一元等熵恒定气流理论的追溯和解读

为了正确灵活应用一元等熵恒定气流理论及相关公式,创新性地解决航天、航空、节能环保等领域中的现实问题,对连续方程、运动方程、状态方程、能量守恒方程和动量守恒方程等主要特征方程进行了追溯和梳理,介绍了这些方程的来历、适用条件及有关参数的单位,可为同行借鉴。

“强降水和黄海气旋”中的干侵入分析

利用GOES-9卫星6.7μm的水汽图像资料、等熵气流、位涡(IPV,MPV1)、sθe等物理量,对2003年梅雨期的一次强降水过程进行了分析,以揭示干侵入在强降水和黄海气旋中的作用。分析结果表明:(1)水汽图像暗区动态对强降水、温带气旋发展有很好的预报指示意义。(2)叠加了相对湿度场的垂直气流的发展、变化特征能清楚地反映干侵入与强降水的关系,对短时预报有一定指示意义,干侵入对强降水起激发作用。中层以上的干区与水汽图像暗区十分吻合。(3)sθe=340K等熵面上的气流能较好地反映对流层中上部的干侵入特征,sθe=330K等熵面上的气流能较好地反映黄海气旋发展特征。沿等熵面高脊区的下滑急流与水汽图像暗区相当一致。IPV大值区的发展变化与气旋快速生成、发展关系较好,IPV分布能较好地反映干侵入特征。(4)等压面上的MPV1空间、时空剖面均能很好地描述干侵入的演变特征。当MPV1≥0.4 PVU的区域向下伸展时,在其以南约2个纬距处出现强降水。(5)对气旋附近的强降水,干侵入起逐渐加强作用;对远离气旋区域,MPV1大值区域与强降水突然出现几乎是同步的,说明MPV1所反映的干侵入特征对强降水的作用在气旋附近与远离气旋区有所不同。强降水出现在sθe陡峭和密集区中。

东北冷涡的结构及其演变特征的个例综合分析

利用NCEP再分析资料、FY-2C、CloudSat云探测卫星和实况观测等资料对2009年6月27—30日出现的东北冷涡的热力动力结构、三维流场和云系演变特征进行了分析,并初步探讨了冷涡的发生、发展机理。结果表明:该冷涡冷心结构最初始于高层,随后逐渐向下伸展。成熟阶段的冷涡,对流层整层为冷心结构,冷中心位于对流层中高层,其上即平流层低层为暖心结构,中心东西两侧上升气流随高度向外倾斜,经向风趋于对称。发展初期温度槽落后于高度槽,且轴线向西倾斜,斜压性特征明显;至成熟阶段,温度中心与高度中心趋于重合,轴线近于竖直,显示出正压的特征;到减弱阶段,由于低层偏北风减弱明显,轴线又略向西倾斜。冷涡云带的产生与低层辐合带密切相关。CloudSat云探测卫星资料分析结果表明,冷涡环流内多中小尺度对流云团发展,且分布极不均匀。此次个例的研究结果揭示出冷涡的形成和发展跟对流层中上层切断低压的生成发展与对应的地面低压逐步耦合的动力学过程紧密相关,其中,冷暖气流呈旋转式下沉和上升,在冷涡中心形成偶极;对流层高层的干冷空气总是沿着等熵面从高层穿越等压面向下侵入到冷涡中心附近,干侵入使冷涡加强发展并维持其冷心结构。干侵入机制实际就是高位涡的侵入和下传,对预报冷涡的发展演变具有重要指示意义。

梅雨期一次黄淮气旋发展的干侵入特征分析

利用水汽图像、等熵气流、θse等物理量,对2003年梅雨期的一次黄淮气旋发展过程进行了分析,试图揭示干侵入在黄淮气旋发展中的作用。分析结果表明:与干侵入相联系的水汽图像暗区的移动、发展变化与黄淮气旋的发展、加强、减弱对应关系较好。水汽图像暗区前部依气旋的发展加强、维持、减弱而主要出现在黄淮气旋西侧、南侧和东侧。分析垂直环流表明,干侵入来自对流层中上层,与水汽图像暗区有较好的对应关系,在气旋发展强盛期下沉气流区自西向东、自南向北推进。高空动量下传促使地面气旋发展,从而使中、低层大气变得非常干燥。335K等熵面上的流场特征、等熵面陡峭处与水汽图像暗区的对应关系较好。θse的垂直剖面能反映干侵入特征。等熵面在垂直方向的折叠可使对流层中下层出现潜在对流不稳定区。θse=335K位温舌能较好地反映天气系统的三维结构和干侵入特征。自高层向下传递、加强的位涡变化能反映干侵入的动力特征。

“低温雨雪冰冻”天气过程锋区特征分析

2008年年初低温雨雪冰冻期间(包括4次过程),冷暖气团长期对峙是"低温雨雪冰冻"天气持续的主要原因;准静止锋稳定、少动,锋面较平缓;等θse经向和垂直向梯度不断加强;冷暖气团形成的逆温很明显;主锋区前部上空存在多层锋区现象;锋区渐强,最强时在10个纬度内南北温差超过20℃;相对湿度≥90%的高湿度区的移动趋势、范围、垂直伸展高度均与4次过程吻合较好;锋生函数的分布与等θse密集区的分布一致,呈向北倾斜上升状,滇黔地区准静止锋区域内,多数时间段有锋生发生,华南地区上空静止少动的锋生中心,正是低温雨雪冰冻期间准静止锋长期稳定的原因之一;南北风交界线的移动趋势与低温雨雪冰冻过程趋势一致,4次过程都伴有偏南风低空急流;当副热带高空急流逐渐加强、水平风垂直切变加强并向下伸展时,低空急流加强;高位涡舌向下伸展,高纬度的高位涡舌与主锋区的中高层相对应,中纬度高位涡舌与副热带锋区对应;湿位涡斜压项PMV2量级较小,但其与4次过程的对应关系非常好;锋区上界和下界等熵面上的气流能较好地反映准静止锋区上、下界特征;约290 K等熵面上(锋区下界以下)在贵州均为偏东气流,这是贵州及江南大部分地区长时间维持低层冷气团的主要原因。

关于“具人工粘性项的2守恒律组的有限差分格式”一文的注记

如果d=0,方程组(E)描述一维等熵气流运动,其中u是气流速度,1/v为密度,而p(v)为压力。当d】0时,人工粘性项将起着对间断的光滑化的效应。