小尺度对流的发展和环境间相互作用的一个近似分析

本文应用一个近似的模式,分析了大气中小尺度对流发展时和环境(平均运动)间的非线性相互作用。分析结果指出,对流除在不稳定和中性稳定层结条件下可以发展外,在稳定层结条件下也可以得到发展,并且扰动的振幅最后均趋于有限值。同时,由于扰动的发展,大气的平均状态也要发生改变,不论开始时大气的层结如何,最后均趋向于中性,而大气的平均风速最后一般都要减小。     

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。     

大气静力稳定度的铅直分布和不同风速铅直廓线对天气系统发展的影响

采用一个准地转三层模式,对于高低空不同层结及不同风速铅直廓线下的斜压不稳定性问题进行了分析和讨论。指出:(1)大气层结特征对斜压不稳定的影响不仅表现在对不稳定临界波长和临界风速切变的制约上,而且其铅直分布的不均一性决定了大气的各个层次对斜压不稳定的贡献大小;扰动的斜压发展主要取决于静力稳定度较小的那些层次内的热力、动力学条件,在这些层次内,扰动也最为明显。(2)高低空风速比中空为大的“高低空强风型”风速铅直分布最有利于扰动的不稳定发展,在这种风速铅直廓线下,不稳定波波谱较宽,不稳定波临界波长和最不稳定波波长也较短。     

不稳定边界层下地形重力内波

水槽实验及线性理论研究表明,当低层大气处于近中性或不稳定时,如果地形引起的动力扰动足够强,地形扰动可在上部稳定层结中激发出重力内波,波动反过来影响低层流场,引起动量输送。低层大气处于近中性或不稳定时,地形波同样对大气运动可产生波阻,这应引起模式工作者的重视。最后讨论了大气粘性对中性或不稳定层结下地形波的影响。     

长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析

文中分析了 1998年 7月 2 0～ 2 3日发生于长江流域的持续性降水和暴雨过程 ,在分析大尺度降水和中小尺度暴雨相对应的环流场和天气实况的基础上 ,主要分析相应大气层结的对流不稳定和条件性对称不稳定条件 ,并对切变线上涡层不稳定做了重点介绍和分析 ,计算了条件性对称不稳定判据和涡层不稳定判据。结果表明 :降水期间大气低层有对流不稳定和对称不稳定能量的积聚 ,在这两类不稳定条件都基本满足的情况下 ,涡层不稳定的维持对此次降水过程中暴雨的发生提供了有利的不稳定环境场 ,具体的计算分析还表明环境场的配置制约着切变线上低涡扰动的发展 ,是造成降水的重要原因之一。     

2007年8月登陆台风帕布、圣帕暴雨过程诊断分析

采用T213L31模式大气分析资料,诊断计算天气学中的凝结函数降水、水汽通量散度降水,并理想设计与诊断计算气层对流不稳定降水和层结不稳定降水,用于对2007年8月间西太平洋登陆台风帕布和圣帕降水运动进行诊断计算与分析。结果表明:热带扰动中凝结函数降水场呈弱态,但有较强水汽通量散度降水场,且水汽辐合降水运动组织对流不稳定降水和层结不稳定降水。在热带扰动发展与台风形成时,其低层风场水汽辐合与积云对流相互作用的过程,同时是气层对流不稳定能量与气块(团)湿不稳定能量的积聚过程,前者可带来暴雨,后者可带来大暴雨。相关天气学分析表明:台风暴雨是大尺度风场及中尺度水汽辐合降水运动组织起中、小尺度气层、气块(团)对流降水运动,对流性降水是由风场支配故变化较大、较快。     

地形对重力惯性波发展的影响

本文研究了具有南北坡的地形对重力惯性波发展的影响。利用WKB方法，建立了含地形作用的重力惯性波能量方程。研究结果表明:在层结稳定的情况下，当扰动“上坡”（沿地形高度的升度方向传播）时，其能量将减少，即扰动将减弱；当扰动“下坡”（沿地形高度的负升度方向传播）时，其能量将增加，即扰动将发展。如层结为不稳定，情形则相反，即扰动“上坡”时将发展，“下坡”时将减弱。此外，文中对波动的稳定性问题也作了一些讨论。     

南岭静止锋上的对称不稳定性

春季5—6月,南岭山脉甫侧经常存在一条近于东西向的著名的南岭静止锋,它给这个地区造成大量的降水。本文从理论上讨论了南岭静止锋的对称不稳定问题。Hoskins[1]于1974年提出对称不稳定理论,指出在纬向流动的大气中,只有当位涡是负的时候,才会出现对称不稳定,摩擦和非绝热加热是产生对称不稳定的必要条件。Bennetts和Hoskins得到了在锋面雨带中大气不稳定的必要条件为q2=F2N2-S4<或q_w2=F2N_w2-S2N_w2<0。 本文的研究指出,在绝对涡度为正的基本流中,不稳定或弱稳定的层结会使扰动不稳定发展;而在负的绝对涡度中,稳定层结反而有利于扰动的发展。Wave—CISK机制与层结对扰动的共同作用是相互制约的。本文还讨论了地形强迫抬升引起的不稳定问题,指出当层结稳定时,向北倾斜的山坡上的锋面、南高北低的等乙线分布有利于扰动的不稳定发展,而在向南倾斜的山坡上则刚好相反。      

非静力平衡层结大气中的重力惯性波和惯性对流

本文根据一些新的流体力学实验结果及某些天气事实,建立了一个非静力平衡条件下旋转地球大气中重力惯性波和惯性对流的理论模型,并分别求出它在稳定层结,中性层结及不稳定层结三种情况下的点源扰动函数形式的解。 分析解的性质得知,中性及弱不稳定大气中可以激发一种主要由地球旋转惯性决定的大幅度垂直速度振动,其周期大于(至少等于)地球在该纬度的惯性周期2π/f。这也许能说明文献[1]所发现的那种准周期性惯性对流的某些动力性质。在稳定层结流体中,地球旋转参数对流体重力振荡的频率影响不大,层结越稳定,越类似于单纯的重力振荡,只有在层结接近中性时,f对重力振荡的频率修正作用才明显起来。 最后给出不同纬度处不稳定层结大气中所能产生的惯性对流的最大临界尺度。     

非纬向非平行基流中的对称不稳定

文中讨论了非纬向非平行基流中的对称不稳定,得到了新的非纬向基流下对称不稳定的判据条件。在存在横向切变时,无旋层结流体中扰动的不稳定条件为Ｒｉ＜１４ｓｉｎ２（β－α）;而在有旋层结流体中,弱的横向切变在取一级近似时并不能改变对称不稳定的增长率,但扰动必定传播,传播方向是顺切变方向,波长越短,传播速度越快。     

积云团对大气层结影响的模拟研究

文中设计了一个二维完全弹性的积云团数值模式 .模式中考虑了水平均一和时间定常的大尺度抬升速度的影响 .大度抬升速度只对热力学方程和水汽守恒方程有影响 .积云团的启动方式采用冷池和随机扰动相结合的方法 .文中对一个给定温湿层结和大尺度抬升速度情况下 ,就不同扰动结构、水平环境切变、模式区域大小和冷池强度等进行了 1 1个模拟试验 .结果表明 ,在不同扰动结构、是否有水平环境风切变、模式区域不同以及不同云型谱时 ,给定温湿层结和大尺度抬升速度下的积云团活动使得温湿层结向着同一温湿层结调整 .这说明大气由于积云团活动达到准平衡状态 ,这个准平衡状态主要依赖于初始温湿层结和大尺度抬升速度 .这与 Betts积云参数化方案的假设相一致 .     

大气中大尺度振动的不稳定

这篇文章同时考虑了基本气流的垂直分布和水平分布来讨论大尺度扰动的不稳定度。讨论了不稳定扰动发生的必要规准,并进一步讨论了扰动的发展或阻尼对大气环流的作用。     

CISK理论中的若干问题

在本文中,对Charney与Eliassen等人所提出的CISK理论所包含的低层风速不随高度变化的假定作了分析与改进,并讨论了它对结果的影响。     

亚洲夏季风结构和变动与大气运动的斜压和正压特征:斜压模分析

通过定义流场的斜压性度量参量，利用观测资料，对大气运动的斜压特征量与夏季风变动的联系进行了探讨。结果表明：夏季风流场具有较强的斜压性；纬向气流的斜压强弱的时间变动与夏季风进退相吻合；强斜压区的范围可反映夏季风活动的基本范围。经向斜压运动强弱的水平分布及时间－经度剖面上斜压运动动能的纬向传播都与亚洲季风体系中季风子系统有关     

风速垂直切变对于对流的发展和结构的影响

本文分两个部分。在第一部分中,分析了具有速度垂直切变的盛行风,对于对流发展强度的影响。指出,风速垂直切变对于对流的发展是否有利,决定于对流流场的结构。对于一种特定的流场,通过扰动增长率的计算,定量地讨论了风速垂直切变和不稳定层结对扰动发展的相对重要性。 在第二部分中,进一步求得了考虑风速垂直切变影响后的非线性对流运动方程组在边界热源作用的解,对解的数值计算表明,由于风速垂直切变的作用,对流流场的结构与静止大气中的情况不同,不再是轴对称的,而主要由两个顺时针流动的涡环组成,这种流场结构,与一般移动的雷阵雨云中的流场结构很相似。     

线性和非线性风应力对海-气耦合波的影响

在略去Ｒｅｙｌｅｉｇｈ摩擦和Ｎｅｗｔｏｎ冷却的条件下，采用定常的线性大气模式和半地转近似的非线性海洋模式，讨论了线性和非线性风应力对海－气耦合Ｒｏｓｓｂｙ波的影响，结果表明，当耦合波处于非线性不稳定的情况下，线性和非线性风应力均可产生孤立波，不同之处在于，非线性风应力所产笺波图像具有间断特点，波能的急剧聚集有可能使波的性质发生变化。     

EFFECTS OF THE AMBIENT TEMPERATURE GRADIENT ON DEVELOPMENT AND MOVEMENT OF TROPICAL DISTURBANCES

The effects of the ambient temperature gradient on the development and movement of tropical disturbanceshave been analysed through a two-layer model of the CISK.The results show that when the gradient exists inthe external area of disturbances and directs to their center,it is favourable to the development of distur-bances,but an unfavourable case occurs when the gradient exists not only in the external but also in theinternal areas of the disturbances.It is also shown that the gradient makes the disturbances tend to movetoward warm environments.These results coincide with the observational facts which take place when coldfronts approach typhoons or tropical cyclones.     

关于含有水平及垂直切变的二维流体的非线性波的稳定性

本文讨论了含有水平和垂直切变作用的二维流体非线性波的稳定性和解析解,其结果表明与文献[1]不同的是不仅决定于垂直切变,而且还决定于水平切变以及y方向的非线性作用,其稳定区域有较大的改变。这些作用均易导致扰动发生、发展。 此外,据Poincare’三元变量的控制方程奇点分类法,求得了其奇点附近的解析解,其解为余弦波及椭圆余弦波的迭加,且能在一定条件下退化为谐波解,显示了二维非线性流体的某些特征,也拓广了文献[1]的结果。     

A NUMERICAL EXPERIMENT STUDY ON THE FORMING MECHANISMS OF LOW-LATITUDE CIRCULATION CELLS AND PRECIPITATION DURING AN EAST ASIAN COLD SURGE

The forming mechanisms of low-latitude circulation cells and precipitation during an East Asian cold surge have been studied by using a five-layer primitive equation model.Numerical experiments show that in mid-high latitudes,the propagation of the East Asian winter monsoon is nearly a dry process;in low-latitudes,the effects of cumulus convection intensify the northeast monsoon and northeast trade wind;however,they also prevent the intertropical convergence zone(ITCZ) from further southward invasion,and strengthen the meridional and zonal cells over East Asia. Numerical results also indicate that the winter monsoon precipitation in Indonesia and Northern Australia can exist independently.Both the South China Sea(SCS) cold surge and the West Pacific northeast cross-equatorial trade wind are of importance for the formation of the Northern Australia summer monsoon and its precipitation.Numerical results show that the development of cumulus convection,triggered by the SCS cold surge,is a crucial factor in forming the heavy monsoon precipitation and low-level stationary disturbances in Indonesia and Borneo.The tropical topography and northeast trade wind disturbances only affect the intensity of precipitation there.