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有限区域有效位能理论再探 总被引：6，自引：0，他引：6
本文用拉格朗日方法推导出有限区域有效位能方程。结果表明和Smith导出的表达式有异。本文还重新推导出有限区域有效位能平衡方程。 1.关于参考状态 从实际大气状态到其参考状态,从泛函角度可以描述为孤立系统(或热能和机械能在边界的净交换为零的闭合系统)中的映射关系,即大气在任一时刻的位温空间曲面作为物质曲面均达到水平和垂直稳定状态的特殊映射。因此,可以定义参考气压P_r: 相似文献
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有效总能量平衡方程及其它 总被引：1，自引：1，他引：1
作者在定义了单位质量气块（空气元）的有效总位能的概念基础上，采用空气元的观点双推导了有效总能量的数学表达式，导出形式上与Ｂｅｒｎｏｎｌｌｉ方程（总能量平衡方程）完全相同的有效总能量平衡方程，此外，还推导了有效总能量收支方程，并就一些可能应用的问题进行了讨论。 相似文献
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湿有效位能的一种近似表达式及其计算方案 总被引：2，自引：1，他引：2
大气中的水份对天气变化有很大影响。所以在天气分析预报中,考虑了水汽的温湿特征量,比仅用位温的效果要好。由此推想,在有效位能的计算中,假若再计入潜热能项,将更接近大气能量的实际情况。可能正是这个缘故,E.N.洛伦茨(Lorenz)、谢义炳提出的湿有效位能(mAE)概念受到了很多人的重视。为此,讨论湿有效位能的近似表达式及其计算方案是有意义的。一、近似表达式类似于把单位气柱中的内能与位能之和称为总位能那样,本文把单位气柱中的内能、潜热能、位能之和,称为湿总位能(mTE): 相似文献
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湿有效位能及其在暴雨分析和预报中的应用 总被引：6，自引：0，他引：6
有效位能是大气能量学中很重要的创见之一。早在本世纪初,马古拉斯(M.Margules)讨论气旋发展的能源时就已提出(当时称为有效动能)。可惜的是,其后半个世纪,虽有人继续研究这个问题,但进展不大。本世纪五十年代,洛伦兹(E.N.Lorenz)在上述研究的基础上,重新提出有效位能的概念及其表达式,并用于大气环流的研究。继洛伦兹之后,达顿(J.A.Dutton)与约翰逊(D.R.Johnson)以及范米根(Van Mieghen J.)进行了更全面、更系统、更严谨的讨论。 六十年代末,史密斯(Smith P.J.)提出有限区域有效位能及其收支方程后,把有效位能概念及其收支方程用于天气分析研究者日益增多。 大气中的水汽对天气变化有很大影响,在天气分 相似文献
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对流有效位能（CAPE）是强对流天气分析预报的重要参数。通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下对流有效位能的两个新的计算公式,便于业务应用;并讨论了对流有效位能的局地变化因子和预报思路。 相似文献
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本文介绍了国内外有关由非绝热过程(感热、潜热和红外辐射)对有效位能产生估算的一些诊断研究结果,揭示了非绝热过程对气旋产生机制和与大尺度环流的关系。一、前言 Johnson在等熵坐标中对运动的开放系统研究了一组方程,提供了关于对风暴有效位能收支的非常概括的讨论。Smith在等压坐标中对运动 相似文献
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对流有效位能计算的新方案 总被引：2，自引：1，他引：1
对流有效位能是强对流天气分析预报的重要参数。本文通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下,对流有效位能的两个新的计算方案,分别记作CAPEw和CAPE。该方案与以往的方案有很大的不同和根本的区别,更加合理和符合实际。编制了相应的计算程序,可以计算两种情况下的对流抑制能量CINw、CIN,对流有效位能CAPEw、CAPE,抬升凝结高度LCL(二者相同),自由对流高度LFCw、LFC,对流凝结高度CCL(二者相同)以及平衡高度ELw、EL;可以预报对流温度Tg(二者相同);可以分析地面和高空温度、湿度、等压面高度发生变化时,CINw、CIN和CAPEw、CAPE等的数值变化情况,便于业务应用和理论研究。还讨论了影响对流有效位能局地变化的因子和预报思路。 相似文献
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文章推导出了改进的大气声散射截面σ(θ)表达式，确定了大气声散射系数αs的解析表达式，并得出改进的大气声折射指数脉动结构系数c2n表达式。实测结果表明，在潮湿大气中，湿度脉动和温湿相关脉动与温度脉动一样是影响声散射衰减的重要因子，而在干燥大气中，湿度脉动的影响可以忽略。 相似文献
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本文利用有效位能收支方程对1979年1月10日出现于西太平洋的爆发性发展气旋进行了有效位能的收支分析,讨论了气旋发展和有效位能的产生、释放的关系。计算了有效位能的转换效率。结果表明,非绝热加热和大尺度背景场对有效位能的变化均是重要的。在非绝热加热中,大尺度和对流性凝结潜热的释放对气旋的发展都是重要的。 相似文献
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本文用总动能、总有效位能、扰动动能和扰动有效位能四个收支方程计算了1980年4-6月南海南部(0-15°N,100-120°E)夏季风建立前(4月1日-5月9日)和夏季风建立后(5月18日-6月25日)各时段的大气能量收支,并对其结果进行了分析讨论,发现:(1)总动能主要是在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间达到平衡,夏季风建立后源汇强度值都增大了40%左右。(2)非绝热加热所直接制造的有效位能并不重要,高层总有效位能的水平通量辐合、中低层与总动能间的转换和由于参考气压的变化而引起总有效位能的增减对于总有效位能的收支作用较大,其作用在夏季风建立前后也明显不同。(3)扰动动能同总动能一样主要在制造项G(K)(汇)与耗散项D(K)(源)间平衡。夏季风建立后源汇强度增强。(4)扰动有效位能主要由非绝热加热制造,夏季风建立后制造量增大了16倍多。夏季风建立前,扰动有效位能主要因参考气压的改变而减少;夏季风建立后,扰动有效位能主要被转换为扰动动能和平均有效位能。 相似文献
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GOALS模式中大气能量循环的诊断分析与不同版本计算结果的比较研究 总被引：4，自引：1，他引：4
利用大气能量循环框图,对比分析中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)全球海-陆-气耦合系统模式(GOALS)两个版本(GOALS-2和GOALS-4),以及观测的全球平均大气能量循环的主要特征,并从能量循环贮蓄和转换项的纬向平均贡献去解释全球积分值改善和转坏的原因,以及诊断分析参数化方案变化后产生的影响.结果表明:模式的两个版本基本上能正确地模拟出全球能量循环的主要特征.旧版本GOALS-2能较好模拟全球积分值,常常是不同符号局地误差的相互抵消结果.新版本GOALS-4中某种局地过程的改善在一些情况下导致了全球积分值的转坏.引入辐射日变化参数化方案可能对能量循环各参数的局地贡献有着明显的影响.如纬向平均有效位能向瞬变涡动有效位能的斜压转换率、瞬变涡动有效位能向瞬变涡动动能的斜压转换率以及定常涡动动能的局地贡献有明显改善.南极地区不合实际的上升运动,是模拟的纬向平均有效位能与纬向平均动能之间的转换项全球积分值为负数的主要原因. 相似文献
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本文利用中国自动站与CMORPH（Climate Prediction Center Morphing technique for the production of global precipitation estimates）融合的逐时降水量0.1°网格数据集资料挑选出一次典型的梅雨锋暴雨个例,运用WRF中小尺度模式进行模拟,对模拟得到的高分辨率结果进行Barnes滤波,最后将滤波结果代入动能和位能方程中,目的是定量地分析各个尺度能量的变化以及它们之间的相互作用对暴雨强度的影响。研究发现:模式模拟的降水过程和强度与实况较为吻合,推导的能量方程适用于这次暴雨过程。三种尺度能量之间的相互作用包含了各种跨尺度能量的相互作用。在整个暴雨过程中,跨尺度之间的斜压能量转换包括位能向动能的能量转换和动能向位能的能量转换。同尺度之间的斜压能量转换总是单向的,且量值较大,动能的强度主要靠位能向动能的能量转换来维持。斜压能量转换的多少影响着暴雨的强弱。大尺度斜压能量转换在中高层比较强,中尺度斜压能量转换在低层较强,尤以β中小尺度系统变化最为显著,β中小尺度系统扰动是影响暴雨强度的关键系统。风切变的大小影响各尺度动能之间的能量转换。温度或位温梯度的大小影响各尺度位能之间的能量转换。位能与动能之间的能量转换主要与各尺度垂直速度和温度的垂直分布有关,暖空气上升冷空气下沉是各个尺度位能向动能转换的主要过程。 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
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本文针对2008年上海8月25日暴雨过程,利用WRF中尺度数值模式对其较好模拟的结果,应用EOF分析方法对其做了动能偏差场的统计动力诊断。探讨了该暴雨过程中各种尺度天气系统,特别是β中尺度雨 团,其有效位能向动能的转化机制。所得主要结论有:对该暴雨过程,动能偏差场EOF分析的第一、二、三模态可分别称为暴雨背景模态、暴雨系统模态和暴雨雨团模态。在该暴雨落区附近,低层各模态动能偏差场水平梯度的绝对值均较大,系统演变也较剧烈,且尤以暴雨雨团模态为甚;这表明低层暴雨雨团模态该处风场具有强烈的非地转性,有着强辐合,运动是非平衡的,其性质为重力惯性波(含涡旋—重力惯性混合波)。在某等压面上,有效位能的时间变化与位势偏差的时间变化相同,而前者的水平梯度则与后者的空间梯度大致相同,这样讨论某层前者的变化就归结于讨论该层后者的变化。暴雨来临前在该暴雨落区附近,前三个模态都有有效位能向动能的 转化,其表现为动能的增长和有效位能的下降,且以暴雨雨团模态表现更突出。暴雨雨团模态的尺度为β中尺 度,这表明该尺度的系统在有效位能向动能转换中起着关键作用,且扮演着有效位能与涡旋场动能之间转换的中介角色。 相似文献
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Diagnostic Study of Global Energy Cycle of the GRAPES Global Model in the Mixed Space-Time Domain 
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下载免费PDF全文 Some important diagnostic characteristics for a model’s physical background are reflected in the model’s energy transport, conversion, and cycle. Diagnosing the atmospheric energy cycle is a suitable way towards understanding and improving numerical models. In this study, formulations of the “Mixed Space-Time Domain”energy cycle are calculated and the roles of stationary and transient waves within the atmospheric energy cycle of the Global-Regional Assimilation and Prediction System （GRAPES） model are diagnosed and compared with the NCEP analysis data for July 2011. Contributions of the zonal-mean components of the energy cycle are investigated to explain the performance of numerical models. The results show that the GRAPES model has the capability to reproduce the main features of the global energy cycle as compared with the NCEP analysis. Zonal available potential energy （AZ） is converted into stationary eddy available potential energy （ASE） and transient eddy available potential energy （ATE）, and ASE and ATE have similar values. The nonlinear conversion between the two eddy energy terms is directed from the stationary to the transient. AZ becomes larger with increased forecast lead time, reflecting an enhancement of the meridional temperature gradient, which strengthens the zonal baroclinic processes and makes the conversion from AZ to eddy potential energy larger, especially for CAT （conversion from AZ to ATE）. The zonal kinetic energy （KZ） has a similar value to the sum of the stationary and transient eddy kinetic energy. Barotropic conversions are directed from eddy to zonal kinetic energy. The zonal conversion from AZ to KZ in GRAPES is around 1.5 times larger than in the NCEP analysis. The contributions of zonal energy cycle components show that transient eddy kinetic energy （KTE） is associated with the Southern Hemisphere subtropical jet and the conversion from KZ to KTE reduces in the upper tropopause near 30？S. The nonlinear barotropic conversion between stationary 相似文献
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为了研究三维静力适应过程的机理,推导三维静力适应方程组并导出声重力波的频散特征、解析解和能量转换关系以及位涡方程。结果表明,三维静力适应过程实际上就是三维声重力波和重力内波的频散过程,声重力波和重力内波的频率在水平方向上可以区分开来。声重力波的频率随着水平波数和垂直波数的增大而增大。取近轴近似,其解析解在空间上呈螺旋曲面,为大气中热通量和动量从一个区域向另一个区域的输送提供了一种机制,从而为研究大气提供了新的视角。垂直速度在动能与有效势能的转换、有效势能与有效弹性势能的转换中发挥着重要的作用,并且只发生在垂直方向上。在静力适应过程中总能量和位涡是守恒的。适应终态中有效势能比有效弹性势能大一个数量级。 相似文献
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当非绝热经向不均匀加热作用制造平均有效位能多,而平均有效位能向扰动有效位能输送少时,平均有效位能就增加,反之就减少,这是平均有效位能变化的指数循环振动的主要机制。平均有效位能变化的短期振动主要决定于平均有效位能与扰动有效位能的相互作用。 平均动能变化的振动的主要机制是平均动能与扰动动能的相互作用。 相似文献
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Although the parcel method and the convective available potential energy (CAPE) are widely used to predict the strength and height of convection, they ignore the pressure perturbation and fail to explain strong updrafts observed in tropical cyclones and hurricanes without CAPE, or deep, strong warm downdrafts in hurricane eye-walls, tropopause folds, or downslope winds leeward of mountains. Those phenomena can be explained by the Bernoulli equation that conserves the sum of kinetic energy, potential energy and enthalpy in an inviscid fluid. Our analytic and numerical results also show how, in a moist stable environment without CAPE, updrafts and clouds can develop against negative buoyancy. Deep warm downdrafts can also form in cloud-free regions or areas without significant evaporative cooling from precipitation. 相似文献