非绝热加热及地形动力作用下的大气环流长期演变过程

本文建立了一个理想的大气环流数值试验模式,其中简单地考虑了辐射、湍流、凝结加热及地形的动力作用。模式中放了两个陆地和两个海洋,海陆的影响由给定的下垫面温度表现出来。把方程组化成常微分方程组后,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求数值解。 首先,在非绝热加热的作用下,由静止大气开始经过40天就建立起基本气流。其次,在具有年周期的太阳辐射、下垫面温度及凝结加热的作用下,基本气流以年周期变化。扰动也有明显的年周期,夏季扰动振幅变小,冬季扰动振幅变大,而且海陆温度的季节变化能控制波数为2的超长波的进退。夏季温度槽位于海洋东部,冬季位于大陆东部。 最后,在数值试验中看到初始场的影响只有100天左右。     

大尺度加热与东西风带中不稳定扰动的激发

文中通过一些简化假定,得到了包括非绝热加热的一参数模式。导得加热存在下的正压不稳定的必要条件是β-d~2u/dy~2 q~2u S~2H/K=0,研究了大尺度加热对东西风带不稳定扰动及定常波型扰动的作用。结果指出,加热场对东西风带正压不稳定扰动的影响与加热和流场的相对配置有关。此外,大尺度加热可以在西风带激发出定常波型扰动,而在东风带只能产生衰减型扰动。激发西风带定常波型扰动的非绝热加热场的水平半径尺度,应大于L_c=(u/β)~(1/2)。最后还考虑了摩擦的作用。     

对流凝结加热与不稳定波

本文用综合考虑Ekman-CISK和CMM-CISK机制的柱对称模型,讨论了对流凝结加热廓线对不稳定波的影响。分析和计算结果表明,对流凝结加热廓线对不稳定波有显著影响。 通过CISK 机制对流凝结加热不仅可以产生常定不稳定波并且还可以产生一种有周期性变化的振荡型不稳定波,低层有最大的凝结加热分布更有利于振荡型不稳定波的产生。积云摩擦作用是形成最不稳定波的波长选择性的重要因素,而凝结加热廓线也对这种选择性有直接影响。不稳定波的垂直结构随加热廓线的不同而有明显的差异。 对流凝结加热廓线还直接影响能量的产生和转换。最大加热层越高,则产生最大有效扰动位能的高度就越高。更有意义的是,这时有效扰动位能向扰动动能转换的效率也愈高。因此,对流凝结加热廓线的不同可能是热带低压扰动仅部分发展为台风而另一些不能发展的重要原因之一。     

加热场的三维结构对亚洲夏季风环流的影响

本文利用原始方程线性波模式考察了加热场的三维结构对夏季定常行星波特性的影响;比较了不同加热方式对亚洲夏季风坏流的形成及维持所起的作用。指出与低纬深厚积云对流相联的凝结加热对亚洲夏季风环流所起的重要作用和大气定常行星波响应对加热场的垂直结构的敏感性。     

大尺度凝结加热与中尺度位温扰动对冷锋锋生的作用

文中导得简化的包括大尺度凝结潜热的半地转锋生模式，利用该模式讨论了大尺度凝结加热和中尺度位温扰动对冷锋锋生的影响，给出了锋生过程中各物理量的演变图。计算结果表明，大尺度凝结加热对冷锋锋生具有加强作用，增大锋生率，增大上升运动速度，缩小上升运动区的范围，使之更具有中尺度系统特征，使非地转越锋环流增强并发生倾斜，凝结加热和中尺度位温扰动的结合是锋前暖区多重雨带形成的可能机制之一。     

1998年夏季HUBEX/GAME期间热量和水汽收支

使用1998年夏季高分辨率的GAME再分析资料，通过计算热量和水汽收支，分析了江淮梅雨的热力和动力特征。梅雨期间，江淮整个地区为强热源及水汽汇控制，并伴有强上升运动。热量和水汽收支计算表明，非绝热加热主要是降水产生的凝结潜热释放，地面感热和蒸发耗热均较小。江淮梅雨降水是对流云和层状云共同产生的混合性降水。子波分析显示，热源、水汽汇和垂直运动有相似的时间变化和多尺度特征。江淮梅雨期间，周期约为6天的天气尺度扰动以及周期约为2天和12小时的中尺度扰动同时发展，使江淮地区产生暴雨，亚引起了热源、水汽汇和上升运动的最大值，对此中尺度扰动起了主要作用。     

Wave-CISK与对称不稳定

本文主要研究了存在凝结加热时的对称不稳定,对流凝结加热采用了Wave-CISK方案.计算结果表明对流凝结加热通过CISK机制可以产生传播的对称不稳定扰动,且对扰动的传播方向、增长率及结构有影响.     

纬向非对称加热对大气环流影响的模型实验

利用实验室内实验方法,在一旋转圆盘内模拟各种形式加热场对大气环流的作用。本文总结了各种形式扰动热源作用下环流特点。在实验室内进一步证实热源在平均槽脊形成中的作用。并发现在非常定情况下热源对槽脊移动的影响,甚至引起整个环流发生骤变,促使流场的各种波型相互调整。     

冬季平流层大气环流平均槽脊的形成

本文利用一个π坐标的3层模式描写对流层和平流层的大气运动。由线性化方程的解,讨论了大尺度地形和加热分布的控制作用和定常扰动。 结果得到:(1)地形和对流层热源的超长波扰动,可以传播到平流层中,扰动振幅向上增强,地形波的位相近于垂直,而热源波的位相随高度向西倾斜。(2)地形和热源对平流层平均槽脊的形成都是重要的。但对流层和平流层大气的热源、热汇对30mb阿留申高压的形成起了主要作用。(3)平流层扰动的强大振幅主要是由于平流层大气密度很小所造成的。     

凝结加热对对称不稳定影响的数值研究

将对流凝结加热引入到一准两维的非静力数值模式中，然后用该模式研究了凝结加热对对称不稳定的影响。试验结果表明：加入对流凝结加热后，可使基本状态是对称稳定的扰动得以发展，并产生向暖区移动的不稳定扰动。而加热振幅及加热廓线的垂直分布对不稳定扰动的发展、演变、移动及结构都有显著的影响。     

凝结加热条件下垂直切变基本流中的混合波不稳定研究

在实际大气中凝结加热对中尺度系统的发展起着重要作用,通过数值计算方法研究了扰动的波谱和谱函数,重点讨论在凝结加热条件下扰动不稳定的性质及特征。研究结果表明:考虑凝结加热时,在相同垂直切变条件下,随着波长的减小,不稳定增长率增大,即加热放宽了不稳定出现的条件,且尺度越小的扰动,对不稳定的条件要求越低。当Nse2 <0时,在大尺度和中α尺度波段,风切变有利于不稳定的发展,由风切变造成的动力学不稳定是主要的,而凝结加热造成的热力学不稳定处于次要地位;而在中β尺度波段,风切变则抑制不稳定发展,此时凝结加热造成的热力学不稳定处于主要地位。      

一个讨论大气环流季节变化和长期预报的流体力学模式

本文将流体动力学、热力学方程与辐射传递方程联结起来建立一个更合理的长期预报数值模式.在模式中除了考虑摩擦和湍流的作用外,辐射作用不是给定的分布,而是在大气运动的过程中相互调整.根据所建立的预报方程组,提出了两种适于積分的具体形式:两层斜压模式和三度空间问题的形式.     

夏季青藏高原动力和热力的强迫定常扰动

本文应用一个球面和σ坐标原始方程线性定常模式,模拟夏季青藏高原的动力和热力强迫作用下的定常扰动.计算得到的定常扰动,在对流层上层槽脊分布和实况基本相符,但南亚高压的位置稍偏东,中太平洋高空槽较弱.在对流层中层计算的扰动振幅较实况强,特别是西太平洋副高.对偏差的可能原因进行了讨论.文中比较了不同基本气流、热源的垂直分布和热力耗散的影响,结果表明不同的热源垂直分布可以影响定常扰动的位相分布;还指出线性模式中,随高度增强的热力耗散机制对解释定常扰动的位相和结构可能是重要的.     

β效应和移动性CISK波与南亚夏季风槽脊的活动

本文采用简单的纬向对称的两层线性模式研究了存在β效应情况下Ekman-CISK扰动的动力特征,结果发现在β效应和对流凝结加热的共同作用下大气中可以产生一种移动性的CISK波.在取南亚夏季风区平均大气参数情况下的计算结果表明,这种移动性CISK波可以解释南亚夏季风槽脊活动的一些基本特征.因此,可以初步认为β效应和CISK机制对南亚夏季风槽脊的活动具有极其重要的作用.     

凝结潜热加热与对流反馈对一次高原低涡过程影响的数值模拟

利用WRF模式对2009年7月29日的一次高原低涡个例进行数值模拟,研究了凝结潜热加热及其与对流活动的反馈在高原低涡发生发展过程中的作用及影响机制。通过模拟结果与实况资料的对比分析,发现WRF模式能够较好地模拟此次低涡的移动路径、中心强度和降水场分布。不考虑凝结潜热加热效应的敏感性试验结果中,模式模拟的低涡移动迟滞,降水量减少,并在移动至高原中部后迅速减弱消失。进一步分析高原低涡的结构发现,凝结潜热加热使得低涡中心附近的上升运动延伸至高层,并产生较强的对流活动,而更为深厚的上升运动又释放出较多的潜热,从而形成一种正反馈机制。位涡收支诊断分析表明,低层凝结潜热加热垂直梯度项产生的正位涡变化有利于高原低涡的增强与东移,位涡垂直通量散度项与凝结潜热加热垂直梯度项引起的位涡变化趋势相反。在高原低涡的形成和发展阶段,由于凝结潜热加热与对流活动间的正反馈机制,潜热加热垂直梯度项引起的正位涡增强,凝结潜热加热对低层的位涡变化起主要作用,有利于高原低涡的增强与东移;低涡进入成熟阶段后,凝结潜热的贡献减小,位涡水平通量散度项与位涡垂直通量散度项对位涡的变化起主要作用。     

初夏华南两类季风槽的对比研究——1.诊断分析

本文采用多层非线性平衡模式及动能平衡和能量转换方程对华南两类季风槽进行了对比研究。研究表明,陆上类风的无辐散部分引起的垂直运动是基本的,而大尺度凝结加热和积云对流加热引起的垂直运动有很大的增幅作用,海上类垂直运动场主要靠弱积云对流维持。两类季风槽内辐散风的动能制造及次网格尺度效应都是主要的动能源,而无辐散风则引起负的动能产生。两类季风槽内都有一致的正斜压转换。      

凝结潜热对锋生的影响

本文在二维半地转峰生模式中，考虑了水汽凝结加热和边界层抽吸作用对锋生及越锋环流的影响。水汽凝结加热考虑了大尺度凝结加热和对流凝结加热两种方式。计算结果表明：水汽凝结加热和边界层抽吸对峰区环流具有显著的作用，凝结加热使锋生加快，使锋区上升运动倍增，并使其水平尺度明显减少。边界层抽吸作用也使垂直环流加强。现在     

积云凝结加热对海陆风的作用

本文用参数化方法研究积云凝结加热对海陆风的作用。第一部分是线性理论,在静力稳定度参数和湍流扩散系数为常数时,加热使风场的结构发生很大的变化。积云加热还起到修正静力稳定度的作用。第二部分是数值模拟,加热作用的主要贡献是使垂直速度增大,若海陆风是暴雨的触发机制,则积云凝结加热使这一机制加强。比较两部分结果,它们之间有一定的差异,但在风场的变化与加热场分布的对应关系上,两者是一致的。     

基于变分客观分析方法的青藏高原试验区夏季对流降水过程热动力特征分析

本文利用基于变分客观分析方法的物理协调大气分析模型,构建了青藏高原试验区大气热力—动力相互协调的数据集,并通过该数据集对青藏高原试验区夏季深厚及浅薄对流降水过程的热动力特征进行分析,结果表明:变分客观分析后的垂直速度场能更好地与实际观测的对流降水过程相吻合;深厚对流降水期高云含量多,整层大气为较强的上升运动,上升运动可达100 hPa左右,浅薄期高云含量少,上升运动仅能延伸到300 hPa左右;两种对流降水过程中视热源Q₁在低层为冷却作用,高层为加热作用,在深厚期中高层Q₁存在两个加热中心,中层受较强的水汽凝结释放潜热加热所影响,高层主要受过冷云水凝结成冰晶形成高云时释放的热量所影响;在浅薄期中高层Q₁只存在一个加热中心,大气的加热主要来源于水汽的凝结潜热释放;深厚对流降水期视水汽汇Q₂的加热作用可以延伸到200 hPa,而浅薄期仅到340 hPa左右。     

梅雨锋α中尺度气旋发展中的正反馈机制研究

综合运用诊断分析和数值模拟的方法,对1991年7月4～7日的暴雨个例进行了研究,提出由凝结加热作用导致梅雨锋α中尺度气旋发展与降水增强之间的正反馈机制概念模式,即凝结加热产生负变压,辐散风动能促进中气旋发展,同时上升运动得到增强,降水增幅。