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基于2007年7月青海祁连站的野外加密探空资料,结合高分辨率的三维边界层模式,模拟研究了青藏高原东北边坡复杂地形条件下,边界层对流引起的干动力过程对该地区地形重力波产生及传播的影响机理。结果表明:在不同的背景场强迫下,高原东北边坡复杂地形上空对流和重力波的空间结构存在较大差异。当背景风向与山体垂直时,随着风速增加,山脊背风坡混合层顶附近大气不稳定能量加强,激发了下游区域较强的重力波信号,此时对流线组织性增强、重力波波列较长,高水汽含量的空气被波峰传输到较高的高度,为对流云发展提供了有利条件;当背景风向与山脊走向平行时,山顶上空对流发展旺盛,山脊背风坡混合层顶大气状态较稳定,激发的地形重力波信号较弱且波列较短,整个混合层顶附近水汽较少,对流云形成条件减弱;当背景大气浮力频率减小时,整个区域上空对流发展更加旺盛但组织性减弱,背风坡下游重力波向上传输的距离减小,信号不显著,混合层顶附近水汽分布均匀且变化幅度较小,有利于层状云发展。 相似文献
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大气重力波是地球大气层中广泛存在的重要大气动力学扰动,研究其分布和变化规律对理解大气物理、大气结构以及大气动力学等具有重要意义.传统大气重力波探测手段,如雷达和探空气球等,均存在探测时间短、有效探测高度低等缺点,全球卫星导航系统（GNSS）掩星观测具有全天候、低成本、高精度等优点,被广泛应用于地球大气探测和研究,为研究区域或全球重力波变化和活动特征提供了新的观测手段.本文利用中国第一颗搭载GNSS掩星设备气象卫星——风云3C （FY-3C）获得的掩星数据,反演得到2014年8月—2016年12月大气温度轮廓线,并首次估计重力波参数分布,分析了重力波参数的时空变化分布特征.结果表明,海陆季节性对流导致冬夏两季的重力波势能强于春秋两季,赤道对流作用导致赤道区域重力波强于两极,夏季南半球中低纬度地区重力波活动频繁,冬季北半球中低纬度区域重力波活动频繁.重力波随着高度的上升,势能逐渐下降.另外,地形是低层大气重力波的主要来源. 相似文献
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Energy- and Flux-Budget Turbulence Closure Model for Stably Stratified Flows. Part II: The Role of Internal Gravity Waves 总被引：1，自引：1，他引：0
S. S. Zilitinkevich T. Elperin N. Kleeorin V. L’vov I. Rogachevskii 《Boundary-Layer Meteorology》2009,133(2):139-164
We advance our prior energy- and flux-budget (EFB) turbulence closure model for stably stratified atmospheric flow and extend it to account for an additional vertical flux of momentum and additional productions of turbulent kinetic energy (TKE), turbulent potential energy (TPE) and turbulent flux of potential temperature due to large-scale internal gravity waves (IGW). For the stationary, homogeneous regime, the first version of the EFB model disregarding large-scale IGW yielded universal dependencies of the flux Richardson number, turbulent Prandtl number, energy ratios, and normalised vertical fluxes of momentum and heat on the gradient Richardson number, Ri. Due to the large-scale IGW, these dependencies lose their universality. The maximal value of the flux Richardson number (universal constant ≈0.2–0.25 in the no-IGW regime) becomes strongly variable. In the vertically homogeneous stratification, it increases with increasing wave energy and can even exceed 1. For heterogeneous stratification, when internal gravity waves propagate towards stronger stratification, the maximal flux Richardson number decreases with increasing wave energy, reaches zero and then becomes negative. In other words, the vertical flux of potential temperature becomes counter-gradient. Internal gravity waves also reduce the anisotropy of turbulence: in contrast to the mean wind shear, which generates only horizontal TKE, internal gravity waves generate both horizontal and vertical TKE. Internal gravity waves also increase the share of TPE in the turbulent total energy (TTE = TKE + TPE). A well-known effect of internal gravity waves is their direct contribution to the vertical transport of momentum. Depending on the direction (downward or upward), internal gravity waves either strengthen or weaken the total vertical flux of momentum. Predictions from the proposed model are consistent with available data from atmospheric and laboratory experiments, direct numerical simulations and large-eddy simulations. 相似文献
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An FM/CW radar sounding system designed and built by one of us (Richter, 1969) reveals atmospheric wave structure in unparalleled detail.The most outstanding features evident in the record are; internal gravity waves; features resembling Kelvin/Helmholtz instability structures; and multiple layering, often with lamina only a few meters thick.This paper shows a variety of atmospheric structural patterns and compares them with several hypothetical models of internal waves to obtain more insight into the atmospheric processes at work. Special attention is given to the distribution of the Richardson number in trapped and untrapped gravity waves. It is proposed that the multiple layers result from untrapped internal gravity waves whose propagation vector is directed nearly vertically within very stable height regions. It is argued that the layers are caused by dynamic instability resulting from reduction in the Richardson number due to wave induced shear and to some background wind shear when the amplitude-to-wavelength ratio grows during propagation into thermally stable height regions of the atmosphere. 相似文献
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In this paper,starting with the nonlinear equations of atmospheric motion and using a relatively simple method,we have obtained the periodic solutions to the nonlinear inertia waves,internal gravity waves and Rossby waves.These solutions represent the characteristics of nonlinear waves in the atmosphere.A preliminary analysis reveals that as for the inertia waves and internal gravity waves with finite amplitudes, the larger the amplitudes are,the faster the waves propagate,but for the Rossby waves with finite amplitudes,the larger the amplitudes and wavelengths are,the slower the waves move.The practical senses of the solutions are also discussed in this paper. This paper gives a new way to study the nonlinear waves.This result has certain significance for the weather forecasting and the study of atmospheric turbulence. 相似文献
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Analytical solutions of convective waves in the convective boundary layer (CBL) were obtained with two-layer linearized atmospheric
equations including Rayleigh friction, which represents the turbulent viscosity in the lower CBL. The analytical model shows
that the interaction between the convection in the lower layer and gravity waves in the upper layer is one of the causes for
the formation of convective bands. The flow and temperature fields obtained by the analytical model present the main characteristics
of convective bands found in field observations. We have also investigated the influences of atmospheric conditions on the
characteristics of the bands. Results accord with previous knowledge about these phenomena. 相似文献
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水汽空间分布对大气船舶重力波影响的数 值试验 总被引：4，自引：0，他引：4
利用中尺度数值模式ARPS模拟研究了水汽在山脉重力波和大气船波的产生和演变中的作用。研究发现水汽和非绝热效应对大气船波的影响与水汽的空间分布有关,大气船波的产生和演变对水汽的空间分布具有极端的敏感性,在一定条件下水汽的引入有可能减少大气船波的活动。对于3层模式结构的气流过山而言,如果初始的水汽分布在中层大气,则水汽和非绝热效应对大气船波的影响较小,而如果初始的水汽分布在中下层大气,则引入水汽后减少了大气船波的强度,但是如果初始的水汽分布在整个模式大气层,则水汽的引入减少了大气船波的活动。 相似文献
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Gravity waves on the axis of low level jet and their instability 总被引：1，自引：0，他引：1
Sun Shuqing 《大气科学进展》1985,2(1):112-123
Using the wind data at mountain stations, gravity waves on the axis of low level jet and their relation to rain clusters have been studied by means of the spectrum method. It is found that the spectrum densities of both wind and rainfall reach their maximums at the period of 8 h and the module between wind and rainfall also reach the maximum in that range. Both observation and theoretical study give the same con-clusion that the unstable development of gravity waves depends not only on the atmospheric stratification but also on the vertical shear of the environmental wind. The appearance of the jet-shape vertical profile of wind is favourable for the unstable development of gravity waves. The lower the height of the axis, the larger the growth rate of amplitude. 相似文献
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大气重力波是一种普遍存在于大气层中的波动现象,与多种不同尺度天气现象均有密切联系,研究平流层重力波的时空分布特征及其可能影响机制对于全球大气环流、大尺度气候变化和各类中尺度天气系统的研究具有重要意义.利用基于PANGAEA数据中心提供的2002—2015年逐月平流层重力波参数资料和SPARC数据中心提供的1992—1997年逐月纬向风资料,分析了平流层重力波参数的时空分布特征,并讨论了影响平流层重力波变化的可能机制.结果表明,对于重力波参数的纬向平均分布,平流层重力波扰动温度和垂直波长随高度增加而增大,而水平波数和绝对动量通量则相反.在夏半球的中低纬度和冬半球的高纬度存在重力波参数的大值区,在赤道附近全年存在重力波参数的低值区.平流层重力波参数水平分布表现为纬向上的带状分布,强度随季节发生变化.在相同纬度,重力波参数的大值中心出现在大陆,特别是山脉地区.平流层纬向风和重力波参数二者的分布具有一致性,说明背景风对大气的扰动是影响重力波参数的可能机制之一. 相似文献
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利用佛山地区2017年1月至2019年10月高精度微压计数据,统计分析佛山地区不同类型雷暴天气的大气重力波频谱特征,结果表明:雷暴天气与重力波的生成、发展密切相关,长周期（90～270 min）、短周期（1～90 min）重力波在不同类型雷暴天气有明显的差异。不同类型雷暴期间,都有大振幅（≥110 Pa）、宽周期范围的长周期重力波,但是强雷暴期间长周期重力波的振幅更大、周期范围更宽,中心振幅大于130 Pa的重力波发生的比率更高;不同类型雷暴激发的短周期重力波具有共同特征,表现为周期10～90 min、中心振幅11～47 Pa,但是大部分强雷暴都会激发10～90 min短周期重力波,发生的比率高于弱雷暴,并且强雷暴更易激发更短周期（1～20 min）重力波,更利于振幅较大（≥50 Pa）的短周期重力波发生。近距离雷暴比远距离雷暴对长、短周期重力波有更积极的影响。部分雷暴发生前约114～168 min,会有长、短周期重力波先兆活动,其中,长周期（90～270 min）重力波平均中心振幅84～106 Pa、短周期（30～90 min）重力波平均中心振幅12～43 Pa;相比远距离雷暴,近距离雷暴的重力波先兆活动发生比率更高;雷暴强度对重力波先兆活动也有影响,强雷暴过程振幅更大、短周期（20～30 min）的重力波先兆活动发生率更高。重力波先兆活动这一特征可能对雷暴预警有意义。 相似文献
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An ensemble of random-phase internal gravity waves is considered in the dynamical framework of the Euler–Boussinesq equations. For flows with zero mean potential vorticity, a kinetic equation for the mean spectral energy density of the waves is obtained under hypothesis of Gaussian statistics with zero correlation length. Stationary scaling solutions of this equation are found for almost vertically propagating waves. The resulting spectra are anisotropic in vertical and horizontal wave numbers. For flows with small but non-zero mean potential vorticity, under the same statistical hypothesis applied to the wave part of the flow, it is shown that the vortex part and the wave part decouple. The vortex part obeys a limiting slow dynamics equation exhibiting vertical collapse and layering which may contaminate the wave-part spectra. Relation of these results to the in situ atmospheric measurements and previous work on oceanic gravity waves is discussed. 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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三维多层流过山产生的山地重力波研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了研究了三维多层气流过山产生的三维山地重力波和大气船波动力学理论,在本文中,改进了一个多层流过山的三维山地重力波的线性理论计算模式,分析了三维多层流过孤立山地产生的三维山地重力波和大气船舶波的物理机制及其表现特征。揭示了多层流过孤立地形产生发散模态和横波两种模态拦截背风波的气象条件,增强了人们对山地重力波动力学的理解和对山脉重力波及其相联系的山脉天气的预测能力。 相似文献
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Atmospheric profiling with the UAS SUMO: a new perspective for the evaluation of fine-scale atmospheric models 总被引：1，自引：0，他引：1
Stephanie Mayer Anne Sandvik Marius O. Jonassen Joachim Reuder 《Meteorology and Atmospheric Physics》2012,116(1-2):15-26
For the first time, unmanned aerial system measurements collected by the small unmanned meteorological observer (SUMO) are used to evaluate atmospheric boundary layer (ABL) parameterization schemes embedded in the Advanced Weather Research and Forecasting model (AR-WRF). Observation sites were located in the vicinity of the almost idealized shaped mountain Hofsj?kull, Central Iceland. SUMO profiles provided temperature, relative humidity and wind data to maximum heights of 3?km above ground. Two cases are investigated, one with calm wind conditions and development of a convective ABL and one with moderate winds and gravity waves over Hofsj?kull. For the high-resolution simulation with AR-WRF, three two-way nested domains are chosen with a grid size of 9, 3 and 1?km. During its first meteorological test, SUMO has proved its great value for the investigation of the diurnal evolution of the ABL and the identification of mesoscale features residing above the ABL, such as subsidence. 相似文献
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一个双波地形重力波拖曳参数化方案 总被引：4，自引：0，他引：4
当地形次尺度强迫的作用与显式的经典动力作用效应相当时,地形重力波拖曳力对于环流的维持,以及动量和热量通量输送的动力效应变得十分显著。这种地形次尺度拖曳作用项可通过参数化的方法,在动力方程中加入额外的小项而引入数值模式。目前成熟的地形重力波拖曳参数化方法,如第1代基于线性单波理论的参数化方案;以及侧重考虑了临界层作用等因素对拖曳力的额外贡献的第2代参数化方案,都无法有效表达风速垂直变化引起的波动应力随高度变化的特征。基于上述考虑,本文给出了一个双波参数化方案用于计算地形重力波拖曳中由线性自由传播重力波造成的波动应力的垂直分布。通过二阶WKB近似,它对由风速垂直变化引起的对波动应力的选择性临界层吸收过程和经典的临界层吸收过程做了显式处理;而在不发生临界层吸收现象的地区,则用两个单波同时在垂直方向上进行应力的传播,并利用波饱和标准进行应力耗散。进一步地在真实地形(以大别山地区为个例)条件下的测试结果表明,通过在不同理想风速廓线以及北半球冬季中纬度纬向平均风廓线下对波动应力垂直分布的计算,证明该方案确实能有效地给出应力随高度变化的特征。 相似文献
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平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题 总被引：2，自引：2，他引：0
本文综述了近年来关于平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用动力过程的研究进展,特别是回顾了近年来关于平流层大气环流和行星波动力学、热带平流层大气波动及其与基本气流相互作用、平流层大气环流变异对对流层环流和气候变异的影响及其动力过程、平流层大气数值模拟以及在全球变暖背景下平流层大气的长期演变趋势预估等的研究进展。最近的研究揭示了大气准定常行星波传播波导的振荡现象、重力波在热带平流层准两年振荡和全球物质输送中的作用、平流层长期的变冷趋势变化、平流层在对流层天气和气候变化中的作用等现象,表明了平流层大气动力学研究的重要性。平流层大气动力学的深入研究,以及对数值模式中平流层模拟性能的提高,最终都会推动整个大气科学和气候变化研究的进一步发展。 相似文献
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2018年,国家自然科学基金委员会持续推进科学基金系统性改革,其中,申请代码调整是优化学科布局改革的切入点。在战略研究类专项项目的支持下,工作组对大气科学学科申请代码和下设研究方向及关键词进行了优化调整。D0514（大气环境与健康气象）由原二级申请代码D0513（大气化学与大气环境）调整而来,属于新申请代码的“发展领域”板块,延伸了大气环境的知识链,拓展了内涵,有利于不同研究方向的交叉融合。本文梳理了国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码D0514下设研究方向的总体框架,解读了各研究方向的关键词设置,并提出基金申请人选择研究方向和关键词需注意的事项。D0514下设四个研究方向,即大气环境与大气污染防治、室内空气污染、大气环境流行病学与毒理学和健康经济损失评估。四个研究方向既相互支撑、紧密关联,又可相对清晰地区分。从研究对象、研究方法、科学问题等角度,每个研究方向下设20～30个左右关键词。为提升基金智能辅助指派的效率,建议申请人优先选择关键词库中的词汇。通过本文的解读,让科学界了解申请代码下设的研究方向和关键词的设立过程,服务于申请人有针对性地选择相应的研究方向和关键词。 相似文献