强垂直风切变环境下对流单体对飓风强度的影响

利用高分辨率模式输出资料,诊断分析强垂直风切变环境下飓风Bonnie(1998)中风暴相对螺旋度的分布特征,再现了Molinari等(2008)利用下投式探空仪获得的该飓风内部风暴相对螺旋度的离散观测结果。通过对比不同垂直风切变环境下,不同区域风暴的相对螺旋度、对流有效位能及风速的水平分布,揭示出与高值风暴相对螺旋度相联系的强对流单体的分布与环境垂直风切变的密切联系。基于风暴相对螺旋度和对流有效位能的配置分析,研究强环境垂直风切变时段,眼壁附近的深厚涡旋对流以及螺旋雨带中的小型对流单体的三维结构和演变特征。分析表明,环境垂直风切变较强时,在眼壁附近的顺切变区存在典型的深厚涡旋对流系统,这类深厚涡旋系统能够激发二级垂直环流,有利于旋转上升运动的维持,并在近眼心区域引发补偿性的干暖下沉气流,有助于飓风暖心的维持和加强;同时,螺旋雨带中也存在以涡度为特征的小型对流单体,这些对流单体随着平流不断移入飓风中心,使得飓风中心垂直涡度增加,最终导致飓风强度的增强。      

北极涛动低空大气环流特征及其与太阳活动的联系

通过北极涛动AO正负位相时期北半球1000 hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知,北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期,而北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期,说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的重要因子.逐次滤波法分析可知,冬季1月北极涛动现象表现出十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期和准22a年代际周期,具体表现为：（1）冬季1月北极涛动现象具有十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期.准110a世纪周期对于北极涛动指数的方差贡献率达到44.4%,是冬季1月北极涛动现象最显著的世纪际变化特征.（2）谱分析结果表明,滤除准110a世纪周期变化以后的1月北极涛动指数具有显著的22a周期,其方差贡献率达到18.5%,乃仅次于准110a世纪周期之后北极涛动指数年代际变化重要特征.对比分析表明,太阳活动尤其是太阳磁场磁性指数变化与1月北极涛动22a周期变化呈密切的反相关关系,二者变化趋势基本相反,即多数情况当太阳磁性指数MI由最低值转为上升以后都可引起北极涛动AO由最高值转为下降;当太阳磁性指数MI由最高值转为下降以后都可引起北极涛动AO由最低值转为上升.综上所述,北极涛动的准110a世纪周期变化、22a年代际周期变化对于北极涛动方差贡献率达到62.9%,标志着太阳活动是北极涛动的重要驱动因子.     

东亚和西太平洋地区 30～60天振荡的传播及其与月平均基流的相互作用

选取1985年和1988年这两个东亚和西太平洋地区月平均流场差异很大的年份,研究30～60天低频振荡的传播及其与月平均基流的相互作用.结果表明:在这两年,东亚和西太平洋地区的30～60天低频振荡受到两支低频涡旋的影响,其中一支来源于热带东印度洋,另一支源自中太平洋.在大部分时间里,这两支低频涡旋相遇于20～30°N地区,并影响到该地区位势高度场的变化.当低频气旋(反气旋)移经西太平洋的时候,该地区的位势高度场相应地降低(升高).另一方面,该地区的30～60天振荡还有着显著的年际差异.1985年的波列活动显著,中高纬低频涡旋南移至日本南部洋面.与1985年不同的是,虽然1988年的波列活动不明显,但中高纬的低频涡旋可向南传播至南海地区.从30～60天振荡和月平均基流的动能和有效位能相互转换来看,正压过程、湿斜压过程和干斜压过程的值相当,因而上述3种过程均有可能起主导作用.但转换强度存在年际差异,1985年的值远比1988年的大.研究还表明,暖池地区的30～60天振荡向月平均基流输送能量,中高纬地区的30～60天振荡则从月平均基流获取能量.     

龙卷风的漏斗结构理论

龙卷风是大气中风速和垂直速度极大的小尺度系统.本文用气压梯度力、惯性离心力、黏性力三力平衡的柱坐标(r,θ,z)下的大气动力和热力学方程组,求龙卷风的三维速度场(vr,vθ,vz),从理论上绘制出龙卷风的三维漏斗型结构.充分说明龙卷风由涡旋流和急流这两种流叠加而成,涡旋流是由惯性离心力造成的,急流是由水平辐合辐散而引起的强对流.龙卷风是在极端不稳定的大气层结中形成的.     

2011年3月日本福岛核电站核泄漏在海洋中的传输

使用全球版本的迈阿密等密度海洋环流模式对2011年3月日本福岛核电站泄漏在海洋中的传输以及扩散进行了数值模拟。数值模式中核废料(示踪物)排放情景采取等通量连续排放,排放时间从3月25日开始,分别持续20 d以及1 a,两种情形分别积分20 a。为了减少海洋环流年际变化带来的数值模拟的的不确定性,20 a的模式积分分别用2010年、1991-2011年、1971-1991年以及1951-1971年4个不同时段的NCEP/NCAR逐日再分析资料作为大气强迫场,因此每种排放情形包含4个数值试验。模拟结果的分析表明,不同核废料排放情景及其在不同时段大气资料对海洋模式的驱动下,模拟的示踪物总体的传输扩散路径(包括表层以及次表层)、传输速率以及垂直扩展的范围没有显著的差异。集合平均数值模拟的结果显示:在两种排放情景下,日本福岛核泄漏在海洋的传输路径受北太平洋副热带涡旋洋流系统主导,其传输路径首先主要向东,到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋,可能在10~15 a左右影响到我国东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5 a左右。通过进一步分析模式积分过程中最大示踪物浓度随时间变化发现,在积分第20 a(2031年3月),海洋表层和次表层浓度的最高值分别只有模式积分第一年浓度的0.1%和1%。在积分的20 a里,排放的核废料主要滞留在北太平洋海域(超过86%±1.5%的核废料在积分结束时,滞留在北太平洋),而在积分的前10 a(2021年之前),几乎所有的核废料滞留在北太平洋;在核废料的垂直分布上,主要集中在海洋表层至600 m的深度,在积分的20 a时间里,没有核废料信号扩散至1 000 m以下的深度。数值模拟的结果也表明核废料浓度减弱的强度以及演变的时间特征主要受洋流系统的影响,与排放源的排放时间长短关系不大。值得指出的是,更加准确地评估一个真实的核泄漏事故对海洋环境所造成的可能影响,还需要考虑大气中的放射性物质的沉降以及海洋生态对核物质的响应。     

2011年3月日本福岛核电站核泄漏在海洋中的传输

使用全球版本的迈阿密等密度海洋环流模式对2011年3月日本福岛核电站泄漏在海洋中的传输以及扩散进行了数值模拟。数值模式中核废料(示踪物)排放情景采取等通量连续排放,排放时间从3月25日开始,分别持续20 d以及1 a,两种情形分别积分20 a。为了减少海洋环流年际变化带来的数值模拟的的不确定性,20 a的模式积分分别用2010年、1991-2011年、1971-1991年以及1951-1971年4个不同时段的NCEP/NCAR逐日再分析资料作为大气强迫场,因此每种排放情形包含4个数值试验。模拟结果的分析表明,不同核废料排放情景及其在不同时段大气资料对海洋模式的驱动下,模拟的示踪物总体的传输扩散路径(包括表层以及次表层)、传输速率以及垂直扩展的范围没有显著的差异。集合平均数值模拟的结果显示:在两种排放情景下,日本福岛核泄漏在海洋的传输路径受北太平洋副热带涡旋洋流系统主导,其传输路径首先主要向东,到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋,可能在10~15 a左右影响到我国东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5 a左右。通过进一步分析模式积分过程中最大示踪物浓度随时间变化发现,在积分第20 a(2031年3月),海洋表层和次表层浓度的最高值分别只有模式积分第一年浓度的0.1%和1%。在积分的20 a里,排放的核废料主要滞留在北太平洋海域(超过86%±1.5%的核废料在积分结束时,滞留在北太平洋),而在积分的前10 a(2021年之前),几乎所有的核废料滞留在北太平洋;在核废料的垂直分布上,主要集中在海洋表层至600 m的深度,在积分的20 a时间里,没有核废料信号扩散至1 000 m以下的深度。数值模拟的结果也表明核废料浓度减弱的强度以及演变的时间特征主要受洋流系统的影响,与排放源的排放时间长短关系不大。值得指出的是,更加准确地评估一个真实的核泄漏事故对海洋环境所造成的可能影响,还需要考虑大气中的放射性物质的沉降以及海洋生态对核物质的响应。     

2006年春季珠江口海岸带近地面层热通量收支的观测研究

利用中国气象局广州热带海洋气象研究所在珠江口岸边2006年3—5月观测的气象资料,用涡动相关法计算了该区域近地面层的热通量(潜热和感热通量),同时分析了海面净辐射和净热通量的一些特征.经分析发现,热通量在观测期内逐月增大,其在 5月份的增幅比前两个月更加明显.各个不同时段和天气过程的平均值显示,热通量的交换在此季节内以潜热为主.冷锋入侵时带来的干、冷空气活动引起的水汽蒸发、感热巨变的“脉冲”过程对热通量有较大的影响,观测期内冷空气出现的天数占总观测天数的16.5%,而在冷空气活动期间交换的热通量值占总观测期内的25.6%,其中潜热占17.4%.月平均的海面净辐射和净热通量从3月到4月有一个较大的增幅,净辐射从4月到5月也是增加的,增幅较小,但是净热通量的值在5月反而小于4月,只略高于3月,这归因于5月份热通量的交换能力增强,海水释放的热量增多,使得海洋储存起来的净热通量在5月份反而减少,表明春季该海域储存在海洋中的热量在4月份是最多的.在各月或者季节平均的日变化中,各通量在相同时次的量值都逐月增大.潜热在15时左右达到峰值,感热在9时前后达到最大,感热的最小值发生在夜间而非午间,二者均在夜间比较稳定、少变.海面净辐射与净热通量基本同步变化,都呈单峰型.白天,二者均为正值,且净辐射值大于净热通量值;夜间,二者均为负值,净热通量的绝对值大于净辐射的绝对值.在3—4月的日变化中,净辐射与净热通量之间的差值较小,5月份二者的差值增大,虽然净辐射强度在5月接近4月的值,但是感热和潜热在日变化中的相同时次都有较大幅度的增加,使得海洋净支出热量增多.     

初生阶段西南涡发展与消亡的物理机制

采用涡旋运动稳定性方法,结合大尺度环境场和积云对流潜热释放,研究初生西南涡发展与消亡的物理机制。结果表明:（1）在稳定层结和不稳定层结条件下,当大气扰动频率超过对应的临界频率时,初生西南涡均可以维持并向成熟涡转变;当大气扰动频率未超过临界频率时,初生西南涡要么因频散而消亡,要么在维持一段时间的纯涡结构后消亡,不能发展为成熟西南涡。（2）初生阶段,大尺度场的辐合辐散是西南涡发展和消亡的主要因素,辐合才有可能使得初生西南涡发展,辐散只能导致初生西南涡消亡;小尺度的潜热加热则决定着稳定层结下的扰动临界频率,进而影响稳定层结下初生西南涡的发展及向成熟西南涡的转变。      

夏季青藏高原低涡的切向流场及波动特征分析

从大气动力学原理出发,将高原低涡视为受热源强迫的边界层内涡旋,建立了柱坐标下满足梯度风平衡的低涡控制方程组,分析高原低涡切向流场的基本特征.在此基础上,通过求解线性化涡旋模式,得出高原低涡中各类波动的频散关系及其特征,同时定性讨论了热力作用对混合波动的影响以及混合波动与高原低涡流场特征的联系.使用中尺度数值模式WRF分...     

正压准平衡海洋模型及其解Ⅱ:中纬度自由涡旋波动

本文研究了正压准平衡海洋模型中的自由涡旋波.得到的主要结论有:该模型中的解为波包,其载频都是西传的.在仅考虑大洋西海岸时其载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时则其为离散谱;且均有其载频频率越高(周期越短)其水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用.模型中波包载频的周期约在26 d至24 ...