暴雨环境场非线性扰动特征

本文着重讨论大尺度运动中常被略而不计的非线性流场扰动和温湿场扰动的作用。为此选择三个不同类型的暴雨个例,分析表明需要重视非科氏力场中运动的特性,它表现出旋转流体自身的涡度场和散度场之间的相互作用引起暴雨系统的急剧变化。其次,环境场的层结稳定度水平扰动与垂直运动场的非线性相互作用也会激发出次级环流,促使暴雨过程发展。      

关于大尺度动量场和涡度场中积云效应的协调参数化

本文提出一个积云对流对大尺度动量场和涡度场的相互协调的参数化数理框架。解决协调的办法是约定:当云被考虑为享有同一大尺度环境场的弧立对流单体对,在涡度收支中小于大尺度动力模型空间分辨率的云的涡度动力作用可以忽略,根据Ooyama积云参数化理论,本文用这种简化方法来得到一对相互协调的大尺度动量方程和涡度方程。我们的研究是把注意力集中在使人们更容易理解夹卷过程以及云与环境之间压力的相互作用方面。     

大尺度环境场影响中低层次天气尺度系统发展和移动的初步分析

次天气尺度系统是一类水平尺度为几百公里的天气系统,它的发展常带来暴雨这样的强降水天气,西南低涡、江淮气旋就是这类系统的典型个例。天气分析事实表明,次天气尺度系统的发展和移动受到大尺度环境场的制约,因此,详细地研究大尺度环境场对次天气尺度系统发展和移动的影响是必要的。本文依据滤波原理,把大气运动场分解为大尺度环境场和次天气尺度扰动场,采用动力分析方法,分     

一种飓风数值预报的初值化方法

本文使用具有Gallelean变换和详细动量、热量垂直输送通量描述的飓风动力方程组,由切向风速得到垂直运动场、加热场等,结果表明了垂直运动场和加热场具有明显的螺旋雨带特征,温度场有暖心结构及其位势高度场具有深低压特征,这些特征和实际观测结果相吻合。这个方法为飓风数值预报初始场提供了可行的方法。 用数值方法预报飓风的发生发展和路经及降水分布是飓风研究的一种主要方法。但是,对于数值预报飓风的初始场的确定仍是一个没有彻底解决的问题。在过去的初始场处理中,大致分几种,一种是初始场全部采用理想化的低压扰动,另一种则是用实际资料得到环境流场然后再加上一个理想化的     

不同大尺度强迫条件下考虑初始场与侧边界条件不确定性的对流尺度集合预报试验

研究了不同大尺度强迫条件下的暴雨个例中,考虑不同尺度特征的初始扰动与侧边界扰动相互作用构造对流尺度集合预报的可行性,为进一步构建“自适应”于不同强对流天气的对流尺度集合预报系统提供依据。结果表明,在大尺度强迫显著的个例1中,以大尺度扰动信息为主的动力降尺度的增长趋势较集合转换卡尔曼滤波(ETKF)更为显著,且总扰动能量在预报中后期超过集合转换卡尔曼滤波,而在大尺度强迫较弱的个例2中,集合转换卡尔曼滤波扰动能量始终高于动力降尺度。此外,当大尺度强迫显著时,初始扰动与侧边界扰动相匹配会产生相互促进的作用,而不匹配时初始扰动会在预报中后期抑制侧边界扰动的发展,当大尺度强迫较弱时,即使是互相间不匹配的初始扰动与侧边界扰动也能在大部分预报时段起到相互促进的作用,说明初始扰动与侧边界扰动的相互作用机制不仅与天气形势相关,也与二者是否匹配挂钩,另外,扰动的发展特征同样依赖于天气形势;从集合离散度的角度来看,当大尺度强迫明显时,侧边界扰动的作用会在更短的时间内取代初始扰动,从而对离散度起到主导地位;两种初始扰动方法相比,集合转换卡尔曼滤波在多数情况下对总离散度的贡献均大于动力降尺度;从降水量预报及概率预报情况来看,大尺度强迫明显的个例可预报性更高,且各集合成员间的差异较小,大尺度强迫较弱的个例则相反,且当两种初始扰动方案与侧边界扰动相结合时,较仅侧边界扰动均有一定提高。      

大尺度环境场对热带气旋影响的动力分析

文中基于正压大气运动的基本方程组 ,把大气运动场分解为大尺度环境场和热带气旋环流 ,采用动力分析的方法 ,分析了有 /无大尺度环境场作用的热带气旋运动特征。结果表明 :无环境场时 ,热带气旋的运动遵循位涡守恒原理、热带气旋的定常运动满足相当地转风平衡关系 (f 平面近似 ) ,其等位涡线和等压能线均与流线重合 ;有环境场时 ,热带气旋的运动不再遵循位涡守恒原理、其定常运动的等位涡线和等压能线也均与流线不再重合 ,但热带气旋的定常运动满足准相当地转风平衡关系 (f 平面近似 )、等相当压能线与流线重合。最后还能过建立有 /无大尺度环境场作用的热带气旋强度变化及移动速度的方程式 ,定性地分析了大尺度环境场对热带气旋强度变化及移动的影响。     

动力强迫对台风次级环流的作用

本文导出无量纲的台风次级环流方程,然后用11年综合台风资料,计算了动力强迫的次级环流。通过计算,得到主要结论如下: (1)积云动量垂直混合和涡旋动量水平通量是主要的动力强迫因子。 (2)积云动量垂直混合在台风发展过程中可促进大尺度低空辐合,因而可加强由CISK机制所说明的正反馈过程。 (3)Ekman抽吸与积云动量垂直混合是相互促进、共同发展的,这是台风发展中的一个重要反馈过程。     

初生阶段西南涡发展与消亡的物理机制

采用涡旋运动稳定性方法,结合大尺度环境场和积云对流潜热释放,研究初生西南涡发展与消亡的物理机制。结果表明：（1）在稳定层结和不稳定层结条件下,当大气扰动频率超过对应的临界频率时,初生西南涡均可以维持并向成熟涡转变;当大气扰动频率未超过临界频率时,初生西南涡要么因频散而消亡,要么在维持一段时间的纯涡结构后消亡,不能发展为成熟西南涡。（2）初生阶段,大尺度场的辐合辐散是西南涡发展和消亡的主要因素,辐合才有可能使得初生西南涡发展,辐散只能导致初生西南涡消亡;小尺度的潜热加热则决定着稳定层结下的扰动临界频率,进而影响稳定层结下初生西南涡的发展及向成熟西南涡的转变。     

“80.7”山东强对流天气分析

冰雹是各种不同尺度系统相结合而产生的一种强对流过程。本文采用天气学和动力学方法,研究了1980年7月6日山东出现的大范围强对流天气过程中,大尺度和中尺度系统的演变特征及其相互联系。运用动力分析的结果分析了这次强对流机制。讨论了冰雹、暴雨形成过程中潜热释放、动量、热量垂直输送对大尺度场垂直运动的反馈。借助本省每小时天气实况演变图和雷达回波照片对这次过程进行了中分析,发现地面辐散场和涡度场的演变和冰雹落区有很好的对应关系。     

中纬度平均经圈和纬圈环流维持的物理过程(二)

大尺度扰动的感热和动量输送是紧密联系的.在准地转运动中,大尺度涡动输送可分解为平衡输送和不平衡输送.在北半球冬季纬向风系和副热带高压带维持的过程中,中纬度不平衡涡动输送,以及与之相联系的平均经圈环流所造成的垂直输送,起着十分重要的作用.这时水平输送和垂直输送本身就处在内在联系之中.并且这种输送过程是和温度槽落后于流场槽的斜压扰动相联系的. 当把大气运动分解成垂直平均的正压动能和垂直切变的斜压动能时,可以更细致地了解中纬度大气环流能量转化的规律.我们进一步讨论和计算了中纬度北半球冬季能量转换的过程.     

台风异常北上时期的天气和次天气尺度环境场特征

本文利用一个空间滤波器、将台风环境场分解为天气和次天气尺度。在此基础上，对两个异常北上的台风路径（8211号台风（Cecil）和8305号台风（Abby））进行诊断分析。结果表明:台风异常北上时期出现在天气尺度环境场发生环流调查过程中，在500 hPa高度场上，台风异常北上时，表现出向着次天气尺度扰动中心传播方向移动的趋势，在天气尺度环境场作用明显减弱时期，这可能是导致台风路径异常的重要因素；同时，在动能场上，台风则表现出向着正值的次天气尺度动能制造区伸展方向移动。     

Feedback Mechanisms For The Atmosphere And Ocean Surface

Two kinds of feedback mechanisms in the coupling process between the atmosphere and ocean surface are identified in this paper. One is a negative feedback mechanism, which is effective in the dynamic interaction processes through momentum flux exchange. In this mechanism,the ocean extracts momentum from the atmosphere as a forcing field to generate waves, which decelerates atmospheric motions, lessening the intensity of synoptic systems. The second is a positive feedback mechanism, which is effective in the thermal interaction processes through heat flux exchange. This is a mechanism that is effective in the transport of sensible and latent heat fluxes to the atmosphere from the underlyingocean surface. As a result, the atmosphere obtains energy from the ocean, which intensifies atmospheric motions. For storm conditions typical of North Atlantic mid-latitudes, we consider these thermal and dynamical nteractions, the dominance of one over the other, and related implications for storm intensification.     

梅雨期间次天气尺度扰动的动能平衡

计算了梅雨期间产生暴雨的次天气尺度扰动的动能分布及其乎衡。结果表明:1)在动能计算中不能略去风的散度部分;2)暴雨期间,扰动向周围大气输送动能;3)旋转风的动能产生率为负值,散度风在对流层下层和上层产生动能,两者之和仍是消耗动能。这样,次网格尺度对流在动能平衡中起着重要的作用。即在条件性不稳定的大气中,发展起来的温对流是湿斜压大气中重要的一种过程。上述结果有助于了解扰动的机制和改进数值模式的设计。     

洋面加热场和高空波动之间位相差的某些经验关系

本文研究洋面加热场同500毫巴槽脊发展之间的关系。洋面加热专指乱流感热交换和潜热交换,根据经验公式算得的。文中前一部分从所选的12次冬季天气过程,探讨加热和槽脊发展之间的经验事实,后一部分选例分析高空槽在加强时和衰退时,加热对厚度变化和涡度变化的作用。分析结果得: (1)当洋面加热最大中心在槽前(相对于槽线而言),槽一般趋于加强,在槽后槽趋于减弱;这种趋势以加热在槽线前后5—10经距处的次数最多,同时槽的移速同加热也有一些关系。 (2)加热极值中心同脊的强度变化,还不能确定出什么关系。 (3)加热在厚度变化中有贡献,加热在槽前,负变厚中心有向槽后偏移的倾向;加热在槽后,负变厚中心有移向槽前的倾向。 (4)加热在槽前有利于槽前产生涡度,加热在槽后有利于槽后耗损涡度。     

不同纬度天气尺度扰动影响2020年夏季梅汛期降水的数值模拟

利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6,研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响.观测分析表明:2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动,在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传.在此基础上,设计改变不同纬度天气尺度扰动(＜10 d)输入的...     

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。     

华南西南季风活跃期间大气热量和动量的收支

本文讨论了西南季风活跃期华南区域平均对流层运动学特征和热量水汽,动量的收支。计算表明,我国西南季风活跃期对流层特征既不同于冷空气活动期也不同南海季风活跃期。此时华南整层对流层处反气旋流场中,无辐散层位于700毫巴,下层辐散上层辐合。西南季风层为下沉运动,上层为上升运动。热量收支表明,季风层为视热汇和视水汽源,东风层为视热源。切变层以上水汽源汇数值很小,不起明显作用。水热源汇主要由垂直运动造成。动量收支表明,在季风层动量基本上是准平衡的,只有在对流层上层和近地面层有动量盈亏,动量收支主要来自地转偏差。最后,我们简单讨论了次网格尺度涡旋对水热平衡的贡献,认为西南季风期垂直涡旋输送十分活跃,其输送水热的作用超过气团变性过程所起的作用。      

西北太平洋爆发性气旋的诊断分析

本文对一年中26个西北太平洋爆发性气旋形成的大尺度条件做了统计研究。结果表明:海洋上空大气层结的不稳定、高空急流出口区北侧的动力辐散,冬季副高位置偏北时其西侧的强暖平流以及中低层的强斜压区等都是气旋急剧发展的有利因素。 另外,本文利用完全的ω-方程和Sawyer-Eliassen次级环流方程对1983年1月6—9日发生在西北太平洋上的一次爆发性气旋做了诊断分析,得到:(1)大尺度加热是使气旋强烈发展的主要物理因子;积云对流加热也是重要的物理因子。(2)温度平流是使前两者起作用的先决因子,它对气旋的初期发展起了某种启动作用。     

An intercomparison between the surface heat flux feedback in five coupled models,COADS and the NCEP reanalysis

The surface heat flux feedback is estimated in the Atlantic and the extra-tropical Indo-Pacific, using monthly heat flux and sea surface temperature anomaly data from control simulations with five global climate models, and it is compared to estimates derived from COADS and the NCEP reanalysis. In all data sets, the heat flux feedback is negative nearly everywhere and damps the sea surface temperature anomalies. At extra-tropical latitudes, it is strongly dominated by the turbulent fluxes. The radiative feedback can be positive or negative, depending on location and season, but it remains small, except in some models in the tropical Atlantic. The negative heat flux feedback is strong in the mid-latitude storm tracks, exceeding 40 W m^–2 K^–1 at place, but in the Northern Hemisphere it is substantially underestimated in several models. The negative feedback weakens at high latitudes, although the models do not reproduce the weak positive feedback found in NCEP in the northern North Atlantic. The main differences are found in the tropical Atlantic where the heat flux feedback is weakly negative in some models , as in the observations, and strongly negative in others where it can exceed 30 W m^–2 K^–1 at large scales, in part because of a strong contribution of the radiative fluxes, in particular during spring. A comparison between models with similar atmospheric or oceanic components suggests that the atmospheric model is primarily responsible for the heat flux feedback differences at extra-tropical latitudes. In the tropical Atlantic, the ocean behavior plays an equal role. The differences in heat flux feedback in the tropical Atlantic are reflected in the sea surface temperature anomaly persistence, which is too small in models where the heat flux damping is large. A good representation of the heat flux feedback is thus required to simulate climate variability realistically.     

Heat,momentum and moisture budgets of the katabatic layer over the melting zone of the west Greenland ice sheet in summer

The budgets of momentum, heat and moisture of the atmospheric boundary layer overlying the melting zone of the west Greenland ice sheet during an 8-day period in summer are calculated. To do so, the governing budget equations are derived and presented in terms of vertically averaged quantities. Moreover, stationarity is assumed in the present study. Measurements collected during the GIMEX-91 experiment are used to calculate the contribution of the different terms in the equations to the budget.During summer, a well developed katabatic wind system is present over the melting zone of the Greenland ice sheet. The budgets show that advection in the katabatic layer is small for momentum, heat and humidity, when the horizontal length scale of the integration area is sufficiently large (>50 km). This indicates that in principle one-dimensional atmospheric models can be used to study the boundary layer over the melting zone of the Greenland ice sheet. The background stratification plays a crucial role in the heat and moisture budget. Vertical divergence of longwave radiation provides one-third and the turbulent flux of sensible heat the rest of the cooling of the boundary layer. Moisture is added to the boundary layer by evaporation which is a significant term in the moisture budget. Negative buoyancy (katabatic forcing) dominates the momentum budget in the downslope direction. Coriolis forcing is important, stressing the large spatial scale of the katabatic winds on the Greenland ice sheet.