应用新型辐散方程诊断“6.28”关岭大暴雨的激发和维持机制

利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、FY—2E相当黑体亮温TBB资料和区域自动站逐时降水资料,结合新型辐散方程,对2010年6月28日贵州省关岭县一次特大暴雨天气的发生和维持机制进行了诊断分析。结果表明:(1)大气运动非平衡强迫使贵州西部地区出现辐合增长,激发了该区域暴雨天气的产生;(2)能量锋生与垂直风切变的耦合强迫,促进了贵州西部地区辐合的持续增长,使暴雨得以维持;(3)对流层中低层湿位涡水平分量与垂直涡度耦合,其负值中心与地面强降水中心相对应,随后中尺度对流复合体(MCC)云团北侧出现了新生单体,第二轮暴雨随即发生并维持。     

湿位涡及其不可渗透性在江淮流域一次暴雨过程中的应用

为了对暴雨天气进行更准确地分析和提前预报,结合常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,利用湿位涡正压项(MPV1)、斜压项(MPV2)及其不可渗透性原理,分析了2011年6月13日~15日发生在中国长江流域的一次暴雨过程。研究结果表明:暴雨区邻近850hPa上MPV1的零线,即正值与负值的过渡区,这对暴雨落区有指示作用。且湿位涡在850hPa上满足MPV10同时MPV20的条件,这种配置有利于强降水的产生,因此可作为预报暴雨的一个有效辅助工具。在850hPa上,湿位涡高值区与地面降水落区对应良好,根据湿位涡不可渗透性原理,若将MPV异常高值区与等θe线结合起来,能在长江流域的暴雨预报中起到良好的指示作用。     

Effect of Baroclinicity on Vortex Axisymmetrization.Part Ⅰ：Barotropic Basic Vortex

The barotropic and baroclinic disturbances axisymmetrized by the barotropic basic vortex are examined in an idealized modeling framework consisting of two layers.Using a Wentzel-Kramers-Brillouin approach,the radial propagation of a baroclinic disturbance is shown to be slower than a barotropic disturbance,resulting in a slower linear axisymmetrization for baroclinic disturbances.The slower-propagating baroclinic waves also cause more baroclinic asymmetric kinetic energy to be transferred directly to the barotropic symmetric vortex than from barotropic disturbances,resulting in a faster axisymmetrization process in the nonlinear baroclinic wave case than in the nonlinear barotropic wave case.     

孟加拉湾海域背景流–中尺度涡–高频扰动之间的相互作用

基于一套涡分辨模式数据,本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换—将孟加拉湾（BOB）海域的环流系统分解到背景流（>96 d）、中尺度（24～96 d）和高频尺度（<24 d）3个子空间,并用正则传输理论探讨了3个尺度子空间之间内在的非线性相互作用。结果表明,BOB西北部边界和斯里兰卡岛东部是BOB海域多尺度相互作用最显著的区域,中部则较弱。前两个区域的背景流大多正压、斜压不稳定,动能和有效位能正则传输主要表现为正向级串;后者则以逆尺度动能级串为主。具体来说,在BOB西北部与斯里兰卡东部,中尺度涡动能（EKE）主要来源于正压能量路径（即背景流动能向EKE传输）,其次来源于斜压能量路径（即背景流有效位能向中尺度有效位能传输,并进一步转换为EKE）。通过这两个能量路径得到的EKE向更高频的扰动传输能量,起到了耗散中尺度涡的作用。不同于此二者,BOB中部海域的EKE和高频尺度动能主要通过斜压路径获得,随后通过逆尺度级串将动能返还给背景流。苏门答腊岛的西北部也是中尺度和高频尺度扰动较强的海域,正压能量路径和斜压能量路径均是该海域扰动能的来源,但以斜压能量路径为主。     

两层正压准平衡海洋模型的中纬度定常风场强迫解

建立了风场强迫下考虑瑞利摩擦的水平二维两层正压准平衡海洋模型,并在中纬度大尺度理想风场强迫的情况下,进行了解析求解。结果表明,在西风急流强迫下,在理想海洋的西海岸以东的上层流场上,在西风急流处会出现较强的东向流;在接近β通道侧壁处则有西向逆流出现;在近西海岸处,在上述东向流的两侧有气旋性曲率与反气旋性曲率的流动;而下层流场的强度与上层流场大致相同,但流向大体相反。由理想西风急流异常强迫出的流场异常的分布形式与以上结果类似。与实际风场异常强迫下的北太平洋上层流场异常进行比较后可知,模型得到上层海洋的结果与实际情况有相像之处。最终,该海洋模型的解趋于风场强迫特解。     

西藏高原“相当正压层高度”的初步分析

本文采用“相当正压层”的方法,分析计算了那曲、拉萨站的探空资料,求得其“相当正压层”高度约为270hpa。又以此方法分析计算了我国平原地区一些代表站的“相当正压层”高度。结果发现,其高度不是500hpa,而是在400～300hpa之间,平均约在356hpa左右。这是个值得注意的现象。     

地形强迫正压大气异常持续类型的确定及其对可预报性的影响

使用地形强迫正压涡度方程模式的输出资料，讨论了流函数异常EOF展开时间系数的特征时间尺度。由此研究了异常持续类型的确定及其对可预报性的影响问题。结果表明:异常持续类型与环流的演变有十分密切的关系，初始状态环流的结构对可预报性有明显的影响。最后探讨了对中期和延伸期数值预报的可能应用。     

用格子Boltzmann方法构建大气动力学模式的初步研究

文中建立了一个格子Boltzmann模型 ,经过Chapman Enskog展开得到的方程组能完整描述正压大气的动力过程 ,成功地模拟了正压地转适应过程 ,对Obukhov的经典例子进行了数值检验。结果表明 ,Obukhov的结果只体现了科氏力和气压梯度力的平衡 ,而本模型可以精确地描述科氏力、惯性力和气压梯度力三者的完整平衡 ,与Obukhov线性理论相比 ,气压变化量的数值相差 2 8% ,说明了线性适应理论只在定性方面正确 ,在定量方面还不准确。数值结果还表明粘性力在地转适应过程中基本不起作用。同时 ,还模拟了一个更大尺度的适应问题 ,验证了气压场与风场适应过程取决于尺度大小这一论断数值试验表明 ,格子Boltzmann方法用于模拟大气运动是可行的 ,而且因其编程简洁方便 ,天然具有极好的并行性能 ,对于建立模拟大气和海洋这样涉及复杂动力热力过程的多相大规模数值模式很有发展潜力