一个孟加拉湾低压动能收支的研究

本文用1979年夏季风试验时期(MONEX)得到的专门观测资料计算了孟加拉湾地区一个季风低压的能量收支,得到(1)无辐散风动能制造项是低压的主要动能制造项。在整个低压生命期,平均无辐散风动能制造为7.40瓦/米2,辐散风动能制造为0.67瓦/米2。这表明正压能量制造过程的重要性;(2)对于扰动动能收支,斜压能量转换和正压能量转换都有重要作用。另外通过边界通量,低压总是从环境得到扰动动能的。      

季风异常,ENSO事件和地气角动量交换

季风异常和ＥＮＳＯ事件是发生在低纬地区的年际大气和海洋异常现象。本文把近年来这方面的分散研究集中到固体地球，全球海气相互作用的地球系统中来，揭示出季风异常和ＥＮＳＯ事件以及其它的大气和海洋事件的固海气相互作用的反映。这一分析具体得到下列认识：（１）南方涛动（ＳＯ）是太平洋东西部海温异常与山脉地形共同作用在海平面气压场上的反映；（２）在地球系统的年际变化中，除了大气对海洋的动力作用和海洋对大气的热力     

热带气旋台风阶段强度突变的角动量收支

本文利用探空和热带网格资料的合成方法,对西北太平洋热带气旋台风阶段的强度突然变化各时段进行了角动量收支分析。主要结论是:角动量输送可以作为热带气旋台风阶段强度变化的诊断工具;台风中层850—300hPa大的角动量输送对台风强度变化起着重大作用;台风的海面摩擦耗散非常巨大,以致于流入层的角动量输送不足以抵消摩擦汇项,台风的突然增强需要中层大的角动量输送补尝,以及中高层之间明显的反气旋性风切变加速。      

一次引发南亚大暴雨的季风低压结构、涡度与水汽收支分析

对2003年夏季风期间,7月24～28日印度季风槽内季风低压发展西移与阿拉伯海中尺度低压合并引发南亚的一次大暴雨过程进行了诊断分析,探讨了印度季风槽、季风低压的三维结构以及低压区域的涡度、水汽收支.揭示和确认了一些事实:1)印度季风槽区对流层中下层存在明显的风场切变,槽区高温高湿,为单一性质的热带气团,低层为对流不稳定,槽区对应正涡度区;2)季风低压是一较深厚系统.动力结构为低层正涡度,高层负涡度,低层辐合,高层辐散.其西移速度约500 km·d.季风低压北侧整层为深厚的东风,南侧在对流层中低层为西风,在高层为东风.热力结构在低层(700～800 hPa)间存在弱冷区,而中高层几乎为暖心结构.低压对应高湿区,低压中心西侧整层为相对湿度大值区;3)季风低压的发展过程中,低层的辐合场制造正涡度,促进低压的发展;4)低压区水汽强烈辐合,西边界输入量最大.在此研究工作的基础上,作者还比较了夏季风期间南亚印度季风槽和东亚梅雨锋系统的异同.     

东亚季风湿润区水分收支的气候特征

采用1958-2007年NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别从水汽通量、水汽通量散度以及区域内降水量与蒸发量差计算东亚季风湿润区的水分收支,分析其差异特征,结果表明:用不同方法计算的水分收支距平年际变化的相关系数分别为0.91,0.71和0.81,误差ε百分率分别为17.4%,44.1%和44%,其中利用水汽通量和散度计算得到的季风湿润区水分收支结果很接近。总体上看,整个区域全年表现为水分收入,春季和夏季的水分收入贡献最大,秋季和冬季贡献较小。在水汽经向输送中,南边界为主要的水汽输入区。从水汽输送计算的水分收支垂直分布来看,多年平均气候态下整个区域除850 hPa存在水分支出外,其余各层均为水分收入,3种方法计算的水分收支在4个季节的年际变化明显。     

华南季风低压暴雨及其结构分析

文中对2005年夏季华南的一次季风低压大暴雨过程进行了诊断分析,讨论了该季风低压的三维结构,并将其与南亚季风低压和梅雨锋上低压系统的结构进行了对比分析.结果表明,这次暴雨过程由华南季风低压直接引起,造成大暴雨的季风低压产生在有利的大尺度环流背景下.这次华南季风低压的三维结构特征为:在水平方向上,季风低压的南侧是一条对流云带,在对流层中低层,季风低压基本上处于对流不稳定并伴随有较强的上升运动;它对应中低层的湿舌、辐合区和很强的正涡度带.在垂直方向上,季风低压在对流层中低层有明显的气旋性环流,在300 hPa以上无反映.它对应低层辐合和气旋性涡度,高层辐散和反气旋性涡度.季风低压的上升气流可达对流层高层,主要上升运动区位于低压的西侧,主要下沉运动区位于低压的东侧.季风低压南侧有低空急流存在,但高层急流并不明显;季风低压的热力结构为上暖下冷.华南季风低压的轴线随高度向东南方向倾斜.这种种特征,与南亚季风低压和梅雨锋低压均有较大不同.     

南海季风低压的综合结构及其降水

本文对5个西行路径的南海季风低压进行了合成结构分析,结果发现它在热力结构与动力结构方面均与台风(包括其前期的热带低压)和印度季风低压有很大不同。降水区主要集中在低压东北部100—200公里处。      

初夏南海季风低压发展的数值试验

本文用热带有限区域σ—坐标六层初始方程数值预报模式对1979年6月下旬一次南海季风低压的发展过程进行了数值模拟,试验结果表明,本例南海季风低压的发展对大地形不敏感,与南海台风的数值试验结果不同.削减湿度场的试验表明,季风低压的发展与大气中水汽含量密切相关,湿度减小,季风低压发展缓慢甚至发展不起来.积云对流过程及其潜热的释放对季风低压发展有显著影响,它使得低压区的上升运动加强.改变低压南侧的西南风强度,导致水汽及能量输送的减小,不利于低压的发展.低压的发展主要由积云对流所驱动.     

季风低压对台风生成影响的观测分析

选取2007年和2009年发生的4个季风低压个例, 利用FNL资料和CMORPH卫星反演的降水资料, 采用多尺度环流分析法, 对西北太平洋季风环流的多尺度特征进行了分析, 研究季风低压对台风生成的可能影响。分析发现:季风低压生成于季风槽中, 其天气尺度波列的气旋性环流中。虽然以季风槽为特点的低频环流为台风生成提供大尺度气候条件, 但是季风低压通过进一步提供较大的正相对涡度, 可以有效减小Rossby变形半径, 促进热带低压中中尺度对流系统的相互作用和合并, 有利于台风的生成。     

台风角动量平衡的诊断分析

本文根据文献[6],应用FGGEb资料,计算了7908号台风四个同心区域的质量收支和绝对角动量收支,得到以下结果:台风的演变过程可以由其旋转轴确定的绝对角动量来表征。在台风发展最盛时,对流层中层角动量达到最大;台风绝对角动量主要来源于水平侧边界输送。对于侧边界角动量输送,计算结果表明:在台风形成以前,涡动方式(非对称气流)输送是主要的;在台风形成初期,平均和涡动两种方式的输送具有同等重要性;在台风发展强盛及其减弱期,以平均输送为主。比较各强迫函数的作用,凝结潜热释放则是影响角动量垂直输送的重要因子。根据角动量平衡,发现次网格尺度效应显著,说明系统内部角动量再分配机制,除了角动量向上输送以外,积云对流活动可能是另一重要的方式。      

江淮气旋的能量变化

关于气旋中的能量变化,已经有了不少的论述[1-5].江淮气旋是产生我国南方地区暴雨的主要天气系统之一.弄清楚其中的能量变化,对于了解它的结构及其发生发展的机制,都是非常必要的.本文取一江淮气旋为例,主要讨论扰动有效位能和扰动动能的变化,也涉及到有效位能和动能的变化.1982年5月12日08时,在武汉东北约200km处,有一个气旋生成.这个气旋,是冷锋进入倒槽、并有暖锋锋生而形成的.生成时,气旋中心上空300hPa的风只约12m/s,500hPa在107°E有一弱槽,东南沿海为副高控制.     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅰ:个例分析

利用南海季风试验分析场和NCAR向外长波辐射通量(OLR)资料研究了1998年孟加拉湾季风和南海季风爆发期间副热带环流的大尺度和天气尺度特征,探讨了孟加拉湾季风爆发与南海季风爆发之间的物理联系及孟加拉湾季风气旋的对流凝结潜热释放对副热带高压“撤出”南海的影响。结果表明,1998年5月爆发的东亚季风展现出典型的从孟加拉湾地区东传发展到南海地区的过程。随着孟加拉湾季风爆发和对流活动增强、北移,南海北部出现了低层西风和对流活动,领先于副热带高压在南海地区减弱和撤退。结果还显示南海北部地区的对流凝结加热有助于该地区经向温度梯度的反转,在热成风关系的制约下南海上空副热带高压脊面的垂直倾斜由冬季型转向夏季型,季风爆发。     

北半球大气中角動量的年变化和它的輸送机構

把30°N以北大气角動量平衡方程由七月積分到一月,則其中各項都可計算:此緯度以北大气相对西風角動量的改变可用Mintz平均西風冬夏分佈圖算出;地轉角動量的改变可用冬夏地面平均气压圖算出;通过30°N緯度的角動量的渦動輸送已为Starr和White算出,因此利用積分結果可求得30°N以北地面应力和山脈东西兩側气压差所引起的角動量消耗,結果与别的作者用别的方法所得數值極为符合。 作者更指出: 1.从夏到冬大型天气系統的角动量輸送勝过地面摩擦的消耗,从夏到冬西風环流增强的主要部分(約85％)即由於二者之差,西風环流增强的其餘一小部分則由於大气的質量平流,而引起地轉角動量的傳送。 2.角動量的输送,角動量的消耗以及西風环流强度都有年变化。但这种年变化並非正餘弦型,即从夏到冬的变化並不正是从冬到夏变化的反面,此种非对称性可由加熱过程和减熱过程的不可逆性解釋。在北半球从冬到夏对大气來说是加熱的,而从夏到冬大气失去熱量,因为加熟过程和減熱过程都不是可逆的,故从夏到冬的变化也不与从冬到夏的变化对称。 3.东風帶向西風帶的角動量輸送,主要發生於西風环流破坏的時候;主要發生於“引伸槽”和“引伸脊”的經度帶;同時也主要發生於大气的高層。     

1950年平均经圈环流与角动量的平衡

本文利用了Buch和Starr与White所计算的1950年各纬度上空的平均经向风速([V]),绘制了子午面上的平均环流(全年:图1,冬季:图2,夏季:图3),图中显示出三个环型(cell),低纬度和高纬度的两个正环型与中纬度的逆环型。 1950年平均西风急流的位置正好处于中纬度的逆环流之中。全年平均的赤道辐合线位于北纬5°左右。自夏至冬三个环型均向北移,冬季半球Hadley环型伸向夏季半球去。三个环型的强度都是冬季大。 对于1950年北半球10°—70°的角动量平衡也作了分析(图4),并绘制了这个空间中角动量输送流线图(图5),其中应该提出,就是通过东西风的界面流线是铅直的,也就是总的来说,在东风带里产生的角动量不是在水平方向上输送到西风带里去,而是在铅直方向上输送到低纬度的高空西风里去,再由那里在水平方向上送到中高纬度去。 最后对于平均纬圈环流的维持也作了讨论,结论是:在中高纬度大型扰动起着主导作用,在低纬度则平均经圈环流是重要的。     

MOMENTUM BUDGET AND SHELTER MECHANISM OF BOUNDARY-LAYER FLOW NEAR A SHELTERBELT

We use a nonhydrostatic shelterbelt boundary-layer turbulence model with Mellor–Yamada second-order closure to evaluate quantitatively the dynamic processes of surface boundary-layer flow perturbed by shelterbelts of different densities and to understand the shelter mechanism. We first analyze the drag exerted on air by shelterbelts of different densities, a root cause of any shelter function, and the resulting wind reduction. The results show that the effectiveness of a shelter is determined not only by its total drag but also by the distribution of the drag-generated momentum deficit in the sheltered area, and that medium-dense shelterbelts have the maximum shelter effect. We also analyze the horizontal momentum budget and find that the shelter mechanism is the product of several processes. The results reveal that strong vertical mean transport and the pressure gradient also play important roles in shelter efficiency. The pressure perturbation caused by the shelter extends far downstream of the shelter, and combines with advective transport to provide the larger shelter efficiency of medium-dense shelterbelts. We finally analyze the changes of perturbed pressure, turbulence, and vertical velocity with shelterbelt density to further clarify the shelter mechanism.     

一九七九年夏季亚洲季风区上空的区域能量分析

本文用美国气象中心(NWC)1979年6—8月资料计算了亚洲季风区上空的瞬变涡动动能、区域的热源和能量变化。计算结果表明,1979年夏季印度季风区的印度半岛和孟加拉湾地区,东亚季风区的南海和西太平洋地区,我国东部大陆地区都是扰动活动频繁的地方,其对流层上部表现为强热源;南半球西印度洋热带地区和澳大利亚地区热带扰动不活跃,其上空为冷源区。 再有印度季风区扰动发展是正压不稳定和斜压不稳定,以后者为主;东亚季风区扰动发展靠斜压转换而来;大陆东部地区扰动发展也主要靠斜压转换过程。而南半球西印度洋热带地区和澳大利亚地区是通过和中纬度西风带大气的侧向耦合获得能量,并通过跨赤道气流的扰动把能量转送到北半球季风区。     

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。