重力惯性波及其不稳定——急流附近飞机颠簸产生的可能机制

基于不可压缩流体运动方程组研究了急流附近重力惯性波及其不稳定,结合飞机风速变化方程,分析指出重力波失稳破碎为湍流是飞机颠簸产生的可能机制。斜压大气在急流轴北侧气旋切变区是惯性稳定的,当满足条件σ=f[f-/y] N2m2/n2<0时,由于天气尺度对流不稳定发展而引起重力惯性波不稳定破碎为湍流,可能是急流北侧气旋切变区对流性天气引起飞机颠簸产生的一种机制。但是在急流轴南侧反气旋切变区是惯性不稳定的,当满足条件σ=f[f-/y] N2m2/n2<0时,可能由于惯性不稳定的作用,急流重力波不稳定发展破碎为湍流,可能是急流南侧反气旋气流中晴空湍流和飞机颠簸产生和发展的一种机制。揭示了急流附近晴空湍流和飞机颠簸产生的物理本质,有利于增强航空飞行颠簸的预测能力。     

中国东部高空颠簸时空分布特征及其与热带中东太平洋海温的关系

本文利用1979～2014年NCEP-DOE日平均再分析资料和中国区域2375份航空器空中颠簸报告资料,研究中国东部区域高空颠簸的时空分布特征及其与热带中东太平洋海温异常（简称“海温异常”;空间范围:5°S～5°N,120°～170°W）的关系以及产生这种关系的可能原因。结果表明:中国东部地区高空颠簸与东亚副热带西风急流之间存在显著时空相关关系,其原因是高空纬向风引起的垂直风切变是构成高空颠簸时空分布的主导因素。中国东部夏季高空颠簸与海温异常存在正相关关系;冬季呈现南北两个正负相关区:以30°N为界,北部区域存在显著的负相关,南部区存在显著的正相关,在30°N急流轴附近区域无显著相关关系。海温异常影响中国高空颠簸时空分布的可能原因是海温变化引起对流层高层温度出现异常,进而影响温度的经向梯度,导致东亚副热带西风急流强度和位置出现异常（夏季,急流轴南侧出现西风异常;冬季,急流轴北侧出现东风异常,南侧出现西风异常）。高空纬向风的变化导致纬向风的垂直梯度和经向梯度出现异常,最终影响高空颠簸的时空分布特征。对流层高层温度的异常变化可能是由与热带海温异常相关的平流层水汽变化所引起。     

高空西风急流对祁连山区降水的影响

利用NCEP/NCAR逐日每6 h再分析资料,对2002~2004年发生在祁连山区附近的20次降水过程进行了合成分析。发现在40°N200 hPa高空存在一支东西走向的高空西风急流;降水一般发生在高空西风急流轴的南侧,在高空西风急流轴的北侧有冷空气下沉,南侧有上升的暖湿气流,在高空急流轴的下方形成了次级环流;在高空急流轴出口区的右侧,存在强烈的辐散上升运动,而对应的低层存在强烈的辐合上升区,这种高低层辐散辐合的配置非常有利于强对流天气形成;这支高空西风急流轴的存在对祁连山区的降水有深远影响,而急流轴位置的变化势必影响到降水落区。因此,利用高空西风急流轴预报祁连山区降水及河西走廊地区降水具有很好的指导意义。     

一次高空槽过境引起的飞机颠簸系列事件分析

利用FNL再分析资料和卫星云图,对2015年1月11日至12日期间发生在中南管制区域的20次飞机颠簸事件进行分析,结果表明:(1)飞机颠簸事件是由高空槽过境引起,槽前有非常明显的高空急流,颠簸区域随着高空槽的东移而向东移动。(2)颠簸区垂直方向上主要发生在300hPa高度附近,水平方向上则位于急流轴的右侧风速切变的最大区域及不同风速的交界处。(3)此次系列颠簸事件多数发生在盾状卷云区,可结合卫星云图资料对颠簸区域进行识别和预报。     

高空急流区飞机颠簸的一种形成机制的探讨

作者应用动力学分析方法，结合观测飞机颠簸的事实，对高空急流区飞机颠簸的一种形成机理进行了理论探讨。结果表明，高空急流区温度平流分布的不均匀性，会在急流附近等温线密集区边缘激发出空气生趣运动和湍流，引起飞机颠簸。     

华北地区晴空颠簸的分类特征及分析

以2005-008年发生在北京飞行管制区范围内的18例晴空颠簸为样本,在普查颠簸发生时天气形势的基础上,对造成华北地区晴空颠簸的天气形势进行分类,分为高空急流型、高空槽线型、切变线型和高空脊型.并结合卫星云图,归纳总结了每类晴空颠簸的特点和预报着眼点.通过对2006年1月2日发生在华北地区的一次飞机颠簸过程进行诊断分析,结果表明:在高空急流区边缘风切变较大及与高空急流相联系的等温线密集区边缘温度梯度较大的区域易产生颠簸.飞机颠簸的发生, 是温度平流通过在高空急流附近的等温线密集区边缘所激发出的垂直运动引起.     

青藏高原大气热力异常对西风急流的影响

本文基于NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了对流层上层200 hPa纬向西风的时空变化特征,并通过EOF分解得到一个表征西风急流位置的指数(Westerly Jet Position Index,WJPI);同时基于对流层中上层(500～200 hPa)温度纬向偏差,构建了一个描述青藏高原(简称高原)大气热力特征的指标(Plateau Atmosphere Heating Index,PAHI),定量分析了该指数与西风急流位置的关系。结果表明:由冬到夏西风急流轴不断北抬西伸,风速逐渐减小;各季西风急流轴均处于西风变率的小值区,表明各季急流均轴的位置较稳定。各季PAHI与200 hPa纬向风的显著正相关区均分布在高原北侧,即高原PAHI增强时,其北侧西风增强,南侧西风减弱,对流层上层西风急流北移;各季WJPI与PAHI之间均存在显著相关,表明PAHI异常对西风急流位置的变化有重要作用。     

长江中游区域性暴雨发展机理合成分析

利用高分辨TBB资料、逐6h NCEP/NCAP再分析资料和逐日降水资料及SCSMEX降水加密观测资料，通过对长江中游8次区域性暴雨的合成分析，研究发现：暴雨落区发生在急流出口区南侧与南亚高压脊线近极地一侧之间发散气流辐射加强的区域附近；且与东亚副热带地区季风涌相关联；高空非地转惯性平流风散度是高空总散度的主要贡献者，高空倾斜急流轴（NW－SE向）出口区水平风场的分布不均匀，导致其出口区的右侧产生较强的辐散场，由于对流风的作用，低层辐合会对高层辐散产生响应，从而诱发暴雨发生。高空急流轴倾斜以及急流出口区右侧强辐散场的出现要早于暴雨的发生。     

东亚副热带高空急流短时间尺度增强的机理研究

本文利用中尺度非静力模式WRF输出的高时空分辨率模拟资料研究了东亚副热带高空急流(EASJ)短时间尺度强度变化特征,并结合大气运动方程解释了EASJ增强的可能机制。结果表明,在6 h时间间隔内,急流区纬向风增量的水平尺度大于2 000 km。急流轴北侧高频扰动较少,南侧出现大量高频扰动,相应地,急流轴北侧纬向风大尺度整体增强,而急流轴南侧纬向风增量正值区中还存在水平尺度为几百公里的负值区。高频扰动的周期约为1～6 h,向东传播速度为20～40 m·s-1,与惯性重力波相似。造成EASJ短时间尺度增强的主要物理因子为水平平流作用和非地转效应。水平平流项和非地转项量级相同,但变化趋势几乎相反。两者之和的量值与纬向风局地加速度项相近。此外,垂直平流作用对EASJ强度变化也有一定贡献。     

高空急流入口区次级环流在一次突发性强降水过程中的作用

通过对 1999年秋季一次突发性降水过程高空急流的分析 ,发现急流入口区南侧辐散 ,其低层辐合上升 ,当低层有印缅槽活动的时候 ,对流加强 ,印缅槽发展 ;急流入口区北侧辐合 ,其低层辐散下沉 ,有向南的非地转风     

一次南海高空晴空颠簸事件的形成机制研究

采用WRF模式及其三维变分同化系统,对一次发生于南海高空越洋航线上的晴空颠簸(CAT)事件开展同化AMDAR资料的高分辨率数值模拟研究,探讨副热带高空急流与本次CAT的发生关系。通过对飞机航线上CAT发生时刻附近水平和垂直风场、气压场、温度场的模拟与分析,得出以下结论:(1)此次南海高空越洋航线上的CAT位置及周边区域存在明显的大气重力波活动;(2)影响此次CAT的大气重力波主要来源于副热带高空急流及非地转平衡;(3)急流区以及非地转平衡激发的大气重力波经过水平传播或垂直传播,通过扰动局地大气环境达到Kelvin-Helmholtz不稳定和急流南侧反气旋气流的惯性不稳定的两种机制使波形破碎,从而形成CAT。     

一次高空急流增强过程中的中尺度扰动和动量输送特征

本文利用中尺度数值模式的高分辨率模拟结果,研究了夏季东亚副热带西风急流一次短时间尺度强度变化过程中的中尺度西风扰动特征和相应的动量输送特征。结果表明,此次急流强度短时间尺度变化以急流轴线为界,北侧增强,南侧减弱。急流整体增强和急流内部中尺度西风扰动的积累效应有关。急流入口区(出口区)南侧主要为西风动量水平通量辐散区(辐合区),北侧为辐合区(辐散区),西风动量水平辐合辐散区的水平尺度只有百公里左右,也属于中尺度范围,并且辐合辐散区一般位于地形坡度较大区域上空。西风动量的垂直输送与西风动量水平通量散度分布几乎一致,但数值小一个量级以上。     

高空急流入口区次级环流在一次突发性强降水过程中的作用

通过对1999年秋季一次突发性降水过程高空急流的分析，发现急流人口区南侧辐散，其低层辐合上升，当低层有印缅槽活动的时候，对流加强，印缅槽发展，急流人口区北侧辐合，其低层辐散下沉，有向南的非地转风。     

Projection of the East Asian westerly jet under six global warming targets

东亚高空急流(简称急流)对夏季东亚地区的天气和气候有着重要影响。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,预估了急流在6个全球变暖阈值(1.5℃,2.0℃,2.5℃,3.0℃,3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。结果表明东亚高空西风在1.5℃阈值下略微减弱。在2.0℃阈值下,西风在急流轴(约40°N)南侧增强,北侧减弱。这种变化趋势在2.5℃和更高的变暖阈值下愈加明显,使急流轴逐渐向南移动,但急流强度变化不大。研究表明,在急流的入口和出口区,对流层中上层大气升温速度相对较慢,导致在急流轴南(北)侧出现向南(北)的负(正)经向温度梯度,使西风在南(北)侧增强(减弱).     

低空急流形成发展的一种可能机制——重力波的惯性不稳定

当斜压大气在高空急流轴附近满足条件f(f-/y)＜0时,非地转运动激发出的重力惯性波将得到进一步的发展.此时,斜压大气的地转适应过程无法实现,非热成风和垂直环流之间将发生正反馈作用, 负的非热成风将激发并加强南部上升北部下沉的垂直环流,垂直上升流的加强将导致低层低压系统的发展和低层流场的辐合,使得低层低压系统南侧的气压梯度力增大,结果在辐合区南侧形成低空急流.此外,非热成风的分布对垂直环流和低空急流的形成发展也具有非常重要的作用.     

1999年4月23~24日西北沙尘暴诊断分析

利用Ｔ１０６数值预报及常规气象资料对１９９９年４月～２４日西北强沙尘暴天气进行分析,结果表明,此次沙尘暴发生在层结不稳定的大气状态下,西凤急流区次级环流是引发沙尘暴的动力和热力机制,强沙尘暴发生在西凤急流入口区南侧。     

柳州后汛期一次大暴雨过程诊断分析

运用中尺度自动站资料、Micaps资料,对2014年9月18-19日柳州市出现的大暴雨天气过程进行了诊断分析,结果表明:(1)此次强降雨过程是由高空槽、低空低涡切变和地面弱冷空气共同影响造成,强降雨时间、落区与850hPa低涡切变有较好地对应关系,主要出现在低涡切变附近及其南侧.(2)此次强降雨过程出现在脉动风场中,即低空急流以脉动的形式出现:白天切变线南侧风速减小,无急流表现;夜间切变线南侧风速增大,表现出急流,ECMWF和T639产品08时的起报场较好地预报出了这种急流脉动.     

拉萨航路一次颠簸过程的成因分析和数值模拟

颠簸是成都—拉萨航路影响飞行安全与正常的重要因素。本文分析了2009年10月23日发生在拉萨航路太昭航段的两例颠簸事件,并利用WRF模式进行了数值模拟预报。结果表明,这是一次典型的晴空颠簸过程,在高空急流区边缘,冷暖平流交汇的梯度带上,上升和下沉气流的转换区域内产生了飞机颠簸。分析WRF模式计算得到的L_P颠簸指数,能够确定飞机颠簸发生的区域、高度和强度,具有一定的预报指示意义。      

夏季东亚西风急流与陕西降水的关系

定义了西风急流位置指数和强度指数,利用NCEP/NCAR1948—2006年全球再分析风场资料,分析6、7、8月和夏季平均东亚西风急流的气候变化特征,并探讨夏季逐月东亚西风急流异常与陕西降水的关系。分析表明:6—8月西风急流位置显著北抬,位置和强度都存在着显著的年际、年代际变化特征。夏季陕西降水多少与东亚西风急流月际变化密切相关。6月急流轴北侧西风加强、南侧西风减弱,急流位置较常年偏北,有利陕西降水偏多;而7-8月及夏季表现为陕西降水偏多时,东亚西风急流位置偏南。     

91年夏一次梅雨锋暴雨过程数值模拟结果有关结构的诊断研究

本文利用ＭＭ４模式对９１年６月３０日－７月２日暴雨天气过程进行了数值模拟，并对模拟结果进行了诊断分析着重研究了高低空急流对强降水的影响。发现当降水区位于高空急流入口区的南侧和代空急流出口区的北侧时，极晚拉生强对流面出现暴雨，而这种相对位置的配置则与高空急流分裂为南北两支有关。