Cross helicity and related dynamo

The turbulent cross helicity is directly related to the coupling coefficients for the mean vorticity in the electromotive force and for the mean magnetic-field strain in the Reynolds stress tensor. This suggests that the cross-helicity effects are important in the cases where global inhomogeneous flow and magnetic-field structures are present. Since such large-scale structures are ubiquitous in geo/astrophysical phenomena, the cross-helicity effect is expected to play an important role in geo/astrophysical flows. In the presence of turbulent cross helicity, the mean vortical motion contributes to the turbulent electromotive force. Magnetic-field generation due to this effect is called the cross-helicity dynamo. Several features of the cross-helicity dynamo are introduced. Alignment of the mean electric-current density J with the mean vorticity Ω , as well as the alignment between the mean magnetic field B and velocity U , is supposed to be one of the characteristic features of the dynamo. Unlike the case in the helicity or α effect, where J is aligned with B in the turbulent electromotive force, we in general have a finite mean-field Lorentz force J ?×? B in the cross-helicity dynamo. This gives a distinguished feature of the cross-helicity effect. By considering the effects of cross helicity in the momentum equation, we see several interesting consequences of the effect. Turbulent cross helicity coupled with the mean magnetic shear reduces the effect of turbulent or eddy viscosity. Flow induction is an important consequence of this effect. One key issue in the cross-helicity dynamo is to examine how and how much cross helicity can be present in turbulence. On the basis of the cross-helicity transport equation, its production mechanisms are discussed. Some recent developments in numerical validation of the basic notion of the cross-helicity dynamo are also presented.     

台风布拉万(1215)深入内陆所致的大暴雨成因分析

本文使用多种观测资料和NCEP再分析资料,对1215号台风布拉万北上深入内陆在黑龙江中部地区引发大暴雨过程进行追踪和诊断分析,探究此次大暴雨天气发生、发展的动力学、热力学和不稳定机制以及卫星云图特征。分析结果表明：大暴雨的发生是中低纬系统相互作用的结果,冷空气向东南方向移动增强了大气的斜压性,有利于斜压扰动的发展;对流层低层的对流不稳定和对流层中层的湿对称不稳定的共同存在,说明大气层结不稳定,为大暴雨的出现提供了有利的环境条件;对流层中低层形成了一个自下向上的正涡管,促使对流发展,散度场上表现为低层辐合、高层辐散的动力配置结构以及中尺度次级环流的出现均为暴雨的维持和加强提供了重要的动力机制;台风中心东侧的偏南和东南急流为大暴雨提供了充沛的水汽条件和热力条件。分析还表明地形对暴雨有增幅作用。     

江苏南部两次暴雨-大暴雨过程分析

2011年6月10日(简称"11·06")和2017年6月10日(简称"17·06")在江苏南部出现了两次暴雨-大暴雨过程,本文利用常规观测资料、FNL再分析资料和雷达资料等,对两次过程进行了分析,结果表明:异常的高低纬度环流形势配合,为强降水的发生提供了有利的环流背景.两次过程代表站的物理量场差异较大:"17·06"...     

京津冀地区与海风锋相互作用的对流系统的发展预判分析

运用WRF模式,对京津冀地形触发对流系统与海风锋相互作用的两个个例开展了数值模拟,通过对两个个例模拟的广义湿位涡异常和雷达回波分布的对比分析,对广义湿位涡异常预判该类天气过程中对流系统发展的潜力进行了检验。分析结果显示,广义湿位涡异常较雷达回波提前0.5至1 h示踪到山地背风坡和海风锋处的对流系统的发展。斜压与水汽梯度相互作用和非绝热加热对广义湿位涡异常提前示踪山地背风坡和海风锋处对流系统发展有重要的贡献。过山气流的显著扰动和午后相对于陆地大气较为冷湿的海风辐合上升是分别造成山地背风坡和海风锋出现明显的斜压与水汽梯度相互作用的主要原因。     

台风“温比亚”引发豫东“18.8”极端降水的特征与成因分析

利用多源气象资料，对台风“温比亚”引发豫东降水的极端性特征及极端降水产生机制进行分析，提炼预报着眼点。此次降水是河南继驻马店“75·8”暴雨之后的又一次罕见特大暴雨，表现为过程雨量极大、破极值站数最多、降水强度极大、强降水时段集中的特征。结果表明：（1）高低空系统耦合为特大暴雨的发生发展创造了良好的环境条件，极端降水的产生主要受台风北侧螺旋云系影响，并有持续不断的强回波单体在同一个地点移动，冷空气与台风环流相互作用是重要的预报着眼点，重点分析台风和副热带高压的相对运动及西风带对台风的引导作用。（2）河南东部水汽输送条件一直处于较好的状态，这是降水维持较长时间的重要因素，急流中心区域和强度的变化对降水量多少有指示意义。（3）豫东地区对流不稳定和斜压不稳定均比较明显，低层MPV1<0、MPV2>0的区域与强降水落区有较好的对应关系。（4）强辐合中心位于台风中心的北侧，降水强度与辐合强度有较好的对应关系，螺旋度大值区分布对强降水的分布区域有较好的指示意义。     

2019年6月17日河北张家口线状对流中的龙卷环境场与特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析资料以及卫星雷达资料，对2019年6月17日发生在张家口的一次与线状对流伴随的龙卷天气进行分析。结果表明：（1）龙卷天气发生在对流层中低层高能中心、强垂直风切变以及中层强风速区的环境中。（2）中低层强的正水平螺旋度、低层强辐合与高层强辐散配置为龙卷发生提供了有利的环境条件。（3）在对流不稳定区，边界层辐合线是对流的触发条件，弧状云线的发展加强和上冲云顶的识别分析有利于判断对流云团的发展趋势，对强对流的短临预警有重要参考意义。（4）通过雷达资料与风场反演分析，线状对流中的龙卷是由γ中尺度涡旋在低层强辐合与上升气流的拉伸下形成的。强辐合区主要位于3 km高度以下。     

台风“利奇马”期间苏州大暴雨物理量诊断和微物理特征分析

采用日本气象厅的最佳台风路径及强度资料、NCEP/NCAR逐6 h细网格再分析数据,分析了"利奇马"暴雨影响相关的云水含量、假相当位温、水汽通量散度、Q矢量、湿位涡等物理量;通过苏州雨滴谱资料,分析降雨强度、雨滴数密度、雨滴平均直径、雨滴含水量、雷达反射率因子、雨滴谱宽等微物理量特征。结果表明降水落区位于环境垂直风切变顺切的左侧。暴雨期间能量和水汽条件较好,低层Q矢量梯度使辐合上升增强,且其非对称性对暴雨落区有指示意义,湿位涡的发展也有利于暴雨的加强;另外,微物理分析表明冷云降水机制使降水效率大幅提高,雨滴谱能较好地反映台风降水特征,强降水主要由层状云中嵌入的对流降水引起。强降水时段雨滴谱的相关微物理量等都呈现较大值。