凝结潜热释放对温带气旋相对涡度倾向的影响

潜热释放的作用在温带气旋的研究中一直是研究的重点。江苏省气象台沈阳等以一个产生极端降水的温带气旋为研究对象,基于全型涡度方程,计算了凝结潜热释放对气旋相对涡度倾向的贡献。结果表明,对流凝结潜热加热率最大可达稳定凝结潜热加热率的40倍。两类潜热加热中心均位于700 hPa以上,加热率垂直梯度在对流层低层为正,因而在加热中心下方形成正涡源中心。对流凝结潜热垂直梯度引发的涡度倾向比稳定凝结潜热高出1个数量级。虽然总的凝结潜热水平梯度引发的涡度倾向可以贡献气旋涡度实际增长值的65%,但对流凝结潜热垂直梯度的贡献高达其2倍。凝结潜热释放不仅能够直接引发涡度倾向,亦可通过改变位温梯度,进一步造成涡度倾向。

青藏高原低涡群发性与10～30天大气低频振荡关系的初步研究

通过统计1998年和2003年5-9月500 hPa高原低涡出现的时空位置和频数,确定出1998年和2003年的低涡群发期,着重讨论1998年夏季500 hPa相对涡度场、射出长波辐射（OLR）的10-30天低频振荡特征。结果表明：高原低涡的发生具有群发性特点,低涡群发期的出现具有周期性特征。低涡群发期与10-30天大气低频振荡有密切联系,尤其是10-30天振荡对低涡的群发具有重要影响。绝大多数高原低涡出现在10-30天大气低频振荡的正位相（气旋性）位相期和对流扰动的负位相（对流性）位相期,高原低涡群发期几乎都对应相对涡度10-30天振荡的气旋性位相期。10-30天大尺度正涡度的扰动为高原低涡的发生和维持提供了气旋性旋转的动力条件,促使高原低涡在扰动正位相期频繁发生,大气相对涡度的10-30天振荡对高原低涡的群发性具有重要的调制作用。青藏高原地区对流活动10-30天振荡的对流性位相是以低涡的群发为主要特征,高原低涡在对流位相期反复、连续地发生、发展,促使对流扰动活跃发展。

基于卫星高度计和浮标漂流轨迹的海洋涡旋特征信息对比分析

本文基于Chelton提供的涡旋数据集和浮标漂流轨迹提取的涡旋结果,对1993 2015年的全球涡旋进行特征信息对比分析。结果表明,在全球范围内高度计涡旋数据集中的欧拉涡旋和浮标漂流轨迹提取的拉格朗日涡旋的配对成功率在空间分布上并不均衡,在中纬度(20°-60°S,20°-60°N)配对成功率最高可达25%,而在20°S-20°N区域内配对成功率不到10%。由于低纬度地转效应并不显著,卫星高度计无法有效观测到涡旋,但通过浮标漂流轨迹识别出的拉格朗日涡旋却大量存在,这说明在低纬度区域内,采用漂流浮标手段对涡旋进行观测,能够有效地弥补卫星高度计识别涡旋的区域限制。进一步分析表明,总体而言,提取的欧拉涡旋半径要大于拉格朗日涡旋闭合回路半径。两种识别方法获得的涡旋(闭合回路)在20°-50°S,20°-50°N的副热带和中纬度海区半径大致相当;20°S-20°N度以内(特别是近赤道区域)、高纬度区域以及西边界流区域,欧拉涡旋半径是同期拉格朗日涡旋闭合回路半径的3倍或更多。此外,对配对涡旋的Rossby数分析结果显示,拉格朗日涡旋较小的闭合回路对应较大的平均相对涡度,这表明浮标在被中尺度涡俘获后,更容易在相对涡度较大的地方(如中尺度涡中心、中尺度涡边缘等)形成闭合回路。

大气湿位涡影响夏季江淮降水异常的机理分析

利用欧洲中心再分析资料(ERA-40)中1958—2001年气象场资料(世界时00时),分析了降水异常年850 hPa湿位涡及其分量差异的原因。结果表明,降水异常年湿位涡和湿位涡正压部分的差异主要是由水汽的垂直分布差异引起稳定度的变化所致,而相对湿位涡和湿位涡斜压部分的差异,分别主要是由垂直涡度及纬向风的垂直切变和暖湿气流的经向切变所致。另外,还利用湿位涡的正压部分和斜压部分讨论了江淮夏季850 hPa大气性质的变化,结果表明,近50年来,大气对流不稳定减弱,而斜压不稳定增强。

一个六层亚洲有限区域模式及对一次西南涡过程的数值模拟

本文介绍的六层亚洲有限区域模式包含了地形作用和地面摩擦、动量、热量和水汽的水平和垂直方向扩散过程(其中包括了下垫面感热作用)、水汽凝结潜热、云和辐射作用以及积云对流等物理过程。并运用新的有效的计算气压梯度力的方法。为减少青藏高原引起的σ面上的初值(由 p 面到σ面)的插值误差,用了初始时刻的迭代插值方法。另外,利用上述模式,以1981年7月11日12时客观分析为初始场,对青藏高原背风坡地区的西南涡形成过程进行了数值模拟试验,较成功地研究了青藏高原动力作用对西南涡形成和发展过程的影响,模式还较成功地模拟出在西南涡形成过程中在我国西南地区低层西南风急流的迅速形成和维持过程。如果降低模式地形高度(如将青藏高原降至3000m 以下),地形的坡度也变小了,西南涡的模拟就不能成功。本模式所用的新的气压梯度力的计算方法,使预报效果得到了改进。

一次局地特大暴雨湿位涡的中尺度分析

利用一个考虑陡峭地形的１６层η坐标模式对１９９０年８月１４－１５日发生在湖北省远安县的一次局地特大暴雨过程进行数值模拟。在较成功的控制试验基础上，利用该模式输出结果研究了本次暴雨过程湿相对位涡的演变特征。结果显示，在暴雨发生发展阶段，有强的湿相对位涡负值中心相伴随。对湿绝对位涡方程的诊断分析表明，在暴雨发展阶段，湿位涡变率为正，说明此时对流不稳定已有较强释放，这时起主要作用的是网格尺度铅直通量辐合和次网格尺度的扭转效应；在暴雨消亡阶段，湿位涡变率为负，这主要是由气旋性涡度加强较快所致，对其起主要作用的是网格尺度的水平通量辐散和次网格尺度的铅直通量辐散。

一次北上江南气旋的结构特征与演变机理分析

利用常规的高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了一次北上的江南气旋降水分布、生成环境、结构特征及气旋发展和移动的成因。结果表明:(1)气压场形状和强降水落区的演变类似于Shapiro-Keyser气旋模型。(2)江南气旋发生并向北发展,表现为250 hPa高空辐散,500 hPa西北槽与高原东部槽东移合并、下游脊加强环流的背景。(3)这次气旋虽然没有出现Shapiro-Keyser气旋模型中明显的暖锋后弯现象,但在低压中心附近存在弱的暖核,该核主要位于850 hPa以下层次。(4)当正相对涡度区随高度向西倾斜、地面气旋中心西侧的冷锋锋区增强、高层相对涡度值增大时,气旋处于快速加深过程中;当高低层正相对涡度中心几乎垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋缓慢发展。(5)暖湿气流向北发展和垂直于暖锋的次级环流加强使得暖锋附近的降水增强。(6)用准地转ω运动方程诊断得到,在气旋的初生阶段,地面气旋上空垂直上升速度几乎为0,气旋基本不发展;但其下游暖平流和高低层涡度平流差值大,有利于气旋快速向东北方向移动。在气旋发展阶段,地面气旋上空垂直上升速度加大,气旋快速发展,但其下游暖平流和高低层涡度平流差值减小使得气旋移速缓慢。在气旋发展停滞阶段,地面气旋上空垂直上升速度微弱,气旋发展趋于停止,且其下游暖平流和高低层涡度平流差值继续减小,气旋移速进一步变缓。

西北地区东部强降水过程与大气低频振荡关系分析

利用Butterworth带通滤波器对降水量、风场、相对涡度、OLR进行了30~50天滤波处理,分析了西北地区东部强降水低频特征及与大气低频振荡的关系。结果表明,2012年5—9月期间该地区降水主要集中于6月中旬至9月中旬,尤其集中于6、7、8月的月末,降水存在30天左右的周期振荡,强降水均发生在低频滤波曲线的正位相时段。西北地区东部强降水过程均发生在低频偏南气流与低频偏北气流汇合后低频偏南气流时段;正好出现在相对涡度30~50天低频振荡的正位相期及附近;大多发生在对流扰动的负位相区,也就是强对流活动区,其中45°N以南的负位相对流振荡向南传播及该地区西面的负位相对流振荡向东传播到此,共同形成了该地区的强降水过程。应用大气低频振荡方法对西北地区东部强降水过程进行预报,近4年预报准确率在67%以上,预报时效在1 0~30天,有效地衔接了天气与气候预报的时间缝隙。

离心泵作液力透平叶轮出口滑移系数的解析计算方法及验证

为了通过理论的方法准确预测液力透平的性能,该文分析了叶轮内部相对环流流动的特征,提出了3种计算离心泵反转作液力透平叶轮出口滑移系数的方法,得到了相应的叶轮出口滑移系数解析计算公式,然后采用10组离心泵反转作液力透平的试验数据对所提出的滑移系数计算公式进行验证,最后得出与试验结果较为吻合的解析公式。结果表明:当假设叶片工作面上的相对涡诱导速度与叶轮出口边上的相对涡诱导速度的比值等于叶片和涡心所张曲边三角形的面积与叶轮出口边和涡心所张曲边三角形的面积之比时,得到的液力透平叶轮出口滑移系数的计算公式最准确,可用于较准确地预测液力透平的性能。在计算液力透平叶轮内的滑移时只需计算叶轮出口的滑移。该研究结果为更加精确地通过理论方法预测液力透平的性能提供了参考。

东北地区两次历史罕见暴风雪天气过程的分析

使用地面和高空观测资料、NCEP/NCAR再分析的格点资料和WRF中尺度数值模拟结果,对1983年4月29日黑龙江省暴风雪天气和2007年3月3—5日辽宁省暴风雪天气过程进行了分析,阐明了暴风雪天气发生的环境条件及其出现的时间和位置特点,对天气预报和防灾减灾有重要意义。研究结果表明,两次有史以来最猛烈的、大范围的、持续性的暴风雪天气的影响系统为爆发性气旋,气旋在300 h Pa南支急流出口区北侧和北支急流入口区南侧之间的区域爆发性加深,气旋中心的海平面气压24 h平均加深率分别为1.2 h Pa·h^(-1)(观测)和0.71 h Pa·h^(-1)(模式)。单站上空风随高度顺转,风速随高度增长,4.5~8 km出现等风速层,对流层存在显著的垂直风切变。对流层高层辐散低层辐合,上升运动由于暖平流和高空辐散抽吸而发展,贯穿整个对流层。暴风雪天气主要出现在地面气旋中心区域的西部和北部,其中气旋中心西偏北方向110 km附近气压梯度最大的地方,出现7~9级的偏北风,12 h降水量达到20~35 mm,是暴风雪天气最猛烈的地方。在地面气压下降最快的时期,地面风速急剧增长,降水强度达到最大。9~10级东南风出现在气旋中心的东南方向约300 km,近地面有暖湿空气的入流急流。在气旋中心正北方3~5个纬度的范围内,仍有较强的暴雪和大风天气,出现暴风雪时的风力为6~7级,大部分测站的最大风出现在降水结束后。使用VAPOR对两次过程的风速进行三维显示,结果表明,风速大于25 m·s-1的区域在两支急流之间从对流层高层伸展至近地面,说明暴风雪天气过程中的地面强风能量来源于对流层高层大气。

南海中北部秋季低空偏东急流分布特征及其形成的机制

借助Biot-Savart定律和二维涡度方程以及美国国家环境预报中心的数据资料,分析了海陆分布的下垫面热力差异与南海中北部低空急流发生和发展的关系。分析结果表明:南海中北部的低空急流由秋季出现在海陆交界处的偏东强风带南移加强而致,最大风速层出现在925 h Pa附近,其形成与海陆热力差异增大有关。进入秋季后,由于太阳辐射的季节变化及北下冷空气的双重作用,东亚大陆近地层的温度下降迅速,而南海洋面温度变化极小,南北温差加剧。两地近地层温度的相对变化,加大了大气上升和下沉运动,使得东亚大陆负相对涡度及南海地区的正相对涡度均得以增强。由Biot-Savart定律可知,东亚大陆和南海地区之间相对涡度通量的加大必将于南海中北部对流层低层诱导出强的辐合风速,形成带状偏东风急流。由于南海南部的涡通量大于东亚大陆地区,因此南海南部高温正涡中心所诱导出的水平速度是构成南海中北部低空急流的最主要分量,而来自东亚大陆低温负涡中心的贡献居次。

2018年8月西北太平洋热带气旋频数异常的成因分析

基于中国气象局"CMA-STI热带气旋最佳路径数据集"、欧洲中期天气预报中心ERAInterim逐月再分析资料,利用1979-2018年热带气旋生成指数中与西北太平洋海域(包括南海海域)8月TC生成频数相关性较好因子,定量分析了2018年8月环境场因子异常的情况与可能原因,并讨论其影响该月台风数量异常偏多的物理机制。结果表明:850 hPa相对涡度和600 hPa相对湿度与西北太平洋海域8月TC生成频数的相关关系最好。2018年8月,相关较高区域的850 hPa相对涡度与多年平均值最大正距平达0.25×10-4/s,600 hPa相对湿度高于多年平均值8%~10%。2018年8月,西北太平洋副热带高压(副高)位置偏西偏北、北印度洋至我国南海大范围海域西风正异常、南海海域经向风正异常、水汽通量正异常,以及季风槽的位置决定了850 hPa相对涡度因子和600 hPa相对湿度因子正异常的出现,触发对流活动的增强,并通过风驱动海面热量交换机制为TC中潜热释放提供所需的能量供应,最终导致TC生成频数偏多。

青藏高原春季地表感热异常对西北地区东部降水变化的影响

利用青藏高原地区代表站点的实测地表热通量数据、JRA-55和NCEP再分析资料以及中国西北地区东部代表站点的降水资料等数据,通过波文比分析、奇异值分析(下称SVD)以及环流场的合成分析等方法,研究了青藏高原地区春季地表加热场异常与同期中国西北地区东部降水变率的关系,结果表明:(1)高原春季波文比值的变化反映出高原地表的非绝热加热中,春季感热加热的贡献较为显著,是高原春季地表加热的主要成分;(2)SVD分析表明,春季高原地表感热的异常与同期中国西北地区东部的降水存在负相关关系,春季高原地表感热增强的年份,中国西北地区东部的春季降水减少;(3)春季地表感热强-弱年的高原周边垂直环流偏差场表明,春季高原地表感热的年际异常增强(减弱)会引起高原周边地区的垂直环流场上升气流的减弱(增强);(4)相对涡度场、位势高度场、风场和水汽通量散度场的合成分析表明,春季高原地表感热偏强的年份,中国西北地区东部对流层高层以正涡度和气流的辐合运动异常为主,中低层以负涡度和辐散下沉运动异常为主,因此中国西北地区东部春季的水汽辐合由低层向高层逐渐减弱,不利于春季降水的发生。

等熵面和湿等熵面倾斜发展的诊断分析

利用等压坐标系中的热力学方程和水汽方程推导出可以诊断分析等熵面(等位温面)和湿等熵面(等相当位温面)倾斜变化的倾角方程。等熵面倾角的局地变化由倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项共同决定,而影响湿等熵面倾角局地变化的强迫项除倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项之外,还包括垂直热量通量切变项。NCEP/NCAR实时分析资料的分析结果表明,大气斜压性、相对垂直涡度与等熵面和湿等熵面的倾角密切相关,它们的正高值区互相重叠;垂直风速切变项,特别是垂直速度的经向切变项是影响等熵面倾斜发展的主要强迫项,而纬向和经向风速的垂直切变项对湿等熵面倾角演变的贡献最大。

近10a西北太平洋海域登陆台风的环境场特征分析

对1995～2004年5～10月西北太平洋海域登陆台风的大尺度环境场的特征进行了分析。结果表明：海表温度（SST）在台风发生的区域要高于周围其它区域,而且都在26.5℃以上,即高的海表温度有利于台风的发展;在台风的发现点主要集中的区域范围,相对涡度几乎都为正值,正的相对涡度有利于台风的发展;对流层中层相对湿度大,有利于上升浮力和潜热释放的维持,使热带气旋得以发展;弱的环境风垂直切变有利于台风强度的增大,并且两者之间的影响存在着一定的时间滞后。

地形强迫对西边界流的影响探究实验

文章实验旨在利用实验室转台、常角度倾斜斜面、圆柱形障碍物以及水泵来模拟西边界流和海底地形.利用PIV粒子图像测速技术探究表层流场,并讨论当地形障碍物位于不同位置时,西边界流的流态变化及能量分布情况,进而探究流域中涡旋的产生位置、传播路径和涡周期.实验结果表明正压条件下入侵西边界流的地形障碍物能够在其下游产生涡动能较大的流动并可认为是黑潮延伸体模型,并且由于此流动具有强烈的不稳定性,有非定常涡旋在此产生并传播;另外,不同位置的地形障碍物也可能导致西边界流分叉,产生回流流涡,进而使得西边界流流量以及能量分布发生变化.

西北太平洋多台风事件气候特征及其可能形成机制

利用1945—2018年美国联合台风警报中心JTWC台风最佳路径资料,定义并系统分析了西北太平洋多台风事件时空分布气候特征和可能形成机制。结果表明:西北太平洋多台风事件(MTYE)主要发生在7—10月,其生成源地关键区位于西北太平洋135°~180°E的12°N附近。相对于单独发生的台风,多台风事件的台风平均强度更强、生命期更长。多台风事件的台风频数占总台风频数的比例以年际变率为主,并有一定的增长趋势。多台风事件强年对应于中东太平洋热带和北半球副热带海温显著增暖,通过Gill型Rossby波响应和Walker环流异常,在西北太平洋产生大气低层相对涡度正异常、中层相对湿度正异常和垂直东风切变异常,为多台风的生成提供了重要的气候背景,季节内多时间尺度瞬变涡旋动能的增强也有重要贡献。

非间断面的锋面坡度公式及其应用

1引言尽管实际的锋并不是温度的零级或一级不连续面,但为了数学处理方便,以往推导锋面坡度公式时,总是理想化地把锋当做温度或温度导数的不连续面,所得锋面坡度公式是近似公式,虽然可以解释锋面附近的风场,但不能解释锋面附近的垂直运动.

8807号台风与云图分析

近海台风的发生发展往往会造成猝不及防的损失。8807号台风正是一个对我市乃至浙北地区影响明显的近海发展台风,它生成的位置距我市临海仅400公里;它的强度变化快,生成后12小时内中心风力由9级增强到12级,气压由990 hpa 加深到980 hpa;移速快,从形成到登陆象山县林海乡仅仅只有15小时;影响大,本市采取种种防范措施但仍有许多灾情出现。这里我们主要根据 GMS 云图对8807号台风的发生发展及移动路径进行初步分析。

预报瑞典南部雷暴的热力学指数

1.引言本文对瑞典气象和水文研究所(SMHI)使用的某些热力学指数作预报雷暴的有效性进行了研究,这些指数主要用于作有/无(Y/N)雷暴预报的指标,在瑞典新的预报系统中(PROMIS)也要求一种雷指数。在思路上,这种方法不仅是可做出有/无雷的预报,而且也可以得出闪电频率的指示。