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基于螺旋度的中尺度平衡方程及非平衡流诊断方法 总被引：12，自引：5，他引：7
在回顾大尺度准地转平衡理论、各种平衡方程、平衡模式及非平衡流诊断工具的基础上,对平衡方程、非平衡方程给出了具体的定义.并在此基础上,进一步考虑中尺度强对流天气系统的特征,指出中尺度也有平衡运动的存在.但是由于中尺度对流系统中强烈的辐散风效应以及不可忽略的垂直运动的作用,以散度方程为基础的各种近似平衡方程不足以描述中尺度强对流天气系统的平衡运动,进而提出了从能够同时考虑旋转、辐散及垂直运动作用的螺旋度方程出发,寻找中尺度的平衡方程.在所得的平衡方程基础上,给出了相应的平衡模式和非平衡方程.并进一步将非平衡方程分解,用来诊断非平衡过程的平衡破坏和平衡恢复两个阶段,同时将它们与水平螺旋度和垂直螺旋度联系起来. 相似文献
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利用2008年6月广西致洪暴雨过程高分辨率数值模式资料,分析引起暴雨的中尺度涡旋在移动和持续性发展过程中其内部结构的演变以及系统的动力学特征。研究结果表明,中尺度涡旋是导致此次广西暴雨的主要系统,其发展移动过程中伴随有强烈上升运动的深厚湿对流,并在中高层持续形成明显的暖心结构。此次涡旋系统移动过程可分为涡旋南移和涡旋东移两个阶段,由于受到环境场的影响,涡旋中心区域动量、热量和水汽的再分配为其持续性发展提供有利条件。同时诊断分析表明,涡旋内部存在具有继发特征的长时间维持的组织化深厚湿对流系统,以强非地转分量为特征的超地转流,并表现出涡散运动共存且同量级的特征,具有典型的准平衡特征。 相似文献
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准地转理论基本问题回顾与讨论 总被引：3，自引：1，他引：2
准地转理论是大气动力学的中心问题之一,它提供了从大气动力学基本原理入手分析大尺度天气系统演变的方法。准地转理论有助于预报员理解中高纬度大尺度天气系统的三维结构,分析、预报天气系统的发展和移动,因此被称为短期天气预报的理论基础。准地转理论具有完整的理论体系,它包含了较多的基本假定,故容易导致对其中的一些基本问题的理解有混淆。本文从基础的动力学知识出发,对准地转理论的基本概念、基本近似、核心理论及其在实际天气预报过程中的应用作了回顾和讨论。内容包括:准地转运动与准地转近似定义、准地转运动理论的范畴、天气图上的大尺度运动、准地转运动理论与短期天气预报的关系、由斜压二层模式下的准地转理论对高空槽脊和地面气旋发展与移动的判断等。 相似文献
4.
次天气尺度系统中的非地转运动和广义平衡模式 总被引：1，自引：1，他引：1
研究了宏观准静力的次天气尺度系统中非地转运动的机理。较以往更具体地揭露了在全运动的时间尺度远大于惯性重力波的前提下，各类强迫因子与非地转运动的旋转分量及辐散分量的关系。并证明上述“慢变化”前提在各种常见情况甚至包括几类熟见的强系统情况下都能满足。除了众所周知，强的准二维系统可允许传统形式的Ｒｏｓｓｂｙ数Ｒ０≡Ｕｆ０Ｌ≈○（１）以外，这里还证明水平尺度小但铅直方向深厚，并包容着强对流云群团的系统恰恰能容忍特别强的非绝热而保持慢变化。相应地，其中辐散运动可以只比旋转运动小“半个量级”。突破了迄今各类过滤模式对辐散运动的过严限制。在能满足慢演变的条件下，非地转高频波振幅总可被自然、及时地控制在可忽略的水平上，这表明慢演变与准平衡的一致性。按照严谨的尺度分析，在上述讨论的过程中顺势导出一个“广义平衡模式”。方程中含有强迫场的一阶时间导数项。虽然容许强非绝热和放宽对辐散风的限制，却能以最大限度（这个限度是固有的）的精确性描述滤除高频波的慢演变。这个模式必须屏弃“主导气流”与“次级气流”的区分，包含了一个辐散风倾向的诊断方程。此模式可能特别有助于加深夏季副热带潮湿地区次天气尺度强降水系统的机理诊断 相似文献
5.
深厚湿对流运动发展机制包含湿大气的对称不稳定(MSI和CSI)及锋面环流．它们需要的基本条件是不稳定、水汽和抬升，这些机理在动力学中是有联系和区别的，即虽然都是与基流平衡状态被破坏后引起的中尺度环流有关，但是扰动流非平衡运动是不同的。本文综合概述了有关平衡动力学的研究进展，提出了中尺度对流系统演变中的一些非平衡动力学主要问题，并评述了一些研究的方法及主要结论和尚需进一步探索的方面．以加深对不同机制下深对流运动的认识。 相似文献
6.
低纬大气滤波模式研究 总被引：2，自引：0，他引：2
本文从描写低纬大气运动的方程组出发,采用半地转模式和准地转模式对低纬快速波动进行了滤除,这些模式仅含低频的Rossby波。分析指出:低纬半地转模式可以滤去高频波动,但得到的是波数k→0的Rossby波;而低纬准地转模式不但可以滤去高频波动,而且得到的是不受歪曲的Rossby波。 在滤波的基础上,本文分析了由Rossby波引起的低频振荡周期。 相似文献
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大气行星尺度运动的动力特性 总被引：1，自引：0，他引：1
本文首先利用尺度分析方法分析了行星尺度运动的动力特性,指出第二种地转运动方程——Burger方程只能描述经向度很大的而不能描述经向度较小的行星尺度运动. 本文还利用一个包含涡旋粘性、Newton冷却的β平面近似准地转模式,计算了中纬度地形与热源强迫所产生的准定常行星波,并且与用Burger方程的计算结果相比较,表明了准地转模式适用于经向度不太大的行星尺度运动,而Burger方程则不能正确描述这类行星尺度运动. 相似文献
9.
非线性平衡方案在三维变分同化系统中的应用 总被引：6，自引：0，他引：6
文中考虑气流出现明显的弯曲和辐合时,资料变分同化方案中的风压场间动力学约束问题。在强涡旋、锋面等剧烈变化的系统中,地转平衡和线性平衡方程均不能很好地描述风压场关系,非线性平衡方程考虑了流场曲率的作用,能更恰当地反映风压场的关系。把非线性平衡方案应用于三维变分同化分析系统中,可以得到和天气形势相关联的模式变量背景误差协方差,对热带气旋进行同化试验后得到的分析场更协调。结果表明,非线性平衡方程的应用,可以提高强涡旋系统中三维变分同化分析场的质量,对热带气旋强度预报有一定的改善。 相似文献
10.
利用斜压两层模式研究了赤道平面近似下的低纬热带大气适应过程。指出低纬斜压大气适应过程主要受重力惯性内波控制。通过重力惯性内波对初始非地转能量的频散，使纬向运动达到地转平衡，而经向维持非地转运动，正压模式下称为半地转平衡，斜压模式下称为半热成风平衡。通过对垂直运动方程的求解，可知，垂直运动只与重力惯性内波相联系，其产生与初始斜压位涡度无关，而只与初始时刻的垂直运动和垂直运动倾向有关，半地转适应使运动趋向水平运动。讨论了半热成风平衡的建立及其物理机制，指出由于重力惯性内波激发出垂直运动，与垂直运动相联系的水平辐合辐散调整流场和温度场之间的关系，使温压场最终达到半热成风平衡。通过对适应过程终态的分析，指出平均温度场和切变流场之间的适应方向决定于初始非半地转扰动的尺度与斜压Ｒｏｓｓｂｙ变形半径有关的特征尺度的比值，当比值大于１时，切变流场向平均温度场适应；当比值小于１时，平均温度场向切变流场适应 相似文献
11.
The physical characteristics of mesoscale are analyzed, and results show that the unbalanced forced motion is the fundamental cause, which leads to the evolution of some important mesoscale weather systems. In this paper, an alternative asymptotic expansion method, which is quite differ-ent from the conventional Rossby-number expansion, is used to simplify the potential vorticity equation. And the quasi-balanced (QB) model based on nonlinear balance equation is derived. The QB model, which is in analogy with the quasi –geostrophic model, can describe the fundamen-tal characteristics of the mesoscale accurately and may be used as the basis of theoretical studies on the mesoscale atmospheric dynamics. 相似文献
12.
Mesoscale research conducted by Chinese meteorologists during the past four years is reviewed.Advances in theoretical studies include (a) mesoscale quasi-balanced and semi-balanced dynamics, derived through scale analysis and the perturbation method which are suitable for describing mesoscale vortices;(b) subcritical instability and vortex-sheet instability; (c) frontal adjustment mechanism and the effect of topography on frontgenesis; and (d) slantwise vorticity development theories, the slantwise vortex equation,and moist potential vorticity (MPV) anomalies with precipitation-related heat and mass sinks and MPV impermeability theorem. From the MPV conservation viewpoint, the transformation mechanism between different scale weather systems is analyzed. Based on the data analysis, a new dew-point front near the periphery of the West Pacific subtropical high is identified. In the light of MPV theory and Q-vector theory, some events associated with torrential rain systems and severe storms are analyzed and diagnosed.Progress in mesoscale numerical simulation has been made in the development of meso-α, meso-β vortices,meso-γ-scale downbursts and precipitation produced by deep convective systems with MM5 and other mesoscale models. 相似文献
13.
对惯性重力内波方程组分别通过线性和非线性求解探讨造成2010年10月海南岛一次特大暴雨中一类热带中尺度涡旋生成发展的动力、热力机制,研究发现:（1）在副热带高压和大陆冷高压南侧反气旋性纬向水平风切变大值区、静力不稳定大气层结、积云对流潜热释放、低空急流、适当强度的冷空气有利于热带中尺度涡旋的形成和发展;（2）非线性惯性重力内波的孤立波解与这类热带中尺度涡旋有很好的联系,在静力不稳定的大气层结下,热带中尺度涡旋的形态主要由对流凝结潜热加热所决定,即潜热加热下的孤立波解要求热带中尺度涡旋在垂直方向是一个浅薄的涡旋系统;另外强盛的对流凝结潜热对热带中尺度涡旋垂直运动振幅的增强起主要作用,更有利于涡旋的发展和维持。基于天气事实分析的理论研究为深化影响海南的热带中尺度涡旋乃至南海中尺度对流系统的机理认识进行了探索。 相似文献
14.
This paper reviews the main theoretical progress of mesoscale weather dynamics since 2003, including： （1） The dynamic mechanisms of balanced and unbalanced flow are applied to study the genesis and development problems of mesoscale circulation. The symmetric instability and transverse-wave instability are analyzed in line and vortex atmosphere convection, and further research has been done on nonlinear convective symmetric instability. The interaction between forced convection and unstable convection and the wave characteristics of mesoscale motion are also discussed. （2） Intermediate atmosphere dynamic boundary layer models are developed. The complicated nonlinear interaction is analyzed theoretically between the atmospheric boundary layer and the free atmosphere. The structure of the topography boundary layer, atmospheric frontogenesis, the structure and circulation of the low-level front and other boundary layer dynamic problems are discussed. （3） The formation and development of meso-β-scale rainstorms under the background of the East-Asia atmosphere circulation are diagnosed with the variation of MPV （moist potential vorticity） anomalies. And some physical vectors are modified and applied in the moist atmosphere. 相似文献
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中小尺度运动中风场和气压场的适应 总被引：9，自引：1，他引：9
在大型运动中有所谓地转适应的现象,本文研究了中小尺度运动中风场和气压场之间的适应问题。 由尺度分析可以发现:在一般中小尺度运动方程中,时间导数项较其中的各主要项小一个量极。因此可以认为中小尺度运动是在力的准平衡状态下进行缓慢的演变。当有某种原因破坏了这种力的准平衡态时,即有一种机制使运动回到准平衡来。这种准平衡态是惯性力(即速度平流)、科氏力和气压梯度力三者之间的准平衡。 由准平衡态的破坏恢复到准平衡的过程称为中小尺度的适应过程;准平衡态下的演变过程称为准常定过程。文中讨论了这两种过程中运动的物理性质。指出:对中尺度运动而言在适应过程中D>>ζ,在准常定过程中D≤ζ,这里D和ζ分别为散度和涡度。 设在某一有限的区域中,运动的平衡态受到了严重破坏,作为初值问题可以计算破坏以后运动的发展。计算结果表明:在短暂的时间内,气象要素有一急烈变化和调整,重新恢复准平衡态;时间稍长运动即进入准常定的演变。 相似文献
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R. Avissar M. D. Moran G. Wu R. N. Meroney R. A. Pielke 《Boundary-Layer Meteorology》1990,50(1-4):227-275
The operating ranges of mesoscale numerical models and meteorological wind tunnels for sea- and land-breeze simulations are defined in this paper based on a review of the theoretical and practical limitations of these two approaches. Numerical-model operating ranges are limited by the choice of governing equations, the numerical methods used to solve the governing equations, the scales of the surface or atmospheric forcing and the atmospheric response, the specified grid resolution and domain size, and the available computer resources. Wind-tunnel operating ranges are limited by the dimensions of the simulated circulations and of the tunnel itself, the tunnel flow speed and turbulence characteristics, the temperature gradients within the tunnel, the lack of Coriolis force and moist processes, and the characteristics of the measurement instrumentation. The operating ranges of these two simulation methods are shown to overlap. In this common range, results of simulations from both approaches can be compared so as to strengthen the validity of the results and to help in the development and improvement of parameterizations of physical processes in numerical models. In addition, the coupling of meteorological wind tunnels and mesoscale numerical models offers a larger range of operating conditions than can be achieved by either approach alone. Together, they can be used in a hybrid form to predict atmospheric conditions at the scale of a few meters for complex terrain (e.g., buildings, hills, etc.) within larger mesoscale atmospheric flow regimes. In the case of sea and land breezes, the sea-land transition zone and coastal internal boundary layer can be studied using both approaches. 相似文献
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Diagnostic Analysis of the Quasi-Balanced Flow of a Mesoscale Vortex During the 12 June 2008 Guangxi Rainstorm 
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下载免费PDF全文 By using the high-resolution observation data and MM5 model simulation data, the analysis on the 12
June 2008 Guangxi flash-flood rainstorm shows that the associated major mesoscale weather system of this
event is a quasi-stationary mesoscale vortex, which resulted from the interaction between the midlatitude
synoptic-scale waves in the westerly belt and the low-latitude warm-moist flow under the terrain effect. The
genesis, development, and movement of the mesoscale vortex have significant impacts on the intensity and
persistence of the severe precipitation from the Guangxi flash-flood rainstorm. This vortex is characterized
by the coexistence of strong vorticity and divergence with the same order of magnitude. Well organized,
deep, and moist convection was observed for a long period of time, and was produced by the interaction
between the mesoscale vortex and the gravity waves. The latter was generated by the terrain effect and the
ageostrophic effect of high winds in the low-level jet. According to the quasi-balanced dynamical theory,
quasi-balanced flow must have existed in the mesoscale motions with both divergent and rotational winds.
Thus, based on the diagnosis of the quasi-balanced flow, the PV-ωinversion method is employed to analyze
the organized moist convection. The results show that 50%-70% of the vertical circulation in the rainstorm
areas was quasi-balanced, so the quasi-balanced flow could well reflect features of the strong vertical motions
associated with the coexistence of vorticity and divergence during this event. 相似文献
18.
作者研究了具有垂直切变基流时大气波动连续谱的重叠问题和临界层出现的情况。发现随着基流切变的增大和扰动波长的减小, 一支涡旋波和两支重力惯性内波的连续谱区会互相靠拢, 最后发生重叠, 这时已不能区分为快波、慢波, 而能否重叠的关键在于临界波长与扰动波长的相对大小, 基流切变越大, 扰动波长越短, 重叠现象就越严重。这可用作划分运动尺度的客观标准。当运动尺度大于临界波长时, 是大尺度的, 这时三支波动连续谱区互相不重叠, 涡旋波是准地转的; 当运动尺度小于临界波长时, 可认为是中尺度的, 此时出现连续谱重叠现象。采用该方法划分的尺度标准与通常的标准在量级上则相一致。 相似文献
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大气动力学方程组的定性理论及其应用 总被引：9，自引：2，他引：7
基于完整的湿大气动力学方程组,利用无穷维动力系统的新理论和新方法,系统讨论了强迫耗散的非线性大气系统的定性理论及其应用。将完整的强迫耗散非线性湿大气动力学方程组化为Hilbert空间中一个等价的算子方程,研究了算子的性质及其物理意义,在此基础上得到湿大气系统全局吸引子的存在性定理,揭示出系统向外源的非线性适应特征,并把结果推广到有地形动力作用和非定常外源强迫的情形。同时探讨了大气方程组惯性流形的存在,大气多平衡态产生的根源以及强迫、耗散和非线性对系统解的渐近行为的影响。在理论结果的基础上,提出强迫耗散的非线性动力系统中存在三类时间边界层、方程组简化准则、分解算法的算子约束原则以及支撑吸引子基底的少数自由度的构造方法,探讨了理论在非线性发展方程差分格式的设计和计算稳定性分析、多平衡态的数值分析、数值模式延伸预报的改进、短期气候预测以及一类中尺度系统分析与预测中的应用,指出描述长期过程动力学模式的必备条件,给出初值与模式相协调的合理解释。最后,对今后的研究方向作了展望。 相似文献