热带气旋内中尺度波动的不稳定机理研究进展

在回顾了近年来热带气旋波动动力学研究的基础上,介绍了热带气旋内中尺度波动不稳定机理研究方面的进展,分别对热带气旋三类中尺度特征波动的不稳定,即经典重力惯性波、涡旋Rossby波和具有物理性质不可分的混合波的不稳定进行了物理分析,给出了热带气旋内对称不稳定、横波不稳定、对流对称不稳定、涡旋Rossby波正压不稳定及混合波不稳定的动力解释,进一步说明热带气旋内中尺度扰动发展是与基本气流的动力(水平和垂直切变)及热力状态之间的相互作用密切相关。

南海中尺度波动现象研究进展

Kelvin波和Rossby波是经常出现于海洋中的边界波;南海的复杂岸线、陡变地形和热盐场时空结构的不均匀性具有形成强迫Kelvin波和地形Rossby波的条件。现有研究表明,南海大部分中尺度涡形成于东部一些较大岛屿附近;这些中尺度涡一旦形成后,就在β效应作用下向西移动并最终耗散于西边界,且其波动一般以Rossby波的形式向西传播。因此,南海环流的多涡结构与中尺度波动之间存在着一定的联系。在南海北部,中尺度涡主要由黑潮入侵和风应力旋度所诱生,而在南海南部而以风应力旋度为主要成因。提出了利用线性波动动力学模式来研究南海南部中尺度波动、分析风应力强迫所产生的中尺度波动特征和规律,并据此建立相应的数值模式来揭示该海区环流的动力学和热动力学机制的思路,以便了解该海区流场季节性变化与中尺度波动之间的内在关系。

中尺度大气波动的波谱和谱函数——数学模型和计算方法

作者得到了准二维Boussinesq方程组,并用其研究了中尺度大气波动的波谱和谱函数。在一定条件下对该方程组线性化并取标准模后,可将其初边值问题转化为矩阵的广义特征值问题来进行数值求解,这样就可知原问题波谱和谱函数的性质。当无基本流且取地转参数、层结参数为常数时,可求得其波谱和谱函数的解析解。此时该模式中仅包含有一对重力惯性内波模态,且各模态均是简谐波;模态越高,垂直波数越大则波动传播得越慢,所有的模态均为离散谱,并存在聚点。对此作者用数值解作了验算,结果表明,该数值求解方案合理可行,对不太高的模态其精度也令人满意。在无基本流然而考虑层结的垂直变化后,则一般无法求取解析解,为此进行了数值求解。这时该模式仍仅包含有一对重力惯性内波的离散谱模态,不过由于层结参数的变化,各模态结构与简谐波出现了偏差。

近几年中尺度动力学研究进展

近几年,中尺度气象由于在逐日天气预报中的重要作用和在气象灾害预报中的显著贡献,已经成为一个热门的研究课题。中尺度气象研究并预测中尺度天气系统的发生发展及其引发的灾害性天气,如暴雨、冰雹、龙卷风等。本文主要总结了2007年以来我国在中尺度研究中取得的显著性成果。主要包括:波动、涡旋、锋面、稳定性、Q矢量和不变量。在波动方面包括重力波的形成和传播的研究,包含旋转Rossby波、混合低频旋转Rossby波和高频惯性重力波在内的台风波动以及考虑水汽作用的中尺度波作用守恒。涡旋部分主要介绍了青藏高原低涡(TPV)和热带气旋内部的涡旋问题。除了涡旋之外,锋面在中国也是一个关键系统。在锋面方面的进展有:梅雨锋中的?中尺度双雨带机制的产生和维持的实验性研究,以及基于广义位温的锋生函数的提出,这些成果使得对锋生过程的描述更接近于实际大气状况。在不稳定问题上,主要介绍了采用Energy-Casimir方法建立的拟能量波作用方程和基本气流具有线性和非线性切变时的横波扰动的不稳定。关于Q矢量,介绍了从地转Q矢量,半地转Q矢量到非地转Q矢量,非地转湿Q矢量的发展,以及由湿地转Q矢量和垂直风切变耦合得到的新型散度方程。最后,讨论了有关质点的两个不变量位温和位涡的相关研究新进展。

非对称型强飓风中的准平衡流特征分析Ⅱ:波动结构

利用非对称波分量分解和小波分析的方法,对准平衡动力模型下非对称强飓风内中尺度波动的空间结构和时间序列特征进行分析.结果表明,平衡流场中1波扰动占主要地位且具有涡旋Rossby波的典型结构特征,准平衡流各波数下扰动的空间分布反映了中尺度波动的混合性质;模式大气和准平衡垂直运动的全局功率谱中,超过信度检验的强波动信号中不仅包含分别表征重力波和涡旋Rossby波的高频和低频波动信号,还存在表征具有物理性质不可分特性的混合涡旋Rossby-重力波的中频波动.混合波的出现建立了不同频段波动之间的能量交换通道,其信号的变化对飓风系统的强弱变化具有一定的指示作用.非平衡垂直运动的波动强信号则主要集中在高频和低频区域,反映了在飓风强度变化情况下,与高频重力波有关的快波调整过程所引起的垂直扰动的振荡和传播.强垂直风切变对飓风内中尺度波动的切向和径向传播具有重要影响,当环境垂直风切变很强时,准平衡1波扰动在径向和切向方向上均呈"驻波"形态,随着环境垂直风切变的减弱,1波扰动以混合波波速逆基本气流传播.

2008年初肇庆罕见持续低温阴雨天气的成因

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR的再分析资料及数值预报产品等,从大气环流形势特征、冷暖空气活动和中尺度南支波动、单站要素变化特征等方面,对2008年1月13日-2月2日肇庆低温阴雨天气的成因,以及2月3日转折天气的预报技术进行初步探讨,结果表明,大气环流异常是罕见的持续大范围低温雨雪冰冻天气发生的主要原因;把单站要素变化特征与大型环流演变结合,将会提高分析、预报能力;日本数值预报产品对肇庆低温阴雨结束期的环流形势预报效果较好。

Parameter identification of internal wave and mesoscale eddy

A simplified parameter identification algorithm for the inverse refractive indexes of the mesoscale eddy and the internal wave in the ocean is proposed by researching into the incident field and the scattered field that comprise the total field of a wave in the ocean, considering that the total field and the incident field satisfy the Helmholtz equations and the scattered field conforms to the Sommerfield radiation condition. Two examples for the calculation of refractive index and inverse refractive index respectively of the mesoscale eddy and the internal wave demonstrate the applicability of the algorithm.