1971-2012年青藏高原春季风速的年际变化及对气候变暖的响应

利用青藏高原73个气象台站的观测资料和日本气象厅JRA-55再分析资料,通过引入年际增量和动能收支方程,分析了1971-2012年高原春季风速的年际变化特征及其对气候变暖的响应。结果表明,在气候变暖的背景下高原风速呈减弱的趋势,随着变暖趋缓风速的变化也趋于平稳。春季高原风速与气温的线性趋势是相反的,但在年际尺度上二者表现出同位相的变化,当青藏高原、中南半岛和印度半岛的地面气温偏高,北亚和东亚地区的地面气温偏低时,有利于高原地面风速增大,反之风速减小。20世纪末青藏高原及其周边地区的升温速率表现为北快南缓,高原南、北侧气温差异减小,而东、西向的气温差异增大,风速趋于减弱;21世纪初高原中部及其南侧地区以升温为主,高原东北侧和东亚地区以降温为主,南、北向气温差异较小,高原风速的变化也趋于平缓,东、西向气温差异有减小的趋势,对应高原东部风速有所增大。青藏高原及其邻近地区的热力差异及其变化速率的不均衡改变了对流层大气的斜压性,进而通过两种途径影响青藏高原的风速,一方面是近地面层气压梯度力的直接作用,另一方面是高层动能向低层的输送。此外,还指出JRA-55再分析风速资料比ERA-Interim和NCEP/NCAR资料在青藏高原的适用性更强。      

复杂地形强降雪过程中垂直运动诊断分析

利用WRF模式对2018年11月30日伊犁河谷和天山北坡强降雪过程进行数值模拟,并分析复杂地形强降雪过程垂直速度和垂直动能变化机制。研究表明,冷锋过境造成地表气压升高,干空气气柱质量增大,从而导致垂直气压梯度力和干空气气柱浮力发生变化,进而引起垂直运动发生发展。垂直速度局地时间变化主要取决于扰动垂直气压梯度力、水物质拖曳力和扰动干空气浮力。在天山北坡,气流过山时,迎风坡的扰动垂直气压梯度力较大,扰动干空气浮力较小,二者合力促进上升运动;在背风坡,扰动垂直气压梯度力和扰动空气浮力形成向下的合力,产生下沉加速度,导致背风坡下沉大风。扰动垂直气压梯度力做功和扰动干空气浮力做功情况基本相反,背风坡扰动垂直气压梯度力和综合强迫做功项抑制垂直动能,扰动干空气浮力和水物质拖曳力做功项增强垂直动能。此外,扰动垂直气压梯度力和扰动干空气浮力做功项主要出现在中低层,水物质拖曳力做功项主要位于低层,平缓地形处的综合强迫做功明显小于地形复杂处。     

高空急流的维持对我国南方暴雪的影响

利用欧洲中期预报中心再分析数据（ERA- Interim）分析了2014年2月9日、2015年12月5日、2016年1月20日和2018年1月24日高空急流扰动动能对暴雪的影响。在暴雪发生的过程中,通常伴有高空急流的存在。高空急流一方面维持自身的存在,另一方面其引起的垂直运动有利于暴雪的发展。垂直运动的上升支有两个方面的作用,一个是将低层暖湿空气输送到高层,为暴雪提供源源不断的水汽,另一个是将急流中的扰动动能向下输送到低层冷暖气流交汇区域,该区域也是水平风切变较大的区域,为该区域提供扰动动能,进一步促进暴雪的发生和发展。     

遂宁降雨动能的探索性分析

通过分析遂宁国家基本气象站5种不同降水强度的雨滴谱数据,探索DSG4降水类天气现象仪的雨滴谱资料计算小时降雨动能的方法。结果表明：各种降水强度下,降雨动能差别较大,雨量越大,降雨动能越大,降雨动能与小时雨滴数目、雨滴平均速度、雨滴平均直径成正相关的关系。利用研究结果结合水土流失降雨动能阈值,可提高涪江流域沿岸的水土保持及其预警能力。     

弯道水流对下游回水响应特征试验研究

弯道水面横比降及断面环流是弯道水流的显著特性。通过U形弯道水流壅水试验,对弯道水面横向比降、横向流速分布、环流强度、紊动能及纵向流速沿程的变化进行了试验研究。结果显示,随着下游回水的抬高,弯道水面横比降、横向流速分布、环流强度、紊动能及纵向流速将发生明显的改变。为深入探讨下游回水对弯道水流结构的影响提供了科学依据。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

大气分层扰动位能控制方程及其应用——南海夏季风活动的能量收支

针对局地环流能量转换问题,本文推导了分层扰动位能一阶矩 (L_PPE1) 和动能 (K_E) 的控制方程,分析了方程中各能量项的空间分布和季节变化特征,并以南海夏季风为例,诊断了夏季风活动各相位的能量收支特征.结果表明,850 hPa高度上在赤道辐合带、大部分季风区、风暴轴地区是L_PPE1的源区,副热带的大洋东部和高纬度地区是L_PPE1的汇区,强源、汇的中心与L_PPE1的纬向偏差场的脊、槽分布对应较好.L_PPE1向K_E的转化项 (C_K)取决于垂直速度和大气稳定度,是连接K_E和L_PPE1的纽带,在暖 (冷) 空气上升 (下沉) 时,转化项为正,L_PPE1向K_E转化能量,反之K_E转化为L_PPE1.在850 hPa 高度上C_K的分布特征是在赤道辐合带以及大部分季风区有大值分布,北半球风暴轴和南半球西风带有连续分布的正值区.将这应用到南海夏季风活动的能量收支,在南海夏季风恢复相位,C_K增大,在南海夏季风活跃相位,C_K达到最大,且为边界输入能量的2~3倍,C_K是南海夏季风恢复、活跃的最重要因素.探讨了南海夏季风活跃的条件,当L_PPE1等于南海季风区的夏季气候平均值时,上升速度大于临界速度的情形,有利于南海夏季风由中断相位向活跃相位的转变.     

Appllication of Excess Rotation Kinetic Energy in Distinguishing the Tornadic and Non-Tornadic Mesocyclones in China

多普勒天气雷达中气旋算法是为探测直径在1.8～9.2km（1～5nmi）的中气旋而设计的。绝大多数强龙卷都属于发生在中气旋内部的超级单体龙卷,但并不是所有的中气旋都能发展成龙卷。文中引入中气旋核的逾量旋转动能（ERKE）概念,结合中气旋算法和速度产品,分析了龙卷和非龙卷中气旋个例维持期间ERKE值的演变特征,并计算了一些超级单体风暴个例的中气旋初始的ERKE及其权重高度值。结果表明,与非龙卷中气旋相比,龙卷中气旋中ERKE的值普遍较大且其权重高度较低;超级单体风暴的初始中气旋ERKE值及其权重高度可以有效地区分中、低对流层中的龙卷和非龙卷中气旋,并可作为龙卷中气旋识别的定量指标。同时在我国平均中气旋气候特征的基础上,还绘制了ERKE图解,可从中气旋旋转速度和旋转半径快速查得对应ERKE值的大小。     

Effects of Street-Bottom and Building-Roof Heating on Flow in Three-Dimensional Street Canyons

Using a computational fluid dynamics(CFD)model,the effects of street-bottom and building-roof heating on flow in three-dimensional street canyons are investigated.The building and street-canyon aspect ratios are one.In the presence of street-bottom heating,as the street-bottom heating intensity increases,the mean kinetic energy increases in the spanwise street canyon formed by the upwind and downwind buildings but decreases in the lower region of the streamwise street canyon.The increase in momentum due to buoyancy force intensifies mechanically induced flow in the spanwise street canyon.The vorticity in the spanwise street canyon strengthens.The temperature increase is not large because relatively cold above-roof-level air comes into the spanwise street canyon.In the presence of both street-bottom and building-roof heating,the mean kinetic energy rather decreases in the spanwise street canyon.This is caused by the decrease in horizontal flow speed at the roof level,which results in the weakening of the mean flow circulation in the spanwise street canyon.It is found that the vorticity in the spanwise street canyon weakens.The temperature increase is relatively large compared with that in the street-bottom heating case,because relatively warm above-roof-level air comes into the spanwise street canyon.     

Analysis on the Interaction between Turbulence and Secondary Circulation of the Surface Layer at Jinta Oasis in Summer

The kinetic energy variations of mean flow and turbulence at three levels in the surface layer were calculated by using eddy covariance data from observations at Jinta oasis in 2005 summer.It is found that when the mean horizontal flow was stronger,the turbulent kinetic energy was increased at all levels,as well as the downward mean wind at the middle level.Since the mean vertical flow on the top and bottom were both negligible at that time,there was a secondary circulation with convergence in the upper half and divergence in the lower half of the column.After consideration of energy conversion,it was found that the interaction between turbulence and the secondary circulation caused the intensification of each other.The interaction reflected positive feedback between turbulence and the vertical shear of the mean flow.Turbulent sensible and latent heat flux anomaly were also analyzed.The results show that in both daytime and at night,when the surface layer turbulence was intensified as a result of strengthened mean flow,the sensible heat flux was decreased while the latent heat flux was increased.Both anomalous fluxes contributed to the cold island effect and the moisture island effect of the oasis.