梅雨锋暴雨中尺度对流系统结构模型的双多普勒雷达研究

使用双多普勒雷达三维风场反演技术对2003年6月26-27日合肥和马鞍山多普勒雷达探测到的江淮梅雨锋大暴雨资料进行了三维风场反演,对其中β和中γ尺度三维动力结构进行了研究.结果表明,中β尺度对流系统(MβCS)及其上的中γ尺度对流云团是此次暴雨的主要降水系统.中低层的中β尺度辐合线对此次暴雨的触发、发展、维持具有重要作用,随着辐合带的逐渐减弱,强降水也逐渐减弱.中尺度对流系统低层的正涡度大值区与辐合中心有较好的对应关系,并且对应地面的强降水区.文中还给出了此次暴雨的三维动力结构模型.     

磁暴主相的經度不对称性

太阳带电粒子流通过磁边界层的中性点或阻塞点,由于极化电場的漂移运动或雷萊-泰勒（Rayleish-Taylor）不稳定运动,穿透磁层而进入地磁場被輻射带所捕获。这些被捕获的电子将向东漂移而形成西向电流。在它們围繞地球一周形成封閉的电流环以前,由于地球的自轉以及这个电流弧对地球各地的相对位置的不同,电流分布以及它在地面磁赤道附近所产生的磁場分布都将是不均匀的,对經度来耕是不对称的。本文假定电子繞地球的漂移周期为两天,計算了当磁暴开始时位于地方时00,06,12及18小时的台站記录的磁場随“暴时”T_st变化的曲线。理論結果与用佘山及洪伽幼地磁台站得到的統計結果是一致的。     

超低空急流的数值研究

用设计的求定常方程数值解的方法,计算了超低急流和边界层逆温在数量上的对应关系。研究表明,超低空急流的形成除要求逆温强度Ｉｓ≥０．１１ｋ／１０ｍ外,还要求逆温层具有相当大的厚度,这些结论和观测资料统计分析较一致。利用上述方法还进一步讨论了地转强迫强度对超低空急流的影响。     

辽东湾东海岸地区热内边界层特性研究

利用辽东湾东海岸三个低空探测点的实测资料计算了各低空探测点的热内边界层平均高度,并将观测值与用经验公式得到的估算值进行了比较,给出了可用于这一地区的计算公式。     

大气动力学方程组的定性理论及其应用

基于完整的湿大气动力学方程组,利用无穷维动力系统的新理论和新方法,系统讨论了强迫耗散的非线性大气系统的定性理论及其应用。将完整的强迫耗散非线性湿大气动力学方程组化为Hilbert空间中一个等价的算子方程,研究了算子的性质及其物理意义,在此基础上得到湿大气系统全局吸引子的存在性定理,揭示出系统向外源的非线性适应特征,并把结果推广到有地形动力作用和非定常外源强迫的情形。同时探讨了大气方程组惯性流形的存在,大气多平衡态产生的根源以及强迫、耗散和非线性对系统解的渐近行为的影响。在理论结果的基础上,提出强迫耗散的非线性动力系统中存在三类时间边界层、方程组简化准则、分解算法的算子约束原则以及支撑吸引子基底的少数自由度的构造方法,探讨了理论在非线性发展方程差分格式的设计和计算稳定性分析、多平衡态的数值分析、数值模式延伸预报的改进、短期气候预测以及一类中尺度系统分析与预测中的应用,指出描述长期过程动力学模式的必备条件,给出初值与模式相协调的合理解释。最后,对今后的研究方向作了展望。     

El Nino事件当年和次年夏季低纬环流特征的初步分析

分析1950年以来中等强度以上的ElNiño和LaNina当年和次年夏季(7月)低纬度风场和500hPa高度距平场,发现有不同的特征。其中中-西太平洋近赤道地区850、200hPa上风场异常变化十分明显,这种异常变化与南北半球大气相互作用有密切关系。在500hPa高度距平场上,北半球中、高和低纬地区表现出不同的正、负距平分布型式。上述特点对气候短期预测有一定参考意义。     

登陆台风边界层风廓线特征的地基雷达观测

为了分析登陆台风边界层风廓线特征,利用2004—2013年中国东南沿海新一代多普勒天气雷达收集的17个登陆台风资料,采用飓风速度体积分析方法,反演登陆台风的边界层风场结构特征。与探空观测对比表明,利用雷达径向风场可以准确地反演登陆台风的边界层风场结构,其风速误差小于2 m/s,风向误差小于5°。所有登陆台风合成的边界层风廓线显示,在近地层(100 m)以上,边界层风廓线存在类似急流的最大切向风,其高度均在1 km以上,显著高于大西洋观测到的飓风边界层急流高度(低于1 km)。陆地边界层内低层入流强度也明显大于过去海上观测,这主要是由陆地上摩擦增大引起。越靠近台风中心,边界层风廓线离散度越大,其中,径向风廓线比全风速以及切向风廓线离散度更大。将风廓线相对台风移动方向分为4个象限,分析边界层风廓线非对称特征显示,台风移动前侧入流层明显高于移动后侧。最大切向风位于台风移动左后侧,而台风右后侧没有显著的急流特征,与过去理想模拟的海陆差异导致的台风非对称分布特征一致。     

边界层参数化方案在“灰色区域”尺度下的适用性评估

随着数值预报模式分辨率的提高,当模式网格距与含能湍涡的长度尺度相当时,模式动力过程可解析一部分湍流运动,而剩余的湍流运动仍需参数化,此时便产生了湍流参数化的“灰色区域”问题。对传统的PBL（Planetary Boundary Layer）方案在“灰色区域”下的适用性评估,是改进PBL方案以使其能够适应分辨率变化的前提和基础。本研究基于干对流边界层的大涡模拟试验,比较了WRF（Weather Research and Forecast Model）模式中四种常用的边界层参数化方案[YSU（Yonsei University）、MYJ（Mellor-Yamada-Janjic）、MYNN2.5（Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino Level 2.5）、MYNN3）]在“灰色区域”尺度下的表现。研究表明,混合层内总热通量对所使用的参数化方案和水平分辨率均不敏感。不同参数化方案中次网格与网格通量的比例表现出对水平网格距不同的依赖性。局地PBL方案（MYJ、MYNN2.5）在混合层内的平均位温随网格距减小而增大,次网格通量随网格距减小而减小,较参考湍流场对次网格通量有所低估。YSU方案的非局地项几乎不随水平格距改变而变化,对次网格通量的表征并未表现出较强的分辨率依赖性,且过强的非局地次网格输送使混合层内温度层结呈弱稳定,抑制了可分辨湍流输送,不易于激发次级环流。MYNN3方案的非局地次网格通量（负梯度输送项）随网格距减小而减小,使其对次网格通量的表征具有较好的分辨率依赖性。PBL方案在“灰色区域”尺度下的适用性与具体分辨率有关。以分辨率500 m为例,四种PBL方案中不存在一种最佳方案,能对边界层的热力结构和湍流统计特征均有准确的描述。     

Impacts of sea spray on the boundary layer structure of Typhoon Imbudo

High winds in a typhoon over the ocean can produce substantial amounts of spray in the lower part of the atmospheric boundary layer, which can modify the transfer of momentum, heat, and moisture across the air-sea interface. However, the consequent effects on the boundary layer structure and the evolution of the typhoon are largely unknown. The focus of this paper is on the role of sea spray on the storm intensity and the structure of the atmospheric boundary layer. The case study is Typhoon Imbudo in July 2003. The results show that sea spray tends to intensify storms by increasing the sea surface heat fluxes. Moreover, the effects of sea spray are mainly felt in boundary layer. Spray evaporation causes the atmospheric boundary layer to experience cooling and moistening. Sea spray can cause significant effects on the structure of boundary layer. The boundary-layer height over the eyewall area east to the center of Typhoon Imbudo was increased with a maximum up to about 550 m due to sea spray, which is closely related with the enhancements of the heat fluxes, upward motions, and horizontal winds in this region due to sea spray.     

The vertical structure of the atmospheric boundary layer over the central Arctic Ocean

The tropopause height and the atmospheric boundarylayer （PBL） height as well as the variation of inversion layer above the floating ice surface are presented using GPS （global position system ） radiosonde sounding data and relevant data obtained by Chinas fourth arctic scientific expedition team over the central Arctic Ocean （86°-88°N, 144°-170°W） during the summer of 2010. The tropopause height is from 9.8 to 10.5 km, with a temperature range between -52.2 and -54.10C in the central Arctic Ocean. Two zones of maximum wind （over 12 m/s） are found in the wind profile, namely, low- and upper-level jets, located in the middle troposphere and the tropopause, respectively. The wind direction has a marked variation point in the two jets from the southeast to the southwest. The average PBL height determined by two methods is 341 and 453 m respectively. These two methods can both be used when the inversion layer is very low, but the results vary significantly when the inversion layer is very high. A significant logarithmic relationship exists between the PBL height and the inversion intensity, with a correlation coefficient of 0.66, indicating that the more intense the temperature inversion is, the lower the boundary layer will be. The observation results obviously differ from those of the third arctic expedition zone （800-85° N）. The PBL height and the inversion layer thickness are much lower than those at 870-88° N, but the inversion temperature is more intense, meaning a strong ice- atmosphere interaction in the sea near the North Pole. The PBL structure is related to the weather system and the sea ice concentration, which affects the observation station.