2003年北极科考期间一次极涡个例天气学分析

2003年9月3日到14日,"雪龙"号考察船进入北冰洋楚科奇海观测期间,正值一次典型的北极极涡环流过程形成和发展。以往研究大多集中于极涡的平均水平环流特征和季节变化,该例为我们研究它的瞬时环流形势和特征提供了条件。利用NCEP全球分析资料及第二次北极科考资料对这次个例进行天气学分析,通过描述极涡个例的发展情况,平流层、对流层的环流特征以及二者之间的关系,并分析卫星遥感图像及"雪龙"号考察船的气象资料,分析结果发现:2003年中国第二次北极科考期间经历的极涡形成和发展,典型地表现出极地冬夏环流型的转换过程。首先在平流层发生,然后向对流层传播,该个例是一次在平流层西退加强,在对流层东移南下的过程。     

冬季黄海暖流西偏机理数值探讨

利用海洋数值模式(MITgcm)模拟了冬季黄海流场并对冬季黄海暖流西偏的机理进行了探讨。冬季黄海流场模拟试验表明,黄海暖流由济州岛以西约32.5°N,125°E附近进入黄海,然后沿着黄海深槽西侧70 m等深线附近向北偏西运动;海面高度调整对黄海暖流路径具有重要影响,沿着黄海暖流路径的海面高度梯度比周围海区大,由海面高度梯度产生的地转流引起的北向体积输运占总的北向体积输运的78%。狭长海湾地形控制试验表明,单纯的黄海地形分布不足以引起黄海暖流西偏。黄海典型断面试验与渤海、黄海、东海地形控制试验说明,黄海暖流进入黄海的地理位置对流场分布有重要影响,黄海暖流进入黄海的位置恰好位于深槽西侧地形坡度较大区域,在位涡守恒的约束下黄海暖流受地形捕获沿70 m等深线附近向北偏西运动;试验还表明,黄海暖流进入黄海的位置与东海北部环流和地形分布有关,在冬季风的作用下东海北部环流的一部分沿着地形陡坡进入黄海形成黄海暖流。由此认为,黄海、东海环流在其特殊地形的约束下对冬季风的响应和调整,是引起黄海暖流西偏的主要原因。     

海洋立管涡激振动的流固耦合模拟计算

通过求解粘性Navier-Stokes方程、湍流模型,以及涡激振动的结构动力响应方程,实现流固耦合,运用动网格技术,在雷诺数3 125～16 250的较大范围内对立管低质量比、小阻尼的情况进行了单自由度和两自由度涡激振动的模拟计算。得到了立管升阻力系数、位移比和频率等随约化速度变化的规律,捕捉到"锁定"、"失谐"和"相位开关"等现象,并与经典的实验及模拟结果做对比,效果很好。然后对两种自由度的结果进行对比,表明在低质量情况下流向阻力引起的运动对振动的影响不能忽略。     

螺旋列板——深水立管涡激振动抑制装置

立管是海洋油气开采中必不可少的组成部分,它承担着流体输送和钻探的重要功能。深水立管在来流作用下容易产生涡激振动,涡激振动是造成立管疲劳破坏的主要原因之一,它会加速立管的疲劳破坏,因此需要采取适当的措施抑制深水立管涡激振动。海洋工程中涡激振动的削弱方法多是在立管外侧添加抑制装置,螺旋列板作为一种广泛应用的深水立管涡激振动抑制装置,在墨西哥湾、北海、西非等深水项目中有多年的应用。文中介绍了螺旋列板的设计、加工制作及安装方法,着重阐述了列板形状尺寸、海洋生物、包覆比例等对其抑制效率的影响,最后对螺旋列板的未来发展方向进行了展望。     

基于卫星观测的两例青藏高原低涡结构的初步分析

应用风云2C卫星云图和配有云顶亮温的MTSAT卫星红外云图,描述了两例青藏高原低涡形成、发展及消亡过程,云图清晰显示了高原低涡具有涡眼和暖心结构的特征,并利用水汽图分析揭示了缺乏水汽供应是导致这类低涡不能进一步发展并移出高原的重要原因.最后用1°×1°NCEP分析资料对高原低涡形成眼结构时的基本物理场进行了诊断计算.结果表明:低涡整体为上升气流,而涡眼区在近地层为下沉气流,上层为相对涡区较弱的上升气流;低层辐合,高层辐散.进而印证了动力学研究工作得出的高原低涡具有与热带气旋类低涡(TCLV, tropical cyclone-like vortices)类似的涡眼和暖心结构特征的结论.     

盘锦湿地芦苇生态系统长期通量观测研究

针对2004年5月26日-2005年10月15日盘锦湿地芦苇生态系统碳通量、感热通量和潜热通量资料进行分析。结果表明:芦苇湿地具有较强的碳汇作用;2005年芦苇湿地固定二氧化碳为13.32 t/hm2,日平均感热通量和潜热通量分别为2 464 kJ/m2和3 880 kJ/m2。2004年和2005年6～9月的日累积值波文比平均值均为0.15。芦苇湿地碳通量、感热通量和潜热通量的日动态呈单峰单谷型变化,极值出现在中午前后,夜间线形平直。芦苇生长季白天通量绝对值远较夜间大,白天碳吸收,夜间碳排放。CO2浓度年平均日变化曲线亦为单谷单峰型,夜间浓度较高且逐渐升高,直到日出前达到峰值;日出后急剧下降,傍晚又开始逐渐增加。芦苇湿地感热通量昼正夜负,潜热通量与林地不同,全天为正。各通量季节变化明显,冬季CO2通量日变化不明显,趋近于零;感热通量总体向上输送,春季数值较大,生长季数值较小;潜热通量冬季最小,接近0,春季开始显著增加,生长季达到最大。     

有无台风影响下陕西西北涡暴雨特征对比分析

基于2010—2020年地面日降水量资料、高空观测资料以及ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,对影响陕西的西北涡暴雨天气过程进行统计,并对有无台风影响下西北涡暴雨天气特征进行对比分析。结果表明：陕西西北涡暴雨多发生在7—8月,陕北为暴雨多发区,西北涡暴雨夜雨特征明显;有台风影响时暴雨强度更强,落区比无台风影响时偏北2个纬度。造成陕西暴雨的西北涡位于西太平洋副热带高压脊线北侧7～8个纬度处,西北涡具有低层辐合、高层辐散的动力特征,地形强迫抬升加强了西北涡上升运动,低层水汽输送和水汽辐合为西北涡暴雨发生提供了有利条件。台风影响时,副热带高压偏西偏北,台风外围水汽、能量随着西南低空急流向西北涡输送,西北涡低层呈对流不稳定,高空槽前正涡度平流及高空急流右侧强辐散促使西北涡发展加强,低涡东侧和南侧强上升运动触发不稳定能量释放,在陕北形成强锋区,锋生进一步增强了低涡东侧与南侧垂直运动,造成该区域大暴雨;无台风影响时,副热带高压偏东偏南,西南风风速较小,水汽输送较弱,高原槽前西南风将孟加拉湾和南海水汽向陕西输送,西北涡低层大气层结稳定,低涡中心南部为强上升运动区,冷暖空气在陕西中南部...     

FY-4A数据在2021年1月6—8日寒潮监测中应用

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）产品和欧洲中心第五代大气再分析资料（ERA5）对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明：高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒潮天气的主要影响系统,冷空气5日08:00从贝加尔湖南部向东、向南加强发展,8日20:00 减弱;对比FY-4A/GIIRS与ERA5 850 hPa 24 h变温数据发现：两种数据反映的对流层低层冷空气东移南下特征和正负变温区域分布特征基本一致,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h负变温中心和0℃等变温线的位置与ERA5数据接近,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h变温中心值强度略大于ERA5。水汽图像暗区变暗附近的高层位涡的增加激发高层气旋性环流后侧下沉运动增强,干空气下沉造成了地面高压增强;500 hPa冷涡中心附近绝对涡度增加是引起冷空气增强的原因之一;冷空气急剧增强时段,中低层位涡的加大引起地面冷空气堆积,寒潮增强。FY-4A/GIIRS温度产品反映的冷空气移动特征与位涡理论对冷空气增强原因分析结果一致,说明应用FY-4A/GIIRS温度产品能够有效监测分析寒潮冷空气演变特征。     

长江流域旱涝典型年大气水汽输送

利用我国125个探空站一日两次自地面至100hpa共11个层次上的观测资料,对长江流域典型夏涝年(1980年)和夏旱年(1985年)我国大气中水汽总输送场、涡动输送场及散度场进行了计算分析。结果表明:当水汽总输送场从西北、西南和东南三支气流携带的水汽交汇于长江流域,且整个水汽输送场稳定持久,则在水汽辐合带附近导致大量降水,形成洪涝;反之,当三支气流微弱不稳定,不能形成水汽辐合带条件,则形成干旱。涡动输送亦反映出类似的特征。稳定且强盛的西南气流水汽输送是形成降水的主要条件和原因。     

夏季青藏高原低涡背景场的动能收支分析

本根据青藏高原气象科学实验期间的资料，对青藏高原低涡发展的背景场进行了动能收支分析。其结果表明，表藏高原暖涡生成后，青藏高原上空的背景场不利于暖涡的维持和发展，这可能是高原暖涡生命史短的动力学原因。