阻塞过程的正、斜压涡度拟能场诊断研究

应用正、斜压涡度拟能方程，对1998年6月3～11日发生在鄂霍次克海的一次阻塞环流进行诊断。结果表明:阻塞区内总涡度拟能和正压涡度拟能具有显著的变化，它清楚地揭示了阻塞过程中酝酿、维持和崩溃阶段中的不同特征，而正、斜压动能所显示的阻塞过程的变化特征则不明显。正、斜压涡度拟能场相互转换及阻塞区内外正、斜压涡度拟能场的净通量机制是鄂霍次克海阻塞环流建立和维持的两项主要因子。其过程是:首先通过斜压涡度拟能净通量机制，使斜压涡度拟能增长；又通过正斜压涡度拟能场的转换机制将增长的斜压涡度拟能转为正压涡度拟能；与此同时，通过正压涡度拟能净通量机制使正压涡度拟能增长。这两种不同的机制相互结合，从而使正压涡度拟能增长和维持，形成阻塞环流。而斜压涡度拟能增长甚微。     

正、斜压涡度拟能相互作用对乌拉尔阻塞过程的影响

研究表明,正压涡度拟能的增强和减弱是乌拉尔山上空阻塞过程的重要特征,正压涡度拟能增强的主要机制是斜压涡度拟能向正压涡度拟能的转换,而斜压涡度拟能的来源则是阻塞区外斜压涡度拟能向阻塞区的净输送和阻塞区内斜压涡度拟能的净生成。正压涡度拟能减弱的主要机制足耗散机制和β效应。因此。阻塞过程是正、斜压涡度拟能相互作用的结果。纬向斜压风对斜压涡度的输送在阻塞的维持和崩溃中具有重要的作用,经向斜压风对斜压涡度的输送在阻塞环流的建立中具有重要的作用,经向正压风对正压涡度拟能的净输送和斜压风对涡度拟能的净输送也具有重要贡献。     

鄂霍茨克海阻高发展过程的正斜压涡度和涡度拟能的演变特征

用正斜压分解法，对1998年发生在鄂霍茨克海的阻高进行涡度和涡度拟以分析，结果发现：在阻高的不同阶段，正压涡度和正压涡度拟能远大于斜压涡度和斜压涡度拟能且在不同的阶段有着不同的演变过程；在阻塞的酝酿阶段正压和斜压涡度和涡度拟能不稳定增长，且向西南传播；在维持阶段，正压和斜压涡度和涡度拟能的增长达到最大值，阻塞形势建立并维持在阻塞区域内；在消亡阶段，正压涡度和涡度拟能与斜压涡度拟能则呈现出不稳定减少，向东南传播，阻塞崩溃，然后又增长。     

鄂霍茨克海阻高发展过程的正斜压涡度和涡度拟能的演变特征

用正斜压分解法,对1998年发生在鄂霍茨克海的阻高进行涡度和涡度拟能分析,结果发现在阻高的不同阶段,正压涡度和正压涡度拟能远大于斜压涡度和斜压涡度拟能且在不同的阶段有着不同的演变过程;在阻塞的酝酿阶段正压和斜压涡度和涡度拟能不稳定增长,且向西南传播;在维持阶段,正压和斜压涡度和涡度拟能的增长达到最大值,阻塞形势建立并维持在阻塞区域内;在消亡阶段,正压涡度和涡度拟能与斜压涡度和涡度拟能则呈现出不稳定减少,向东南传播,阻塞崩溃,然后又增长.     

华东地区强对流降水过程湿斜压涡度的诊断分析

湿斜压涡度(Moist Baroclinic Vorticity,MBV)、湿热力斜压涡度(Moist Thermodynamic Baroclinic Vorticity,MTBV)及湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)是能够完整表征涡度三维信息的物理量,其中MBV代表切变风对湿比容的平流输送作用,MTBV反映了垂直气压梯度、对流稳定度、风垂直切变与湿比容水平梯度之间的耦合效应。本文利用这些物理量对2009年8月17日发生在华东地区的一次强对流降水过程进行了诊断分析。该过程是在高空急流、中层浅槽和低空切变线的密切配合下产生的,共经历了"团状结构—带状结构—团状结构"三个发展阶段。诊断结果表明,MPV、MBV和MTBV的异常值区与降水落区有较好的对应关系;随着强对流降水的发展演变,MPV、MBV和MTBV都产生了相应的变化,MPV、MBV和MTBV对降水和对流系统有追踪指示意义。相对而言,在反映降水强度变化方面,MBV和MTBV比MPV更具优势。     

登陆台风莫拉克(2009)的涡度拟能收支分析

利用涡度拟能、散度平方项(简记为散度能量)和总变形平方项(简记为变形能量)来表征涡度、散度和变形的强度,并推导这3个物理量的倾向方程。这些方程中既包含代表这些物理量相互转化的符号相反项,也含有代表共同强迫的符号相同项,其中,涡度拟能局地变化主要由涡度拟能与变形能量的共同强迫项、涡度拟能与变形能量的转化项以及涡度拟能与散度能量的转化项组成。针对2009年第8号台风莫拉克,利用美国全球预报系统分析场资料计算这些方程中的强迫项,分析涡度拟能及其收支特征,以此来探讨影响台风莫拉克涡度拟能局地变化的主要物理因素。结果表明,在莫拉克发展和衰减阶段,涡度拟能与变形能量的共同强迫项(涡-形相同项)和涡度拟能与散度能量的转化项(涡-散转化项)是影响涡度拟能局地变化的重要强迫项。涡度拟能与变形能量转化项(涡-形转化项)的贡献相对来说弱一些。影响位涡拟能局地变化的重要物理因素是涡-形相同项和涡-形转化项中的平流输送项和散度耦合项,以及涡-散转化项中散度耦合项。变形能量一方面通过涡-形转化项向涡度拟能转化,直接促进涡度拟能增长;另一方面通过散-形转化项向散度能量转化,再通过涡-散转化项散度能量向涡度拟能转化,间接促进涡度拟能增长。     

斜压涡度的变化与台风暴雨的关系研究

台风暴雨作为台风引起的最主要灾害之一,一直被人们关注。台风常被认为是对称结构,但从实际状况来看台风的非对称性非常明显,所以有必要研究斜压性涡度在台风中的表现。在高分辨率数值模拟的基础上,通过引入斜压涡度的概念,分析和总结了斜压涡度在2009年台风“莫拉克”暴雨过程中的表现。通过模拟与分析得到如下的结果:斜压涡度和MPV对比,可以看出在登陆前和登陆后,明显低层斜压涡度有更强的异常信号,围绕台风内核呈现正负正的位相特点;从沿着台风中心时间剖面可以看出,登陆前斜压涡度低层多为负正负的位相,并且随着时间的推移,斜压涡度有从大气的高层向台风的移动中心传递的趋势,即在台风即将到达时原先的正涡度被替换为负涡度,所以对其移动有一定指示意义;在台风“莫拉克”过台湾岛时,其斜压涡度表现为负涡度消失,在山地附近有正涡度生成,完成过岛,台风中心被替换;斜压涡度的异常值主要位于大气的低层时,一般会产生较强的降水。      

近30a来北半球对流层大气月均环流的涡动减弱现象

利用1980-2009年NCEP／NCAR月平均再分析资料,研究了在全球变暖背景下北半球对流层大气涡动减弱现象。结果表明：北半球涡度拟能30a来整体呈减弱趋势,在北太平洋地区和极地减弱尤为显著,12．5～50°N为影响北半球大气涡动变化的关键区域。由于对流层200hPa以下大气的增暖,特别是中高纬地区显著增暖,减弱了经向温度梯度,使得副热带西风急流的强度亦呈减弱趋势。这与涡度拟能的变化有显著的正相关关系。分析了北半球正压Rossby波动诊断量E和热量经向涡动通量的变化,表明中纬度波能传播在不同地区有不同趋势,而热量的经向涡动输送与涡度拟能的变化也呈现显著的正相关关系,减弱明显。研究结果对深刻认识大气环流变化规律和理解全球变暖的可能影响具有重要意义。     

大气中的位涡守恒和Rossby波的能量、波作用与拟能守恒

推导得到普遍形式的位涡度守恒方程，其条件是外源Ｇ和摩擦Ｆ组成的矢量散度为零，放松了位涡守恒的绝热无摩擦限制，对准地转位涡方程，利用ＷＫＢ近似，得到了层结可变情况下的ＲＯｓｓｂｙ波的能量、波作用和拟能守恒的条件，对于空间缓变的基本气流，它们分别是基本气流与空间坐标无关，基本气流与ｘ无关和基本气流是空间坐标的函数。最后还给出了地形存在情况下的Ｒｏｃｓｂｙ波的能量、波作用和拟能守恒的条件。     

正斜压模演变所揭示的武汉暴雨过程

对1998年7月21—22日发生在武汉附近的大暴雨过程的大气正、斜压分量演变过程进行了研究，结果表明：大气流场正压分量的演变与此次大暴雨的酝酿、发展和消亡具有内在的联系；正压分量在暴雨区的演变在一定程度上反映高、低空急流耦合形势；正、斜压平均相对模的演变与暴雨生命史相吻合。     

Conversion characteristics between barotropic and baroclinic circulations of the sah in its seasonal evolution

In the context of 1958-1997 NCEP/NCAR re-analyses, the South Asia high (SAH) was divided into two components, barotropic and baroclinic, the former based on mass weighed vertical integration and the latter on the difference between the measured circulation and the barotropic component counterpart, where upon the barotropic and baroclinic circulation conversion features were addressed of the research SAH during its seasonal variation. Evidence suggests that i) in summer (winter), the SAH is a thermal (dynamical) system, with dominant baroclinicity (barotropicity), either of the components accounting for approximately 70% of the total contribution; ii) as time progresses from winter to summer, accompanied by the barotropic SAH evolving into its baroclinic analog, the SAH is moving under the “thermal guidance” of its baroclinic component circulation, suggestion that the component circulation precedes the system itself in variation; iii) the reversal happens when it goes from summer to winter, with the SAH displacement under the “dynamic steering” of its barotropic component circulation.     

The Role of the Halted Baroclinic Mode at the Central Equatorial Pacific in E1 Nifio Event

The role of halted “baroclinic modes” in the central equatorial Pacific is analyzed. It is found that dominant anomaly signals corresponding to “baroclinic modes” occur in the upper layer of the equatorial Pacific, in a two-and-a-half layer oceanic model, in assimilated results of a simple OGCM and in the ADCP observation of TAO. A second “baroclinic mode” is halted in the central equatorial Pacific corresponding to a positive SST anomaly while the first “baroclinic mode” propagates eastwards in the eastern equatorial Pacific. The role of the halted second “baroclinic mode” in the central equatorial Pacific is explained by a staged ocean-atmosphere interaction mechanism in the formation of El Ni?no: the westerly bursts in boreal winter over the western equatorial Pacific generate the halted second “baroclinic mode” in the central equatorial Pacific, leading to the increase of heat content and temperature in the upper layer of the central Pacific which induces the shift of convection from over the western equatorial Pacific to the central equatorial Pacific; another wider, westerly anomaly burst is induced over the western region of convection above the central equatorial Pacific and the westerly anomaly burst generates the first “baroclinic mode” propagating to the eastern equatorial Pacific, resulting in a warm event in the eastern equatorial Pacific. The mechanism presented in this paper reveals that the central equatorial Pacific is a key region in detecting the possibility of ENSO and, by analyzing TAO observation data of ocean currents and temperature in the central equatorial Pacific, in predicting the coming of an El Ni?no several months ahead.     

西风带阻塞高压形成及崩溃动力机制的Euler-Lagrange理论解释

本文主要采用Euler-Lagrange理论,讨论正压剪切流的切变参数对阻塞高压形成的影响。研究表明:存在一个临界参数,当切变参数的绝对值超过这个临界参数,正压剪切流将分歧出阻塞流型,这意味着阻塞高压的形成;反之,当切变参数的绝对值小于这个临界参数,阻塞流型将恢复到剪切流,这意味着阻塞高压的崩溃。该研究一定程度回答了阻塞流型"怎么形成"和"怎么崩溃"这一基本而关键的问题。     

一次强降水过程中尺度系统发生发展动力机制的诊断分析

利用1°×1°经纬度NCEP/NCAR再分析资料、地面1h观测降水资料和TRMM卫星产品资料,分析了2009年6月8~9日引发贵州南部的强降水天气过程的中尺度对流系统活动,并进一步研究了大气正压非平衡强迫、湿斜压热动力耦合强迫在强降水天气发生发展与维持过程中的作用。结果表明:8~9日贵州南部的强降水主要是由中尺度系统的发生发展引起的。南海季风不仅给贵州南部强降水区带来充足的水汽,同时也带来足够的能量。正压非平衡强迫在降水的开始阶段与降水落区有较好的对应关系,是强降水的启动机制。斜压热动力耦合强迫在降水的维持阶段,特别是当大气层结转为弱湿中性时,其分布和强度与中尺度对流系统和降水的强度与落区有较好的对应关系,可能是强降水的维持机制。     

一次强降水过程中尺度系统发生发展动力机制的诊断分析

利用1°×1°经纬度NCEP/NCAR再分析资料、地面1h观测降水资料和TRMM卫星产品资料,分析了2009年6月8～9日引发贵州南部的强降水天气过程的中尺度对流系统活动,并进一步研究了大气正压非平衡强迫、湿斜压热动力耦合强迫在强降水天气发生发展与维持过程中的作用。结果表明：8～9日贵州南部的强降水主要是由中尺度系统的发生发展引起的。南海季风不仅给贵州南部强降水区带来充足的水汽,同时也带来足够的能量。正压非平衡强迫在降水的开始阶段与降水落区有较好的对应关系,是强降水的启动机制。斜压热动力耦合强迫在降水的维持阶段,特别是当大气层结转为弱湿中性时,其分布和强度与中尺度对流系统和降水的强度与落区有较好的对应关系,可能是强降水的维持机制。     

The Role of Warm North Atlantic SST in the Formation of Positive Height Anomalies over the Ural Mountains during January 2008

The most severe snowstorm and freezing-rain event in the past 50 years hit central and southern China in January 2008. One of the main reasons for the anomalous climate event was the occurrence of atmospheric circulation anomalies over middle and high latitudes, particularly the persistent blocking that occurred over the Ural Mountains. Along with atmospheric anomalies, a strong La Nia event in the Pacific and warm sea surface temperature anomalies (SSTAs) in the North Atlantic were the most significant in the lower boundary. Since a brief analysis suggests that La Nia exerts no significant impact on the Urals, the key point of focus in this study is on the role of the warmer SSTAs in the North Atlantic. Based on an observational composite, North Atlantic SSTAs pattern when the height anomaly over the Urals is strongly positive is found similar to that in January 2008, but no significant SSTAs occurred elsewhere, such as the Pacific. Using an atmospheric general circulation model, ECHAM5, the impact of North Atlantic SSTAs on the extratropical atmosphere circulation in the event was investigated. The results show that the warm SSTAs strengthened the blocking high over the Urals, through anomalous transient eddies. The consistency between the study model and the observational composite indicates that the warm SSTAs in the North Atlantic were indeed an important factor in the formation of the snowstorm disaster of January 2008.     

Interannual Variations of the Blocking High over the Ural Mountains and Its Association with the AO/NAO in Boreal Winter

This paper analyzes interannual variations of the blocking high over the Ural Mountains in the boreal winter and their association with the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation (AO/NAO).In Jan...     

Relationship between cross-equatorial flows over the Bay of Bengal and Australia in boreal summer:Role of tropical diabatic heating

本文通过对1979-2017年夏季925 hPa经向风异常进行经验正交函数(EOF)分解,研究了亚澳季风区内越赤道气流的年际变化特征.结果表明,越赤道气流的第一模态表现为亚澳季风区内不同通道间的同相变化,即一致加强或减弱;第二模态表现为孟加拉湾和澳大利亚越赤道气流的反相变化,其中新几内亚和孟加拉湾越赤道气流的反相变化最...