一次高空槽与西南涡耦合造成的华北暴雨过程分析

2010年7月18-20日西南低涡东北上影响华北,造成了华北地区大范围大暴雨过程。本文利用NCEP/NCAR 1o×1o再分析场资料,分析了本次西南涡北上加强的原因和造成河北大暴雨的形成机制。结果表明：西南涡是这次华北暴雨的主要影响系统,暴雨的持续与西南涡和中纬度高空槽（低涡）的耦合过程密切相关;高、低空急流相互作用,有利于低层上升运动的发展和加强;高空湿位涡扰动下传,使得西南低涡发展加强;暴雨发生时,其上空正涡度中心和强散度中心相耦合,强的上升运动对低层水汽辐合抬升产生暴雨十分有利;中低层的高能高湿为低涡的发展和暴雨的维持提供了能量和水汽。     

多普勒天气雷达速度图像在近海台风移动路径预报中的应用

在Rankine涡旋运动模式基础上模拟台风的水平风场结构,给出了准环境风的定义,研究了受准环境风影响台风的多普勒速度的重要特征,即根据台风正负极值中心的不对称程度和零速度线和台风中心的相对位置来估计一定高度的准环境风的风向风速,同时结合对近年来影响广东的几个近海台风的多普勒天气雷达径向速度场资料进行分析研究,证明准环境风的分析判断对近海台风的移动路径预报有很好的实际指示意义,可为今后近海台风的路径预报特别是转向台风的路径预报提供重要参考。     

100 hPa极涡、南亚高压的变化及大气环流分布特征

利用NCEP/NCAR高度场资料进行计算,对冬、夏极涡与南亚高压面积进行Morlet小波变换,并对100 hPa高度场进行EOF分解和长期趋势分析.结果表明:极涡、南亚高压具有相似的演变特征,这种相似特征在前期冬季极涡与南亚高压之间表现更为明显,体现了准5年尺度和准20年尺度的周期变化,在变化的位相上则相反.EOF分析表明,前期冬季高纬度地区与中低纬度地区的环流变化呈相反趋势,且第一模态的时间系数与前期冬季极涡的趋势一致,第一模态在一定程度上反映了前期冬季大气环流分布.夏季第一模态全场为负值,体现了夏季100 hPa整体异常性;第二模态反映了副热带中低纬度大气环流与高纬度大气环流变化相反.从其长期变化趋势来看,冬季高纬度地区的高度场呈负趋势变化,副热带地区呈正趋势变化,夏季除我国华北部分地区为负趋势变化外,均为正趋势变化.极涡、南亚高压的这种年代际变化与100 hPa高度场的长期线性趋势变化有关.     

春季青藏高原绕流作用变化特征及其影响

受青藏高原地形影响,低层西风气流在高原西侧分支,从南北两侧绕流,于高原东侧汇合,在其边缘附近形成一正一负2个对称的涡旋（下称“涡旋对”）。文中利用NCEP／NCAR提供的1951—2004年再分析资料,研究发现涡旋对在700hPa上最明显。将700hPa正、负涡旋对平均涡度之差定义为春季绕流指数,可以定量地表征高原绕流作用强弱。研究还发现,1951—2004年春季绕流指数存在准18a、准10a、准4a的周期振荡,春季绕流指数能较好地反映高原绕流作用的强弱。利用全国160站1951—2004年气温和降水资料,研究春季绕流作用对中国天气气候的影响发现,强高原绕流作用不仅有利于中高纬冷空气向中国北方输送,使西北、东北部分地区春季气温偏低,而且也有利于冷空气绕高原南下,使江淮部分地区春季气温也偏低;同时也有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送,偏南暖湿气流和偏北冷干气流在32°N附近辐合偏强,有利于江淮地区春季降水偏多。此外,春季绕流指数对长江中下游及淮河流域夏季气温具有指示意义,当春季绕流指数偏强（弱）时,同年长江中下游及淮河流域夏季气温偏低（高）。     

旋转流体中的二维惯性重力波-涡相互作用

本文利用f-平面浅水模型讨论了二维情况下快速惯性重力波与平衡涡旋之间的相互作用问题.当快速的惯性重力波传入涡旋区域后,波－涡之间发生了相互作用,涡旋可被加深,涡旋区域的风场等可以出现非对称分布,当惯性重力波全部传出涡旋区域并远离之后,涡旋恢复到其初始状态,但此时惯性重力波可以出现非对称结构,这与一维情况不同.在波－涡发生相互作用过程中,其物理量变化的最大区域分布基本与波动传播方向一致,在波动进入或移出涡旋时,相对应存在两个最大物理量变化区域,此外,相互作用导致的物理量的最大变化与波动结构、强度、传播方向以及涡旋特性有关.非线性条件下的波－涡相互作用要强于线性过程.     

涡旋诱发磁重联模型的解析研究

在磁流体中涡旋诱发重联的线性过程的解析研究过程中,主要运用了渐近匹配展开方法．结果表明,如果流体粘性远大于磁粘性,流场马赫数Ma～1,重联的线性增长率正比于Vv为无量纲化流体粘性,这与数值模拟结果一致．此结论表明,流体粘性能够促进磁场重联,在理论上支持涡旋诱发重联模式．本文还研究了周期分布多电流片系统中涡旋诱发重联的线性增长率;随电流片之间距离的减小,反对称和对称情形的增长率分别增大和减小．     

科氏力作用下涡旋运动的等值线动力学

本文提出了在科氏力作用下,单圈常值涡旋运动等值线动力学的计算公式。用这些公式实施了四组计算,结果与以往动力学分析和数值试验的结论定性一致,数值也较为合理。     

地球磁层顶K-H不稳定性与撕裂模的耦合及涡旋撕裂模不稳定性

本文用二维MHD数值模拟研究了地球磁层顶同时存在速度剪切和磁场剪切时Kelvin-Helmholtz不稳定性（K-H）和撕裂模不稳定性（TM）的耦合过程。在雷诺数和磁雷诺数确定时,Alfvèn马赫数值（MA）对耦合特性起决定性作用。在本文选取的参数条件下,若MAAA≥1.4,K-H引起的涡旋运动起控制作用,导致一种新的不稳定性产生。该不稳定性称作涡旋撕裂模不稳定性。其饱和后长时间渐近状态由一个大尺度的流体涡旋和同心磁岛组成。在地球磁层顶通量传输事件（FTEs）中它可能起着重要作用。     

AREM模式对"05.7"四川大暴雨的敏感性试验

利用AREM中尺度数值模式,对2005年7月8日四川盆地大暴雨天气过程进行了数值模拟,比较分析了AREM模式提供的不同降水方案、地表通量方案、地表辐射参数化方案对此次降水过程的模拟,以及对该过程中西南低涡活动特征的模拟。试验结果表明:各方案较好地反映了四川盆地西南部强降水,对其东北部的强降水模拟存在较大偏差;各方案模拟的涡度场和流场分布决定了降水区域分布;采用降水的显式云微物理过程和大尺度饱和凝结过程模拟的降水强度、低涡强度和低空急流有一定差异,后者模拟的偏强,与实况更接近;不同地表通量过程和地表辐射过程对降水、低涡和低空急流的模拟无明显差异。     

非轴对称双涡相互作用的研究

在平流动力学的框架内,用准地转正压涡度方程模式实施了19组试验,研究双涡合并的条件及较大尺度涡旋自组织的问题.结果指出:(1)存在着两个影响双涡合并的因素,即初始双涡中心之间的距离和初始涡旋的非轴对称分布.初始两个对称涡旋合并具有明显的临界距离效应,但初始两个非轴对称涡旋能否合并还受到初始涡旋的非对称结构的复杂影响. (2)存在着两类不同的较大尺度涡旋的自组织过程,形成较大尺度涡旋.第一类,初始两个涡旋相同,均呈轴对称分布.双涡作用经历了缓变、快变,以及涡量羽翼的生成、拉伸和发展的过程,合并后呈对称性流型;终态涡内区涡量的堆积来源于两个初始涡,终态涡外区的螺旋带来源于两个初始涡外缘线涡量羽翼的拉伸.第二类,初始两个涡旋不同,一个为椭圆型,一个为偏心型,均呈非轴对称分布.双涡作用中,椭圆涡一边互旋,一边向计算区域中心靠近,同时涡量范围加大,形成了终态涡的内核区;偏心涡一边互旋,一边被不断拉伸,形成了终态涡的螺旋带区;表现出终态涡内区的涡量堆集来源于椭圆涡,终态涡外区螺旋带主要来源于偏心涡的反复拉伸及断裂的特性.