿位相主要取决于对流层高层南侵的高位势涡度(PV)与低纬度向西南平流的高PV导致南亚高压形态改变而产生的YRV高空辐散.高空向南的正PV平流与低层南风输送的负PV平流在YRV上空形成正的PV平流垂直梯度,激发出等熵面位移的上升运动分量;高空的高PV同时向中低层伸展,导致等熵面坡度增大从而增强气块沿等熵面上滑的上升运动分量,由此产生更强的非绝热有关的上升运动分量.干位相情况则相反.     

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型.     

701雷达三轴一致性调整方法的应用

《高空气象观测手册》关于701雷达观测使用部分规定：机械轴、光轴、电轴一致性的检查每半年进行一次，以保证高空风记录的准确性。雷达的三轴是：光轴一指瞄准镜在正常工作位置时，其物镜中心线中心点所对方向的射线。几何轴（机械轴）一指整个天线阵的各引向天线的对称轴线。它既垂直平整个反射网平面，也垂直干天线仰角转轴。电轴一指天线波瓣交点所对方向的射线，即四个波瓣的等信号强度线。由雷达测角原理中知道：701雷达的测角是由电轴对准目标，而方位、仰角的数值却是天线几何轴所处方位、仰角的数值，所以电轴和几何轴必须一致时，…     

西大西洋锋面气旋过程的数值模拟和等熵分析

文中使用PSU/NCARMM 5非静力数值模式对 1992年 3月 13～ 15日发生在西大西洋上的一次海洋气旋爆发过程进行了 6 0h的模拟 ;基于倾斜涡度发展理论 ,从等熵面倾斜的角度研究了气旋的发生、发展、运动和变化 ,利用高分辨率模拟结果对这次过程进行了分析。模拟结果很好地再现了气旋的发生、移动、加深、气旋的热力结构以及地面环流等特征。其中主要气旋M在6 0h的模拟中共降压 4 5hPa ;第 36～ 4 2时 (模式时间 ) 6h内降压达 12hPa。剖面图及等熵面图分析指出 ,气旋的发生、发展、运动和变化与等熵面或等相当位温面的倾斜密切相关 ,气旋中心总是位于等熵面或等相当位温面近于垂直的对流中性地区 ,这与倾斜涡度发展理论的阐述是一致的。气旋在弱静力稳定度的海洋表面启动发展之后 ,气旋与大尺度环境场相互作用 ,气旋得到迅速发展。“倾斜涡度发展理论”(以下简称SVD理论 )可以很好地解释此次海洋锋面气旋的发展与移动。气旋的发展和移动与等熵面的倾斜密切相关 ,发展期气旋前部及其移动路径前方自组织的斜升气流与倾斜的等熵面相配合 ,共同构成上滑“倾斜涡度发展”(SVD理论的推广 ,以下简称USVD理论 )的必要因子 ,在一定的条件下 (C·D<0 ,CD 为SVD指数 ) ,使得气旋及其前方 ,尤其是移动路径前方出现USVD发     

夏季江淮气旋的Ertel位涡诊断分析

本文应用Ertel位势涡度的理论,分析了两例夏季江准气旋活动的等熵面位涡图和位涡垂直廓线,讨论了这类系统发生发展的一种可能机制以及它们与典型温带气旋的区别,从而得出了夏季江淮气旋活动的一个概念模式:从高原一带东移的对流层中层弱的扰动在有利条件下引起江淮地区较强降水,中层潜热释放导致气旋性环流向下延伸,最终可在地面静止锋上形成波动。当副热带锋区北侧平流层下部空气沿等熵面南下时,气旋波可能发展成为典型的温带气旋。     

2004/2005年冬季强寒潮事件的等熵位涡分析

利用2004年12月1日—2005年2月28日的NCAR/NCEP逐日再分析资料,对2004年12月22日—2005年1月1日的强寒潮事件进行等熵位涡分析。结果表明:这次强寒潮事件的强冷空气来自欧亚北部和北极地区的高纬平流层下部与对流层上部。在寒潮爆发前期,高位涡强冷空气传播到贝加尔湖南侧,并被来自低纬度的低位涡空气所切断,在欧亚地区形成北部低位涡(阻塞高压)南部高位涡(低涡)的偶极型环流。随着低位涡的减弱消亡,高位涡强冷空气沿高原北侧向东南方向移动,当高位涡中心移到中国东部地区,高位涡空气柱在垂直方向上强烈向下伸展,使得气柱的气旋性涡度加强,东亚大槽迅速加深,引起寒潮的爆发。进一步分析表明,高位涡中心向南、向下传播过程中,等熵面上高位涡中心附近气流在其西侧和北侧地区沿等熵面下沉,引起上述地区低层西伯利亚高压迅速发展,导致强寒潮爆发。     

基于MODIS的祁连山地区陆面温度空间分布研究

利用Becker-Li的算法,获取了祁连山地区不同时相的陆面温度空间分布规律。研究发现:瞬时陆面温度的空间分布与同步气温数据的宏观变化规律基本一致。多样的地形地貌和不同的下垫面地表覆盖类型,决定了其陆面温度的空间分布格局。进而讨论了陆面温度随海拔高度的垂直分异规律。祁连山地区区域陆面温度垂直递减率的变化范围为5.42~6.56℃/km,正北、正东、正南和正西方位上陆面温度的垂直递减率分别为6.56、5.73、5.42和5.84℃/km。其中朝向太阳方向的南、东坡梯度值最小,而背向太阳方向的西、北坡值最大。高海拔地区地表温度的垂直递减率要高于低海拔地区。     

“海棠”台风(2005)暴雨过程数值模拟及位涡分析

采用WRF模式对2005年"海棠"台风登陆福建省前后24h内所造成的降水过程进行了数值模拟,在此基础上,利用模式输出结果,借助位涡理论分析位涡与台风低压流场及降水的关系,并结合对风场、相当位温、相对湿度等诊断量的分布特征分析,探讨了台风强降水的发展和维持机制。结果表明,310K等熵面上高位涡发展演变较好反映了台风低压系统路径移动以及强度变化的过程。暴雨中心主要出现在位涡大值区及其偏东北方向,且位涡气块回旋少动,与暴雨的发展维持密切相关。高位涡区主要位于等熵面坡度和梯度最大处,当等熵面上下贯通,对流层高层的高位涡沿等熵面下传,形成位涡柱时,有利于暴雨增幅。台风环流内水汽充足,上升运动强烈,也有助于此次台风降水强度持续强大。     

1992．07．25大暴雨过程的IPV分析

本文从等熵位涡（ＩｓｅｎｔｒｏｐｉｃＰｏｔｅｎｔｉａｌＶｏｒｔｉｃｉｔｙ）即ＩＰＶ的基本性质出发，采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ观点，对发生在内蒙古中东部及华北地区的一次明显降水过程作了较细致的分析，结果发现在３２０Ｋ、３５０ＫＩＰＶ场图上极地主涡旋区在１１０－１３０°Ｅ范围内向移至４０°Ｎ附近，ＩＰＶ场梯度较强区位于１１０°Ｅ，４０°Ｎ，并伴有较强的ＩＰＶ平流，在垂直方向上与副热带高压西北测的地面气旋发生“锁相”（Ｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｉｎｇ）效应，形成垂直涡管，导致高低层系统紧密耦合，使地面气旋突然加强、发展，不稳定能量释放。在气旋的前部３１０Ｋ等熵面上存在着较强的高度梯度，在强劲的西南气流作用下，气流沿可视为物质面的等熵面迅速上升，发生了我们称之为“墙堵效应”的现象，产生强烈的上升气流，同时暴雨发生。分析表明ＩＰＶ场图对大尺度背景下大范围的明显降水过程具有很好的表现能力。为业务预报提供了较好的可行方法。     

风垂直切变和下滑倾斜涡度发展

本文根据绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特征，研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。由于传统的等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，本文进而发展了Z坐标及P坐标中的倾斜涡度发展理论。指出在梅雨锋南侧暖湿区的北端，以及梅雨锋北边界附近，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。还证明了倾斜涡度发展的必要条件和充分条件。指出在对流不稳定的饱和大气中，倾斜涡度发展必伴有低空急流存在。对1991年6月12～15日江淮流域暴雨过程的诊断表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量Pm1和Pm2的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层均十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。