辐散风和瞬变的涡度通量的异常对定常波年际异常的强迫作用

研究了１９８２／１９８３年１２—２月对流层上层由辐散风和瞬变的涡度通量所产生的涡度源异常对定常波异常的强迫作用。结果表明，瞬变的涡度通量辐合的异常有抵消或耗散辐散风产生的涡度源异常的趋势；定常波的异常是在这两种强迫力的共同作用下维持的。同时还表明，对１９８２／１９８３年的情况，热带和赤道中东太平洋上的涡度源异常以及中纬度北太平洋上的涡度源异常都对太平洋／北美地区的大气环流异常起了重要的作用。

辐散风作用下低频Rossby波的能量传播

文中研究了热力强迫所激发的辐散风对低频Rossby波能量传播的影响 ,推导出辐散风作用下的Rossby波的频散关系和群速度表达式。理论分析表明 :如果扰动流函数与速度势的位相差α∈ (0 ,π) ,那么辐散风将减小Ross by波的圆频率 ,增大群速度的纬向分量 ,加速Rossby波在纬向方向上的传播 ;辐散风对经向群速度的影响是比较复杂的。波射线的分析表明 ,在纬向基本气流为常数的情况下 ,辐散风作用下的低频Rossby波从初始位置到反射纬度的传播路径表现为一段光滑的大弧 ;对于周期为 30d、纬向波数k =3,4的Rossby波 ,当辐散风减弱时 ,波能量经向传播距离和纬向传播距离都增大。对于k =3的Rossby波 ,当辐散风减弱时 ,Rossby波的经向传播范围增大 ,但振幅强度减小。

有限区域旋转风与辐散风分解方案的选择

介绍一种具有“收敛”特性的有限区域旋转风与辐散风分解方案，并与目前常用的一些差分方案进行了比较。实际个例的计算和对比表明，该方案不仅考虑了区域内部强迫函数的作用，而且在迭代过程中加入边值的影响，因此具有极好的重建风场的能力。分解后的旋转风和辐散风在有关的诊断分析中使结果更为合理。

辐散风和瞬变的涡度通量对定常波的强迫

本文从理论分析、资料诊断和正压模式数值试验三个方面研究了瞬变的涡度通量的辐合与辐散风产生的涡度源之间的关系及它们在对流层上层定常波维持中的作用。结果表明，瞬变涡度通量的辐合对辐散风产生的涡度源有抵消或耗散的趋势；定常波是在两种强迫力的共同作用下维持的。同时还研究了不同地区散度场对定常波的作用，结果表明，中纬度东亚地区的辐合场对维持东亚大槽是重要的。

适宜太湖蓝藻水华形成的风场辐散特征及其形成机制

对太湖周边17个气象观测站的7年常规观测资料聚类分析发现,在适宜蓝藻水华形成的高温、微风气象条件下,太湖湖面风场往往出现辐散特征,在此辐散风场的驱动下,蓝藻水华迁移过程必然与均匀风场驱动下有所不同;数值模拟结果显示,这种辐散风场是由于非绝热加热不均匀造成的局地次级环流叠加在弱的背景风场之上引起的;其强弱程度是受湖陆温差和背景风速共同决定的,并据此给出了湖面风场辐散强度指数.

复合风场的单多普勒速度特征

本文对复合风场的单多普勒天气雷达径向速度图象进行模拟 ,复合风场包括不同风速情况下的大尺度运动的辐合辐散风场与冷暖平流的迭加。不同的风场在单多普勒径向速度场上有着不同的特征 ,本文的一组模拟 。

华南登陆台风“榴莲”的能量分析

对 0 1 0 3号台风 (榴莲 )造成华南西南部特大暴雨的过程进行了高分辨数值模拟 ,在模拟结果与实况较为一致的基础上 ,利用辐散风和旋转风动能平衡方程分析低压区域内的动能收支和转换特征 。

2006年超强台风“桑美”强度突变的动能特征分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对2006年超强台风"桑美"(Saomai)强度突变过程的动能特征进行分析,结果表明:"桑美"突然增强时刻其低层总动能和旋转风动能突然增加,辐散风动能也有所增加,总动能的增加主要是由旋转风动能增加所引起的;其高层总动能和旋转风动能突然减小,而辐散风动能突然增加,高层动能下传是导致"桑美"突然增强的重要原因;"桑美"突然增强时刻高层辐散风动能向旋转风动能的转换达到最大,低层辐散风与旋转风相互作用动能项达到最大;"桑美"突然减弱时刻的高低层能量变化趋势与突然增强时刻相反,并存在着低层动能的上传;"桑美"强度突变时对总动能(K)、旋转风动能(KR)、辐散风动能(KD)变化的响应时间为6～18 h。

2014年两次相似路径影响云南台风降水差异成因分析

2014年台风威马逊和海鸥沿偏西路径影响云南,大到暴雨分布特征与热带气旋相对位置存在显著差异。诊断结果表明,暴雨分布差异的产生主要是环境场气流的作用,造成锋生以及能量变化的差异,再加之地形作用。具体地,"威马逊"台风中心南(北)侧低层西风(东风)急流及辐合增强,造成了强降水的产生,但是由于南侧低层水汽含量大于北侧,且南侧滇西南边缘、红河河谷迎风坡对增强气流的抬升作用,降水增幅,以致南侧降水强于北侧;再者,南北两侧气流热力性质的差异造成了锋生,低层锋区增强也有利于"威马逊"东北侧、滇东南强降水发展;进一步地,东西风交汇辐合作用增强、斜压有效位能的释放,造成辐散风动能增加,暴雨区辐散风动能的增加与"威马逊"降水峰值变化相对应。"海鸥"影响云南期间,热带气旋中心位置和孟加拉湾低压均偏南,西南季风偏南,影响云南的主要是"海鸥"东北侧低空急流,且急流及其左前侧纬向辐合均强于"威马逊",以致于其东北侧降水强于"威马逊";除此之外,地形抬升对滇南边缘大暴雨的产生也起着重要作用;再者,低层锋区增强,有利于"海鸥"东北侧滇东北强降水发展;进一步地,旋转风动能的增加与降水峰值相对应,滇中以东地区第一次降水峰值与斜压过程相联系;第二次降水峰值的形成,则主要是低压倒槽东侧偏南急流增强,旋转风场向暴雨区输送动能,暴雨区动能明显增幅,与正压过程相联系。

特殊风场条件对太湖蓝藻水华迁移的影响研究

在高温、微风气象条件下,适宜蓝藻水华形成。在特殊非均一风场的驱动下,太湖蓝藻水华迁移过程与被均匀风场驱动有所不同。选取太湖典型风向进行分析,并采用三维水动力水质模型对表面非均一风场条件下的风生流流场及水质进行模拟,结果表明,在特殊非均一风场的驱动下,当太湖蓝藻浓度较高时,容易在西部湖区特别在竺山湖、梅梁湾湾内、岸边及湾口聚集,形成水华暴发,这有助于研究太湖污染物及蓝藻水华的输移及空间分布和机理。

有限区域流函数和速度势的计算及其在台风中应用

在Endlich提出求解旋转风和辐散风基础上,本文给出了直接利用风场迭代计算流函数和速度势的方法,该方法不但能求解流函数和速度势,还可将原始风场直接分解为旋转风和辐散风。此方法在有限区域中,能大大降低边界条件对计算结果的影响,不仅能计算准确的涡度和散度,还能很好的重建原始风场。采用此方法,对"0808"号台风"凤凰"进行了诊断分析,得到了台风不同时期的流函数和速度势、旋转风和辐散风。结果发现在台风的不同时期,流函数与高度场相似,可用其低值中心来分析台风移动路径和强度的变化,速度势存在高值区,其中心与高度场低值中心不吻合;旋转风的涡旋中心也可用来反映台风中心,台风南侧辐散风较大,故可用来反映南方水汽供应对台风发展、成熟、衰退的影响。

暴雨过程环境涡散场能量收支特征

选取伴有低空急流和不伴有低空急流的两个暴雨过程,分别应用涡散场能量收支方程,计算雨区面积—时间平均的能量收支各项量值,给出对流层上(400—100hPa)、中(700—400hPa)、下(1000—700hPa)各层次的涡旋场和散度场动能的源汇特征。了解到两类暴雨过程的散度场动能制造、转换和输送情况是完全相同的,主要差异反映在对流层中、下层的涡旋场动能收支方面,尤其是旋转风动能制造项,两者符号相反。

气溶胶影响亚洲夏季风机理的数值研究

利用NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)2001—2010年再分析资料,检验了全球气候系统模式CESM中大气模块CAM(Community Atmosphere Model)对亚洲夏季风和大气热源的模拟能力。结果显示,模式可以再现亚洲夏季风和大气热源的主要特征。通过敏感试验探讨人为气溶胶影响亚洲夏季风的机理,分析、讨论了气溶胶引起的非均匀加热的变化对辐散风和无辐散风强度的影响,在机理上解释了亚洲夏季风减弱的原因。结果表明,人为气溶胶浓度的升高使东亚夏季风强度在中国东南地区、中南半岛北部和印度半岛北部减弱。而中国东南部季风的减弱促使中国内陆降水减少,沿海降水增多。进一步分析人为气溶胶浓度升高的作用发现,其改变了大气热源的分布,造成阿拉伯海、孟加拉湾和中国南海大气热源增强,中国东部地区和中南半岛大气热源减弱,其中气溶胶通过影响凝结潜热来改变大气热源,主要是对对流过程的影响。此外,大气热源分布的变化改变了季风区的热力结构,使中国东南地区、中南半岛北部的加热减弱,从而减少了全位能的产生,使得全位能向辐散风的转换减小,辐散风减弱;同时,中国东南部、中南半岛北部季风由于辐散风向无辐散风转换的减弱,无辐散风减弱,最终导致了夏季风强度的减弱。而且,人为气溶胶对亚洲夏季风的影响主要通过大气热力和动力过程的响应产生作用。

孟加拉湾风暴暴雨的能量分析

利用MMSV3中尺度数值预报模式对2004年5月18-19日造成云南暴雨过程的孟湾风暴进行了数值模拟，在模拟结果与实况较为一致的基础上，利用辐散风和旋转风动能平衡方程，分析盂湾风暴的能量收支和转换特征，揭示孟加拉湾风暴维持的机制及其与外围暴雨增幅的关系。

西北太平洋上一次极端强度爆发气旋对流层低层风速迅速增强的能量特征分析

2011年一月中旬,西北太平洋上发生了一次罕见的双子气旋事件。该双子气旋中的一个气旋(简称气旋A)迅速发展成为一个强度堪比台风的极端强度爆发气旋。本文采用旋转风,辐散风动能收支分析来研究造成该极端强度爆发气旋风速迅速增强的原因。研究发现,在气旋A的最快发展期,对流层低层,气旋的总动能迅速增大,风速增大最迅速的象限是气旋的东南象限,而西北象限的增速最慢。旋转风动能的增长显著,对应了总动能的增大,而辐散风的动能显著小于旋转风动能并且主要表现出减少的趋势。旋转风动能的增大与气旋A在水平和垂直方向上的伸展过程相一致,非正交风动能在旋转风动能大值区增强总动能,这促使了对流层低层最大风速的形成,然而,在辐散风动能较强的区域,非正交风动能主要减弱总动能。向北的总动能输送以及气压梯度力对旋转风动能的做功是气旋A风速迅速增大的主导因子,尤其是在其东南象限。然而,从旋转风向辐散风动能的转换在一定程度上延缓了气旋风速的增强过程。

南亚高压强度年代际变化及其与热带副热带海温关系

采用1948—2012年NCEE/NCAR月平均再分析资料和CAM3.0大气环流模式,探讨了南亚高压(SAH)强度年代际变化及其与热带、副热带海温的关系。(1)SAH呈显著年代际变化,以1970年代末期为界,之前强度偏弱;之后强度增强、面积扩大、东西扩展,冬季西侧扩展程度大于东侧,夏季则相反。(2)与SAH强度年代际变化相对应,1970年代末期以后,热带、副热带辐散风分量表现为显著的两个上升区和三个下沉区。两个上升区一个位于东太平洋,另一个随季节变化位置有所改变,冬季位于印度洋,夏季位于南海-西太平洋海域;三个主要下沉区分别位于非洲中北部、亚洲东部和中太平洋地区。(3)与SAH强度年代际变化相对应,夏季低层涡旋风分量在南海-西太平洋地区表现为异常气旋性环流,冬季低层涡旋风分量在印度洋表现为异常气旋性环流,而在赤道中太平洋则呈现异常反气旋性环流。(4)数值试验表明:SAH年代际变化与热带、副热带海温关系密切,冬季印度洋海温起作用较大,夏季则是南海-西太平洋海温起作用较大,另外东太平洋海温也起了一定作用。

登陆热带气旋海马(0421)变性加强的诊断研究

利用台风年鉴、NCEP/NCAR再分析资料、旋转风及辐散风动能诊断方程对热带气旋海马(2004)的变性加强过程进行了诊断分析。结果表明,海马变性加强发生在向极运动过程中,与高空槽前急流发生耦合,西风槽引导冷空气侵入海马环流内部,形成半冷半热结构。进一步利用辐散风动能方程诊断分析发现,海马变性加强的主要能量来源有两个,一个是西风槽带来的冷空气下沉侵入低压环流释放的有效位能,另一个是海马与环境系统发生相互作用导致其低压环流不均匀分布的总动能通过辐散风向低压动能的转化。二者的值为同一量级。此外,此两种能量来源均可使海马低层平均风速在6h增加10m/s以上,地面摩擦和大气内摩擦是TC动能消耗的主要原因,而动能垂直通量的散度项使得动能由低层输送至高层。

有限区域分解分析方法在2006年一次东北冷涡暴雨分析中的应用

2006年7月19—24日,东北地区出现一次明显的冷涡发展导致强降水的过程.对这次东北冷涡过程的天气形势分析表明,该东北冷涡的维持和发展与冷涡东部阻塞高压的建立与消亡有关.本文根据500hPa环流形势演变特征,将东北冷涡发生发展过程分为4个阶段,并借助调和-余弦谱展开方法,对东北冷涡各阶段850hPa水平风和水汽通量进行无辐散和无旋转分量分解,分析各阶段无旋转风动能和无辐散风动能之间的能量转化.研究结果表明,分解得到的无辐散风及其水汽通量清楚地展现出了东北冷涡的大尺度环流和水汽输送通道及水汽来源,而从无旋转风及其水汽通量上则可以直观地看到冷涡低层的中小尺度风场及水汽辐合辐散区,为分析东北冷涡内部对流提供帮助.东北冷涡发展的不同阶段其水汽来源有所不同,初始阶段的水汽主要来自黄海和渤海地区,发展阶段水汽主要来自日本海,而到成熟阶段和减弱阶段,水汽输送通道被破坏,冷涡的水汽供应大大减少,与同时期暴雨减弱一致.同时,无旋转风辐合强值区和无旋转风水汽通量大值区的重合区域有利于强对流的发生发展,表现为重合区与TBB(Temperature of Black Body,黑体辐射温度)强对流云带的形状和位置对应良好,与降水落区也较为一致,可为预报东北冷涡引发的强降水落区这一预报难点问题提供参考.从动能转化上看,无旋转风和无辐散风的动能转化项能很好地反映东北冷涡整个生命史过程中各阶段强度的变化特点,对冷涡强度预报具有一定的指示意义.

西太平洋大尺度环境场对TC生成初期的影响

利用NCEP/NCAR水平分辨率为1°×1°、逐6 h的分析资料,以及JTWC(美国联合台风预警中心,Joint Typhoon Warning Center)最佳TC路径资料,对2004—2010年5—9月北半球100°E^180°范围内,118例TC生成时刻周围系统辐散风的大小以及时间和空间分布特征进行了统计分析,根据作用系统的不同将TC分为7种类型,其中:1)越赤道气流型;2)越赤道气流和副高相当型;3)越赤道气流强,副高弱型;4)副高型,这4种类型最多,占总数的91.5%以上。以TC为中心,在新生TC闭合环流外500 km范围内,第Ⅰ象限为副高的影响,在第Ⅱ象限多为副高与大陆高压影响,第Ⅲ象限为越赤道气流影响,而在第Ⅳ象限多为越赤道气流影响,少数为副高影响。区域平均越赤道气流辐散风的影响强度在0.7~3.5 m·s^(-1)的范围内,副高辐散风的影响强度在0.6~1.5 m·s^(-1)的范围内。对0704号的控制试验和敏感性试验表明,去掉TC自身的作用后,仍然会在一段时间后生成新的TC,这也验证了周围系统对TC的生成有重要的作用。

北半球冬季冷涌及其反馈过程与东亚气旋爆发性发展的关系

本文分析了东亚地区的实例,指出在冬季冷涌爆发后其反馈过程所产生的净科氏力项正值与海上动量辐合的相重地区,有利于急流加强增强斜压动力作用,在海洋加热场共同作用下可引起气旋爆发性发展。在气象炸弹出现后,又有利于寒潮爆发和再次出现冷涌,有时能引起又一个气象炸弹出现,两者之间可产生连锁反应。由此说明冬半年冷涌爆发与气旋爆发性发展存在着联系,这种联系还可说明气象炸弹出现的时间和地区的集中性。