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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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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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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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变分原理与大气波动的Lagrange函数 总被引：2，自引：0，他引：2
本文从大气波动所满足的方程出发,应用变分原理求得了各种大气线性波动的Lagrange函数和平均Lagrange函数。应用平均Lagrange函数可以求得大气波动的频散关系、平均能量、波作用量和波作用量方程。 本文还分析了Lagrange函数与大气波能量间的关系,分析指出:Lagrange函数是物理量φ及其导数的二次式。对大气基本波动而言,非频散波的Lagrange函数是动能与位能(弹性位能或重力位能)之差,频散波的Lagrange函数是动能与恢复力的位能(有效位能、惯性位能或Rossby位能)之差。 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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一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断——Ⅱ:涡度方程和能量转换函数的诊断分析 总被引：1，自引：0，他引：1
本文是对第一部分的数值试验结果进行涡度方程以及位能、散度风动能和旋转风动能之间的能量转换函数诊断分析,并讨论了地形动力作用和潜热加热影响西南低涡形成和发展的物理过程.结果表明:从涡度收支上看,地形和潜热加热通过增大辐合使涡度增加.从能量转换上看,在低层地形和潜热加热加强位能向散度风动能转换以及散度风动能向旋转风动能转换;在高层,地形通过加强旋转风动能向散度风动能转换,使高空辐散增强,而潜热加热通过加强位能向散度风动能转换亦使高空辐散增强. 相似文献
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一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断 II:涡度方程和能量转换函数的诊断分析 总被引：5，自引：0，他引：5
本文是对第一部分的数值试验结果进行涡度方程以及位能、散度风动能和旋转风动能之间的能量转换函数诊断分析,并讨论了地形动力作用和潜热加热影响西南低涡形成和发展的物理过程.结果表明:从涡度收支上看,地形和潜热加热通过增大辐合使涡度增加.从能量转换上看,在低层地形和潜热加热加强位能向散度风动能转换以及散度风动能向旋转风动能转换;在高层,地形通过加强旋转风动能向散度风动能转换,使高空辐散增强,而潜热加热通过加强位能向散度风动能转换亦使高空辐散增强. 相似文献
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一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究I.理论分析 总被引：1，自引：1，他引：0
本文是讨论梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用问题的开始部分。为了分析梅雨锋暴雨过程中的多尺度能量相互作用,从z坐标系中的运动方程和热力学方程出发,把基本物理量分成大尺度背景场（>2000 km）、α中尺度（200~2000 km）和β中小尺度系统（< 200 km）分量,利用滞弹性近似,推导了大尺度背景场、α中尺度和β中小尺度系统三个尺度的动能方程和位能方程。能量方程中包含了各尺度动能之间的转换、位能之间的转换以及动能和位能之间的转换。动能方程主要包括各尺度动能之间转换项、动能输送项、水平气压梯度力做功项、垂直方向扰动气压梯度力做功项、浮力做功项、地转偏向力分量做功项以及摩擦力做功项。位能方程主要包括各尺度位能之间转换项、位能输送项、浮力做功项以及非绝热加热做功项。其中浮力做功项为位能和动能之间的能量转换项,是暴雨发生发展过程中比较关键的能量转换项。关于将能量方程用于梅雨锋暴雨过程中并且诊断能量相互作用影响暴雨发展和消亡过程的物理机制等问题,将在以后的研究中给出。 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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本文对几个类似的登陆强台风个例及其诱生低压的动能、有效位能各项收支资料进行平均合成。通过合成资料的诊断分析,得出了登陆台风及其诱生低压在消长移行过程中动能、有效位能的变化趋势;揭示了热带低压和温带气旋的动能、有效位能收支变化的一些相同点和不同点。 相似文献
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8014号热带气旋发生发展过程的能量学诊断研究 总被引：5，自引：1，他引：5
利用动能和总位能收支方程，对８０１４号强热带风暴过程进行了能量学诊断研究。结果表明，地转作用是该热带气旋中辐散风动能向旋转风动能转换的主要物理机制；非绝热加热是热带气旋发展的主要能源，其对总位能的制造大部分用于次网格耗散和侧边界输出，只有一小部分被转化为辐散风动能；两个转换函数Ｃ（Ｐ，Ｋｘ）和Ｃ（Ｋｘ，Ｋφ）在时空分布上具有很好的一致性；该热带气旋与周围环境场有明显的能量交换，在高层有总位能和旋转风动能输出，在低层有辐散风动能输入；在总动能收支中，辐散风作功是主要的功能产生项，旋转风作功主要是消耗动能。 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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《大气和海洋科学快报》2021,(2)
针对2018年7月10-11日青藏高原东部一次暴雨过程,利用模式模拟资料分析了有效位能分布特征,成因及其对降水发展演变的影响.结果表明,有效位能主要分布在对流层低层4km以下和高层8-14km,高层有效位能和降水有更好的对应性西北冷平流和降水粒子下落的蒸发作用是低层有效位能高值中心的主要成因,而降水过程释放潜热带来的热力扰动叠加高原大地形造成的位温扰动是导致高层有效位能高值的主要原因.有效位能收支分析表明,有效位能的通量输送项以及与动能间的转换项是主要源汇项.低层有效位能的经向通量输送和动能向有效位能的转化补给了有效位能的耗散;高层有效位能向垂直动能转化增强垂直运动是促进降水发展演变的主要因素.高层有效位能与垂直运动之间的正反馈过程使得两者相关性较强;低层较长时间内均存在垂直动能向有效位能的转化,削弱了垂直运动,而西北冷平流使得低层有效位能有增强的趋势,因此二者相关性较弱. 相似文献
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利用1958—2011年NCEP/NCAR逐日再分析资料,根据Lorenz能量循环理论框架,分析了北半球大气能量循环的年变化特征,在此基础上给出了更具普适性的多年平均的大气能量循环框图.结果表明:北半球大气能量循环的年变化特征十分明显.大气能量及能量转换率均表现为冬季高、夏季低、春秋季过渡的演变特征;纬向平均有效位能、纬向平均动能和涡动动能中有少许能量在冬季时由南半球向北半球进行越赤道输送,夏季时则由北半球向南半球输送,而涡动有效位能的输送方向则与此相反;纬向平均有效位能的制造在秋季最大,涡动有效位能的制造在夏季最大;动能的耗散冬季最强,夏季最弱.就年平均而言,相较于能量转化过程,能量越赤道交换过程非常微弱.在经向上,纬向平均有效位能主要分布于高纬地区,纬向平均动能主要分布于中低纬地区,而涡动能量主要贮存在中纬和高纬地区;此外,能量转化过程一般在中纬度地区较活跃. 相似文献
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针对局地环流能量转换问题,本文推导了分层扰动位能一阶矩(LPPE1)和动能(KE)的控制方程,分析了方程中各能量项的空间分布和季节变化特征,并以南海夏季风为例,诊断了夏季风活动各相位的能量收支特征.结果表明,850 hPa高度上在赤道辐合带、大部分季风区、风暴轴地区是LPPE1的源区,副热带的大洋东部和高纬度地区是LPPE1的汇区,强源、汇的中心与LPPE1的纬向偏差场的脊、槽分布对应较好.LPPE1向KE的转化项(CK)取决于垂直速度和大气稳定度,是连接KE和LPPE1的纽带,在暖(冷)空气上升(下沉)时,转化项为正,LPPE1向KE转化能量,反之KE转化为LPPE1.在850 hPa高度上CK的分布特征是在赤道辐合带以及大部分季风区有大值分布,北半球风暴轴和南半球西风带有连续分布的正值区.将这应用到南海夏季风活动的能量收支,在南海夏季风恢复相位,CK增大,在南海夏季风活跃相位,CK达到最大,且为边界输入能量的2～3倍,CK是南海夏季风恢复、活跃的最重要因素.探讨了南海夏季风活跃的条件,当LPPE1等于南海季风区的夏季气候平均值时,上升速度大于临界速度的情形,有利于南海夏季风由中断相位向活跃相位的转变. 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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扰动位能理论及其应用——扰动位能的概念、表达及其时空结构 总被引：5，自引：1，他引：4
针对局地环流能量转换问题,该工作系列讨论扰动位能理论及其应用.此文是第一篇,提出了扰动位能的新概念,将其分解为大气扰动位能(简称扰动位能)和表面扰动位能两个部分,给出了扰动位能各阶矩项的数学表达形式,结合资料指出二阶以上的扰动位能高阶矩项相对于其一阶矩项和二阶矩项来说是小量,可忽略,并指出扰动位能二阶矩项的全球平均恰好等于传统的有效位能,但两者在物理意义上明显不同.结合NCEP/NCAR再分析资料,研究了扰动位能的时空结构以及与大气动能之间的联系.扰动位能一阶矩项在热带地区为正、高纬度地区为负; 二阶矩项在热带和高纬度地区出现极大值,在副热带及中纬度地区出现极小值,即在南北方向上呈现三峰二谷的特征; 在局地上,由于一阶矩项在数值上较二阶矩项绝对占优,因此,扰动位能的分布与其一阶矩项的情形相似.在垂直方向上,扰动位能主要集中在对流层下层,其数值随高度的增加而迅速减少,在50 hPa以上均可以忽略不计.扰动位能有明显的季节变化,其在高纬度地区在冬半球比夏半球大很多; 南、北半球平均的扰动位能一阶矩项季节变化的幅度约是相应二阶矩项的二十倍.随着季节变化扰动位能定常波的槽脊在北半球有显著的东西方向移动,而在南半球则只表现为振幅上的增减.分析表明,从区域或局地尺度上大气动能的季节变化与扰动位能一阶矩项的关系密切,二者呈显著反向变化关系,而与二阶矩项的关系不确定; 但在全球或半球尺度上,大气动能与扰动位能二阶矩项的比率随季节基本保持不变,约是20%.此外,对大气总动能时空结构的分析也得到了与前人不同的新结果.关于利用此文提出的概念和理论对局地环流能量收支的分析、表面扰动位能的作用以及它们在大气环流变化研究中的应用,将在以后的文章中给出. 相似文献
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行星大气有效位能理论之进一步探讨 总被引：2，自引：0，他引：2
本文讨论了从两种观点(方法)出发推导的有效位能数理表达式。即Lorenz(1955)导出的欧拉观点有效位能表达式和Smith(1969)[2]导出的拉格朗日观点表达式。本文用拉格朗日方法重新推导的P坐标有效位能表达式与Smith方法有异。在此基础上,重新推导了有效位能平衡方程并讨论了其中的效率因子问题。指出,用欧拉方法不可以得到所谓效率因子。 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：5，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