西风带影响下的跨半球航班最优航线分析

提出一种利用大气背景西风设计最优航线的计算方法,并给出判定所适用航线的标准,量化最优航线相较于大圆航线所节省的时间。研究结果表明,对于一些跨东西半球的航线,去程和返程都顺着西风飞行比按照原路返回航线所需时间短。以北京与纽约之间的航线为例,目前采用的去程(北京至纽约)向东顺风,返程(纽约至北京)向西逆风,计算结果表明,如果返程也向东顺风飞行,所需时间比原路向西逆风飞行短。进一步的分析结果表明,这种设计对很多跨东西半球城市之间的航线都适用。研究结果可以帮助民航系统优化航线,减少航空燃油消耗,节约成本和减少碳排放。

潮州两次西风带龙卷天气过程对比分析

利用常规观测和汕头SA型多普勒天气雷达等资料,对比分析广东省潮州市2012年5月13日和2014年5月22日两次西风带系统龙卷过程(简称“5.13”龙卷和“5.22”龙卷)。结果表明:两次龙卷过程都发生在高空槽东移和低层切变线南压、并伴有低空急流的相似天气形势下;但“5.22”龙卷存在有利于强对流风暴发生并增强的前倾槽结构和强低空西南急流。两次龙卷均发生在极低的抬升凝结高度和中等偏弱的深层垂直风切变环境条件下;“上干、下湿”的不稳定层结和整层都具有较大湿度的不稳定层结配置都可能产生龙卷。雷达观测上,“5.13”龙卷发生在飑线的弓形回波前缘,无钩状回波特征和中气旋,属于非超级单体龙卷;而“5.22”龙卷发生在超级单体风暴前部的钩状回波顶端,伴有强中气旋,属于超级单体龙卷。

西风带研究的重要意义

西风带作为北大西洋气候区和东亚季风气候区之间的联系纽带,对东亚季风气候和西风带气候具有重要影响,西风带在一定意义上控制着东亚季风的北界。西风环流与青藏高原相互作用,对亚洲季风区气候乃至全球气候都有极其深刻的影响。西风环流在冰期 间冰期旋回中的位置、强度的剧烈变化对东亚季风气候和全球气候影响显著,对季风降水、西风带降水时空分布及亚洲粉尘活动和黄土形成、堆积等都有非常重要的意义。

西风带与季风对中国西北地区的水汽输送

利用美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析气候资料,分析了西风带与季风对我国西北地区水汽输送的作用。分析表明,大气水汽输送在西北地区的3个分区特征非常明显:高原切变线以南,主要是来自西南季风的水汽输送;高原切变线以北,主要是来自西风带的水汽输送;高原切变线向东北方向的延长部位是一鞍型区,为西风带与西南季风的共同影响区。青藏高原东部的西南季风气流有绕行和向北翻越青藏高原的水汽输送;而在青藏高原中西部地区,主要是由青藏高原周边向主体的水汽输送,没有明显的翻越青藏高原的水汽输送。在青藏高原以北的大部分地区以对流层中层的水汽输送为主;在青藏高原南部以低层水汽输送为主。在青藏高原以北的大部分地区,水汽输送为辐散,即输入的水汽又被扩散出去了;在青藏高原主体和我国西北地区东部为水汽输送的辐合区。西风带的水汽输送为我国西北大部分地区提供了基本的水汽来源,西风变化对其水汽输送通量散度年际变化有直接的作用;南亚夏季风通过西南季风气流水汽输送直接影响我国西北地区南部和东部,并且,其变化通过环流结构调整影响西风带的波动,进而影响西风带对西北地区的水汽输送。

西风带南支槽对云南天气的影响

利用1980-2008年近30年逐日地面、高空观测资料,统计了影响云南的西风带南支槽个例,并分析了南支槽的时空分布和对云南降水的影响。结果表明,影响云南的南支槽平均每年出现18.76次,11月-次年5月平均每月出现次数相当(6-10月西风带北撤,转换为孟加拉湾槽);约5.88%的南支槽过程对云南产生大到暴雨天气,54.83%的南支槽产生小到中雨,另有17.28%的南支槽产生冰雹天气过程。南支槽的进退与西风带环流形势、副热带高压位置和高原大地形等关系密切,南支槽位置、水汽输送、湿度锋区、低空急流和冷空气强弱等条件的不同决定了降水的强弱或是否有强对流天气出现。

季风及季风与西风带相互关系的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所九层大气环流模式积分 2 0年 ,分析其对季风的模拟能力并探寻季风与西风带的相互关系。模式计算得到的全球广义季风区的分布和大气质量的跨纬圈输送 ,与由实测资料算得的结果十分接近 ;行星热对流环流和地表特性差异对大气质量跨纬圈传输的功效比夏季约为 1 8∶1 ,冬季为 2 2∶2 ,此值也与实测十分接近 ;模拟结果还发现西风带和热带的降水性质有着本质差别 ,前者与风暴轴有关 ,为大尺度抬升凝结降水 ,后者受控于大气层结 ,为对流性降水 ;西风带和季风降水都受两半球副热带辐散源的驱动影响 ,冬季风加强北半球的西风带 ,进而加强西风带降水 ,夏季风则削弱北半球西风带和其降水 ;起自南半球的两支夏季风气流在印度洋和南亚一带同位相叠加 ,引发强大的亚—澳夏季风 ,并伴有最强的降水中心 ,而冬季风会在西太平洋暖池形成一对南北对称的辐合中心 。

西风带和南亚季风对三江源雨季水汽输送及降水的影响

为了进一步明确西风带和南亚季风对三江源流域的水汽输送作用及对流域降水的影响,利用ERA-20C再分析数据集对三江源流域1948—2010年雨季水汽通量场进行经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解,得到可表征西风带和南亚季风水汽输送在三江源流域强弱关系的经验正交函数模态及指标,揭示当西风带和南亚季风分别控制流域时的水汽输送和降水分布规律。结果表明:西风带控制流域水汽输送时,流域内部水汽输送方向为由西北向东南,西风带和南亚季风在流域南边界附近汇集,流域东部及南部(澜沧江源区大部,黄河源区东部)降水显著增加;南亚季风控制流域水汽输送时,流域内部水汽输送方向为由南向北,两支水汽输送路径在流域以北汇集,流域北部(长江源区大部,黄河源区偏北部)降水显著增加。西风带和南亚季风的水汽输送均对三江源流域具有重要作用,两支水汽输送路径分别控制流域时可引起流域内部不同区域降水的显著增加。

青藏高原季风强弱与北半球西风带位置变化的关系

利用19512012年NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°日平均及月平均再分析风场、高度场资料,分析了青藏高原季风强弱与西风带位置变化的关系,并探讨了西风带位置变化的原因。结果表明:(1)西风带位置变化的早晚与高原夏季风的强弱相关,季风强年西风带北跳和南撤时间分别为第30候(提早1候)和第59候;季风弱年则分别为第33候(晚2候)和第63候(晚4候),并且这种现象是全球性的。(2)西风带北跳期间,高原季风强年相较于常年南亚高压加强北上,贝加尔湖西部槽加强,高原经度范围内的槽加深,促使西风带北跳时间偏早,季风弱年则相反。(3)西风带南撤期间,高原季风强年相较于常年副热带高压位置偏南,东亚大槽加深加强,有利于西风带南撤,季风弱年则相反。

北半球西风带准周期性转换的理论分析——初步探讨北极与中纬度及副热带能量相互输送的机制

本文运用准地转模式,通过等值投影方法,将等值线转换为向量场结构,探讨西风带高低指数周期性转换的机制,结果表明:(1)仅有位能转化所引起的水平涡动输送,可能产生大振幅的行星波,但不会产生西风带的断裂;(2)在波流相互作用下,平均纬向风速与基波波幅满足分岔条件时,会出现西风带断裂现象,即当满足这个分岔条件时,更有利于北极与中纬度及副热带能量的相互输送。如北极冷空气的跨纬度输送会导致东亚极端冷事件的发生;同时,也能维持西风带的高低指数循环。

中国全新世气候变迁相位差与亚洲季风及西风带的联系

不同区域由于其主导气候影响因素的差异而表现出不同的全新世气候变化特征,对这些机制的研究,可以很好地理解各种自然要素的发展变化过程、气候影响机制及相互耦合关系。通过中国不同区域全新世气候变化研究成果的对比分析,发现黄土高原区与西北干旱区全新世期间气候特征主要表现为干冷的早全新世、暖湿的中全新世、气候恶化的晚全新世,而西南季风区与东部季风区全新世期间表现出两次季风加强阶段,但西南季风要比东南季风加强提前约3～4ka。该文认为黄土高原区与西北干旱区可能受同一气候系统制约,从而表现出类似的气候变化特征。西南季风区与东部季风区全新世气候变化特征有很好的对比性,可能是由于亚洲西南季风与东南季风在全新世的推进与退缩共同受到行星风带南北移动的影响,使其气候表现出类似的变化特征,但由于海洋巨大的热容导致东南季风的加强延后,从而导致西南季风区与东南季风区全新世的气候变化具有不同步性。

西风带海洋环境观测技术研究

南大洋海况常年较恶劣,导致现场观测资料匮乏。中国首套南大洋西风带环境观测浮标于2019年1月1日布放在新西兰东南近53°S海域,现场实时观测并传输风向、风速、气温、气压、相对湿度、海表层温盐、海流、波浪等数据资料。该套锚定浮标也是我国首次布放超过4500m水深的极端环境观测浮标系统。布放运行结果表明,我国已具备研发极端环境海洋资料浮标的技术基础和深海浮标布放作业经验,研发的西风带环境观测浮标可长期运行在南大洋西风带海域,进行长期海上水文气象和动力环境参数观测。

南半球西风带操船环境危险度的安全评价

西风带航段是通往南极的必经之路 ,这一航段的气象条件极为恶劣。通过参加第16次南极考察收集到西风带航段的气象资料 ,利用基于模糊推理方法对西风带航段的操船环境危险度进行了评价。通过对西风带航段操船环境危险度评价值的分析 ,得出了一些有益的结论 。

从第25次南极科考论穿越西风带航线选择

进出南极航行最险的一段是穿越西风带,根据西风带的天气选择正确的航线对于科考航行安全具有重要的意义。在中国第25次南极科考航次(2008—2009)中雪龙号四次穿越西风带。根据本次科考穿越西风带资料和过去航行经验,分析了四次穿越西风带的天气和航线选择,研究了南印度洋西风带天气形势与航线选择。主要结论:(1)西风带航线选择的关键是对气旋的发展和移动做出准确的分析和预报;(2)南印度洋东部天气形势可概括为纬向型(平直型)、高压脊型和槽前型三种天气型,通常高压脊型适合穿越,槽前型不大适合穿越,纬向型(平直型)介于两者之间;(3)穿越西风带的航法有两种:按习惯航线斜穿和南北向垂直穿越。其中,垂直穿越对于去程很适合,对于回程作用相对有限;(4)在实际航行中,需根据航线特点和天气形势等实际情况选择航线和航法。

1986年东亚夏季风的低频振荡及其与西风带环流的相互作用

本文用最大熵谱方法和后延相关分析了1986年夏季风时期60—150°E高空越赤道气流的低频振荡特征,指出30—50天的低频振荡非常显著。其传播特点在低频波位相的持续阶段和转换阶段有所不同。经过带通滤波的高空越赤道气流,其主要经验正交函数EOFI的时间序列能较好地描写东亚夏季风活动。 东业季风分量和东半球500hPa位势高度的后延相关揭示出东亚夏季风同中纬度环流有着明显的低频相互作用,其相互作用的“窗口”是在东亚季风活跃阶段打开的,它同亚洲区域低指数环流和副热带急流的南北振荡相联系。

沃克环流上升区赤道低空强西风带的分析

采用ＴＯＧＡ／ＣＯＡＲＥ国际合作考察期间（１９９２年１０月─１９９３年２月）获得的２６７次定点（２°Ｓ，１５５°Ｅ）定时高空大气探测资料，进行计算分析，发现１９９２年１２月─１９９３年２月低空存在一支西风急流，有两次分别持续半月之久，而１９９２年１１月的两次赤道西风急流，因无赤道高空急流配合，仅持续２ｄ便消失。本文还指出：（１）赤道低空西风急流是各种海－气指数产生ＥＮＳＯ异常的重要信息；（２）赤道高空急流有滞后赤道低空急流２ｄ左右的响应关系；（３）赤道低空急流是纬向水汽输送的狭窄通道。

西风带高频振荡对台风Yancy打转运动的影响

利用ＳＰＥＣＴＲＵＭ－９０资料和国家气象中心的Ｔ４２Ｌ９格点资料分析了台风Ｙａｎｃｙ（９０１２）打转运动的过程，认为来自台风上游西风带的高频扰动（周期约１天）及其传播过程对台风打转运动可能有重要影响．

船舶西风带布放气象浮标作业窗口与操纵技术

随着极地科考、旅游和其他商业行为越来越多,如何确保船舶安全通过西风带的关键因素之一就是获取准确的天气预报。尽管世界上绝大部分区域的气象分析和天气预报精准度较高,但西风带是少数预报精度较差的区域之一。为了提高天气预报精度,在西风带布放气象浮标是必要环节。因此,本文通过介绍“雪龙”号科考船实施我国第一次西风带布放气象浮标的作业过程,为其他船舶西风带作业发现难点并找到解决方案提供经验。

华南地区西风带飑线和台风飑线环境场特征统计对比分析

利用2012—2015年3—9月华南地区的雷暴大风和雷达数据,挑选了华南地区20次典型飑线过程并进行统计分析表明:华南地区的西风带飑线出现于春季和初夏,台风飑线出现于盛夏;3—4月的西风带飑线一般在凌晨开始发展,中午前后趋于减弱,而7—9月的台风飑线一般在中午或下午开始发展,前半夜趋于减弱。挑选了4次西风带飑线过程和4次台风飑线过程,使用2012—2014年的NCEP物理量分析场,在考虑季节变化的基础上分析两类飑线各种物理量的异同点,结果表明:西风带飑线850 h Pa与500 h Pa的温差较大,台风飑线则是925 h Pa与700 h Pa的温差较大;西风带飑线低层暖平流较强但中层不明显,台风飑线相反;在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 h Pa温度平流随时间的变化为显著负值,台风飑线则不明显;西风带飑线的高层辐散和低层辐合较台风飑线更强;台风飑线925 h Pa的相对湿度较西风带飑线小,在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 h Pa以干平流为主而925 h Pa以湿平流为主,台风飑线则相反。对两种飑线过程进行对比分析表明,雷暴高压的持续加强、扩大及相应冷池的扩大导致西风带飑线的不断加强发展,而台风倒槽的气旋性切变和高低压之间的等压线锋区可能对回波的生成和前期发展有重要作用。

西风带系统的异常活动对2003年淮河暴雨的作用机制研究

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年6—7月亚洲中高纬地区阻塞形势对淮河暴雨的作用。结果表明:亚洲北部阻塞高压的建立和维持,使得500 hPa高度上西风锋区南压,引导冷空气南下,造成中纬度地区冷暖空气和能量交换频繁。尤其在2003年6月20日后,阻塞高压活动加强,淮河流域北部维持为大气能量锋区,低层850 hPa副热带锋区也长期停滞在35°N附近。阻塞高压的异常活动通过对大气动量和热量的一次次向南频散,造成淮河流域连续发生暴雨天气过程。阻塞高压的强度及位置变化与前部低涡的活动密切相关,并通过西风带基本气流及长波系统的螺旋结构的变化,激发Rossby波的经向传播来影响副热带高压的南北进退,从而决定了雨带的位置。