暴雨中尺度涡旋系统发生发展的诊断

从位涡方程出发,导出描述三维涡度强度变化方程,分析大气层结及其变化等对三维涡度强度变化的影响。在此基础上,通过对垂直涡度变化的分析,揭示了大气层结变化、水平能量锋演化、垂直风切变等有利于涡旋系统发展的动力机制。针对湿中性层结特征(θse/p≈0),讨论了降水反馈对中尺度系统发展的影响,并揭示湿中性层结下凝结潜热的垂直非均匀分布与垂直涡度的耦合强迫作用可能是暴雨中尺度系统发展的动力机制。     

Support Vector Machines for Cloud Detection over Ice-Snow Areas

In polar regions, cloud and underlying ice-snow areas are difficult to distinguish in satellite images because of their high albedo in the visible band and low surface temperature of ice-snow areas in the infrared band. A cloud detection method over ice-snow covered areas in Antarctica is presented. On account of different texture features of cloud and ice-snow areas, five texture features are extracted based on GLCM. Nonlinear SVM is then used to obtain the optimal classification hyperplane from training data. The experiment results indicate that this algorithm performs well in cloud detection in Antarctica, especially for thin cirrus detection. Furthermore, when images are resampled to a quarter or 1/16 of the full size, cloud percentages are still at the same level, while the processing time decreases exponentially.     

随机分布的小尺度涡对涡旋自组织影响的研究

以往双涡相互作用的动力学一般都在决定性的框架内研究。文中用一个平流方程模式,实施积分时间为30 h的8组试验,分析决定性和随机性共存系统中双涡相互作用和涡旋自组织的问题。随机性通过以下方式引入模式:先用Iwayama方案生成随机分布的小尺度涡,再将这些小尺度涡加入初始场。试验中,初始随机分布小尺度涡的强度参数K分别取0.0、0.4、0.6、0.8和1.0。结果表明,没有小尺度涡的条件下(K=0.0),初始分离的两个β中尺度涡逆时针互旋,其准终态流型是两个分离的涡;引进小尺度涡后,K取0.8、1.0时,初始分离强度相同的两个β中尺度涡,逐渐形成主次之分。主涡将次涡拉伸成为螺旋带,其准终态流型是一个自组织起来的类似于台风环流的涡旋。准终态涡中心的相对涡度值随K值的加大而加大。结果还表明,准终态流型不仅与初始小尺度涡的强度参数有关,而且与初始小尺度涡的分布有关。此外,在相同初始场的情况下,还实施了3类不同边畀条件的试验:第1类,在东西边界取周期条件,在南北边界取固定条件;第2类,在所有边界均取固定条件;第3类,在所有边界均取周期条件。这3类试验的准终态流型相同,都显示出一个类似于台风涡旋的环流。根据这些结果可以初步认为,涡旋自组织的研究从决定性动力学向随机动力学的过渡是值得探索的。     

河南省层状降水云系中尺度结构的数值模拟

利用非静力中尺度数值模式MM5(V3.5),结合实况资料,对2002年4月4-5日河南春季一次层状降水云系的中尺度结构进行了模拟分析,并与观测资料进行了对比研究.结果显示,4月4日08时-5日20时之间,850 hPa低涡与中高空低槽相配置,形成大范围具有非均匀性结构特征的云系.模式模拟出降水中雨核的产生、发展、消散,雨核所在处云系有水平尺度在几十至100 km之间的柱状结构,对应云系组合为:高层主要由冰晶组成,中层由冰相粒子和液水混合组成,低层为液水层,并伴有强烈的上升气流,雪和霰对雨水形成的贡献较大.模式还揭示了850hPa中-β尺度低涡和水汽输送对雨核起到关键性作用.     

不同初始涡廓线对涡旋自组织影响的初步研究

用一个带有地形项的准地转正压模式,研究了不同初始涡廓线对涡旋自组织的作用。结果表明：初始涡廓线的不同,不仅可以影响到自组织的过程,而且可以影响到自组织起来的准终态涡的性质。     

冷空气对高原低涡移出青藏高原的影响

在对1998—2004年冷空气影响高原低涡移出青藏高原 (以下简称高原) 观测事实分析的基础上, 利用NCEP再分析资料对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原的位涡进行诊断分析, 并通过数值试验揭示了托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征和影响机理。结果表明:这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱, 从而使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 低涡24 h内西退, 在高原边缘徘徊。     

山东半岛一次区域性暴雪天气过程分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料与高空地面观测资料,对2005年12月4日山东半岛出现的罕见区域性暴雪过程进行分析。结果表明:冷涡后横槽影响是造成大范围暴雪的主要天气系统,黄、渤海为大暴雪提供了充足的水汽来源,低层辐合、高层辐散有利于产生大范围强烈的上升运动;途经海面的强冷平流带来丰富的水汽,是造成大暴雪的最终原因。通过对湿位涡的分析发现,暴雪落区与MPV2负值中心有很好的对应关系。     

Palaeomagnetism of the Loch Doon Granite Complex, Southern Uplands of Scotland: The Late Caledonian palaeomagnetic record and an Early Devonian episode of True Polar Wander

The Southern Uplands terrane is an Ordovician–Silurian back-arc/foreland basin emplaced at the northern margin of the Iapetus Ocean and intruded by granite complexes including Loch Doon (408.3 ± 1.5 Ma) during Early Devonian times. Protracted cooling of this 130 km³ intrusion recorded magnetic remanence comprising a predominant (‘A’) magnetisation linked to initial cooling with dual polarity and mean direction D / I = 237 / 64° (α₉₅ = 4°, palaeopole at 316°E, 21°N). Subsidiary magnetisations include Mesozoic remanence correlating with extensional tectonism in the adjoining Irish Sea Basin (‘B’, D / I = 234/− 59°) and minority populations (‘C’, D / I = 106/− 2° and ‘D’, D / I = 199/1°) recording emplacement of younger ( 395 Ma) granites in adjoining terranes and the Variscan orogenic event. The ‘A’ directions have an arcuate distribution identifying anticlockwise rotation during cooling. A comparable rotation is identified in the Orthotectonic Caledonides to the north and the Paratectonic Caledonides to the south following closure of Iapetus. Continental motion from midsoutherly latitudes ( 40°S) at 408 Ma to equatorial palaeolatitudes by  395 Ma is identified and implies minimum rates of continental movement between 430 and 390 Ma of 30–70 cm/year, more than double maximum rates induced by plate forces and interpreted as a signature of true polar wander. Silurian–Devonian palaeomagnetic data from the British–Scandinavian Caledonides define a 430–385 Ma closed loop comparable to the distributed contemporaneous palaeomagnetic poles from Gondwana. They reconcile pre-430 Ma and post-380 Ma APW from this supercontinent and show that Laurentia–Baltica–Avalonia lay to the west of South America with a relict Rheic Ocean opening to the north which closed to produce Variscan orogeny by a combination of pivotal closure and right lateral transpression.     

悬板开孔对排沙漏斗流场特性的影响

排沙漏斗的水沙分离性能取决于其流场特性,为了弄清楚悬板开孔对流场特性的影响,利用粒子图像测速技术和数值模拟方法,分别对悬板溢流段和非溢流段同时均匀布孔、仅在非溢流段布孔和无孔时的排沙漏斗流场特性开展研究。结果表明：①布孔位置不影响涡流性质但影响其强度,均匀布孔时涡流强度最小,不利于水沙离心分离;②无孔和仅在非溢流段布孔时的流场特性有利于泥沙径向输移、沉降和排出,均匀布孔径向速度和二次流流速减小不利于泥沙输移和排出;③仅在悬板非溢流段布孔时悬板表面速度大于其他方案,泥沙不易淤积于悬板。为减少悬板上的泥沙淤积量且同时要保证较高的泥沙截除率时可采用仅在悬板非溢流段布孔的方案优化悬板体型。     

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。