地形强迫对偶极型阻塞形势的影响分析

本研究运用多尺度变换和摄动法简化具有地形强迫的正压准地转涡度方程,得到带有扰动项的非线性Shrödinger方程,在此基础上,采用孤立子直接微扰理论研究地形强迫对偶极型阻塞结构的作用。研究表明：地形强迫对偶极型阻塞发展具有增强和持续作用,其增长率与大地形山体的斜率成正比。     

非绝热加热在南亚高压建立和振荡中所起的作用

通过运用在β平面上准地转两层斜压高截断谱模式,在不同的非绝热加热和基本气流下进行计算,结果表明：1.南亚高压的建立和振荡是在外热力强迫参数取适当值的时候产生,热力强迫参数太强就可能出现混沌现象。2.当海陆热力差异减弱到某数值时,南亚高压变化就趋向于某一平衡态。3.当外界热力强迫只有经向不均匀,而无纬向不均匀加热时,不能形成南亚高压。     

亚——非季风区非绝热加热与夏季环流关系的诊断研究

基于热力适应理论,本文利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料对撒哈拉沙漠、青藏高原和孟加拉湾地区的非绝热加热与夏季环流进行了诊断研究。在非洲撒哈拉沙漠地区,以感热输送为主的加热仅局限于近地面层,边界层以上的大气则以辐射冷却占优势。因而除了边界层内存在着浅薄的正涡度和微弱的上升运动以外,整个对流层几乎都维持负涡度并盛行下沉运动。对于青藏高原地区,强大的表面感热通量引起的垂直扩散是近地面大气加热的主要分量,与大尺度上升运动相关的凝结潜热对低层大气的加热也有一定的贡献。长波辐射造成的对流层中、上层大气的冷却则主要由深对流潜热释放来补偿。夏季高原地区总非绝热加热是正值,且最大加热率出现在边界层内。低空大气辐合产生正涡度,而中、高层大气辐散伴有较强的负涡度。因而高原盛行上升运动,最大上升运动位于近地面层。夏季孟加拉湾地区的深对流凝结潜热释放远大于长波辐的冷却作用,因而整个对流层几乎都保持较强的非绝热加热。４００ｈＰａ层附近的最大加热率引起３００－４００ｈＰａ最强的上升运动。对流层上层是负涡度区,而中、低层为正涡度区。结果还表明,垂直和水平辐散环流与大气的热源和热汇区密切相联：在高层,辐散气流从热源区流向热汇区;在低层则相     

大气非绝热加热作用的研究进展与展望

大气非绝热加热与天气系统的发生发展有密切联系,与降水等天气过程密不可分,非绝热加热在大气运动中有着至关重要的作用。对非绝热加热的研究和理解,有助于改进数值预报模式,增强数值天气预报模式的预报能力。本文系统梳理了大气非绝热加热的基本内容,近几十年非绝热加热及其作用的研究成果,主要包括非绝热加热的概念及其表征、非绝热加热的时空分布特征、非绝热加热与季风、天气系统(如西太平洋副热带高压、热带气旋、温带气旋和急流)和降水之间的关系,以及非绝热加热在数值模式中的表征,进而指出有待于进一步研究的方面。     

短期预报中的非相变非绝热过程影响

针对短期预报中的非相变非绝热过程影响进行了数值试验。结果表明。非相变非绝热过程对短期天气预报的影响,主要体现在降水要素的预报上。在本个例中,对于雨区分布和降水量。若忽略非相变非绝热过程。将引起大陆上降水预报的较大偏差。预报降水量明显减少。     

海陆地形对阻塞活动的影响

利用法国动力学气象实验室开发的格点大气环流模式(LMDZ)考察了海陆地形高度对阻塞事件的影响。结果表明,数值模式中地形高度的存在与否可以直接影响到阻塞事件的发生位置,使气候态的阻塞发生区域产生调整。可以看出海陆地形在阻塞形成中起固定阻塞位置的作用,也可以加强阻塞的强度,增加阻塞发生的频率。     

The Diabatic Heating and the Generation of Available Potential Energy: Results from NCEP Reanalysis

In the existing studies on the atmospheric energy cycle, the attention to the generation of available potential energy (APE) is restricted to its global mean value. The geographical distributions of the generation of APE and its mechanism of formation are investigated by using the three-dimensional NCEP/NCAR diabatic heating reanalysis in this study. The results show that the contributions from sensible heating and net radiation to the generation of zonal and time-mean APE (Gz) are mainly located in high and middle latitudes with an opposite sign, while the latent heating shows a dominant effect on Gz mainly in the tropics and high latitudes where the contributions from the middle and upper tropospheres are also contrary to that from the low troposphere. In high latitudes, the Gz is much stronger for the Winter Hemisphere than for the Summer Hemisphere, and this is consistent with the asymmetrical feature shown by the reservoir- of zonal and time-mean APE in two hemispheres, which suggests that the generation of APE plays a fundamental role in maintaining the APE in the global atmospheric energy cycle. The same contributions to the generation of stationary eddy APE (GSE) from the different regions related to the maintenance of longitudinal temperature contrast are likely arisen by different physics. Specifically, the positive contributions to GSE from the latent heating in the western tropical Pacific and from the sensible heating over land are dominated by the heating at warm regions, whereas those from the latent heating in the eastern tropical Pacific and from the sensitive heating over the oceans are dominated by the cooling at cold regions. Thus, our findings provide an observational estimate of the generation of eddy APE to identify the regional contributions in the climate simulations because it might be correct for the wrong reasons in the general circulation model (GCM). The largest positive contributions to the generation of transient eddy APE (GTE) are found to be at middle latitudes in the middle and upper tropospheres, where reside the strong local contributions to the baroclinic conversion from transient eddy APE to transient eddy kinetic energy and the resulting transient eddy kinetic energy.     

考虑β随纬度变化下的Rossby孤立波与偶极子阻塞

利用文献[4]得到的推广的β平面近似式为f=f0+β0 y—（δ0/2）y2,研究由δ0项所引起的一类Rossby孤立波,而不考虑基流切变和地形等因子的作用。经过计算可以发现,当经向波数为1时,这种孤立波具有显著的南低北高的偶极子阻塞结构,它主要存在于弱西风气流中,并且偶极子的能量随着纬度的增高更容易集中(即高纬偶极子结构趋于局地化),因而,β随纬度的变化可能是中高纬度地区偶极子阻塞产生的原因之一。     

IAP T42L9全球谱模式加热场的诊断

就一次出梅时副高北进过程, 对IAP T42L9全球谱模式加热场与利用ECMWF同化系统资料根据热力学方程反算的加热场进行了比较。结果表明:模式参数化加热场的水平分布基本合理,但低纬和南半球中高纬地区加热偏弱; 参数化加热的垂直分布在北半球比较合理,但在南半球与反算法的结果有较大差别。这些结果对模式能很好地预报北半球中高纬环流形势演变,较好地预报西太平洋副高变化及预报的副高系统性偏弱给出了较好的解释。     

Effect of Horizontal Nonuniformity of Diabatic Heating on Tropical Cyclone Intensity and Structure

1. IntroductionMuch attention has been paid to the role playedby diabatic heating in the genesis and intensificationof tropical cyclone (TC). Based on a two-dimensionalprimitive equation model, Li (1984) proposed that theevolution of TC should be different if the maximumheating appears at different height. Yang et al. (1995)found that abrupt intensification of TC at the mid-latitudes is closely related to the vertical structure ofconvective heating. May and Holland (1998) suggestedthat the…     

春季中国西南降水与青藏高原及周边非绝热加热之间的关系

基于气象观测资料和再分析资料,从西南地区降水年际变化规律入手,运用统计学方法从时空角度分析了与其相伴随的环流型和非绝热加热的关联。结果表明,当西南地区降水偏多时,东西向异常气旋、反气旋分别位于我国长江以南地区上空以及青藏高原西南侧上空对流层中、高层,西南地区对流层高层被异常偏北风控制,低层被异常偏南风控制,中层伴有较强的异常垂直上升运动,且与异常非绝热加热源区基本重合,而青藏高原西南侧上空对流层中层为异常的垂直下沉运动,且与异常非绝热加热汇区基本重合;反之亦然。在此基础上进一步运用气候动力学方法揭示了导致西南降水异常的可能物理过程：高原西南侧爬升流的异常垂直运动通过影响南支气流向下游的水汽输送异常,进而导致西南地区非绝热加热异常,最终实现对西南地区降水的调制作用。     

青藏高原地表非绝热加热模态及其与中国北方环流异常的联系

利用青藏高原非均匀下垫面热力输送系数及地表有效辐射的EOF分析结果,计算了2000年以来的高原地表非绝热加热资料,并将1958—2013年地表非绝热加热资料进行重建得到高原地表非绝热加热指数,以表征高原不同气候分区的地表热力状况。根据EOF分析结果将高原分为4个气候区,并从波能传播的角度分析其对中国北方环流异常的影响。结果表明,高原地表非绝热加热指数在西部边缘(气候Ⅰ区),除了冬季为微弱下降趋势以外,其他季节都为微弱的上升趋势;在高原中西部腹地(气候Ⅱ区),四季均为下降趋势;在高原东北部(气候Ⅲ区),除了冬季表现为微弱的下降趋势外,其他季节均为微弱的上升趋势;而在高原东南部(气候Ⅳ区),四季均表现为下降趋势。高原西部边缘地表非绝热加热异常增强时,高原200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,初夏在北方辐合加强,有利于降水,干旱减弱;盛夏在北方地区处于辐散区,加剧干旱。在高原东北部地表非绝热加热异常增强时,该区200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,无论是在初夏还是盛夏,除了东北地区北部,北方其他地区辐合加强,有助于干旱减弱。     

非对称的非绝热加热对热带气旋移动影响的数值研究

采用中尺度数值模式（MM4）,以9414号台风为个例,应用卫星资料,引入非对称的非绝热加热,讨论其对9414号台风移动的影响。计算结果表明,引入与实况吻合的非对称非绝热加热分布后,该台风的路径预报和降水预报有明显改进,若同时考虑台风范围初始水汽场的非对称分布,这种改进作用尤为明显。从业务应用考虑,还构造了几种典型的螺旋状结构的非绝热加热计算方案引入模式的热力过程中,结果表明:不同螺旋状结构的加热分布对台风的移动有不同的影响,当选择与实况云系分布相近的螺旋状结构时,也可提高台风路径预报正确率,可应用于业务模式。     

我国东部季风区夏季持续非绝热加热的特征分析和数值试验

首先用NCEP/NCAR再分析资料统计了我国东部季风区华南、江淮、华北的夏季持续非绝热加热情况, 然后针对非绝热加热的主要贡献因子凝结潜热进行不同区域的数值试验, 从而探讨了各区凝结潜热加热对大气环流的可能影响途径。所有数值试验都揭示了凝结加热可以首先在对流层中低层的加热区附近激发气旋性异常, 然后异常向东北传播, 并最终在中高纬地区形成正负中心相间的波列状结构, 这在一定程度上体现了潜热加热能的向东向极频散过程。此外, 不同个例年试验结果的差异说明了大气环流对凝结加热的最初响应情况比较复杂, 很大程度上依赖于加热初始阶段的大气环流场, 而呈现出与垂直环流结构相类似的异常分布是可能的响应方式之一。     

青藏高原加热与亚洲环流季节变化和夏季风爆发

利用逐日NCEP/NCAR再分析资料分析了春夏过渡季节青减高原非绝热加热和大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的关系.结果表明,过渡季节的早期(5月中旬以前)青藏高原总非绝热加热与感热加热的时间演变曲线趋势一致,感热加热在过渡季节早期的环流演变中有很重要的作用.青藏高原非绝热加热的时间演变与北半球环流的季节变化和亚洲夏季风爆发有很好的相关.在过渡季节里,青藏高原非绝热加热的变化引起了海-陆热力差异对比的变化,给亚洲夏季风的爆发建立了有利的背景环境,对亚洲夏季风爆发有明显的影响.结果还表明,用各区域纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.     

The Effect of Topographic Forcing on the Formation and Maintenance of Blocking

A barotropic channel model in β-plane is used to study the effect of topographic forcing on the formation and maintenance of blocking. The approximate analytical solution of potential vorticity equation can show the main property of the whole process of blocking. It is indicated that the topographic forcing is one of the main factors causing the blocking process. The results suggest that the nonlinear interaction plays a very important role in the stable "Ω" situation of blocking. The atmospheric circulation with periodic and low-frequency oscillation, perhaps, is partly caused by topographic forcing.     

非绝热加热对冷锋锋生过程影响的比较研究

本文利用半地转模式研究了非绝热加热对冷锋锋生过程的影响。计算结果表明，非绝热加热包括大尺度凝结潜热、积云对流加热和感热都可以在加热区诱发出附加的锋生场。从而使加热区内的锋区强度得到明显加强；三种加热都能使上升速度增大，其中大尺度凝结潜热释放可在锋前出现一条宽约２００ｋｍ的强降水带．积云对流加热可使上升运动区范围缩小或在低层出现中尺度雨带，感热加热是产生中尺度雨带的一种可能机制。计算还表明，大尺度凝结潜热对锋生过程的影响最明显。它可以影响锋生过程中所有物理量。而积云对流加热和感热加热只对位温场和垂直速度场有明显影晌。但影响程度没有大尺度凝结潜热大。     

大尺度山地上空的臭氧低值及地面加热

首次利用Ｎｉｍｂｕｓ－７卫星上搭载的臭氧观测光谱仪（ＴＯＭＳ）资料,分析研究了大尺度山地（青藏高原、洛基山脉和安第斯山脉）上空臭氧总量的分布和季节变化规律,指出了大尺度山地对大气臭氧的减少作用。从全球大气臭氧总量分布和纬向偏差分布可以看出：在上述３个大尺度山地上空均存在着明显的臭氧低值扰动,该扰动区夏季强于冬季。在这３个区域中,青藏高原上空的臭氧低值扰动为最强。分析同时指出：上述大尺度山地上空臭氧季节变化的极小值在秋季,极大值在春季。但上述地区臭氧总量与同纬度其它地区臭氧总量的偏差在春季或初夏达到极小值。为分析这种大尺度山地对臭氧减少作用的原因,本文分析了青藏高原地面热源与臭氧总量的关系,指出：大尺度山地表面对大气的加热与该地区臭氧减少之间存在着良好的反相关;在地面对大气的感热加热、潜热加热和有效长波辐射加热中,以感热加热与臭氧减少的关系为最好。     

旋转大气中地形对涡旋自组织影响的初步研究

用一个带有地形项的β平面准地转正压涡度方程,进行2组积分时间长度为48h的试验,分析旋转大气中地形对多涡自组织的影响。地球旋转作用的引入主要会引起以下的差别：无旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡全部吸收或全部组织起来;旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡部分吸收或部分组织起来,差别较明显。中尺度地形对准终态涡位置的影响不同。无旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较小,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约100km;旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较大,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约200km,两者相差一倍左右。