北半球500毫巴候平均环流动能变化的动力统计学分析

本文首先用流场分解方法说明平均环流的维持与演变可以通过对其动能的分析来研究。然后利用1972—80年逐候北半球500毫巴高度资料计算出纬圈平均运动动能、涡动动能及两者间的转换率。结果表明,候平均环流动能三参数的相互关系及其季节变化与瞬时环流的情况相类似,但数量上小于瞬时环流。对三参数序列应用功率谱和交叉谱分析得出,其主要周期变化为准两周振荡。再从动能参数的波谱分析和机理分析出发,指出准两周振荡就是超长波活动过程在能量循环上的反映,其大致过程是涡动动能达峰值后3—4天动能转换率达峰值,以后再过3—4天纬圈平均运动动能达峰值。     

500毫巴角动量输送波谱的周期变化

用三年冬半年15个月500毫巴逐日资料,计算写成谱函数形式的角动量涡动输送,研究其周期变化。输送总值(波数k=1—12的总和)盛行准两周的周期,逐年差别不大。k=3波输送值也盛行准两周周期,近于同输送总值同位相,而且负担了50％以上的输送总值。其他波数,k=2盛行26天左右周期,k=4盛行12天左右周期,但这些波的变化幅度比k=3波小得多。初步考察了准两周周期同寒潮的关系。 用解纬圈谱法,选例考察k=3波的槽脊走向和振幅,有同角动量输送准两周变化相应的变化。 最后采用功率谱和交叉谱的分析法,对1976—1977年角动量输送进行统计上处理,得到一些与定性分析相同的结果。     

对流层中层动能的全球性季节过渡与季节性急变

本文利用１９８０—１９８８年ＥＣＭＷＦ全球资料，计算了５００ｈＰａ各纬度带上的纬向平均动能（Ｋｚ）、涡动动能（ＫＥ）及波数域动能（Ｋｎ，ｎ＝１，２，３，…，１０）。以此考察了南、北半球动能季节过渡的差异，并用Ｔ检验方法讨论了南、北半球以及全球各动能模态的季节性急变现象。现在工作单位：     

夏季东亚阻塞高压形成维持的波数域动能分析

用波数域动能方程分析了1986年夏季东亚阻塞高压的形成、维持和衰退过程。发现该夏季代表阻塞高压的波动是5波（长波）,而不是2波（超长波）。在阻高形成和维持阶段,波与波非线性相互作用向5波输送动能,使5波动能增大;而波与平均流的相互作用则使5波动能减小。在阻高维持阶段,有效位能向5波转换动能,维持阻高。波与平均流的相互作用却使5波维持。在阻高衰退阶段则完全相反,波与波相互作用项以及有效位能与动能转换项均为负值,使5波动能变小,阻高衰退。而波与平均流相互作用,却使高纬西风减小,有利阻高维持。     

北半球大气环流能量循环的气候特征

利用1958—2011年NCEP/NCAR逐日再分析资料,根据Lorenz能量循环理论框架,分析了北半球大气能量循环的年变化特征,在此基础上给出了更具普适性的多年平均的大气能量循环框图.结果表明:北半球大气能量循环的年变化特征十分明显.大气能量及能量转换率均表现为冬季高、夏季低、春秋季过渡的演变特征;纬向平均有效位能、纬向平均动能和涡动动能中有少许能量在冬季时由南半球向北半球进行越赤道输送,夏季时则由北半球向南半球输送,而涡动有效位能的输送方向则与此相反;纬向平均有效位能的制造在秋季最大,涡动有效位能的制造在夏季最大;动能的耗散冬季最强,夏季最弱.就年平均而言,相较于能量转化过程,能量越赤道交换过程非常微弱.在经向上,纬向平均有效位能主要分布于高纬地区,纬向平均动能主要分布于中低纬地区,而涡动能量主要贮存在中纬和高纬地区;此外,能量转化过程一般在中纬度地区较活跃.     

AMEX期间一个热带风暴发展的动能收支及环流特征

利用中、美、澳联合进行的澳大利亚季风试验(AMFX)第二阶段观测资料,对南半球热 带风暴Irma的发展,进行了环流背景和动能收支的分析。 Irma发生于南半球的ITCZ上,生成时的环流条件是ITCZ两侧偏东信风、偏西季风都在加强,尤其是对流层上部气流散开区移近,辐散强烈增加。同时,对流层下半部的R_1数出现最小值。 Irma迅速增加时,总动能增加主要来自制造项,说明这时有很强的非地转加速。而对制造的最大贡献者,是有效位能的释放。由此表明了内源和积云对流总体影响的重要性。 而Irma迅速增强时涡动能的增加,最重要的源是较小尺度运动或次网格尺度动能,主要贡献在对流层上部。少量的贡献来目区域平均气流动能的转换。因此,扰动的发展,从较大、较小两种尺度运动中都取得能量,但后者重要得多。制造项也有重要作用,但主要贡献在对流层下部。此外,扰动还向周围大气输出涡动动能,因此起着祸动动能制造并输出的作用。     

1996年江苏梅雨期暴雨与500hPa高度场波谱特征分析

本文利用EC北半球500hPa5* 5网格点资料,计算了1996年梅雨期80°N-25°N各纬度带上波谱参数Ik、平均纬向动能Eu(k)、平均经向动能Ev(k)和角动量输送Jk。结果表明,梅雨期内中高纬度超长波向长波调整,且这种调整涉及到较低纬度上发生长波调整或长波增长,江苏就有一次暴雨过程发生。这种波的调整在动能场上表现为长波经、纬向动能迅速增长,扰动加强。另外,副热带角动量南北输送的转换和向南输送的明显增长,对暴雨发生有重要作用。     

热带500百帕动能的基本特征与季节变化——南、北半球的比较

本文利用1980—1988年30°S—30°N的风场资料,计算了逐日的平均动能,涡动动能及相互转换和波数域动能;并分析了南、北半球热带对流层中层动能的演变特征,季节调整规律,指出了热带与中高纬动能的差异。      

2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成特征

利用观测资料和NCEP再分析资料分析2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成维持机制, 结果表明, 2003年淮河梅汛期亚洲中高纬地区阻塞高压的异常活动中, 波流作用十分显著。6月上旬, 阻高建立前期和维持过程中, 上游地区天气尺度波动活跃, 欧洲斜压区不断有瞬变动能生成, 并在阻塞区向阻高平均流转化。从瞬变涡动的作用来看, 上游传播而来的瞬变波不断将较低纬度的低位涡空气向阻塞区输送, 有利于阻塞高压的建立维持; 平均流则使位涡呈相反形势发展, 引导阻塞高压向东频散, 削弱了扰动位涡输送的作用, 对阻高的维持起到耗散作用。阻高建立前, 瞬变涡位涡输送作用强于平均流位涡平流, 造成阻塞区位涡降低, 有利于阻高生成; 阻高维持期间, 瞬变涡位涡输送与平均流位涡平流输送量相当; 6月25～30日, 阻塞高压明显西退, 该阶段瞬变涡动明显强于平均耗散作用, 引导低位涡场向西移动。研究表明, 大气内部的波波作用对阻高的建立维持也十分重要。1波与5波在一定范围内的共同作用可能是阻高建立维持的决定因素, 而天气尺度波动扰动则对阻塞高压的建立、 维持和崩溃起到重要的作用。波波作用表明, 2003年6月份阻塞高压建立、 维持时, 尺度较长的波一般从平均动能得到扰动动能的转化, 尤其5波, 斜压能的转换不但是其能量的来源, 同时非线性作用也使得尺度更小或更长的波向其提供能量; 阻高衰退时, 5波则通过非线性作用向其他波动输送能量, 同时也存在斜压耗散, 能量逐渐失去。     

一次高原低涡诱发西南低涡耦合加强的动力诊断分析

利用2013年6月29日—7月2日期间逐6 h的NCEP 0. 5°×0. 5°全球预报场再分析GFS (Global Forecast System)资料,对一次引发特大暴雨的西南低涡和高原低涡耦合贯通加强过程进行动力诊断分析,结果表明:西南低涡和高原低涡耦合区上方在不同阶段均维持正涡度柱,呈现低空辐合和高空辐散的特征,并伴有强烈上升运动。垂直运动在耦合开始阶段最强,正涡度柱在耦合强盛阶段显著增强,高原低涡和西南低涡耦合贯通后,改变了涡度的垂直特征。西南低涡发展维持的涡动动能主要源于水平通量散度项和涡动动能制造项,摩擦耗散项和垂直通量散度项是其主要消耗项。高原低涡发展维持的涡动动能主要源于垂直通量散度项和区域平均动能与涡动动能之间的转换项,涡动动能制造项出现负值是其涡动动能减弱的主要原因。耦合期间强烈垂直运动将西南低涡的涡动动能向高原低涡输送,西南低涡对高原低涡发展维持有重要动力作用。     

亚洲季风变动与大气正压/斜压运动动能变化的气候特征

使用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ４０年（１９５８～１９９７年）月平均再分析资料,通过动力学论断研究了大气斜压／正压运动动能的变化及其相互转换,分析了亚洲季风变动与这两种动能变化的联系。指出：季风区大气运动动能的组成和变化具有独特的特征。冬季风时期大气斜压运动动能与正压运动动能具有正相关线性关系,斜压运动能向正压运动动能转换;春、秋季无论是东亚还是印度季风区斜压运动动能与正压运动动能之间转换都处于极小值,只是     

北半球中高纬月平均环流正压斜压动能的年变化特征

本文利用多年月平均资料计算了北半球中高纬月平均环流正压、斜压动能的年变化特征。结果表明无论正压、斜压动能都具有明显的年变化,而且两者的变化趋势也是一致的,但是正压动能要比斜压动能对总动能的贡献大得多。环流异常具有相当正压的垂直结构。有关结论可为长期数值预报模式的简化提供依据。     

北部湾热带低压发展成台风的结构演变和动能收支的诊断分析

本文对1985年8月下旬北部湾热带低压发展为台风的演变过程作了诊断分析。发现在台风的生成和加强的过程中,涡旋动能出现显著的加强和向下转移,最大涡度层和无辐散层明显下降.与此同时,暖心结构也逐步形成。这一过程与低层西南季风的增强北进,卷入台风环流中的过程密切相关。涡旋动能收支的计算表明,低压由于处在强的水平切变和垂直切变基流中,风场和温度场的不对称和暖心结构的形成,使台风获得正压和斜压不稳定能量,加之以积云对流为代表的次网格过程向涡旋运动输送能量,从而使低压发展为台风。台风的衰亡是由于登陆后低层偏冷气流的入侵和下部暖心结构的破坏,使台风只有纬向平均气流取得能量,不足以补偿摩擦耗散和位能通量的辐散,因而减弱为低压的。      

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。      

1978年10月份寒潮前后的正压能量转换与季节过渡

以1978年10月下旬东亚寒潮为例,研究寒潮前后一段时期的波谱域正压能量转换关系的变化。发现这次寒潮前后正压能量关系发生了突变。具体表现在:(1)盛行波动由长波转变为超长波;(2)正压能量转换关系由以长波段为主转变为以超长波为主;(3)2波,从作为其他波的动能源来看,发生了根本变化。这些突变具有季节性变化的特点。     

1979年7月热带地区的动能平衡

应用欧洲中期预报中心的FGGEⅢ-b个客观分析资料计算了1979年7月热带大气的动能平衡。热带环流系统的动能主要集中在定常涡旋部分。对流层下层,105°E和150°E为两半球间瞬变涡旋的通道。对流层上层,瞬变涡旋的通道和洋中槽相联系,位于150°E和30°W附近。 索马里急流是对流层下层制造动能的主要环流系统。对流层上层,南亚东风急流入口区制造动能,出口区破坏动能,其动能收支与中纬度西风急流相似。 非洲-阿拉伯海季风区和孟加拉湾—南海季风区的动能平衡很不相同。动能的垂直输送可能在季风环流中很重要。     

春夏季节过渡期间北半球500百帕能量变化的波谱分析和研究

本文利用1972-1982年5月初-7月底春夏季节过渡期间北半球500百帕高度资料计算有关能量谱、角动量输送谱和扰动动能向平均动能转换率谱,分析了大气环流由春到夏季节过渡期间能量谱变化特征及过渡前后特征差异,并揭示了它们与初夏中期主要天气过程-梅雨天气过程的关系。结果表明由春到夏季节过渡前后,对流层中层扰动动能谱和大气波能密度均有显著变化,大气波能密度值有个急剧减弱过程,经向扰动动能集中的波数由超长波向长波转移,55、45、35°N角动量输送平均辐散也有明显转折,这些是春夏二种不同流型在能量学上的基本差异点。对流层中层扰动动能向平均动能转换率谱在季节过渡前后也有显著不同:过渡前高纬强于中纬;而过渡后中纬转换明显增强,并大大超过高纬。大气环流由春到夏的季节过渡,一般由一次或二次长波急剧发展来完成。在大型环流转变上对应为一次副热带高压明显北跳加强及西风带迅速北撒减弱,在天气表现形式上江淮流域对应为梅雨这种大型天气过程的出现。      

ENERGY DISPERSION EFFECTS ON EXPLOSIVE DEVELOPMENT OF MARINE CYCLONES

A dominant role played by energy dispersion in the explosive development of extratropicalmarine cyclones over the Northwest Pacific has been revealed based on both the eddy energyequations and the energy flux vectors of nonlinear wave packet.At the initial and explosive time.the eddy energy from neighboring upstream systems beyond the radius of Rossby deformation isdispersed into the eddy energy center associated with the cyclone via ageostrophic geopotentialfluxes,and results in the rapid increase of eddy kinetic energy and the occurrence of explosivecyclogenesis.When the cyclone begins to decay,its corresponding eddy energy is exporteddownstream and hence triggers the growth of new perturbation downstream.Through generalizingthe energy flux vectors of quasigeostrophic wave packets to the nonlinear forms and making use ofthe relationship between the energy flux vectors and the total eddy energy,the approximationexpressions of the total group velocity and relative group velocity are derived,and then they areused to compute an explosive case.The normalized ageostrophic geopotential fluxes by dividing thevolume integral of ageostrophic geopotential fluxes by the integral of the total eddy energydetermine the relative group velocity at which the eddy energy is spreading out,and they can beused to evaluate the position of next new disturbance.The nonlinear advective fluxes influenceprimarily the phase speed and translation of the cyclones.The results in this paper facilitate toexpanding the mechanism research on explosive cyclones and have great significance for predictingthe explosive intensification and downstream disturbance growth.     

冬季北半球风暴轴能量演变的个例分析

利用观测资料,从扰动能量变化方程出发,通过分析能量的逐日演变过程,对风暴轴的各种内部因素在其维持中的作用进行了详细探讨。结果发现,涡动非地转位热能量所引起的“下游发展效应”是风暴轴得以在一常定区域维持的重要因素。