斜压Ertel-Rossby不变量在梅雨锋降水过程中的研究与应用

绝热无摩擦下,位涡(PV)的守恒性、不可渗透性和可反演性使之非常广泛地应用在中高纬度天气学诊断分析中,但由于其本身不包含力管项,无法描述强烈天气的快速流形等局限性,因此分析了Zdunkowski and Bott(2003)提出的斜压Ertrl-Rossby不变量(ERI),结果表明,绝热无摩擦条件下的ERI在其表达式中就已经明确地包含了螺旋度和PV的表达式,同时也涵盖了斜压大气中的力管项效应,可以描述快速流形的天气系统,具有PV所不能取代的优点,这使得它具有非常广泛的潜在应用价值。在此基础上,还利用ERI诊断了2003年7月3～6日的一次梅雨降水过程,结果表明,ERI完整地刻画了这次降水带南移及降水强度变化的特点,随着24h累积降水带的移动,ERI低值区也随之移动,二者吻合非常好。和PV相比,ERI对降水落区及强度变化的诊断能力更强。     

2003年7月西太平洋副热带高压变异及中国南方高温形成机理研究

运用全型垂直涡度倾向方程理论, 研究了空间非绝热加热在垂直方向的变化对2003年7月副高强度和位置变异的影响.结果表明: 副热带地区的非绝热加热对副高的强度和位置的变化有极其重要的影响.与气候平均状况相比较, 2003年7月副高北侧、西侧非绝热加热的垂直变化异常偏强, 而南侧、东侧较常年异常偏弱.这种异常的非绝热加热状况导致我国江南到副热带西太平洋地区呈现带状的异常反气旋性涡度制造, 使得7月副高偏强偏西.     

低涡与急流对"04.9"川东暴雨影响的分析与数值模拟

2004年9月3日～5日川东出现了大范围的强暴雨过程,本文分析了这次暴雨过程的云图特征和环流形势,并利用MM5中尺度数值模式对本次暴雨进行了二重嵌套模拟,分析及模拟结果表明,本次降水过程与中尺度云团、高低空急流和对流层中低层涡旋活动密切相关,同时还与副热带高压活动和“桑达”台风活动相关。盆地涡出现在低空急流的左侧,而川东强降水发生在高空急流的南面、低涡东南侧与西南低空急流大风出口区之问。盆地正涡度维持有利于盆地上空垂直上升运动的发展和维持,对暴雨的发生提供了动力条件。垂直上升运动是高低空急流和盆地涡联系的纽带,也是盆地涡动力驱动的结果。分析结果还表明,西南低空急流在暴雨出现前建立,暴雨和盆地涡同时出现,而暴雨、低空急流和盆地涡几乎同时减弱。高空急流在过程前和过程中是逐步加大,当高空急流出现剧减时,预示暴雨即将结束。     

位涡分析在新疆暴雨研究中的初步应用

新疆是全国有名的干旱、半干旱地区,年平均降水量约147mm,不到全国平均值的1/4,但暴雨造成的洪水却是新疆的主要灾害之一。随着新疆气候由“暖干”向“暖湿”型的转变,暴雨出现的频率可能会增加,暴雨带来的洪涝也有可能比以往更加严重,因此有必要加强对新疆暴雨天气的分析研究。本文根据位涡理论,选取2004年7月18日～20日的一次由中亚低涡造成的盛夏暴雨过程做个例分析,对位涡与新疆地区降水和暴雨的关系进行了初步研究。结果表明：对流层高层十位涡能较好地反映冷暖空气的活动及天气系统的演变特征,位涡场比温度场、高度场能更清楚地示踪冷空气,这为研究冷空气的活动,特别是冷空气在触发暴雨中的作用提供了新的思路;对流层低层湿位涡与降水的强弱有良好的对应关系,当包线陡立时,易导致倾斜涡度发展,出现降水：当湿位涡MPV〈0时,在θe线陡峭密集区内易出现暴雨。     

副高、极涡因子对我国夏季降水的影响

利用奇异值分解方法(SVD)分别分析了北半球副高指数和北半球极涡指数对我国夏季降水(6～8月)的影响,并详细讨论了对我国夏季降水影响重大的具体关系,以及它们影响的区域情况.研究发现,我国夏季降水主要受前期冬季极涡强弱的影响.冬季副高因子的影响是半球范围的,而春季副高因子的影响主要取决于我国南部的副高系统.综合研究极涡、副高两者对我国夏季降水的影响要比分别研究它们各自的影响所得模态的代表性好,预报价值也更高.     

高原涡与西南涡耦合作用的个例诊断

对1982年7月26～28日由500hPa高原低涡与850hPa四川盆地浅薄低涡耦合作用引发盆地低涡强烈发展与大面积特大暴雨天气发生的机理进行了诊断研究。结果表明,高原低涡东移到100°E附近时,其低涡东部的正涡度平流与负值非平衡强迫与850hPa四川盆地浅薄低涡发生垂直叠加时,两者之间发生耦合作用。导致盆地浅薄低涡与500hPa高原涡同时发展,四川盆地发生大面积暴雨。     

东移西南低涡空间结构的气候学特征

对1991～2004年夏季（6～8月）西南四川盆地的低涡活动进行统计分类,比较分析了移出型和停滞型两类西南低涡生成初期的合成环流场,总结出影响低涡东移的三维环流结构的气候学特征：东亚中纬度地区对流层中高层的冷空气入侵造成中高层气温偏低,位势高度降低,伴随冷偏差中心南侧20°N～30°N由对流层顶至850 hPa都出现偏强西风,最大的西风偏差位于长江下游地区上空200 hPa。一方面,高层风速差异的纬向梯度加强了长江中游地区的高空辐散,在西南低涡东部形成有利于降水和气旋性环流发展的动力抬升机制。另一方面,对流层低层的西风偏差在青藏高原南麓至我国东部长江以南形成一条异常的水汽输送带,加强了低涡南侧的偏西风水汽输送作用,为低涡东部的降水潜热反馈作用提供了充足的水汽。西南低涡在这样有利的环流形势和水汽条件下更容易移出盆地。     

基于二阶功准则的岩质滑坡准静态-动态转化数值分析

地质不连续带的破坏往往对岩质边坡的失稳起控制性作用。二阶功破坏准则可以分析除振颤失稳外的所有材料失稳问题,因此,利用该准则分析了岩体不连续带的材料失稳破坏问题。首先从数学上解释了使用二阶功分析二维地质不连续带的优势;而后将二阶功破坏准则引入FLAC有限差分计算软件,并根据相关监测数据对南芬铁矿岩质滑坡进行了二维数值分析。滑坡是一个准静态到动态的转化过程,动能的突然爆发标志着准静态-动态转化的发生。二阶功和二阶动能之间存在直接关系,据此关系估算出的南芬铁矿岩质边坡动能演化曲线可以证明二阶功对岩土材料失稳破坏判别的有效性。     

亚热带典型森林下垫面大气层结变化规律及其对潜在蒸散发估算的影响

为评估忽略大气稳定性对潜在蒸散发(Potential Evapotranspiration,PET)估算的影响,本文以亚热带森林下垫面为例,结合涡动相关观测及莫宁-奥布霍夫相似原理,探讨了冠层上方大气层结变化规律,比较了基于中性假设和考虑大气稳定性影响的PET之间的差异。结果表明：①中性、稳定和不稳定3种大气层结具有明显的日内与季节变化特征,不稳定层结在中午居多,稳定层结在早晨和傍晚居多,而中性层结在昼间均有分布;同时,春夏两季的不稳定层结高频时段较长,而秋冬两季相对较短;总体上,观测期内不稳定、中性和稳定3种层结平均占比分别为41.4%、34.7%与24.0%。②基于中性假设的空气动力学阻力估算方法在一定程度上高估了空气动力学阻力,导致PET存在低估现象(RMSE=25.82 W/m²),且误差偏离随着PET增大而愈加明显。③在当地条件下当量空气动力学阻力■与风速呈显著的指数关系(■,R²=0.50,P<0.05,N=394),基于该关系估算的PET相对于中性假设而言具有更高的精度(R²提高了3.26%,RMSE...     

南北地震带大地电流分布与地震活动关系探讨

利用中国南北地震带38个固定地电场台站观测数据,研究该区大地电流场流线和电流矢量的分布特点,分析了大地电流矢量场的涡度和散度,并联系动力学机制讨论了大地电流与南北地震带的关系,探讨地震活动与电流涡度时变的对应性。这是首次应用空间密度较高的地电场台站开展这方面的研究工作。结果表明:(1)大地电流线走向和汇聚特点与构造地块的运动特点具有某种一致性,在构造边界上大地电流矢量存在汇集及分异的现象;(2)大地电流汇聚和发散等现象与断裂构造相关,一般表现为流线沿断裂带走向汇集或发散,在断裂交错地区表现出较复杂的形态;(3)大地电流场涡度分布特点可作为大构造块体运移的电性指示,涡度随时间变化可能为某种地震前兆。