东北冷涡持续影响下郑州地区多日对流性天气特征分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、加密自动站资料、FY2E红外云图及大气电场仪数据对2015年8月22~30日期间东北冷涡持续影响下郑州地区多日对流性天气特征进行分析结果表明:①东北冷涡长时间维持一方面与上游阻塞高压前部冷平流补充有关,另一方面与北上台风变性并入有关;②对流天气发生时,低层有一定的比湿,比湿锋区在一定程度上能触发对流。θ_(se)的密集带是高能高湿区,与对流性天气的落区有对应关系;③雷暴大风、冰雹天气不要求湿层深厚,但需要较高的CAPE,短时强降水需要一定厚度的湿层,CAPE并不一定很大;④中尺度福合线是5次対流性天气的触发机制,对流性天气起源于冷涡涡旋云系尾部因为该区域大气不稳定层结强。强降水与对流云边缘TBB梯度大值区对应⑤大气电场强度的变化和対流性天气的发生、维持及结束关系密切。     

2017年抚州市一次飑线天气诊断分析

基于常规天气图、地面自动站和多普勒雷达等资料,对2017年6月5日抚州市一次飑线过程的地面气象要素、环流形势以及天气尺度、不稳定能量、雷达回波演变特征等进行分析。分析表明:此次过程在中高纬度“两槽一脊”的环流形势下,中低层西南急流的形成促成了大气对流不稳定,地面辐合线是强对流天气发生的触发机制。飑线过境时温、压、湿等气象要素发生了剧烈变化。飑线形成之前,低层增温、增湿为强对流天气发生累积的不稳定能量起到促进的作用。快速东移的弓形回波带、在回波所经之地易出现雷暴大风天气;径向速度图上大片负的速度区前沿出现速度模糊,表明地面雷暴大风即将出现,这种速度场特征对抚州雷暴大风预警预报有指示作用。     

对流槽模拟对流边界层实验研究

叙述了利用对流槽（长＊宽＊高为２００ｃｍ＊４０ｃｍ＊４５ｃｍ）模拟对边界层（ＣＢＬ）的温度场结构特征的实验研究了工作,包括平均温度、垂直热通量、温度脉动、温度谱等,以及混合层顶部夹卷特征,模拟实验结果表明,对流槽能很好地模拟对流边界层发展过程中边界层结构特征和湍流特征,并且细致观测到混合层顶部夹卷过程,为揭示卷机制提供实验依据。     

东北冷涡背景下河南不同强度对流天气特征分析

筛选2015—2017年河南处于东北冷涡形势下连续两日发生对流天气、且过程强度有明显区别的3组共6个个例,利用多种观测资料分析比较其发生发展的环境条件和形成机制.结果表明：(1)3个较弱过程均以雷暴天气为主,3个较强过程均有较大范围雷电和雷暴大风天气,且同时多有小冰雹.(2)所有过程发生时均处于东北冷涡后部较强西北气流区,高空干冷同时低层辐射增温.(3)3次弱过程CAPE均小于1000 J/kg;3次强过程CAPE形态宽而高,数值均在2000 J/kg以上,850～500 h Pa温差大于30℃,低层有浅薄湿层,中层干层清晰且边界相对明显.(4)对流天气基本发生在当日地面最高温度≥33℃的区域内,3次强过程地面温度分别较前一日的弱过程升温2～4℃,同时伴有露点升高.(5)从对流过程雷达图像演变可以发现,山西南部和河南西部是河南东北低涡背景强对流天气的关键区,当对流回波自关键区进入河南并迅速加强组织化或以40 km/h以上速度快速移动时,即预示将出现灾害性强对流天气.     

雷暴单体的对流强度对电荷结构的影响

利用三维雷暴云动力—电耦合数值模式,通过改变中心扰动位温,设置敏感性试验组,分析探讨雷暴单体对流强度对电荷结构的影响。结果表明:雷暴单体对流强度随着扰动位温的增加而增加。对流强度不同,其空间电荷结构也明显不同,但始终存在底部次正电荷区。当对流较弱时,雷暴电荷结构简单,只有主负电荷区和次正电荷区,无主正电荷区。在中等强度的对流雷暴中,雷暴内基本呈正常三极性电荷结构,且主负电荷区有上、下两个明显的电荷中心,上部中心的电荷密度更大。在强雷暴单体中,除了正常的三极性结构以外,次正电荷区以下出现了小范围弱的负电荷区,云顶出现了负屏蔽层,从下到上呈现出正负交替的五层,是电荷结构最复杂的阶段。这主要是由于云上部的正电荷区持续时间较长,电荷密度较大,增强了对周围大气中自由离子的吸引,自由离子被吸引到云边界附着到粒子上,在云顶形成了负屏蔽电荷层。同时,由于对流强,霰粒子可以得到更快的增长,固态降水增强,下沉气流中的霰通过与云滴的感应碰撞形成了云底部短时的弱负电荷区。     

太原一次罕见的区域雷暴大风过程潜势预报分析

利用太原MICAPS高低空实况、探空、物理量场等资料对太原2011年6月7日一次罕见的较强区域雷暴大风过程进行潜势预报分析,为太原区域雷暴大风潜势预报提供参考依据。研究表明,此次过程具有范围大、强度强的特点,属于太原罕见的较强区域雷暴大风过程;500 hPa横槽转竖以及低空切变线,为此次过程提供了有利的动力抬升条件,影响系统从低层到高层接近于垂直,层结不稳定,有利于强对流天气的发生;近地层存在逆温,有利于不稳定能量的积累,"上干下湿"的层结结构,潜在不稳定,有利于强对流天气的产生;沙氏指数SI对此次雷暴大风天气有一定的指示意义,下沉对流有效位能DCAPE在此次雷暴大风过程中有较好的指示效果;500 hPa冷平流、850 hPa暖平流使层结更加趋于不稳定,潜势上更有利于雷暴大风等强对流天气的发生;冷锋在不断发展和南压过程中触发了此次区域雷暴大风过程。     

2013年8月17日黄山莲花峰重大雷电灾害的气象分析

用安徽省黄山气象站地面观测气象资料、美国NCEP全球分析FNL资料,对2013年8月17日黄山莲花峰雷电灾害进行气象分析.主要结果如下:我国东北伸到长江下游为冷槽,测站受其影响;低层东伸的湿舌为测站提供了丰富的水汽.T-lnp图上对流有效位能为397J/kg,对大气对流具有重要作用.低空假相当位温随高度减小,表明存在潜在的对流性不稳定条件;受日射作用,测站中午前后低层空气被下垫面加热,使气层变得不稳定,均有利于对流天气的出现.黄山地形对气流的抬升作用,触发或加强对流天气产生.     

对流边界层高度预报方案的改进

基于对流边界层“一阶模型”,并考虑机械湍流和夹卷过程对对流边界层发展的贡献,提出了对流边界层顶部夹卷速度参数化的改进方案.理论分析表明,在对流边界层受热力湍流和机械湍流共同驱动的情况下,夹卷速度的参数化方案中应该包括机械湍流、热力湍流、夹卷过程和边界层顶上自由大气的逆温强度.用1979年7月美国CIRCE试验的边界层观测资料对改进后的参数化方案进行了对比验证,结果表明新方案能很好地预报对流边界层高度的演变过程.这一改进不仅使物理意义更加合理,也使夹卷速度参数化方案与实际大气状况符合得更好.     

一次贵州暴雨过程的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论,对2012年6月25日贵州省发生的一次暴雨过程进行诊断分析,讨论了湿位涡与此次暴雨过程的关系,结果表明:在此次暴雨过程中,湿空气对流活动层一般仅能达到500 hPa至600 hPa高度,高空大值湿位涡下传,使高空干冷空气入侵低层,即造成动力对流层顶折叠现象,是产生强对流天气的主要原因.湿位涡的正压项是主要的,它反映了强对流天气过程位势不稳定能量的释放过程,而斜压项高绝对值区与暴雨落区吻合很好,对暴雨的强度和落区预报有一定的指示作用.     

对流边界层水平温度场特征的水槽模拟研究

利用对流水槽模拟分析了均匀下垫面自由对流边界层的水平温度场结构特征.根据几何相似、运动相似和动力相似等要求设置初始条件和边界条件实施模拟.对流水槽的尺度为1.5 m×1.5 m×0.6 m,先加入具有一定温度层结的去离子水,然后底部加热形成对流,模拟对流边界层的发生和发展.利用快速响应的温度传感器测量温度廓线和不同高度上的温度起伏;利用准直光闪烁原理获得光学湍流场.根据温度廓线和光学湍流场的结果得到对流边界层厚度和稳定度等参数.根据不同高度的水平脉动温度,利用AR谱方法分析水平温度谱峰值频率所对应的尺度,该尺度对应于对流边界层的准二维对流热泡的水平尺度.统计分析结果表明,自由对流边界层大涡的水平尺度在边界层的下部随高度的增加而增加,约在0.65倍边界层厚度处达到最大,然后随高度的增加又逐渐减小.物理模拟与数值模拟和野外观测结果符合一致.根据对流热泡的这种特征,提出了一个自由对流边界层的热泡模型.     

地表热通量的变化对边界层热力对流卷的影响

以1995年8月14日在Florida观测(SCMS实验期间)的位温、水汽和风速等为初始化的大涡模拟结果,分析研究了边界层对流卷的发展及地表热通量对边界层热力对流卷的影响。分析了热力对流卷的位温、垂直速度及水汽混合比的关系。结果表明在边界层对流卷中,上升气流较暖湿,下沉气流较干冷。还研究了边界层对流卷的演变,结果表明当地表热通量增大时,对流会变得非常活跃,对流层发展的高度也会加深。而当地表热通量增大致超过对流卷维持的临界值时,已经无法观察出对流卷的线性特点。利用地表热通量对对流卷形成和消散的敏感性实验模拟结果,分析得出地表热通量改变时,对流卷的组织性和对流的强度发生的相应变化。减小地表热通量时,对流的强度明显减弱。对流卷的组织性较显著。增加地表热通量时,对流的强度增大,对流会变得很不规则,但当地表热通量太大时,已经看不到有组织的对流卷。研究结果表明对流卷的维持需要一定的地表热通量。     

多孔介质中流体热对流的试验研究

本文就含水的倾斜多孔介质层在侧向加热条件下流体热对流稳定性问题进行试验研究.试验在较大的粒径比条件下进行,再现了固体边壁对流场的影响.这与由忽略惯性项所建立的方程组导出的结果有所不同.试验还表明自然对流稳定性与多孔介质层壁间的倾角有关.     

关于溃变理论在湖北省春季短期强对流天气预报中的应用

依据溃变理论将非均匀信息在突发性、强烈天气过程预报中进行了应用．使用不连续参数把湖北省春季发生的强天气过程（如暴雨、强对流）划定出来,再结合强对流预报判据分辨出强对流天气,用于湖北省春季短期强对流天气预报．其效果经过了１９９５．０３．１５～１９９５．０５．１５连续试验的检验     

竖壁对流换热系数计算模型的探讨

根据流体边界层理论,研究了高普朗特数常物性不可压缩流体在重力作用下,沿竖直壁面无初速度加速流动过程中速度边界层和热边界层的形成规律,给出了速度边界层和热边界层的厚度函数·据此,研究了该模型下对流换热系数的计算方法,推导出计算公式·在短距离流动中,该模型的速度边界层和热边界层较流体外掠水平板模型厚,换热较弱,因此对流系数较小·工程实际中的许多换热问题都可以简化成流体在重力作用下沿竖直平板流动模型·把该模型下得到的对流系数公式应用于飞机附件机匣的传热计算中,得到了比较精确的结果·     

博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层高度特征研究

位于新疆博斯腾湖流域戈壁地区的大气边界层过程受湖泊和戈壁的共同作用, 大气边界层结构具有特殊性。利用2013 年5 月21 日至8 月28 日在博斯腾湖流域戈壁地区获得的大气边界层探测试验资料, 分析该地区大气边界层结构特征。结果显示, 博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层最突出的特征是在夏季典型晴天时对流边界层异常深厚, 在所统计的100 天探空资料中, 有45 天大气边界层高度达3000 m 以上, 最高可达4400 m。同时, 探讨深厚对流边界层的形成机制, 认为博斯腾湖流域戈壁地区特殊的大气热力环境以及湖风切变等因素是形成深厚对流边界层的重要原因。     

对流扩散方程不同格式的数值稳定性分析

利用数值计算方法对一维、线性、无源、两点边值问题的对流扩散方程在均分网格下不同格式的稳定性进行了分析，通过理论推导和实际计算，得出了上述条件下中心差分格式(CD)、QUICK格式和稳定性可控(SCSD)格式的P△cr数，并对稳定性可以保证的(SGSD)差分格式进行分析探讨，验证了数值稳定性是格式固有的属性。在此基础上，二维问题进行数值计算，以资为复杂的多维问题对流离散格式的稳定性分析提供依据。     

强冷空气影响下的强对流天气对比分析

2007年5月和2006年6月两次相似的强对流天气给浙江省带来了强烈的雷雨大风和短时冰雹天气,这两次过程最主要的特征表现在中高层蕴含深厚的冷空气条件,而低层存在浅薄的暖湿气流.综合运用雷达卫星及NCEP实况资料,对比分析了强对流发生发展的环境条件、云图及回波特征,进而揭示出此类天气的主要特点和可预报性.分析发现,925 hPa的切变线形成中尺度触发机制,对预报雷暴的发展走向具有不可忽视的作用;冷空气南下造成的冷暖平流交汇是触发对流的主要原因;云图上,云系移动前方形成较大的亮温梯度,后方形成干涌边界;雷达回波中表现出阵风锋的影响,这些都是地面灾害性大风产生的主要征兆.另外,强回波对应较大的风向切变区和悬挂回波是冰雹产生的重要特征.     

建筑内自然对流对射流的影响研究

当射流出口速度较小或室内自然对流强度较大时,室内自然对流对射流特性产生重要影响。采用数值模拟方法,研究了建筑内左右壁面为定壁温边界条件下的自然对流与射流共存时的速度场和温度场。根据数值计算结果,分析了自然对流对射流特性的影响及其影响因素。这为工程设计中预测自然对流对室内气流射流的作用及合理设计室内气流组织提供了依据。     

三维层流自然对流换热边界层方程的数值解法

采用坐标变换及凯勒单元法求解强制对流换热边界层方程已比较成熟,但对自然对流换热的求解还未见报道。为了检验此方法用于求解自然对流换热的计算精度,采用该方法数值求解了竖窄条三维层流自然对流换热边界层方程,计算结果与前人的实验结果相符。结果表明,用此方法求解三维层流自然对流换热边界层方程是可行的。