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大气对流边界层中的涡漩结构 总被引：4，自引：1，他引：4
大气边界层中存在尺度从几百米到几十公里的大涡漩运动。它们在边界层中动量、热量、水汽等垂直输送中起重要作用。作者从边界层中对流和上部稳定层中波动相互作用的观点，发展得出大涡结构的对流波动理论。根据此理论，大涡的波谱构成主要由上、下层大气中风向、风速、层结以及两层之间的温度跃变等因素决定。本文根据卫星云图和天气资料分析了一次冷空气爆发流经暖洋面上形成云街、对流单体以及它们之间的相互演化的过程，并用对流波动理论，依据各阶段的大气条件计算出它们的波数构成，并得出了垂直速度、辐合带、界面扰动的分布，解释了云街、对流单体的形成、结构及相互转化的原因 相似文献
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对2009年8月25日西太平洋副热带高压(简称副高)西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明:副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层(700 hPa以下)的对称不稳定区,700~500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700~500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层(750 hPa以下)锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500~800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。 相似文献
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条件不稳定湿大气中三维理想地形上空对流的动力学特征 总被引：5，自引：1，他引：4
条件不稳定湿大气情况下,气流经过三维地形可以形成不同性质的对流系统以及不同特征的地形流结构,其对流系统、地形流的性质主要取决于地形上空的对流触发、对流-地形流-重力波三者之间的相互作用,同样这些过程对于地形降水的性质、分布起重要的作用.根据不同湿Fr数(Froude number),湿条件不稳定大气经过三维小尺度山地上空时其对流和地形流动存在4种不同的流域(flow regirnes):(1)下游传播对流模态;(2)上游传播和下游传播共存对流模态;(3)山峰附近准静止和下游传播共存对流模态;(4)下坡稳定和下游传播对流共存模态.地形上空对流系统主要可以通过两种不同机制形成:(1)地形直接的抬升或减速作用;(2)在地形流形成后,由于地形流本身特性(如上游分离、背风涡旋和下坡重力波破碎)触发.在较大的Fr数情况下,地形上空对流生成后反过来可以破坏上、下游的地形流结构,但对背风坡的重力波破碎影响较小.不同初始对流有效位能(CAPE)不仅可以影响对流系统的传播、发展,而且可以影响整体地形流性质.较低的初始CAPE有利于地形流的形成,此时对流对地形流结构特征的影响相对较小,其流场性质与低Fr数流域性质相似. 相似文献
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对流对称不稳定的发展演变和环流特征 总被引：13，自引：0，他引：13
利用1999年6月一次典型梅雨锋暴雨过程和敏感性试验的数值模拟结果分析了对流对称不稳定的发展演变和环流特征.结果表明：条件对称不稳定是大气稳定状态和条件不稳定状态之间的中间纽带,大气由稳定向不稳定或者由不稳定向稳定的演变均通过条件对称不稳定来实现;对流对称不稳定环流的形成与不稳定层的配置有关,当低层为条件不稳定而高层叠加深厚的条件对称不稳定时,对流对称不稳定环流低层出现垂直上升气流,高层出现范围较广的倾斜上升气流,对称不稳定能量释放产生中尺度云带.当低层和高层出现条件不稳定,中间呈条件对称不稳定或弱稳定度层结时,从低层到高层出现较深厚的垂直上升气流,湿重力不稳定能量的释放导致了云带的形成. 相似文献
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利用北京地区稠密的观测资料和变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)再分析资料,分析了2017年7月7日相继影响北京地区并造成短时强降水、大风、小冰雹等的两条线状对流活动。两条对流均生成于北京西北的河北张家口山区,且在山脚和平原地区继续发展,但其边界层条件是不同的,第二条对流带在第一条影响后的冷垫上发展。结果表明:平原及山脚一带较好的热力、动力条件,包括高温高湿的边界层环境、低层环境风场与对流带前侧冷池出流形成的辐合,为第一条对流带在下山过程中快速组织化发展形成飑线提供了有利条件。飑线发展强盛阶段,冷池的发展与环境低层垂直风切变达到平衡,冷池前沿自地面至1.5 km高度处形成强辐合区,上升运动呈近乎垂直的形态。第二条对流带在前一条飑线形成的冷垫上继续发展,形成暖季高架对流,虽然风暴上升运动呈倾斜状且强度有所减弱,但是强回波(≥45 dBz)面积未减。一方面,第二条对流带受前一条飑线能量方面的抑制;但另一方面,两条对流带在合适的距离下,低层流场形成辐合,尤其是在第二条对流带的冷池与前一条飑线形成的冷垫靠近叠加以后低层辐合进一步加强,第二条对流带回波继续北上。本例高架对流发展的能量来源主要为边界层以上层结不稳定的大气,可能伴随在第一条飑线过境后由偏南暖湿气流带来的边界层以上对流能量重建过程。所以,在强对流短时临近预报业务中,需要综合考虑热力、动力等多重因素,而VDRAS快速更新同化的再分析资料可以提供有效参考。 相似文献
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用1999年6月一次梅雨锋大暴雨过程高分辨的敏感性数值模拟结果分析了对流活动对大尺度环境的反馈作用，共设计了两个敏感性方案：干绝热过程(干调整)和包含水汽及凝结潜热释放的湿过程(湿调整)，两种调整过程包含的不稳定能量不同，对环境场造成的影响也不同。通过分析，得到以下几点结论：在对流强盛期间，湿调整比干调整更能增强底层辐合和高层辐散；当对流消失后即大气从不稳定调整到稳定状态后，两种调整过程对水平风场的影响基本相同；湿调整比干调整产生的垂直速度更大；湿调整比干调整更能使大气底层温度降低、高层温度升高。干、湿调整过程都是不稳定能量释放过程，当层结不稳定能量释放、产生强对流时，强上升运动中心的中下层辐合增加、高层辐散增加，当对称不稳定能量释放时，高层指向冷区一侧的水平风分量增强，底层指向暖区一侧的水平风分量增强。水平风场受对流影响后改变的量值与原有量值相当；不稳定能量释放可影响到对流中心周围5个经纬距以上的范围。 相似文献
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针对LASG/IAP发展的大气环流模式GAMIL(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG)的两个版本GAMIL2(G2)和GAMIL3(G3)，评估了其对热带降水气候态以及对流垂直结构的模拟能力，在此基础上探究了新版本模式降水模拟改进的原因以及热带对流垂直结构与降水模拟偏差的关系。两个版本的GAMIL模式都较好地捕捉到了热带降水的主要特征，且G3的模拟结果整体优于G2。新版本的主要改进在于显著减小了热带西北太平洋正降水偏差。水汽收支诊断显示，模式降水偏差主要来源于蒸发项和水汽垂直平流动力项，而后者的偏差则来自于对流强度和对流垂直结构的共同作用。对流垂直结构偏差主要存在于赤道印度洋与赤道大西洋区域，表现为大气低层辐合分量偏小，对流卷出层高度偏高；在热带西北太平洋与赤道东太平洋区域，模式较好地还原了典型的“头重型”和“脚重型”对流垂直结构，但依然存在有整体性的对流偏深。湿静力能（MSE）收支显示，热带西北太平洋区域过量的净能量通量是模式垂直运动偏差的主要来源。而对流垂直结构偏深造成的总湿稳定度（Gross Moist Stability，简称GMS... 相似文献
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川西高原东坡地形对流暴雨的研究 总被引：6，自引：0，他引：6
利用地面常规雨量站和探空资料以及NCEP 1°(纬度)×1 °(经度)再分析资料,对2004～2010年川西高原东坡地形过渡带的12次暴雨过程进行了分析,研究了高原东坡地形对流暴雨发生发展过程中的天气背景和环境场特征,并对高原东坡地形在对流暴雨形成中的作用进行了初步诊断,在此基础上利用WRF中尺度数值模式和地形上游探空12次暴雨过程的平均垂直廓线在模式真实地形下开展理想数值试验,验证了观测诊断分析的推断.结果发现:高原低值系统移入盆地是地形对流暴雨发生发展的天气背景条件.随着高原低值系统移入盆地上空,盆地低层气流从西南(偏南)气流逐渐发展成东南(偏东)气流,它的出现是地形对流暴雨形成的重要原因.地形对流暴雨发生发展过程中,盆地大气柱含有充足的水汽,存在明显的对流有效位能(CAPE).CAPE存在着明显的日变化,它在14:00(北京时间,下同)至20:00的峰值位相有利于地形对流暴雨的形成和发展.低层东南(偏东)气流的地形费劳德数略小于1,气流遇到高原东坡地形后爬坡和阻滞绕流同时存在,它在地形缓冲带的爬升和向南绕流形成的气旋性切变皆有利于对流暴雨的启动和发展.最后归纳总结了川西高原东坡地形过渡带对流暴雨形成的物理概念模型. 相似文献
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中尺度对流系统中的湿中性层结结构特征 总被引：1，自引：0，他引：1
基于CloudSat卫星获得的高分辨率中尺度对流系统垂直剖面结构,结合大气参量相对湿度和相当位温的诊断分析,在低纬度、中高纬度地区、陆地或海洋以及不同天气形势下,发现了多个非常典型的中尺度对流系统(MCS)内部具有湿中性层结特征的个例.进一步利用静止卫星普查到的东亚地区MCS分布情况,结合NCEP再分析资料诊断MCS重心位置处大气状态廓线,利用大量的例子从统计的角度揭示了湿中性层结结构特征在MCS中存在的普遍性,并且从动力学和热力学的角度探讨了湿中性层结结构在MCS发生和发展中所起到的作用. 相似文献
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副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析 总被引：8，自引：1，他引：7
对2009年8月25日西太平洋副热带高压（简称副高）西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明：副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层（700 hPa以下）的对称不稳定区,700～500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700～500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层（750 hPa以下）锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500～800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。 相似文献
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华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析 总被引：48，自引：11，他引：37
利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型. 相似文献
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在许多行星上,不断有热量供给地面,且热量也不断通过大气向太空发出红外辐射.由于在高压区是热源不是热汇,因此,该系统能够做机械功.大气对流是可以在此系统中运转的自然热机.基于这种热机结构,提出了一个大气对流的简单理论,预报在统计平衡状态下干、湿对流的浮力、垂直速度及其覆盖区域.在对流热机一次循环期间,来自地面层(热源,热区)的热,其中一部分被报废到空间自由对流层(热汇,冷区),并从那里辐射到太空.其余部分变为机械功.此机械功用于克服机械耗散维持对流运动上.最终,机械能耗尽,转变成热能.消耗掉的部分能量被辐射到太空,而其余的通过对流气块进入再循环.在温度较低能量消耗部分降低的情况下,温度较高能量消耗部分增加,提高了对流热机的视效率.对流热机所做的功对气柱积分,给出了存在于行星大气中克服粘性耗散、维持对流运动的对流有效位能(CAPE)统计平衡量的大小.此积分被认为是准平衡条件下行星状态的一个全球性数字.对于地球目前的气候,热机结构预报热带地区CAPE值的大小为1000 J·kg-1,该预报值与观测值一致.从结果也可得出,存在于对流大气的CAPE总量应随着全球地表温度的升高(或大气对红外辐射的暗度)的增大而增大. 相似文献
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对流凝结加热和垂直风切变对行星波垂直传播的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
本文从理论上分析研究了对流凝结加热和垂直风切变对大气行星波垂直传播的影响。结果表明,对流凝结加热有抑制行星波垂直传播的作用;基本气流的西风(正)垂直切变对行星波的垂直传播有利,而东风(负)切变却对行星波的垂直传播有阻碍作用。 进-步分析还发现,垂直风切变对行星波垂直传播的影响以在中高纬度地区更为显著;对流凝结加热对行星波垂直传播的影响在热带地区更值得重视。并且,垂直风切变和对流凝结加热的影响可能是使得大气中板地波导更显著的重要原因之一。 相似文献
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本文利用基于变分客观分析方法的物理协调大气分析模型,构建了青藏高原试验区大气热力—动力相互协调的数据集,并通过该数据集对青藏高原试验区夏季深厚及浅薄对流降水过程的热动力特征进行分析,结果表明:变分客观分析后的垂直速度场能更好地与实际观测的对流降水过程相吻合;深厚对流降水期高云含量多,整层大气为较强的上升运动,上升运动可达100 hPa左右,浅薄期高云含量少,上升运动仅能延伸到300 hPa左右;两种对流降水过程中视热源Q1在低层为冷却作用,高层为加热作用,在深厚期中高层Q1存在两个加热中心,中层受较强的水汽凝结释放潜热加热所影响,高层主要受过冷云水凝结成冰晶形成高云时释放的热量所影响;在浅薄期中高层Q1只存在一个加热中心,大气的加热主要来源于水汽的凝结潜热释放;深厚对流降水期视水汽汇Q2的加热作用可以延伸到200 hPa,而浅薄期仅到340 hPa左右。 相似文献
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陆气相互作用对中尺度对流系统影响的研究进展 总被引：1，自引：1，他引：0
文章回顾了大气对地表性质的敏感性研究,以及陆气相互作用对中尺度天气过程的影响,说明了地表性质与积云对流及对流降水之间的联系。地表性质的改变对行星边界层的热通量、水汽通量、对流有效位能产生影响,并通过湍流的垂直输送,进而影响到其上大气的性质。陆气之间存在着复杂的、非线性的相互作用。性质不均匀的下垫面造成地表向大气感热通量和潜热通量的差异,从而在近地层大气中形成温度和气压梯度,产生局地环流,在条件适合的情况下可以形成对流,并产生降水,而降水的不均匀分布,又维持了下垫面的不均匀性。土壤湿度对对流的影响受到多个因素的制约,其中天气尺度过程的影响是很显著的;由非均匀的下垫面所产生的局地环流能够触发积云对流。 相似文献
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尽管每年美国中部有许多对流系统出现,但一些对流复合体的碎云砧消散或移走之后,在卫星云图上只有少数可以很好地确定为典型的中层涡旋.本文介绍1981-1988年中尺度对流系统生成涡旋(MCV)事件的气候分析结果,并讨论涡旋环流明显时的天气背景.针对许多个例,用最近的探测资料考查了卫星云图判别的MCVs每个发展阶段的运动学和热力学特征.对MCVs的形成和维持似乎有益的大尺度环境场特征包括弱的气流、弱的垂直切变、弱的环境相对涡度以及强的水平和垂直湿度梯度.可以用涡度方程的形变项解释观测到的中尺度涡旋快速生成的情形. 大多数MCVs出现在MCC型(即圆形的)系统中,但所有记录的个例(1981-1988出现在美国中部的24次事件)中只有一半起源于那些在大小和生命期上满足Maddox严格的MCC判据.此外,因为一些MCVs从尺度小且生命期相对短的对流系统中出现,所以,天气背景以及潜热释放的数量可能成为决定MCSs是否导致MCVs产生的重要控制因子.大多数MCVs(80%)首先在40°N以南观测到.既然许多对流系统在40°N以北形成,所以,MCVs在偏北地区稀少的现象并不是该地区缺乏对流系统的结果. 相似文献
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热带大气季节内振荡数值模拟对积云对流参数化方案的敏感性 总被引：4，自引：0，他引：4
利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的大气环流模式(SAMIL-R42L9)研究了热带大气季节内振荡(MJO)的模拟对积云对流参数化方案的敏感性,结果表明两种对流参数化方案——湿对流调整方案(MCA)和Zhang-McFarlane(1995年)方案对MJO的模拟能力有明显的差异。MCA方案较好地模拟出了MJO的基本特征,包括季节内的时间尺度和向东的传播。Zhang-McFarlane(1995年)对流方案模拟的MJO振幅非常弱,而且缺乏连续的传播特征,在MJO的演变过程中弱的低层水汽辐合使MJO难以维持和传播。两种不同的对流参数化方案产生的非绝热加热垂直廓线明显不同,Zhang-McFarlane(1995年)方案产生的非绝热加热强度在对流层各层过于一致,没有明显的最大加热层,而且平均的加热强度太弱,这是该方案难以模拟出合理的MJO的主要原因之一。因此,模式对热带大气季节内振荡的模拟能力很大程度上依赖于所使用的积云对流参数化方案,当积云参数化方案改变时模式模拟的MJO也发生明显变化,而非绝热加热廓线是对流参数化方案影响MJO模拟的一个重要影响因子。3种不同的非绝热加热垂直分布的敏感性试验表明,当最大的加热层位于对流层中低层尤其是对流层中层时,更容易产生出与观测较为接近的季节内的扰动,而当最大加热位于对流层高层时,更易于激发出西传的扰动。 相似文献
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中国冷季高架对流个例初步分析 总被引：11，自引：2，他引：9
通过对3个中国冷季高架对流个例进行详细分析,试图揭示中国冷季不同类型高架对流在环境背景、雷达回波结构、产生的天气类型和主要形成机理方面的主要特征,包括共同点和差异。利用常规高空和地面观测、NCEP分析和雷达回波资料,采用对不同类型多个典型个例分析的方法进行研究。首先给出了中国冷季高架对流的定义,然后分别仔细分析了3个不同类型冷季高架对流个例,探讨他们各自的环境背景特征,生成与发展机理,对他们的相同点和差异进行了对比。3个个例的共同特点是斜压性和深层风垂直切变都很强,对流发生区在地面锋面冷区一侧数百千米。不同点是前2个个例为条件不稳定结合水汽和抬升触发等条件导致的垂直对流,低层暖平流都很强,但对流有效位能差异很大,对流强度和导致的天气差异很大。第3个个例为条件对称不稳定结合水汽等条件形成的倾斜对流个例,倾斜对流区在地面锋面以北500-600 km处,冷垫非常深厚。第1个例子于2012年2月27日发生在华南,最不稳定气块对流有效位能只有100 J/kg左右,深层风垂直切变很强,850-700 hPa的辐合切变线触发了该高架对流,对流较弱,最强反射率因子在40-45 dBz,只产生了雷电、霰和小冰雹。第2个例子于2007年3月30日晚上出现在山东半岛,最不稳定气块对流有效位能达1400 J/kg,0-6 km风垂直切变（风矢量差）达32 m/s,形成数个结构类似超级单体的对流风暴,多个多单体强风暴,和大量多单体风暴,最强反射率因子将近70 dBz,导致6个站出现冰雹,其中1个站观测到直径23 mm的大冰雹,另1个站点出现21 m/s对流大风。其最有可能的触发机制是以泰山为中心的山地激发出来,在低层为稳定层,以上为深层条件不稳定层和强风垂直切变环境下形成的较大振幅俘获中尺度重力波。该俘获重力波可能还对对流生成后对流的组织形态和对流群的整体结构具有显著调制作用。最后1个例子是发生在2008年1月中国南方大范围冰冻雨雪期间1月27日安徽、江苏和浙江的区域性大暴雪,分析表明,条件对称不稳定导致的倾斜对流是产生此次大暴雪的主要原因之一。 相似文献
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文章分析了两种典型的大气湿绝热过程及其处理方法，对大气对流能量参数的计算技术进行了研究。结合实际个例，利用可逆饱和绝热过程，对包含液态水重力拖曳作用的修正对流有效位能(MCAPE)和修正下沉对流有效位能(MDCAPE)进行了定量计算。文章结合数值模式输出探空分析，预报不稳定和对流能量的区域分布，在此基础上建立了综合多指标叠套强对流天气落区预报方法，用MM5 及国家气象中心T106模式输出及诊断产品预报强对流天气落区，并检验强对流落区预报技术。 相似文献