最不稳定层的确定及应用

以清远探空站资料为基础,对2003-2004年清远及其附近地区强对流(雷雨大风、冰雹、龙卷风,下同)日最不稳定层位置及状态进行了统计,并把最不稳定层同几个规定层进行比较,总结出三种主要的产生强对流天气的T-LnP图型,为强对流天气的预报提供了极为有利的参考。

中性和不稳定层结大气的孤立行波精确解

通过研究二维准动量无辐散、无摩擦层结大气非线性方程组的行波解问题证明，非线性行波解的本质属性是由参数ｂ的符号性质决定的。当ｂ＞０时，为周期解，其周期与相应的线性周期解的周期相等；当ｂ≤０时，为孤立波解。给出了一般行波解的解析表达式。并细致地研究了中性和不稳定层结大气中的孤立行波的特征，发现中性和不稳定层结大气中存在具有类似于飑线结构特征的孤立波。指出了中性和不稳定层结大气中的一般孤立行波物理量的分布特征。

云冈矿薄煤层开采不稳定层间距顶板破断研究

为研究薄煤层开采中不稳定层间距顶板破断规律,以云冈矿8411工作面为工程背景,采用力学结构理论分析,数值模拟计算,现场实施检验等方法进行研究。结果表明:薄煤层不稳定层间距煤层开采顶板破断符合散体破坏结构,岩块发生散体失稳滑落。数值模拟结果显示顶板结构强度低,无支撑作用,随着工作面的推进,顶板持续冒落,矿压显现微弱。通过对现场数据采集分析矿压规律,确定工作面初次来压步距为25.5 m,周期来压步距为21m,矿压变化规律与数值模拟结果相吻合。

不稳定层结在对流性暴雨中的作用

不稳定层结是对流性暴雨必要条件之一。这个条件包括:(1)不稳定层结的形成;(2)不稳定能量的贮存;(3)不稳定能量的触发释放和重建三个方面。

水平切变线上涡层不稳定理论

文中打破了传统的 Kelvin- Helmholtz研究切变不稳定的观点 ,考虑了强涡度切变存在时切变线已构成了一个涡层 ,这时切变线的不稳定问题就变为涡层的不稳定问题。同时考虑由涡层所产生的诱导速度 ,从理论上得到了水平切变线上涡层不稳定必要条件的判据 ,即必须满足 (1 - Rv+Rid) >0 ,且有 U(y,t) >U(A(t) )与之相配合。这表明环境场的配置制约着切变线上扰动的发展 ,这种中尺度扰动同环境场存在着相互作用。文中还用具体个例对如何计算不稳定必要条件做了解释和说明。

不稳定厚层泥岩顶板大跨度切眼支护技术研究

福城煤矿1302南切眼跨度大,顶板厚层泥岩破碎范围大、破坏严重,采用普通锚网支护技术巷道维护困难。基于此,论文研究了不稳定厚层泥岩顶板条件下大跨度切眼围岩内外承载结构控制原理,提出了高强锚杆(索)、高锚固点(大锚固范围)及高承载结构的"三高"支护技术,确定了以高强度长锚杆、加厚"W"钢带、钢筋网、高预应力长锚索梁及单体支柱的联合支护形式,实现了巷道围岩的稳定控制。

不稳定近地面层湍流的大涡模拟

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果 ,并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明 ,较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低 ,模式计算结果对次网格参数的依赖性减小 ,边界层整体特征得到更好的反映。同时 ,模拟出的近地面层通量 廓线关系及湍流速度特征与实际观测结果吻合甚好 ,表明模式具有反映近地面层平均运动和湍流特性的能力。

不同层序岩相中的不稳定带和岩石的特征变化

盆地形成的原因包括；构造圈深部地带物质的不稳定状态、软流圈厚度的增加和继而地壳厚度的减小。大多数沉积盆地均有一些高能不稳定层，反映了岩石特征的非线性交换。在不同岩石类型的不同深度，密度、孔隙度、水饱和度等的异常均不相同。决定异常存在的主要作用是岩石的构造一组分特征和导热性、导电性。采用与深度和ＰＴ因子一致的温度计算法来建立不同岩石类型和不同地球动力条件和热力条件下岩石特征变化的计算机模型或许是重要的。密度、孔隙度等的非线性变化决定了不同流体循环的环型流动的存在，不稳定层的预测是矿产预测之关键。

南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征

根据南海季风试验期间“科学１号”和“实验３号”在加密观测期间所得到的１天４次的探空观测资料，分析了南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征。结果表明：（１）南海北部季风爆发的日期是５月１７日，而南海南部季风爆发的日期是５月月～２２日左右，季风爆发在南海北部表现出与南部明显不同的特征，其突然的爆发性更为显著。（２）南海季风爆发前后，混合层高度的变化在南海南部与南海北部有明显的不同。在季风爆发前，都存在着明显的混合层，但其厚度不同。南海南部混合层的高度变化在 ９３０～９７０ ｈＰａ范围内，而南海北部偏高，约为 ９００～９８０ ｈＰａ。随着季风的爆发，混合层厚度减小，甚至消失。（３）南海季风爆发前后对流层中低层表现出明显不同的层结结构。季风爆发前，空气比湿较小，大气稳定，混合层顶高度较高，在对流层中存在一个明显的干层。随着季风的爆发，干层逐渐减弱，或趋于消失。这主要是由于季风爆发后，西南季风把大量暖湿空气输送到南海地区，对流活动增强，大气呈现不稳定层结并伴有降水发生的结果。

2次台风外围强对流大风天气对比分析

【目的】为提高台风外围强对流大风预报预警能力。【方法】利用常规气象观测资料和ERA5再分析资料等对2个差异较大的台风在广西造成台风外围强对流大风天气的环流背景、环境条件和雷达回波特征等进行对比分析。【结果】(1)前者的主要影响系统是副高南侧边缘和台风西北侧偏东气流中的东风波动,后者的主要影响系统是台风倒槽,受台风外围环流影响,近地面层风的辐合有利于对流触发;(2)较好的水汽条件和不稳定层结为其发生发展提供了良好的环境条件,2次过程的触发机制略有不同,辐合线位置的差异导致对流初生位置的不同,影响广西的范围也不同。【结论】CAPE值和DCAPE(600 hPa)值等的差异预示着前者对流发展潜势强于后者,所伴随的天气现象也有所不同。雷达回波上的弓形回波和后侧入流急流带来大风天气,大风出现前回波顶高度和最大反射率因子高度不断下降,对大风的出现具有较好的指示意义,单体移速的不同导致大风出现的强度也不同。

温度层结对城市街区流场及污染物扩散影响的数值模拟研究

采用标准k-ε湍流模型研究了温度层结对三维街区流场和污染物扩散的影响。结果表明,温度层结对街区流场和污染物均有一定影响。随着不稳定性的增加,气流涡旋中心向地面靠近。中性温度层结下,污染物随着街区内的涡旋先向背风侧迁移,然后主要随气流向下游迁移,很少向上游街区迁移。而不稳定温度层结下,上游街区污染物浓度也随之增加。根据污染物通量分析可知,建筑物顶面污染物的湍流通量均为正值,且随着不稳定性的增加而显著增加,湍流在污染物扩散过程中起着积极的主导作用。建筑物侧面污染物的横向传输主要是由对流运动主导,湍流输送作用相对较小。

台风“温比亚”造成河南特大暴雨诊断分析

2018年8月17—19日受第18号台风“温比亚”影响,河南省东部地区出现了历史罕见的极端暴雨天气,由于台风低压18日凌晨进入河南以后移速明显减慢,在河南境内滞留长达40 h,给河南带来了强的风雨天气,其中有8个国家气象站日降水量突破建站以来历史极值。为了全面认识台风低压长时间滞留及豫东极端暴雨发生发展机制,利用常规探空和地面观测数据以及NCEP 1°×1°再分析资料,从环流背景、大气稳定度、动力、热力、水汽等方面对2018年8月17—19日台风暴雨过程进行了全面细致的诊断分析,结果表明:强降水中心位于距低压约250 km处的螺旋云带内,强烈发展的斜升气流是产生强降水的根本原因;过程发生前大气已具备强对流发生发展的能量及不稳定条件,倾斜发展机制长时间维持并伴有充足的水汽供应及强烈辐合上升运动,且不断有对流单体生成、合并发展为较强雷暴单体,以及强回波长时间稳定少动等是产生强降水的直接原因。高层引导气流变弱、中低层高压带阻挡,使得台风低压在河南境内长久徘徊。将商丘站的相关环境参数标准差倍数与历年出现暴雨时的平均值和最大值进行对比发现,本次过程各环境参数标准差倍数明显高于历年平均值,且部分达到历史最大值,具有一定极端性。

2021年主汛期包头连续两次暴雨天气过程对比分析

2021年8月包头发生连续两次暴雨天气过程,对比分析了两次过程的降水实况、环流形势和抬升、水汽、层结等方面条件,并对模式检验情况和气象服务情况进行了比较分析。表明高空槽或高空低涡是有利暴雨出现的高空形势,低空切变线是暴雨的触发条件,地面倒槽或气旋有利于低层气流的辐合抬升,持续且充足的水汽、强烈的上升运动和不稳定层结同样不可或缺。EC模式在降水起止时间上把握较准确,但对具体位置和极端性估计不足。

乌鲁木齐机场一次间歇性雷雨天气过程诊断分析

本文利用1˚ × 1˚的NCEP再分析资料,通过对环流形势及影响系统、不稳定层结、水汽条件、抬升触发机制等方面进行初步诊断分析。结果表明:1) 本次天气过程的环流背景:西西伯利亚低涡稳定在80˚E60˚N附近,不断分裂短波槽影响北疆。地面冷高压主体位于乌拉尔山–咸海一带,其前部不断分裂冷空气堆积在巴尔喀什湖南侧,随后逐步入侵北疆,15日~16日,冷高压主体逐步东移,冷空气进一步补充再次影响北疆大部。2) 本次天气过程具有持续时间久但不连续,覆盖面积广且局地性强的特点。3) 高低空影响系统近乎垂直,大气层结易形成“上冷下暖”的热力不稳定状态。4) 对流层中低层巴尔喀什湖南侧偏西、西南气流,涡后脊前西北气流为北疆区域输送了一定的水汽。5) 垂直方向上风向随着高度先顺时针旋转再逆时针旋转,说明低层有冷平流,中层有暖平流,表明大气层结处于位势不稳定状态,有利于强对流天气的发生与维持。6) 对流层低层转为西北风或西北风风速增大,有利于与地形结合,促进垂直上升运动,触发强对流天气。

2022年6月延边州短时雷暴强降水天气分析

利用地面、高空及常规观测、探空、MICAPS(气象信息综合处理系统)资料,对2022-06-21T20:00—06-23T08:00(北京时间)延边州短时雷暴强降水天气进行分析。结果表明,这次雷暴强降水是在副高后部西风槽影响下产生的,在副高西进北抬前部,584线大幅北抬至37°N附近期间,西南急流较长时间存在和维持将水汽向降水区不断输送;雷暴强降水区域位于底层850 hPa槽前,槽前暖湿空气向上抬升产生辐合为雷暴强降水提供了很好的动力抬升条件;分析探空资料发现,在雷暴强降水开始前,底层的逆温层使静力得以有效积累,逆温层被破坏后,对流得以较强爆发。

2022年4月下旬江西地区一次大范围强对流天气过程分析

选择常规气象观测资料、雷达探测资料、NCEP分析资料等相关资料分析了2022年4月下旬江西地区一次大范围强对流天气过程。结果显示:此次江西省强对流天气过程是在高空槽、西南急流、中低层切变线、地面气旋等天气系统共同作用下产生的。“上干下湿”和低层辐合的环流形势为此次大风、雷暴天气的形成提供了有利环流背景。高空分流区分布在江西北部区域,该地区还位于低槽前部,形成高空辐散、低空辐合的形势特征,在低空西南急流的作用下,有许多水汽和不稳定能量持续向江西输入,推动了大风、暴雨天气的形成。

2020年石嘴山市一次暴雨过程的诊断分析

主要利用常规气象资料、NCEP 1°×1°再分析资料及多普勒雷达等气象资料,对石嘴山市2020年8月11日暴雨天气过程主要影响系统、降水过程发生前后其影响区域的动力、热力、水汽等物理演变特征进行了天气学诊断分析。结果表明:此次石嘴山市暴雨天气过程是由500 hPa冷槽,700 hPa暖式切变线、低空急流共同影响形成的;其中,上干冷、下暖湿的不稳定层结,低层辐合高层辐散是本次暴雨发生和维持的主要指标,从雷达回波来看,此次降水为层状云与对流云叠加的混合型降水,是由新的对流单体不断产生使回波发展引起的。

浙江省2021年"5·10"强飑线过程分析

针对2021年5月10日夜间强跑线过程,利用全球气候模式第5代大气再分析数据集(ERA5)再分析资料、FNL再分析资料和每小时地面自动气象站观测资料,从天气形势、雷达回波演变特征、地形条件、水汽和大气层结等方面进行分析。结果表明:(1)此次跑线过程是在高层急流增强、500hPa中高纬脊前干冷平流输送、低纬小槽东移、低涡加深发展的天气背景下产生的,低涡南部高温高湿区在切变线和地形辐合作用下抬升,配合高层辐散形成较强的垂直运动,中尺度系统生成并组织发展成为跑线。(2)鄱阳湖附近有呈西南一东北向分布的低海拔狭长带,容易形成地面风向辐合。高空槽从高海拔地区东移至该地,低涡发展,低层切变线叠加在地形作用形成的地面风向辐合上,使得抬升作用增强,配合鄱阳湖附近充沛的水汽条件,对跑线的触发和组织化发展具有一定的正向贡献。(3)来自南海的水汽输送增强以及水汽在赣浙交界的辐合抬升作用,为强对流过程的发生发展提供了有利的水汽条件。(4)显著的上干下湿环境场、低层高能量储备、较大的高低空温差以及明显的垂直风切变容易形成较强的不稳定层结,其与雷达回波之间有一定的对应关系,对于跑线的发生发展有一定的追踪和指示意义;这些不稳定层结条件对强跑线的触发、组织化发展以及跑线南侧列车效应生成中尺度对流系统有明显的增幅作用。

广东2008年罕见“龙舟水”特点及成因诊断分析

2008年5月下旬末至6月中旬,广东出现了历史罕见的持续时间长、范围大、强度强、灾害重的暴雨到大暴雨降水过程,并有4个明显降水期。诊断分析发现:过程是在亚洲中纬度两槽一弱脊,东槽明显的平均背景场产生的,副高较弱位置较东,南支槽活跃,每一强降水期与一次西风槽的影响相联系,高空急流和低层切变线的南压过程配合一次强降水的发生;低空急流的最大风速变化与暴雨的发生同步,降水的减弱期伴随低空急流的向上抬升;过程的水汽源于孟加拉湾和南海,而以前者为主,水汽的辐合主要发生在华南沿海;龙舟水期间存在两个明显的局地经向环流,低层的两股气流在20～25°N区辐合抬升为持续性强龙舟水的产生提供了稳定的上升运动背景;4个主降水期有3个是在层结不稳定的条件下出现暴雨。