地形Rossby波相速和稳定性数值计算

目的 利用考虑地形影响的浅水波模式研究地形坡度对地形Rossby波相速和稳定性的影响。方法 对特征值问题形式的卢平面通道内波动控制方程离散化后进行数值计算，求出地形Rossby波相速和增长率的数值解。结果 地形坡度越大，扰动波长越长，地形Rossby波相速越慢，当扰动波长和地形坡度大于一定值后，地形：Rossby波将呈现准定常特征，甚至出现向西传播。结论 考虑了地形坡度作用以后，地形Rossby波相速将减小，并且有可能出现不稳定增长，最不稳定波长随基本气流强度的增强而增加，当基本气流流速为10m／s(20m／s)时，最不稳定波长约为2400～2500km(3000km)。     

赤道辐合带上热带气旋发生机制的一个数值试验

一、引言 热带气旋的发生可以看成大部分是由赤道辐合(切变)带上扰动发展的结果。从基本气流的分析着手讨论热带气旋的发生近年来是较多的,而线性化的方法又从理论上揭示了基本气流水平切变的不稳定对热带气旋生成的关系,同时亦看到了波长和纬度的影响。然而用线性化稳定度的方法,只能提供热带气旋发生的可能性,而没有给出扰动不稳定后流场发生变化的具体情况与特征。     

卫星遥测纬向剖面地形谱分析--青藏高原背风侧地区地形扰动与西风扰动的耦合模态

遥感地形资料具有空间离散分布特点,因此根据离散谱空间变换中谱能不变性约束下的谱分析方法,研究了遥感地形谱空间域分布基本特征和地形强迫对大气受迫运动的作用机制．并通过定义地形扰动和地形扰动特征尺度的概念,发现位于青藏高原背风侧的我国中东部地区纬向(东西向)剖面地形扰动特征尺度在454.5km,即该地区地形扰动可以定义为中α尺度扰动(比照大气尺度分类);地形扰动尺度与该地区主要致灾天气系统MαCS(Meso-α Convective System,中α尺度对流系统)尺度上的一致性揭示了地形对于MαCS的触发作用．进一步通过对卫星遥感离散地形场测度进行分形学分析,计算出该区域纬向剖面分数维为1.26,说明该地区地形的基本分形元是Koch三角生成元,即青藏高原背风侧地区剖面地形强迫作用机制本质上是基本西风气流与三角形元组合型山脉剖面障碍物相互作用的结果．这种相互作用的物理图象表现为：在我国青藏高原背风侧地区,冬季和夏季700hPa纬向平均风速扰动谱最强峰与地形扰动谱最强峰存在着明显的地形-纬向风速偶合关系,地形-纬向风速共振模态是该地区冬季纬向环流扰动的典型触发机制;而夏季,地形一纬向风速偶合模态转变为向小尺度漂移的高阻尼模态．同时,地形和纬向风速的分形分析表明,关于地形强迫下的受迫扰动的偶合模态和强迫机制的结论,具有尺度的串级和自相似性,可外推到未观测到的更精细的尺度上．     

中国东部地区一个中尺度对流涡旋的涡度收支分析

中尺度对流涡旋(MCV),与其他中尺度涡旋不同,有着其独特的动力机制与发展途径.一旦MCV形成,极易产生灾害性天气过程.为了解我国的MCV,使用非静力中尺度模式天气预报和研究模式对中国东部2003年7月4至5日降水过程进行了高分辨率的双向三重嵌套的数值模拟.与观测资料比较,模拟结果较为准确地再现了当时的大气状况.采用了空间滤波的方法对模式结果进行了大尺度背景场与中尺度扰动场的尺度分离,对MCV的结构与移动进行分析,并追随MCV的活动对其的涡度收支情况进行诊断分析.分析表明,大尺度背景场与中尺度扰动场对MCV的作用有着明显的差异.MCV的移动由大尺度背景风场引导;其中辐合作用直接决定了MCV的形成与发展,大尺度水平运动对中尺度涡度的水平输送为水平平流项的主要部分.而由垂直风速的水平变化所导致的水平涡度的倾斜作用在此MCV形成与发展阶段作用并不明显.成熟时的MCV与成熟时的中尺度对流复合体类似有着3个明显的环流,在对流层高层与低层均为辐散反气旋性环流,对流层中层则为较为深厚的气旋性环流.     

地形坡度对基流中地形Rossby波振幅的影响

 利用考虑地形作用的浅水波模式对基流中地形Rossby波振幅特征进行了数值计算.结果表明,地形坡度对地形Rossby波振幅具有增幅作用,在强基本气流中,增幅作用更明显,地形坡度的作用还使地形Rossby波最大振幅中心位置北移.     

复杂地形上的低层风场特征

为了获得复杂地形上的城市地区低层风场特征,结合各个分散站点的实测风场资料,利用质量守恒风场调整模式M CF进行了三维风场模拟分析。以北京为例,对该地区低层大气的平均流动状况和局地扰动状况进行了模拟,获得了该地区流场总体平均状态和局地扰动状态的时空变化。结果表明:该地区风场季节变化主要受大尺度背景风场决定;流场的垂直分布主要由地形和背景风场共同决定。冬季流场主要受地形动力作用,而夏季则受热力作用,具有很强的局地环流;晴稳天气条件下,低层流场受地形扰动影响较强,其影响表现为水平涡旋形态,城市对涡旋产生也具有显著的影响。     

基于地统计和移动窗口法的坝上地区小尺度土壤盐分空间变异及其影响因素

采用原位测定法测定坝上地区典型河漫滩草地土壤盐分,分析不同深度土壤盐分含量的空间变异规律,并分别通过地统计和移动窗口法定量分析河流和微地形对小尺度土壤盐分空间变异的影响.结果表明:离水体越近,盐分值越大;土层越浅,盐分值越大;表层土壤盐分的变化大于底层;受人为扰动影响,土壤盐分与微地形呈低相关性;在地下水埋深较浅的地区,垄沟对盐分分布的影响相对较小.以移动窗口为基本单元可以使空间格局信息明晰化,为土壤盐分空间变异研究提供新途径.土壤盐渍化治理时要充分考虑水体、地形等因素的影响,对河流沿岸以及地下水埋深较浅的小高地等盐渍化易发区采用生物措施、工程措施及农化措施等方法进行重点防治.本研究结果可为小尺度土壤盐分空间变异影响因素的定量研究提供一定的参考,对坝上草原地区牧场土壤盐渍化问题的防治提供理论依据.      

地球自转参数随纬度变化影响超长波不稳定性的物理过程

本文进一步从斜压适应变化和正压适应变化的相互作用讨论了对系统发展的加速度的影响,指出能造成扰动不稳定发展的关键在于具有和发展方向相一致的加速度。当地球自转参数随纬度变化(即β)不为零时,它的作用将造成一个和发展方向相反的加速度。只有当斜压适应变化和正压适应变化造成的加速度大于β的抑制作用时,扰动才能不稳定发展,否则只能出现中性扰动。 对于中性的超长波,它的斜压部分(或温度场)是以近于平均西风U_2的速度向东移动的,正压部分以近于Rossby波速向西移动的,正是这种作用使扰动加强和减弱只能在一定时段内出现,因而不能出现不稳定。     

考虑时空变化的雷暴冲击风风场特性

为研究雷暴冲击风全周期内风场时空变化特性,基于流体力学计算软件FLUENT,采用大涡模拟进行风场瞬态模拟,并结合风暴中心移动及出流风速衰减这2个影响风场特性的主要因素,更加接近真实地模拟实际雷暴冲击风的发展至消散过程.模拟结果表明:受风暴移动和下沉气流变化影响,整体风场呈现出不稳定、随时间和空间变化剧烈的特点;风暴前方存在较大旋涡,水平风速沿竖向分布呈现出典型的鼻状下击暴流风剖面;风暴中心移动路径附近位置的风速时程规律与实测数据特征基本吻合;风暴中心后方产生较多小漩涡,湍流度较大.因此,对于处在雷暴冲击风影响范围内的结构和建筑物,除了需要考虑雷暴冲击风的正面侵袭外,还应考虑风暴中心经过后尾流区域涡旋的影响.     

高压喷射雾化液滴的二次破碎机理

采用射流界面不稳定扰动波雾化分裂理论,分析了单液滴在空气中以极高的速度运动过程中,由于液滴所受内外作用力的不平衡边界条件所产生的表面扰动;建立了液滴二次破碎色散方程,给出了单液滴在扰动波作用下发生二次破碎的最快增长率和相应的最不稳定波长,以及破碎时间和稳定液滴直径;分析了液体粘性、液滴速度对高速运动液滴不稳定性的影响,对液滴雾化机理进行了理论探讨.仿真表明:由作用于高速运动液滴表面的不平衡力,使得液滴界面产生变形加速度,这是导致液滴表面不稳定而进一步分裂的内在动因;粘性对扰动波发展有抑制作用,气液界面运动加速度是控制液滴破碎的重要因素.     

一次飑线引发的强雷暴大风大雨分析

利用常规探测、地面加密观测资料和850～500 hPa高空图环流形势及影响天气系统,对2009年4月15日22时广南县发生的1次飑线天气过程进行综合分析.结果表明:飑线发生在冷暖气流的汇合前缘,导致上干冷下暖湿的不稳定层结中,高空急流入口区与低涡切变快速移动对不稳定能量的释放有触发作用;飑线是在深厚冷温槽扩展到低层增温增湿中形成的,并在风速垂直切变条件下发展成熟.偏南气流水汽输送和能量积聚是这次飑线过程的能量来源.     

台风准平衡移动的探讨

台风移动与环境基本气流关系密切,存在一种准平衡关系.对于这种准平衡关系至今仍不很清楚.本文用成熟台风模式从理论上探讨了这种准平衡关系,发现台风的平衡移动速度是由环境气压梯度力、柯氏力、台风涡旋与环境基本气流的相互作用力、摩擦力和台风内力等各作用力相平衡所决定的.当台风移动速度与平衡速度不一致时,只需三个小时左右的时间,摩擦作用和相对散度便可使台风移动速度迅速调整到接近于平衡速度,因此,正常台风总是以准平衡速度移动,台风路径则主要决定于这种准平衡速度的演变过程.本文还对造成疑难台风路径的原因作了分析.     

一次飑线过程的数值模拟及诊断分析

2003年04月12日江西、福建交界处发生一次飑线过程,该飑线过程造成了雷暴、冰雹和大风等强烈天气．本文使用NCEP1°×1°逐6h分析资料及卫星、雷达观测资料对这次飑线过程发生的大尺度背景进行了分析,之后本文使用Advanced Research WRF（ARW）2．2对该过程进行了模拟,并利用模拟结果对飑线系统的演变过程、近地层结构、对流层结构进行了分析,结果表明：1）本次飑线发生于大尺度鞍型场中,它是在冷锋、切变线、低空西南急流、高空西风急流以及中尺度对流复合体等系统共同作用下生成,从位涡角度看,它是高空正的湿位涡移至低层斜压不稳定的冷锋上所诱生的一次强对流过程;2）位于江西、福建交接处的武夷山地形对本次飑线的形成、移动和发展有较大影响,敏感试验表明若将武夷山地形高度减至一半则无法生成飑线系统,但对流单体依然能够生成;3）近地层风场表明本次飑线过程主要为南北向气流的辐合,东西向气流的辐合较小,温度场和海平面气压场上则可以清晰的看出冷空气丘和中高（低）压结构,冷空气丘的存在对风场有明显的加速作用,风速在飑锋处达到最大,且飑锋出流与飑线系统的移速和方向较为匹配,这是本次飑线过程维持和发展的主要因子;4）对流层结构的分析则显示,本次飑线介于前部层云降水飑线（LS）和平行层云降水飑线（PS）之间,其移动方向上（纬向）的垂直结构类似于Front—Fed LS（FFLS）结构,垂直于其移动方向（经向）的垂直结构则与典型的尾部层云降水飑线（TS）结构一致．     

浙江地形对台风Khanun影响的数值试验和机理分析

以2005年严重影响我国华东地区的登陆台风Khanun为研究对象,利用MM5模式对其登陆浙江过程进行了数值模拟,通过模拟结果和实况的对比表明,模式对台风路径和降水的模拟是成功的,在台风移向移速、暴雨强度和落区上与实况十分吻合,但在台风强度模拟上则较实况偏小.在控制试验比较成功的基础上,本文还设计了3个敏感性试验,分析了浙江地形对台风路径、强度和降水的影响及其机理,它们分别为地形加倍、减半和无地形试验.试验结果表明,浙江地形对台风Khanun移动路径没有显著影响,这可能与浙江地形高度较低和环境场强引导气流有关.在降水强度上,浙江地形对暴雨的增幅作用十分显著,由地形强迫产生的降水和地形走向相一致.迎风坡由于地形动力抬升作用有利于上升运动加强,使得对流发展旺盛,降雨量增加,背风坡降雨量减少,浙江中北部沿海地区由于地形强迫产生了与台风环流同位向的扰动使得台风环流明显增强,形成暴雨中心.有无地形影响下的螺旋度对比显示,暴雨增幅区与低层正螺旋度差值区和高层负螺旋度差值区相对应,螺旋度差这种高低层耦合是触发和维持台风暴雨的动力机制,有利于台风螺旋结构的维持和强降水的发生.     

热带气旋“浣熊”引发广东南部沿岸大暴雨分析

应用NCEP 1白1?的再分析资料、常规观测资料及地面加密观测资料分析2008年4月热带气旋“浣熊”引发的广东南部沿海地区大暴雨过程成因,结果表明：此次大暴雨过程是在南亚高压加强并向西北方向移动控制华南沿岸及南海北部,同时“副高”减弱东退的大尺度形势背景下发生的;南亚高压和“副高”之间存在“反向”而行的短期互动,而这种互动对大暴雨过程有重要影响;热带气旋向偏北方向移动过程中与高原东侧东移南下的槽在广东南部沿岸合并是引发大暴雨的重要天气系统;暴雨区上空存在对流不稳定,大陆冷高压东移出海过程大气边界层内回流弱冷空气是大暴雨过程不稳定能量释放的促发机制;大暴雨过程水汽源地是西太平洋和南海,来自西太平洋和南海的水汽在暴雨区上空辐合为大暴雨过程提供了充足水汽;大暴雨降落在热带气旋路径的右侧而不是热带气旋中心的四周,其原因是水汽和风场的辐合均发生在热带气旋路径的右侧,这是由热带气旋自身环流和大尺度环境气流共同决定的。     

偏南气流翻越秦岭山脉的数值分析

通过数值模拟，结果表明风场的垂直结构和热力的共同作用是越山气流扰动不稳定发展和背风波形成的重要条件；水汽作用造成的垂直运动随高度呈抛物线分布；湍流扩散作用不利于上升运动形成。结果还表明，雨峰与上升运动有很好的对应关系，证实了秦岭山脉和越山偏南气流对陕西降水的南北分布有重要贡献     

中小尺度过山气流的动力问题研究

中小尺度地形的强迫抬升和屏障作用对大气运动有显著影响.概述性地回顾了在不同大气条件下气流经过各种中小尺度理想地形所产生的垂直传播的过山波和水平传播的背风波等现象的线性和非线性理论研究进展.分类归纳了中小尺度过山气流的各种数值实验和外场观测实验,总结了包括气流分离、重力波破碎、水跃、强下坡风、转子等在内的非线性现象及其可能联系.回顾线性理论、外场观测及数值模拟的研究表明,线性理论能刻画中小尺度过山气流的部分特征,高时空分辨率的数值模式能模拟各种非线性现象.文中指出,在理论分析中要进一步加强理想大气条件和实际天气系统特征的结合,定量地研究气流过山时地形的动力作用;在探究过山气流各种非线性现象成因和演变规律的同时,应该更多地研究这些动力现象在实际暴雨中的作用,从而改进暴雨预报.同时,在大气环流模式次网格地形波参数化方案中考虑非线性山脉波动阻力将会有更好的模拟效果.     

一次热带低压外围偏东气流引发的异常强降水过程分析

基于热带低压异常强降水对海南省造成的巨大影响,使用NCEP/NCAR再分析资料,对此次热带低压缓慢移动且长时间维持而引发的海南省强降水过程进行了诊断分析.结果表明:中层热带低压倒槽的移速快于低层,在暴雨区形成了一支自下而上向西倾斜的上升气流,海南岛暴雨区上空恰好存在着对称不稳定,斜升气流引起了对称不稳定能量的释放使低层不稳定发展,有利于海南岛暴雨的发生.受西太平洋副热带高压和北方大陆冷高压与南海热带低压冷暖系统相互作用,热带低压移动缓慢,对流层(副高西南侧)存在的这一支偏南风急流和850hPa的偏东或东南风气流含有丰富的水汽,使得热带低压强度较长时间维持存在.通过对各个物理量场分析表明:海南岛暴雨区域可以从水汽通量相对散度上看出来,且假相当位温的特征说明海南岛暴雨区域中、低层大气具有强不稳定性特征,垂直速度的分析发现低层辐合高层辐散也有利于此次强降水产生.     

一类潜伏期与染病期均具有传染性的随机传染病模型

考虑在环境白噪音扰动下建立一类潜伏期和染病期均具有传染性的随机SEIQR模型.首先利用Lyapunov函数和It?公式证明随机SEIQR传染病模型存在唯一的全局正解.其次讨论当基本再生数不大于1时,给出相应确定性模型的无病平衡点渐近稳定的充分条件,当白噪声较小时,疾病将灭绝;当基本再生数大于1时,给出相应确定性模型的地...     

淮河上游地形对大暴雨的影响

本文分析淮河上游地形对大暴雨中心分布的影响事实，并以气流对云中水滴输送率公式进行定性解释，同时也指出地形影响暴雨量的机制是地形改变天气系统的流场，使气流对云团中水滴的输送率发生变化，导致云中水滴在动能较小的地区大量降落，形成暴雨中心，地形对暴雨雨量的增幅作用，水平风速的减低比上升运动更为重要。