斜压基流中的非线性中尺度重力惯性波

本文使用行波法分析求解y-z平面上的二维流体非线性动力学方程组，在斜压基流的背景场下讨论了CISK加热影响下的粘性非线性椭园弦波以及重力惯性弧立波的特征，一般情况下，中高纬度地区层结较稳定在呈气旋性切变的强斜压性基流背景场之中，CISK加热系数ηb较小而ηd较大影响下的重力惯性弧立波表现为陡而范围小的特征，也就是说，在较小的中尺度范围内，集中产生较为强烈的灾害性天气。     

人为气溶胶对东亚夏季风直接气候效应的成因分析

采用耦合气溶胶模式的区域气候模式RegCM3对1988—2009年南亚和中国的人为排放气溶胶对东亚夏季风的直接气候效应影响进行数值模拟,采用合成分析、相关分析方法对其进行气候动力学诊断分析。结果显示:在气溶胶排放大值区域中,中国夏季排放最多,而南亚则是春季、冬季排放较多。总体而言,中国气溶胶柱的浓度含量高于南亚。中国境内气溶胶分布主要呈西南-东北走向,其中四川盆地附近为一高值中心。由于气溶胶负的短波辐射作用,改变了海陆气压梯度,从而对东亚夏季风的强度、分布产生一定影响,削弱了东亚夏季风在江淮以北地区的发展。同时讨论了东亚夏季风对于中国境内气溶胶大值区柱浓度含量、分布的反馈作用。      

用亮温反演云物理量划分对流-层状降水的数值模拟研究方案

观测分析表明对流云中水云重要,而层状云中冰云重要。因此,提出了一个基于液水路径和冰水路径阈值划分对流-层状降水的新方案。液水路径和冰水路径的值可以通过线性回归方程由不同AMSU微波通道(23.8、31.4、89、150 GHz)的亮温计算得出。通过对由TOGA COARE试验资料作为强迫场的二维云分辨模式的模拟结果的分析,对该划分方案进行讨论。若液水路径大于1.91 mm或冰水路径大于1.70 mm,则划分为对流降水;相反,则划分为层状降水。通过对地面降水收支的分析表明,该划分方案是具有物理意义的。      

热带西太平洋越赤道气流的年际变化对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用美国联合台风预警中心的热带气旋(TC)数据以及日本JRA-25全球再分析等资料,分析了6—10月西太平洋上空3支越赤道气流的年际变化对西北太平洋(WNP)热带气旋(TC)生成数量和位置的影响。相关分析结果表明:越赤道气流主要影响140 °E以东TC的生成数量,越赤道气流越强,在该海域生成的TC越多。通过合成分析讨论了越赤道气流强弱对WNP大气低层的风场、垂直风切变、高空散度、低层涡度以及OLR的影响,结果表明:在140 °E以东的热带WNP,以上要素在越赤道气流偏强背景下的配置均有利于TC生成。同时,通过正压能量转换讨论了越赤道气流强弱对WNP TC生成的动力作用,指出在越赤道气流偏强年,季风槽东伸,东部的扰动容易从基本气流获得动能加强形成TC;在越赤道气流偏弱年,季风槽偏西,扰动动能增加的区域主要位于140 °E以西,导致东部海域较少生成TC。此外,无论在越赤道气流强年或者弱年,在TC生成之前的2～4 d均可发现有临近的越赤道气流突然加强的过程,这有可能是触发TC生成的动力因素之一。      

江淮流域无层状云线状对流系统发生的环境条件和地面特征分析

对2007—2010年6—9月发生在江淮流域的19个无层状云（NS型）线状对流系统个例进行环流背景和地面形势分析。根据个例发生环境的整层可降水量分为干环境（<50 mm）和湿环境（≥50 mm）。干环境下（5例）的天气形势可以分为槽后型和高压后部型两种,湿环境下（14例）的天气形势可分为槽前型、高压后部型和槽后型三种。干环境下以槽后型为主,对流系统多发生在干暖区,湿度较小,发展剧烈,易发生大风、冰雹天气;湿环境下槽前型的发生概率最高,地面系统较复杂,有静止锋、倒槽、冷锋和暖锋,最不稳定层相对较高,水汽充足,有利于强降水发生。研究表明,干、湿环境下NS型线状对流系统的触发和维持机制可能存在明显差异,需今后进一步深入研究。      

TWP-ICE试验期间一次热带深对流过程的拉格朗日输送特征

本文使用高分辨率WRFV3.4.1模式对TWP-ICE试验期间的一次热带深对流过程进行了数值模拟,利用第四重嵌套每五分钟输出一次的模拟资料对对流系统的上升气流质量通量廓线特征进行了分析,并结合FLEXPART拉格朗日粒子扩散模式对热带深对流系统进行拉格朗日轨迹分析.质量通量廓线特征及拉格朗日轨迹的分析结果表明,在条件不稳定层顶附近便有部分水凝物被输送出深对流系统.深对流系统中的水凝物主要沿环境引导气流向深对流下游方向输送.由于受低层风场扰动的影响,少量的水凝物被输送到深对流系统的上游.深对流系统中的水凝物向其下游方向输送的最远距离为200~300 km,并约有10%~20%的水凝物对对流系统下游50~150 km附近卷云砧的形成产生影响,其影响的时间尺度约为4~6 h.     

β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理机制 II.涡旋Rossby波的形成

使用二维中尺度横波型扰动的动力学方程组,探讨了该扰动的各种物理量场分布特征以及能量来源。结果表明,这种横波型的天气系统中扰动气压p′和扰动涡度ζ′在水平x方向上处于同位相或者反位相,扰动散度D′和扰动垂直速度w′在水平x方向上也处于同位相或者反位相,而扰动涡度ζ′与扰动散度D′在x方向上传播的位相相差π/2,只不过它们在垂直方向z上的分布结构有所不同。局地区域扰动发展的总能量来源主要是来自于平均场的有效位能和平均场的基流动能。最后,利用横波型扰动的总涡度守恒方程对涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释,并且提出了梅雨锋暴雨中β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理过程。采用中尺度MM5模式的数值试验结果,也得到了与动力学理论上相一致的结论。     

台风涡旋系统的波动性质及其数值模拟

本文使用柱坐标系下的正压浅水方程组以及斜压扰动方程组,分析得出台风涡旋系统中的涡旋Rossby波划分为两种类型。由于切向基本气流的二阶径向水平切变或者基本气流的垂直涡度在径向方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于切向基本气流是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。当基本流场垂直涡度-ζz沿着径向r方向增大时,第一类涡旋Rossby波是沿着切向圆周方向逆时针方向传播的;反之则是沿着切向圆周方向顺时针方向传播。如果考虑切向基流的二次垂直切变时,可以得到台风涡旋系统中第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是切向基本流场风速的二次垂直切变或者基本流场径向r方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于切向基本气流也是单向传播的,当-ζr沿着空间z方向上增大时,第二类涡旋Rossby波就是相对于基本气流-V0是顺时针方向传播的;反之则是相对于基本气流逆时针方向传播。在基本流场的风速-V存在二次径向水平切变或者垂直切变时,台风中的波动可能是混合的涡旋Rossby波——重力波;而当基本流场的风速-V仅仅存在线性切变,不存在二次切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,台风系统中的波动则仅仅是重力惯性波。最后,采用WRF模式对“云娜”台风进行了数值模拟,验证了上述结论。     

利用TWP-ICE试验资料对比两种边界层参数化方案

利用高分辨率WRF单气柱模式,选取了两种边界层参数化方案(YSU,MYJ),对TWP-ICE(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)试验期间的个例进行数值模拟,比较了两种方案对边界层结构、云和降水模拟的影响。结果表明:季风活跃期,YSU方案模拟的湍流交换系数较小,湍流混合偏弱,边界层内热通量偏小,使地表热量和水汽不易向上输送,水汽含量在近地表明显偏多,而在边界层及其以上大气层具有显著的干偏差,因此该方案模拟的云中液态水和固态水含量偏低,云量偏少,降水率偏小;MYJ方案对于季风活跃期的边界层结构具有较好的模拟能力,其模拟的云和降水更为准确。季风抑制期,MYJ方案模拟的夜间边界层结构存在较大误差,这是因为该方案模拟的夜间湍流交换系数较大,湍流混合偏强,边界层内热通量偏大,模拟的位温和水汽混合比在边界层内随高度变化较小,而观测廓线在边界层内存在较大梯度。季风抑制期两种方案模拟的云和降水均比观测值偏多,方案之间的差异较小。     

一次高空槽降水过程的数值模拟分析

2009年8月18日夜间到19日凌晨,陕西及山西发生了一次暴雨过程,对这次暴雨过程的环流形势进行了分析,结果表明:这次暴雨过程对应有高空浅槽和低空涡旋,低空环流基本为经向型,暴雨过程发生在低空涡旋附近。利用WRF中尺度非静力模式对这次暴雨过程进行了模拟。通过模式输出的高分辨率资料进行了广义位温及动力学涡度矢量(VDV)的诊断分析。主要结果有:山西附近暴雨对应有明显的中尺度涡旋和中尺度强风速中心,模拟的3 km高度三个方向的VDV分量中,x和z方向分量的负值区与降水区域对应,而y方向分量的正值区与降水区域对应。z方向分量虽然量级较大,但用来对暴雨落区的诊断并不十分完美。VDV水平方向两个分量均为垂直