西北区东部一次大暴雨过程的湿位涡诊断与数值模拟

利用绝热、无摩擦大气湿位涡守衡理论和NCEP(1°×1°)再分析资料,对我国西北区东部2005年7月1~2日大暴雨过程进行了分析。结果表明:700 hPa上副热带高压西侧强西南气流北上,在西北区东部与东移南压的西北冷空气形成强辐合,是造成西北区东部这次强降水的主要影响系统。在700 hPa等压面上湿位涡与辐合区域相对应的是,在西北区东部存在一个湿位涡正压项MPV1的正值区和湿位涡斜压项MPV2的负值区域,它们准确地指示了辐合区的范围及变化,暴雨出现在辐合区中或MPV1和MPV2的等值线密集区边缘上;对流层高低层正值MPV1可以指示对流稳定的冷空气的变化,而对流稳定度小的暖湿气流表现为小的正值(高层)或负值(低层),等值线密集带指示了降水的后界。用模式输出的高时空分辨率资料诊断暴雨发生期间各个暴雨中心的等熵面结构,表明用湿位涡理论可以很好地解释这次暴雨发生的局地特征。     

摩擦作用对西南低涡扰动的影响

西南低涡是对流层下层的中尺度扰动。本文在零级近似条件下,采用p坐标系的基本方程组,在边界层内设计两层模式。通过一定的简化方程组后,得到:当Z≤1/2[kL~2/(μ~2Knu~*)] 时,摩擦效应具有二重性,一方面使扰动减弱;另一方面使扰动增强,而前者的影响略大于后者,最终使扰动消失。频率随高度Z的降低而增加。当Z>1/2[kL~2/(μ~2Knμ~*)]时,摩擦作用甚微,几乎可以忽略不计。频率虽然有两个值,但随高度Z的增加,他们趋于一个常值。     

西南低涡东移对华南暴雨增幅的动力机制分析

对1996年6月13~14日华南大暴雨发生过程的天气形势和物理量场进行分析,并从中尺度能量方面探讨了西南低涡对华南暴雨增幅的动力机制。结果表明:暴雨的发生与西南低涡及850hPa孟湾地区的水汽通量有着密切的联系;而500hPa较强的负螺旋度有利于低层低涡的发展加强;暴雨发生前,华南上空维持一支反气旋性的西南急流,当西南涡东南移时,造成本地重力惯性波能量增加,从而对华南暴雨有正贡献,即对暴雨有一定的增幅作用。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

抑制涡激振动的螺旋列板设计参数研究

基于水池模型实验结果和工程设计经验,结合国内外试验数据,着重分析用于抑制海洋立管涡激振动的螺旋列板几何参数(鳍高和螺距)及覆盖率对立管涡激振动的影响;并对水动力直径和水动力系数的选取对预报涡激振动的影响进行了分析,进而提出了适合于海洋立管工程应用的螺旋列板几何和设计参数选取的建议,为螺旋列板工程应用、海洋立管强度和疲劳设计提供参考。     

关于业务上应用条件对称不稳定相关问题的讨论

条件对称不稳定（CSI）理论常常被用来作为倾斜对流的发展机制之一,在业务上常用来解释与锋面相联系的一条或多条中尺度雨带、雷达图像上观测到的带状雨带的成因等。条件对称不稳定的诊断包括CSI斜率判据、斜升对流有效位能（SCAPE）、湿对称不稳定（MSI）、相当位涡（EPV）等判据。业务预报人员存疑较多的问题是这些方法是否具有一致性并在业务上如何使用。针对上述问题,首先通过与业务预报人员较熟悉的条件不稳定类型作类比,来说明条件对称不稳定两种判据与条件不稳定两种判据的相似性。但在业务使用上,判别条件对称不稳定时多使用CSI斜率判据,即等动量面的坡度大于等位温面坡度而小于等湿球位温面坡度。由于条件对称不稳定通常出现在大气处于几乎饱和的情况下,此时的CSI斜率判据则演变为湿对称不稳定判据,即等动量面坡度小于等湿球位温面坡度。为判别相当位涡与湿对称不稳定判据是否具有一致性,文中的推导和实例分析均表明,二维相当位涡实际上是湿对称不稳定判据的另一种表现形式,但是湿对称不稳定判据需主观去比较等相当位温面与等动量面斜率大小,而二维相当位涡则可通过其是否小于0进行客观判断。需注意的是,在与推导条件对称不稳定斜率判据相同的二维坐标下,相当位涡与湿对称不稳定判据才具有一致性,将相当位涡扩展到常规坐标下使用三维相当位涡作为湿对称不稳定判据是不可取的。      

梅雨期经大别山两侧暴雨中尺度低涡对比分析

通过统计分析2007-2011年梅雨期间江淮流域暴雨日数和低涡过程,结果表明低涡暴雨占41%,且绝大多数为浅薄低涡(700 hPa以下),此类低涡易受大别山地形影响。在地形和高空引导气流的共同作用下,经大别山南侧沿长江流域及经山脉北侧沿淮河流域的浅薄低涡遇大别山绕行、爬坡同时存在,并且北部低涡增强大于南侧,进而影响到低涡暴雨形成沿淮河流域和长江流域的两条雨带。环境高低空急流的风切变配置状态不仅有利于浅薄低涡的气旋式增强,并且指示低涡东移路径与低涡位置。而势力较弱的低空急流受大别山南部地形的影响,也表现出有绕行和减弱的阶段,进而可影响到山北淮河流域低涡的强度增幅和伴随的暴雨强度比山南长江流域低涡强一些。绕行山脉南北两侧的低涡暴雨带的湿位涡特征表明,垂直剖面上湿位涡正斜压分量垂向梯度带的配置,且其强度与对应的降水强度成正比,沿淮河的北路低涡湿位涡因环境风场垂直切变大,其强度更强。数值试验结果表明,大别山地形对低涡路径的南北绕行、低涡强度的山前减弱山后加强以及水汽辐合的强弱有直接影响。山脉南部迎风坡的强辐合抬升以及山脉北部弧形背风处对气流的拉伸辐合汇聚,成为大别山地形有利于水汽辐合上升,增强低涡暴雨量的两个重要部位。由于大别山南段的主体部分范围高大,所以对绕行山南部的低涡影响更为显著。     

一次东北冷涡下槽后强风与飑线后向入流演变及成因分析

本文利用NCEP分析资料、多普勒雷达观测资料、常规气象观测资料以及数值模拟结果,对2016年7月30日发生在华北、辽宁附近的一次强飑线过程中后向入流的演变及成因进行研究。结果表明,此次飑线发生在中纬度新生冷涡槽前,低层有水汽辐合区和地面辐合线对应,且过程中伴有较强的对流有效位能释放。飑线后部中层(冷涡槽后)一直存在α中尺度西风大值带,此大风速带造成了上下层相反的水平涡度,并形成喇叭形环流结构,该结构不同于经典飑线结构。飑线后部水平方向上水平涡度分布不均匀,并形成水平涡度旋度上正下负的分布,即导致中层强风区上部上升运动、下部下沉运动,该下沉运动引发飑线中的后向入流和低层强风速带形成。在中层,飑线的后部边缘始终有较强的风速大值带伴随飑线的发展,该大值带的形成与对流强弱和非热成风涡度有关,对流过程中低层非热成风涡度为负,中上层非热成风涡度为正,导致飑线后部中层西风加速和低层西风减速,有利于后向入流的发展和飑线的维持,当对流减弱时,非热成风涡度与后向入流均减弱。文中给出了后向入流形成演变的概念模式。     

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式(Flux Compensation,FC)。结果表明:(1)FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。(2)通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。(3)通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。     

台风“莫兰蒂”引发的福建和浙北暴雨分析

采用了NCEP的1°×1°格点资料,通过形势场、物理量场的诊断分析,研究了“莫兰蒂”台风暴雨。结果表明,西太平洋副热带高压和高空槽为暴雨提供了良好的大尺度环流条件。暴雨区的水汽条件是良好的,暴雨中心与水汽通量的辐合中心是一致的。暴雨区对应垂直运动最强区,暴雨的发生发展需要强烈且持续的垂直上升运动。在对流层低层,暴雨区的假相当位温都是随高度减小的,浙北地区存在假相当位温密集陡峭区,有利于该地暴雨的发生发展。湿位涡能很好的指示暴雨落区,福建暴雨主要是由对流不稳定引起,而浙北暴雨受正压和斜压不稳定共同影响。