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圆形涡旋中的惯性重力内波不稳定和对称不稳定 总被引：10，自引：2，他引：10
用Boussinesq近似下的轴对称径向二维柱坐标系中的线性扰动方程组，讨论了圆形大气涡旋系统中扰动的惯性重力不稳定和对称不稳定。在环境为正压情形时，惯性重力内波不稳定的条件为#A(μj/R0)2N2+n2F2<0；当环境为斜压时，具有平行型扰动特征的惯性重力波发展的条件为Ri＊<1-[(3/2)+m]2，此时表现为对称不稳定。可见，惯性重力内波不稳定和对称不稳定都可作为台风、气旋一类圆形涡旋中扰动形成和发展的机制。 相似文献
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分析2003年9月5-27日在黑河下游额济纳绿洲取得的近地面层湍流观测资料,讨论无量纲湍流方差与稳定度参数Z/L的关系.无量纲风速分量σu/u*、σv/u*和σw/u*在不稳定层结与稳定度Z/L满足1/3次方时,符合Monin-Obkuhov相似理论.在近中性时,σu/u*、σw/u*值比平坦下垫面的略小些,σv/u*值比平坦下垫面的略大.无量纲温度脉动方差和湿度脉动方差在对流状态下与Z/L满足-1/3次方,在稳定和不稳定层结下,随|Z/L|减小而增大.地面热量以感热输送为主,感热通量峰值约为250 W/m2,潜热通量的峰值为170 W/m2;夜间潜热通量较小,感热通量则出现负值.动量通量日间平均在0.2-0.3 N/m2,峰值为0.31 N/m2.黑河下游绿洲柽柳林动力学粗糙度比HEIFE戈壁及其他绿洲下垫面的大,中性时z0m=0.47551 m.中性状态下动量整体输送系数CD=22.2×10-3,不稳定层结时平均值CD=10.3×10-3,稳定层结时平均值CD=7.2 × 10-3.热量整体输送系数CH,中性状态下CH=3.2 × 10-3,不稳定层结时平均值为CH=3.3×10-3,稳定层结时平均值为CH=2.7×10-3. 相似文献
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对流层中层大气能量转换特征与暴雨激发和维持的关系 总被引：2，自引：0，他引：2
利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2 513个测站逐日降水资料,分析了2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程中对流层中层大气风场动能和势能的相互转换和分布特征。结果表明,在暴雨迅速发展阶段,受环流形势和地形等条件的影响,动能能量转换成驻波形式的波动势能;在强降水维持并减弱阶段,动能和势能之间的转换趋于平缓。在整个暴雨过程中,强降水区与500hPa风场能量大值区分布基本一致。此外,台风"黑格比"也为此次暴雨过程提供了必要的水汽。 相似文献
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大型浅水湖泊的水体势能异常和层化对水生生态环境演变、局地天气及气候系统有着重要的影响。基于2009年8月11—22日和3月17—28日的气象数据及水温廓线,探讨了太湖水体势能异常和表层混合层深度的变化规律及其机制。结果表明:太湖水体势能异常呈现明显的日变化特征,晚间水体势能异常消失,而白天逐步凸现出来;水—气之间的热量交换是影响水体势能异常和水体层化程度的关键性因子;夏季水体势能异常和层化程度远强于春季,其主要原因是夏季风场引起的混合作用比春季弱,而夏季水—气热量交换对水体势能异常的增强作用比春季强;水体势能异常程度与表层混合层深度存在显著的指数关系。 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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本文对北半球多年月平均500毫巴图上60°N和30°N纬圈的高度和纬圈平均的经向运动动能进行了波谱分析,探讨了前3个波幅和位相角的季节变化,以及在高低纬度之间的差异。主要结果如下:1位势场的高度主要贡献,集中在准静止长波范围内,并具有明显的季节变化。2波数为1的波在高低纬度性质有显著的不同,其分界线大约在50°-60°N之间。此外,准静止的长波愈向低纬度去逐渐有向西偏移的现象。例如,在30°N上准静止的长波比60°N上要偏西(1/4)-(1/2)波长。360°N纬圈平均的经向运动动能主要部分亦集中在准静止长波范围内。虽然峰值有明显的季节变化,但最大的极值都出现在波数n=2-4之间。30°N纬圈平均的经向运动动能谱有着明显的季节变化,大致可分成如下3个类型:(1)冬季型:纬圈平均的经向运动动能谱存在着两个极值,最大的极值稳定于准静止长波范围内(n=3附近),次极植位于移动性行星波范围内(n=5-8)。(2)夏季型:纬圈平均的经向运动动能谱只有一个极值,稳定于波数为6-7的波内。(3)过渡型:纬圈平均的经向运动动能谱分布较平坦,没有稳定的极值存在。 相似文献
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略谈轻雾、霾、浮尘、烟幕 总被引：4，自引：1，他引：4
自1981年第4期起,《气象》刊载了一些讨论轻雾、霾,浮尘、烟幕如何分辨的文章。《气象》编辑部希望我谈些看法。作为一个老观测员,我很愿意参加这一讨论。本文中将涉及三个问题:1.大气中各种质点对光线的散射;2.轻雾、霾、烟幕和浮尘的成因和特征;3.复杂情况的处理。 一、大气中各种质点对光线的散射 大气中各种质点对光线的散射作用,与其大小有关。随着质点大小不同,可有三种情况。 1.分子散射(或称瑞利散射):当质点远小于光波波长时对光线的散射称为分子散射。空气分子和极小的爱根核和冰核均属于这类情况,它服从瑞利定律; ε_λ=αλ~(-4)(1)其中ε_λ为对波长,λ的散射系数,α为与质点半径大小 相似文献
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论大气环流的季节划分和季节突变 Ⅰ:概念和方法 总被引：13，自引：4，他引：13
本工作系列讨论大气环流的季节划分和季节突变问题.本文是第一篇,提出普适的概念、理论和方法,使大气环流和其他气候场的季节划分和季节突变定义建立在客观定量的基础之上.首先用两个场的相关系数R作为其相似性度量,也可以用归范化的两个场之差的根方值d作为差异性的度量.当存在着冬、夏季的典型场F_n和F_s时,取任何时刻t函数F与F~*≡(F_w+F_s)/2之差F~'作为变量场,则其与F~'_w≡F_w-F~*的相关系数R_w(t)及标准根方差d_w(t)可以作为F与其冬季典型的相似性或差异性度量.R_w与d_w~2之间有一定关系,一般只研究R_w即可.(1)可以定义冬季对应于1≥R_w(t)>0.5,夏季为-1≤R_w(t)<-0.5,过渡季节为-0.5相似文献
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本文根据低纬大气基本要素场的分布特点,对控制低纬大气运动的方程组作了某些简化,建立了一个应用赤道β平画近似的描写低纬大气固有振荡的非线性模式。从这个模式出发,本文讨论了:(1)没有气压场影响时的纯惯性振荡;(2)考虑气压场且假定气压场是y的对称函数时的惯性振荡;(3)振荡平衡点的稳定性和在一定条件下出现的分岔现象;最后分析了纬向风速振荡周期变化的数值结果。本文研究指出: (i)纯惯性振荡只是在低纬的西风流场中才存在,纯惯性的线性振荡的圆频率为ω0=√β0μ0*,相应的振荡周期为一到两周。在非线性条件下,出现两种圆频率的振荡:ω0=√β0μ0和ω1=1/2β0y0,但一般对线性振荡的结果影响不大,只是在出现孤立子振子时(此时ω1=ω0),振荡周期迅速增长,出现长周期的低频和超低频振荡。 (ii)考虑了气压场后,不只是在低纬的西风流场中存在振荡,在弱东风流场中也会出现振荡。不过,低纬的弱气压场对惯性振荡的影响主要在于改变惯性稳定度的数值,但对振荡的周期影响不大。 (iii)惯性振荡的稳定性由惯性稳定度参数μ决定。在线性条件下,当μ<0时,低纬惯性振荡是稳定的,当μ>0时,低纬惯性振荡是不稳定的;但在非线性条件下,即便在μ>0时也会出现稳定的惯性振荡,这是非线性对不稳定增长的抑制作用所致。因而当参数μ由负值变到正值时,在b<0的条件下出现了超临界分岔。 相似文献
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重力惯性波及其不稳定——急流附近飞机颠簸产生的可能机制 总被引：3，自引：0，他引：3
基于不可压缩流体运动方程组研究了急流附近重力惯性波及其不稳定,结合飞机风速变化方程,分析指出重力波失稳破碎为湍流是飞机颠簸产生的可能机制。斜压大气在急流轴北侧气旋切变区是惯性稳定的,当满足条件σ=f[f-/y] N2m2/n2<0时,由于天气尺度对流不稳定发展而引起重力惯性波不稳定破碎为湍流,可能是急流北侧气旋切变区对流性天气引起飞机颠簸产生的一种机制。但是在急流轴南侧反气旋切变区是惯性不稳定的,当满足条件σ=f[f-/y] N2m2/n2<0时,可能由于惯性不稳定的作用,急流重力波不稳定发展破碎为湍流,可能是急流南侧反气旋气流中晴空湍流和飞机颠簸产生和发展的一种机制。揭示了急流附近晴空湍流和飞机颠簸产生的物理本质,有利于增强航空飞行颠簸的预测能力。 相似文献
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利用NCEP1°×1°6 h再分析资料,对副热带高压与西风槽典型环流形势配合下发生的一次四川区域性暴雨过程的不同阶段进行对比分析。结果表明,前期暴雨天气过程,其动力条件占到了主导地位,具有明显的经向垂直环流圈和垂直上升运动支,而在副高断裂后较强冷空气作用下,在副高边缘发生的区域性暴雨过程受西风带槽前的能量锋区影响,动力强迫作用和热力强迫作用激发的次级环流,进一步加强了四川盆地垂直运动的发展;冷空气作用前期的暴雨过程和冷空气进入后副高边缘发生的区域性暴雨过程中暴雨区域内的假相当位温均强于高层,大气处于对流性不稳定层结状态,对四川盆地暴雨的增强也起了不可忽视的作用,但由副高控制到副高逐渐断裂,湿位涡的斜压扰动是逐渐增强的过程,导致倾斜垂直涡度发展,激发更为强烈的上升运动;副高与西风槽环流形势相配合的暖区暴雨过程水汽主要来自中低层孟加拉湾;而副高断裂后发生在副高边缘的区域性暴雨过程,水汽主要来自850hPa层南海和孟加拉湾,从对流层中到低层,四川盆地东部恰恰是冷暖气流的交汇处,偏南气流将海上充沛的水汽输送到盆地东部,为暴雨的发生提供充足的水汽条件,并与对流层低层秦岭附近的东北冷气流交汇。 相似文献
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利用能量天气学原理,统计了3种天气类型的暴雨过程中潜热能场的水平分布特征。对1999年8月11日出现在山东省的大范围暴雨天气过程(99.8),分别就潜热能场水平分布特征、潜热能场垂直分布特征、能量锋生特征进行了分析。结果表明,潜热能场对暴雨预报有较好的指示作用,仅仅是能量高值区并不一定能产生大降水,当较强的能量锋区(或冷空气)与高能轴交汇、能量锋生函数负值区域移入当地,低层辐合条件较好时,预示强降水将要发生。"99.8"大暴雨主要发生在能量锋区与高能轴线交汇的地方,进而沿高能轴右侧向锋区密度较大地区移动,高能轴顶端的右前方、冷槽的后部也是强降水易发生的地区。 相似文献
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The three-dimensional nonlinear quasi-geostrophic potential vorticity equation is reduced to a linear form in the stream function in spherical coordinates for the permanent wave solutions consisting of zonal wavenumbers from 0 to n and rn vertical components with a given degree n. This equation is solved by treating the coefficient of the Coriolis parameter square in the equation as the eigenvalue both for sinusoidal and hyperbolic variations in vertical direction. It is found that these solutions can represent the observed long term flow patterns at the surface and aloft over the globe closely. In addition, the sinusoidal vertical solutions with large eigenvalue G are trapped in low latitude, and the scales of these trapped modes are longer than 10 deg. lat. even for the top layer of the ocean and hence they are much larger than that given by the equatorial β-plane solutions. Therefore such baroclinic disturb-ances in the ocean can easily interact with those in the atmosphere.Solutions of the shallow water potential vorticity equation are treated in a similar manner but with the effective depth H = RT / g taken as limited within a small range for the atmosphere.The propagation of the flow energy of the wave packet consisting of more than one degree is found to be along the great circle around the globe both for barotropic and for baroclinic flows in the atmosphere. 相似文献
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In the first paper in this series, a variational data assimilation of ideal tropical cyclone (TC) tracks was performed for the statistical-dynamical prediction model SD-90 by the adjoint method, and a prediction of TC tracks was made with good accuracy for tracks containing no sharp turns. In the present paper, the cases of real TC tracks are studied. Due to the complexity of TC motion, attention is paid to the diagnostic research of TC motion. First, five TC tracks are studied. Using the data of each entire TC track, by the adjoint method, five TC tracks are fitted well, and the forces acting on the TCs are retrieved. For a given TC, the distribution of the resultant of the retrieved force and Coriolis force well matches the corresponding TC track, i.e., when a TC turns, the resultant of the retrieved force and Coriolis force acts as a centripetal force, which means that the TC indeed moves like a particle; in particular, for TC 9911, the clockwise looping motion is also fitted well. And the distribution of the resultant appears to be periodic in some cases. Then, the present method is carried out for a portion of the track data for TC 9804, which indicates that when the amount of data for a TC track is sufficient, the algorithm is stable. And finally, the same algorithm is implemented for TCs with a double-eyewall structure, namely Bilis (2000) and Winnie (1997),and the results prove the applicability of the algorithm to TCs with complicated mesoscale structures if the TC track data are obtained every three hours. 相似文献
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In the first paper in this series, a variational data assimilation of ideal tropical cyclone (TC) tracks was performed for the statistical-dynamical prediction model SD-90 by the adjoint method, and a prediction of TC tracks was made with good accuracy for tracks containing no sharp turns. In the present paper, the cases of real TC tracks are studied. Due to the complexity of TC motion, attention is paid to the diagnostic research of TC motion. First, five TC tracks are studied. Using the data of each entire TC track, by the adjoint method, five TC tracks are fitted well, and the forces acting on the TCs are retrieved. For a given TC, the distribution of the resultant of the retrieved force and Coriolis force well matches the corresponding TC track, i.e., when a TC turns, the resultant of the retrieved force and Coriolis force acts as a centripetal force, which means that the TC indeed moves like a particle; in particular, for TC 9911, the clockwise looping motion is also fitted well. And the distribution of the resultant appears to be periodic in some cases. Then, the present method is carried out for a portion of the track data for TC 9804, which indicates that when the amount of data for a TC track is sufficient, the algorithm is stable. And finally, the same algorithm is implemented for TCs with a double-eyewall structure, namely Bilis (2000) and Winnie (1997), and the results prove the applicability of the algorithm to TCs with complicated mesoscale structures if the TC track data are obtained every three hours. 相似文献
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大气分层扰动位能控制方程及其应用——南海夏季风活动的能量收支 总被引：1，自引：1，他引：0
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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基于1971—2016年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料及NCPC(美国国家海洋和大气管理局气候预报中心)的海温、大气环流及海洋指数等资料通过多尺度能量分析(MS-EVA)等方法,把冬季北半球风暴轴看做一整体,分析了风暴轴区域多尺度的能量变化特征及其可能机制。主要结论概括如下:(1)多年气候平均状态下,风暴轴的动能来源主要表现为在风暴轴中上游先由低频尺度向天气尺度输送有效位能,随后在风暴轴主体区再由天气尺度有效位能转换为天气尺度动能,其中风暴轴西端可直接由低频尺度向天气尺度输送动能。(2)北半球三大风暴轴联合EOF结果表明:第一模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴与北太平洋风暴轴强度的减弱(增强),同时伴随着北大西洋风暴轴位置北抬(南压);第二模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴强度减弱(增强),同时北太平洋风暴轴位置北抬(南压)中东部强度增强(减弱),而北大西洋风暴轴位置南压(北抬)。(3)回归分析表明:北半球风暴轴异常在不同模态下与低频尺度环流联系密切。低频尺度波动可通过海温及西风急流等异常变化先影响风暴轴区域多尺度间的能量转换,进而影响风暴轴整体的异常变化。 相似文献
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The paper considers a puff diffusion in its inertial stage when particle separation obeys the laws of the inertial subrange and depends only on eddy energy dissipation rate . The can be determined in the surface layer by the turbulent kinetic energy equation. Similarity equations connect with diffusion measure .A simple analytical model has been deduced to estimate pollutants diffusion during calms. 相似文献
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利用近50a的美国Maryland大学全球海洋同化分析资料和NCEP全球大气再分析资料，分析了与ElNino相联系的热带太平洋有效位能（APE）的时空演变过程，从有效位能变化角度揭示了50年来ElNino的年代际变化特征。结果表明，热带太平洋ElNino年代际变化特征主要表现为在20世纪70年代末期以前与其后的显著不同。在有效位能异常变化的振幅和频率方面，20世纪70年代末期以后，振荡的振幅显著增,大直频率变慢。在有效位能异常变化的振幅和频率方面，70年代末期以前，ElNino事件的先兆是有效位能先在热带西太平洋异常积累，然后这些积累的有效位能沿赤道快速向东传播并释放能量，使得东太平洋出现能量的异常，东太平洋的有效位能减少，产生ElNino事件；70年代末期以后，ElNino事件的建立没有表现异常的有效位能在热带西太平洋的积累，其建立表现为赤道中太平洋直接出现的局地有效位能的异常，然后表现为不稳定海气耦合模态增幅性地缓慢向东传播，使得东太平洋的有效位能减少，发生ElNino事件。 相似文献
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垂直湍流输送对大洋的重力位能和混合过程的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
利用WOA09（World Ocean Atlas 2009）全球大洋温盐客观分析数据,计算了不同湍流垂直混合系数下全球大洋重力位能的变化,并分析了混合系数、浮力频率和重力位能变化之间的关系。在此基础上,进一步探讨了湍流混合造成的能量转换对湍流参数化的影响。结果表明,大洋中的垂直湍流运动不仅仅是动能能汇,而且是一个重要的外部能量转化为重力位能的途径。垂直湍流增加的重力位能在混合系数取0.1 cm2 s-1 时为0.08 TW,参考前人研究结果,外部能量输入甚至可引起等效于全球平均12 cm2 s-1 的垂直混合系数。一般而言,层结越稳定、混合系数越大,垂直湍流对重力位能的影响也越大。考虑湍流动能可转化为重力位能后,参数化方案可以得到和实际观测更接近的湍流动能耗散率和混合系数。 相似文献