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Directional Filtering Due to Mesospheric Wind Shear on the Propagation of Acoustic-gravity Waves
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作者 YU Yonghui CHEN Wei WANG Yachong 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期53-62,共10页
Gravity waves with periods close to the Brunt-V(a|¨)is(a|¨)l(a|¨) period of the upper troposphere are often observed at mesopause altitudes as short period,quasi-monochromatic waves.The assumption that ... Gravity waves with periods close to the Brunt-V(a|¨)is(a|¨)l(a|¨) period of the upper troposphere are often observed at mesopause altitudes as short period,quasi-monochromatic waves.The assumption that these short period waves originate in the troposphere may be problematic because their upward propagation to the mesosphere and lower thermosphere region could be significantly impeded due to an extended region of strong evanescence above the stratopause.To reconcile this apparent paradox,an alternative explanation is proposed in this paper.The inclusion of mean winds and their vertical shears is sufficient to allow certain short period waves to remain internal above the stratopause and to propagate efficiently to higher altitudes.A time-dependent numerical model is used to demonstrate the feasibility of this and to determine the circumstances under which the mesospheric wind shears play a role in the removal and directional filtering of short period gravity waves. Finally this paper concludes that the combination of the height-dependent mean winds and the mean temperature structure probably explains the existence of short period,quasi-monochromatic structures observed in airglow images of mesopause region. 展开更多
关键词 Acoustic-gravity waves Numerical simulation wind shear Directional filtering
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Investigating the Dominant Source for the Generation of Gravity Waves during Indian Summer Monsoon Using Ground-based Measurements 被引量:3
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作者 Debashis NATH 陈文 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2013年第1期153-166,共14页
Over the tropics, convection, wind shear (i.e., vertical and horizontal shear of wind and/or geostrophic adjustment comprising spontaneous imbalance in jet streams) and topography are the major sources for the gener... Over the tropics, convection, wind shear (i.e., vertical and horizontal shear of wind and/or geostrophic adjustment comprising spontaneous imbalance in jet streams) and topography are the major sources for the generation of gravity waves. During the summer monsoon season (June August) over the Indian subcontinent, convection and wind shear coexist. To determine the dominant source of gravity waves during monsoon season, an experiment was conducted using mesosphere-stratosphere-troposphere (MST) radar situated at Gadanki (13.5°N, 79.2°E), a tropical observatory in the southern part of the Indian subcontinent. MST radar was operated continuously for 72 h to capture high-frequency gravity waves. During this time, a radiosonde was released every 6 h in addition to the regular launch (once daily to study low-frequency gravity waves) throughout the season. These two data sets were utilized effectively to characterize the jet stream and the associated gravity waves. Data available from collocated instruments along with satellite-based brightness temperature (TBB) data were utilized to characterize the convection in and around Gadanki. Despite the presence of two major sources of gravity wave generation (i.e., convection and wind shear) during the monsoon season, wind shear (both vertical shear and geostrophic adjustment) contributed the most to the generation of gravity waves on various scales. 展开更多
关键词 CONVECTION wind shear gravity waves MST radar RADIOSONDE
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Analytical investigation on 3D non-Boussinesq mountain wave drag for wind profiles with vertical variations
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作者 唐锦赟 汤杰 王元 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2007年第3期317-325,共9页
A new analytical model was developed to predict the gravity wave drag (GWD) induced by an isolated 3-dimensional mountain, over which a stratified, nonrotating non-Boussinesq sheared flow is impinged. The model is c... A new analytical model was developed to predict the gravity wave drag (GWD) induced by an isolated 3-dimensional mountain, over which a stratified, nonrotating non-Boussinesq sheared flow is impinged. The model is confined to small amplitude motion and assumes the ambient velocity varying slowly with height. The modified Taylor-Goldstein equation with variable coefficients is solved with a Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) approximation, formally valid at high Richardson numbers. With this WKB solution, generic formulae of second order accuracy, for the GWD and surface pressure perturbation (both for hydrostatic and non-hydrostatic flow) are presented, enabling a rigorous treatment on the effects by vertical variations in wind profiles. In an ideal test to the circular bell-shaped mountain, itwas found that when the wind is linearly sheared, that the GWD decreases as the Richardson number decreases. However, the GWD for a forward sheared wind (wind increases with height) decreases always faster than that for the backward sheared wind (wind deceases with height). This difference is evident whenever the model is hydrostatic or not. 展开更多
关键词 gravity wave drag (GWD) wind shear Wentzel-Kramers-BriUouin (WKB) approximation circular bell-shaped mountain
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EFFECTS OF WIND SHEAR ON ATMOSPHERIC GRAVITY WAVE SPECTRUM
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作者 张辉军 吕达仁 《Acta meteorologica Sinica》 SCIE 1989年第1期43-53,共11页
The effects of constant wind shear on atmospheric gravity wave spectrum are examined.At first a three- dimensional equilibrium spectral model of gravity waves is established in which wind shear rate β is implicit. Ba... The effects of constant wind shear on atmospheric gravity wave spectrum are examined.At first a three- dimensional equilibrium spectral model of gravity waves is established in which wind shear rate β is implicit. Based on this model,the expressions for one-dimensional frequency spectrum of atmospheric gravity waves are derived in which β is explicit.Numerical results show that (1) if we assume that mean wind U(z)=βz (z represents the altitude) and the internal gravity wave spectrum at the altitude of U=0 (that is,z=0) is VanZandt one,then the effect of Doppler shifting due to mean wind may be ignored;(2) when Richardson number J(J=N^2/β~2,N is Brunt-V(?)is(?)l(?) frequency,and is equal to 10^(-2)s^(-1) in this paper) satisfies J≥10.0,the effects ofwind shear arealso ignored;(3)for f^2(?)ω~2(?)N^2 (f is the inertia frequency,and f=10^(-4)s^(-1) in this paper,and co is the observed frequency),the wind shear only affects the spectral amplitude,and does not alter the spectral shape;and (4) as wind shear becomes strong,a part of wave potential energy turns into wave kinetic one,and a part of the vertical kinetic energy further turns into the horizontal one. 展开更多
关键词 SHOW EFFECTS OF wind shear ON ATMOSPHERIC gravity wave SPECTRUM
原文传递
重力波在四川盆地东北部一次夜间山地暴雨中的作用初探
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作者 汪科均 李国平 +1 位作者 谢家旭 刘海文 《暴雨灾害》 2024年第2期146-157,共12页
利用GPM卫星降水、FY-4A卫星云图和ERA5再分析资料,对2018年7月10—11日发生在四川盆地东北部山地的一次夜间暴雨过程中的重力波作用进行初步探究。结果表明:(1)云水含量的振荡形式及位温场的波状变化在一定程度上反映了波动对中尺度天... 利用GPM卫星降水、FY-4A卫星云图和ERA5再分析资料,对2018年7月10—11日发生在四川盆地东北部山地的一次夜间暴雨过程中的重力波作用进行初步探究。结果表明:(1)云水含量的振荡形式及位温场的波状变化在一定程度上反映了波动对中尺度天气系统的影响。(2)风垂直切变指数、热力螺旋度与水汽螺旋度变化的波动趋势存在于波动发生发展期间,一定程度上呈现出重力波特征。(3)风垂直切变指数大值区、热力螺旋度和水汽螺旋度极值中心皆与降水量大值区有良好对应关系。(4)地形扰动、切变不稳定、非地转平衡协同作用下可能形成重力波,并对此次暴雨产生增强作用。理查逊数小值区、非线性平衡方程的非零值区分别对雨带位置、移动方向具有指示作用。理查逊数的诊断表明,垂直切变不稳定在中尺度波动被激发之前形成;而垂直切变不稳定随波动增强而减弱,表明波动部分能量来自不稳定气流。 展开更多
关键词 重力波 山地暴雨 理查逊数 风垂直切变指数 螺旋度
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城市边界层过程在北京2004年7月10日局地暴雨过程中的作用 被引量:113
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作者 孙继松 王华 +3 位作者 王令 梁丰 康玉霞 江晓燕 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第2期221-234,共14页
从大量的观测事实入手,结合简要的理论分析,揭示发生在北京城区的一次相对孤立的β中尺度对流暴雨系统的启动机制以及城市边界层在这次局地暴雨过程中的作用。研究结果表明:(1)2004年7月10日北京暴雨前后,局地水汽和天气尺度低空水汽输... 从大量的观测事实入手,结合简要的理论分析,揭示发生在北京城区的一次相对孤立的β中尺度对流暴雨系统的启动机制以及城市边界层在这次局地暴雨过程中的作用。研究结果表明:(1)2004年7月10日北京暴雨前后,局地水汽和天气尺度低空水汽输送条件是非常有利的,但是天气尺度系统的垂直运动对这次北京局地暴雨是存在抑制作用,至少没有明显的帮助。这一点与区域性降雨带中出现的中尺度暴雨中心具有明显区别。(2)暴雨发生在偏南暖湿气流中,首先,可能是位于北京西南的河北涞水和易县附近强雷暴群激发的重力波传播,触发对流不稳定能量释放,形成线形分布、孤立的γ中尺度对流单体,这些对流单体在城市中尺度的风场辐合线的组织下,形成β中尺度对流系统。这一对流系统激发的重力波,再次形成一系列γ中尺度对流单体,当这些单体又一次被组织成β中尺度对流系统时,由于对流不稳定能量减弱,北京城区出现的第二个降水峰值明显减弱。(3)城市与郊区下垫面物理属性造成的热力差异,不仅形成城市中尺度的低空风场辐合线,它的存在对对流单体具有明显的组织作用。同时,这种热力差异还可能造成边界层内中心城区风场垂直切变加强,郊区低空风速加大,这种强迫有利于暴雨中心区强烈的上升运动得以维持,保证了低空水汽在较大范围内向对流体中流入,维持对流降水的持续。 展开更多
关键词 Β中尺度 暴雨 重力波 对流系统 中尺度辐合线 垂直切变
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北京地区2004年7月10日局地暴雨过程中的波动分析 被引量:43
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作者 郭虎 季崇萍 +1 位作者 张琳娜 张明英 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第4期703-711,共9页
2004年7月10日(简称04710)北京出现了局地暴雨天气。这次暴雨的落区主要集中在城区,由于降雨时间短、雨量集中,给北京城区的部分基础设施和城市交通造成了极大的负面影响。这也是近十几年来罕见的一次北京城区暴雨。针对这次局地暴雨天... 2004年7月10日(简称04710)北京出现了局地暴雨天气。这次暴雨的落区主要集中在城区,由于降雨时间短、雨量集中,给北京城区的部分基础设施和城市交通造成了极大的负面影响。这也是近十几年来罕见的一次北京城区暴雨。针对这次局地暴雨天气过程,利用雷达、自动气象站、常规气象站资料等,结合天气学分析和重力波指数分析方法对暴雨的触发机制和落区进行了研究。分析显示:04710暴雨是一次中小尺度天气过程,其中由重力波所激发的小尺度波动对强降雨的产生及其时空分布起主导作用;重力波发生、发展条件与判据的分析显示,强垂直风切变使平均气流中的部分动能转化为扰动动能,促使重力波的产生与传播;重力波通过积雨云团时加快了积雨云的发展,加大了云内上升速度,使不稳定能量得以释放,进而触发强降水;天气学分析指出,中层冷空气入侵造成的垂直风切变是触发重力波的主要原因;雷达回波图显示出强降雨的产生、发展及其分布形态与小尺度重力波的分布和传输相吻合。 展开更多
关键词 暴雨 重力波 垂直风切变
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风垂直切变对中尺度地形对流降水影响的研究 被引量:16
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作者 赵玉春 王叶红 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期3213-3229,共17页
针对长江中下游中尺度地形特点以及暴雨过程发生发展期间风垂直切变的主要观测特征,设计了一系列中尺度地形的三维理想数值试验,分析了干大气地形流和重力波特征,探讨了条件不稳定湿大气地形对流降水的模态分布,在此基础上研究了圆形、... 针对长江中下游中尺度地形特点以及暴雨过程发生发展期间风垂直切变的主要观测特征,设计了一系列中尺度地形的三维理想数值试验,分析了干大气地形流和重力波特征,探讨了条件不稳定湿大气地形对流降水的模态分布,在此基础上研究了圆形、直线风垂直切变和切变厚度对中尺度地形对流降水强度和模态分布的影响.结果发现:在Fr≈1的干大气条件下,气流遇到地形后分支、绕流和爬升现象同时存在,地形激发的重力波在水平和垂直方向上传播,其在迎风坡、背风坡、地形上游和下游的振幅不同,并组织出不同强度的垂直上升运动.在Fr>1的条件不稳定湿大气下,地形对流降水主要存在三种模态,即迎风坡和背风坡准静止对流降水以及地形下游移动性对流降水,地形对流降水的形成与重力波在低层组织的上升运动密切相关.风垂直切变对地形对流降水的强度和模态分布有重要作用,其中圆形风垂直切变(风随高度旋转)不仅影响地形下游对流降水系统的移动方向,而且影响迎风坡和背风坡山脚处对流降水中心的分布和强度;直线风垂直切变(风随高度无旋转)主要影响地形对流降水的移动速度和强度.风随高度自下而上顺(逆)时针旋转,地形对流系统向下游传播时向右(左)偏移.风垂直切变主要通过影响地形重力波的结构和传播以及对流系统的形成、移动方向和速度,来影响地形对流降水的模态分布,其中对流层中低层的风垂直切变对地形对流降水强度和模态分布有重要影响. 展开更多
关键词 地形 对流 降水 风垂直切变 重力波
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耗散大气中水平不均匀风场对内重力波传播的影响 被引量:3
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作者 丁锋 万卫星 袁洪 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期589-595,共7页
采用包括耗散的射线跟踪方法 ,计算了在水平不均匀风场作用下 ,不同尺度重力波从对流层直至 2 2 0km观测高度的传播 ,结果表明 ,垂直于重力波传播方向的风以及风剪切能够引起波射线的折射 ,从而导致重力波明显偏离初始传播方向 .在强顺... 采用包括耗散的射线跟踪方法 ,计算了在水平不均匀风场作用下 ,不同尺度重力波从对流层直至 2 2 0km观测高度的传播 ,结果表明 ,垂直于重力波传播方向的风以及风剪切能够引起波射线的折射 ,从而导致重力波明显偏离初始传播方向 .在强顺风场作用下 ,由于风场引起的捕获 ,大量重力波不能传播到观测高度 .由于风场引起的多普勒频移 ,小周期的重力波在弱顺风条件下能够传播到观测高度 .由于反射作用 ,强逆风场不支持周期低于约1 8min的较高频重力波的传播 .而在弱逆风作用下 ,大部分中尺度范围重力波都能够传播到观测高度 .本文统计了武汉电离层观象台的TID观测数据随热层风场的分布 ,统计结果与模拟结果符合较好 . 展开更多
关键词 射线跟踪 重力波 水平不均匀风场 耗散大气 对流层 多普勒频移
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背景风场和温度梯度对重力波传播的影响 被引量:3
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作者 丁锋 万卫星 《电波科学学报》 EI CSCD 1998年第2期109-112,116,共5页
运用射线跟踪方法,计算了背景风场和温度梯度共同影响下大气重力波的传播射线,结果表明,在顺风传播情况下,较小波长的重力波在100km左右的高度上被捕获,较大波长时可穿透传播到热层,但射线在水平方向拉伸;在逆风传播情况下,较... 运用射线跟踪方法,计算了背景风场和温度梯度共同影响下大气重力波的传播射线,结果表明,在顺风传播情况下,较小波长的重力波在100km左右的高度上被捕获,较大波长时可穿透传播到热层,但射线在水平方向拉伸;在逆风传播情况下,较长彼长的波在120km之下的高度发生无环反射,较短波长的波在200km以上的高度发生有环反射,而介于两种反射波的波长之间的波则穿透传播到热层高度,射线变陡。分析表明,上述彼的反射、捕获、拉伸和变陡等与风场和温度梯度的共同作用密切相关。 展开更多
关键词 重力波 射线跟踪 风场 电波传播
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冷锋期间武汉MST雷达低平流层回波异常现象 被引量:3
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作者 潘震豪 周晓明 +3 位作者 陈罡 燕春晓 陈飞龙 王莹 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期492-501,共10页
武汉MST雷达是中国子午工程建设的两台中高层大气无线电探测雷达之一.该雷达探测频率在VHF频段,雷达回波在低平流层和对流层上部具有角谱特性,可为研究大气动态稳定性提供有效技术手段.本文利用武汉MST雷达2016年4月17日冷锋活动期间及... 武汉MST雷达是中国子午工程建设的两台中高层大气无线电探测雷达之一.该雷达探测频率在VHF频段,雷达回波在低平流层和对流层上部具有角谱特性,可为研究大气动态稳定性提供有效技术手段.本文利用武汉MST雷达2016年4月17日冷锋活动期间及平静天气的角谱实验数据,从雷达回波特性变化、风场空间分布、湍流生成机制以及内重力波影响四个方面分析并解释了MST雷达对流层顶上部区域出现持续异常强回波带的成因.分析结果表明,对流层冷锋的强对流作用诱发内重力波,内重力波向上传播至低平流层后受增强的剪切急流影响发生耗散甚至破碎,激励了长时间跨度的K-H不稳定性,进而导致水平反射层结构发生扰动生成湍流,使得雷达回波结构发生变化. 展开更多
关键词 角谱 MST雷达 风剪切 KH不稳定性 内重力波
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