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利用日本气象厅葵花-8卫星亮温资料、欧洲中心ERA5（the fifth generation of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis）再分析资料,根据时间尺度分解的局地能量诊断方法,本文从能量学多个角度研究了2016年6月5日00时（协调世界时,下同）至6日15时（持续40小时）一次东移并引发强降水的高原对流云团,得到了以下主要结论。本次事件中,高原东移对流云团在不同阶段的主要影响系统有所不同。移出高原前,其主要受高原涡和高原短波槽的共同影响,随着云团移出高原,高原涡消亡,而高原短波槽则随时间发展加强,成为东移云团的最主要影响系统。高原东移对流云团具有显著的深对流特征,自西向东引发了一系列的降水,移出高原后,其对流重心显著降低,降水达到最强。不同阶段高原东移对流云团的能量转换特征显著不同。云团位于高原上时（第一阶段）,背景场通过动能的降尺度能量级串为造成强降水的扰动流直接提供能量,这是此阶段扰动流动能维持的主要方式;云团移出高原过程中（第二阶段）,降水凝结潜热明显增强,由此制造的扰动有效位能也显著增强。在垂直运动配合下,扰动有效位能斜压释放所制造的动能是本阶段造成强降水扰动流动能维持的最主要能量来源;云团移出高原后（第三阶段）,背景场对造成强降水扰动流的影响再次增强,但是不同于第一阶段的直接影响方式,该阶段背景场的作用是以一种间接的影响方式出现。其首先通过有效位能的降尺度级串将背景场的有效位能转换为扰动流的有效位能,然后通过扰动有效位能的斜压能量释放为扰动流的动能维持不断地提供能量。此外,本阶段内还出现了扰动流向背景场动能的升尺度级串供给（即扰动流的反馈）,但其强度不足以对背景场的演变产生显著影响。 相似文献
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一次中亚低涡中期过程的能量学特征 总被引：3，自引：0，他引：3
中亚低涡是中期时间尺度（4天以上）的对流层深厚切断低压系统,也是造成新疆暴雨（雪）、持续低温天气的重要影响系统之一,对其形成、维持和减弱的能量特征还不十分清楚。利用美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）2.5°×2.5°逐日再分析资料和有限区域能量循环方程,对1996年7月10—20日造成新疆区域两次暴雨过程的中亚低涡系统进行分析,以揭示低涡持续活动11天的能量循环和转换特征。分析结果表明,中亚低涡活动具有明显的阶段性能量学特征。这次低涡发展和减弱过程处于斜压不稳定状态,扰动动能来源于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,且两者作用相当,它们使得低涡快速发展,同时区域内部非绝热加热制造的一部分扰动有效位能向外输出,在减弱期扰动有效位能向外输出大于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,因此低涡逐渐减弱。低涡成熟期处于正压不稳定状态,系统内部的能量转换很小,扰动动能来自于外界扰动位能输入,支出项为向开放边界的扰动动能输出。低涡过程各个时期纬向平均动能向扰动动能的转换都很小,即正压不稳定造成的能量转换较弱。低涡活动过程中,在对流层中、高层扰动动能很强,表明中亚低涡是主要在对流层中、高层活动的天气尺度系统,低涡内部的能量转换及其与外界的能量输送主要发生在中、高层,扰动位能和扰动动能的变化很好地反映低涡的强度变化和发展阶段,且能量的垂直输送对低涡系统的发展也有一定促进作用。 相似文献
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应用NCEP FNL(1°×1°)全球分析资料和动能的空间尺度分解方法,对2014年8月25—27日一次高原切变线过程进行了能量诊断分析。结果表明:低层扰动动能的增幅与高原切变线的发生发展密切相关,在切变线的生成阶段至成熟阶段,扰动动能增加为切变线的发生发展提供了能量保障;平均动能变化大体与扰动动能呈相反趋势,在切变线生成阶段和发展阶段,中低层平均动能随时间减小。在影响动能变化的各因子中,斜压转换项贡献最大;在切变线生成阶段,低层平均动能与扰动动能间的转换对扰动动能变化影响明显。背景场和扰动场的相互作用使得扰动动能增大而平均动能减小,构成动能的降尺度串级,这种能量串级转换有利于中尺度的高原切变线生成。 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：4，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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本文基于CFSR每日4个时次、水平分辨率为0.5°×0.5°全球预报场资料,美国NCEP中心每日4个时次、水平分辨率为1°×1°FNL全球再分析格点资料,以及华中地区国家基准站逐小时的加密降水资料,围绕2015年6月1日华中地区的一次中尺度对流低涡(mesoscale convective vortex,MCV)天气过程,通过WRF模拟和能量诊断的方法,重点研究了低涡增强期内的能量分布特征及其对低涡发展的影响机制。研究结果表明:此次MCV初生于湖北中部地区,低涡生成后向湖北东北部大别山地区移动且不断发展加强,MCV增强阶段的降水带分布由早期的三中心分布(分别位于宜昌、荆州、随州)演变为后期的纬向型雨带分布。降水产生的凝结潜热释放、对流有效位能的增强、低层暖湿气流的输送以及中层干冷空气的侵入等有利的环境场条件对低涡的增强起到了重要的推动作用。低涡的增强对能量演变有重要影响,具体表现为一方面MCV外围辐合气流随低涡发展而增强,引起对流层低层扰动动能的增加,另一方面MCV外围降水产生的凝结潜热,导致对流层中层扰动有效位能的增加,之后通过垂直气流作用使扰动有效位能向上输送,从而使对流层高层的扰动有效位能增加。另外,此次MCV增强阶段的能量制造项依次为:扰动有效位能向扰动动能的转换,不同高度层的基本气流黏性力作用效果,纬向平均有效位能向扰动有效位能的转换,以及来自系统外部扰动动能的输入。其中,扰动有效位能向扰动动能转换是对MCV发展增强的直接贡献项,对其空间分布特征进一步分析可知,在对流层低层和顶层,扰动有效位能向扰动动能转换,使辐合辐散气流增强;而在对流层中高层,扰动动能向扰动有效位能转换,为低涡发展成熟后的继续维持储备了必要的能量。 相似文献
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一次东北冷涡发展过程中的能量学研究 总被引：10，自引：2，他引：8
对一次典型的东北冷涡过程做了能量学分析。结果表明,东北冷涡活动具有鲜明的阶段性能量学特征。东北冷涡发展之前,各种能量之间的转换很小,边界通量也处于正负相间的振荡状态。早期发展阶段,扰动动能边界通量作用是至关重要的。随着非绝热加热制造扰动有效位能和扰动有效位能向扰动动能转换的大幅度增长,以及外界扰动动能的大量输送和纬向平均动能向扰动动能转换的明显加强,导致了东北冷涡的强烈发展,即这一时期区域内部的能量过程也同样十分重要。东北冷涡的减弱是从有大量扰动动能转换成纬向平均动能开始的,随后加上扰动有效位能向扰动动能转换以及边界通量作用的减弱,使得冷涡逐渐衰亡。 相似文献
8.
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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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
10.
一种对资源不稳定性敏感的EASY-backfill算法 总被引：2，自引：2，他引：0
利用合成技术对1995—2006年冬季（11月—次年2月）生成在西北太平洋上的34个热带气旋（tropicalcyclone,TC）个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明：冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为＂热带低压型扰动＂,为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。 相似文献
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利用欧洲中期预报中心再分析数据和中国气象局提供的降水数据分析了2008年1月到2月初东亚急流对我国南方雨雪冰冻灾害的影响,并给出东亚急流变化可能的原因。东亚急流强度和位置的变化引起其入口区的垂直运动的变化,从而使得我国南方降雨的位置和强度发生改变。为了研究灾害发生期间东亚急流变化的原因,利用扰动动能方程分析了与东亚急流有关扰动动能以及方程各项的变化,结果表明：扰动动能的变化能够很好的表示东亚急流的变化;扰动位势平流对扰动动能的发展至关重要。东亚急流北部弱风区存在较小的扰动动能中心,位势通量矢量将这个中心的扰动动能输送到东亚急流的入口区并辐合,使得东亚急流增强。 相似文献
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利用1979~2013年NCEP再分析数据,通过经验正交分解对比了前冬时期北大西洋风暴轴的高低空分布,并用涡动动能(Eddy Kinetic Energy,EKE)方程对风暴轴高低空分布型差异进行了诊断。研究结果表明:上层和下层第一空间分布型差异巨大,对流层下层风暴轴中心偏北,靠近极地,而上层风暴轴中心偏西南,靠近北美沿岸。EKE方程诊断结果表明:正压转换项在高低空符号相反,导致了EKE在上、下层分布出现显著差异,即上层正压转换项为负,在扰动发展中起能量耗散作用,而下层正压转换项为正,且极大值区域对应下层EKE极大值区域,为风暴轴下层向极区域增强的主要原因。而斜压转换和非地转位势通量散度在上层均为正,且远大于下层,为风暴轴上层涡动能量维持的原因,也从涡动能量收支上解释了风暴轴的主体出现在上层。 相似文献
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东北冷涡过程的能量学分析 总被引：9，自引：1，他引：9
对一次较典型的东北冷涡过程作了能量学分析。结果表明，冷涡涡动动能的主要收入来自涡动位能的转换（Ａｅ→Ｋｅ）。在冷涡发展期，由外边界强气流入侵所产生的动能输入也十分重要。涡动动能的支出主要是转换为纬向气流的动能，即Ｋｅ→Ｋｚ，其次是消耗项和成熟期以后的边界动能输出。冷涡过程涡动动能变化的绝对值以中、高空为大，但相对变率却远小于低空。Ａｅ→Ｋｅ主要发生在７００—３００ｈＰａ中空，高空则为Ｋｅ→Ａｅ的转换 相似文献
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东北夏季月低温事件的定义及大气环流年代际特征分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用1960-2009年东北地区150个地面测站的逐日气温资料,定义了东北三省夏季月低温事件（简称MCSE）,并将其分为5类。结果表明：MCSE发生频率在20世纪60-70年代较高,80年代逐渐减少,90年代显著减少; 6月和8月以第Ⅲ类MCSE为主,而7月则是第Ⅱ类;在冷气候背景下,第Ⅱ类MCSE正涡动能量是由高纬向中纬度传播,正常背景下是由中纬度向高纬度传播,第Ⅲ类则与之相反,暖背景下第Ⅱ类MCSE的能量传播方向与冷背景一样,而第Ⅲ类则先是由低纬度向高低纬度传播,然后是由高纬度向低纬度传播;同时还发现,在冷背景下第Ⅱ类和第Ⅲ类MCSE,中国东北地区都是处于大范围强冷空气带的覆盖下,而正常期气候背景下这两类MCSE的东北冷涡和乌拉尔山阻塞高压（西阻）都比较明显,在暖背景下,第Ⅱ类MCSE的阻塞高压（中阻）、鄂霍次克海阻塞高压（东阻）以及东北冷涡系统都很明显,而第Ⅲ类MCSE的阻塞高压（中阻）和东北冷涡明显。 相似文献
15.
为了评估安徽省寿县国家气候观象台新增的近地层通量观测系统业务运行状况,利用2007年9月—2008年8月寿县近地层通量系统观测资料,分析了农田下垫面能量平衡情况。结果表明:全年能量平衡比率平均为0.89,但不同条件下存在差异:白天明显大于夜间,春、夏、秋季明显大于冬季,裸地和麦、稻田明显大于雪地,晴、昙、阴、雨天气情况下差异不大。总体来说,能量不平衡是通量观测中较为普遍的现象,一般认为不平衡程度在10%~30%为合理范围,寿县国家气候观象台全年的能量不平衡程度 (11%) 恰好属于这个范围,并接近不平衡程度的下限,说明涡度相关法在淮河流域农田生态系统通量观测中可靠性较高。 相似文献
16.
Development and propagation of equatorial waves are investigated with the model which includes convection -wave convergence feedback and convection-frictional convergence feedback. Two experiments with an initial Kelvin wave (Exp. K) and with an initial Rossby wave (Exp. R) are carried out. The equatorial waves in Exp. R grow much faster than those in Exp. K. The equatorial waves in both experiments follow zonal (eastward / westward) and meridional (poleward) propagation. The equatorial waves can be partitioned into two meridional modes using Parabolic Cylinder Function. An equa?tor mode denotes a wave component with a positive precipitation center at the equator and an off-equator mode rep?resents a wave component with positive precipitation centers off the equator. The equator mode dominates in Exp. K whereeas the off-equator mode dominates in Exp. R. The rapid wave growth in Exp. R is interpreted by analyzing the eddy available potential energy (EAPE) generation. Stronger off-equator mode in Exp. R obtains more EAPE through convection-frictional convergence feedback which results in more rapid wave growth. The relative vorticity tendency is determined by interactions between Earth’s vorticity and lower-troposphere convergence (divergence effect) and between the meridional gradient and lower-troposphere circulation (beta effect). The eastward and poleward propagation of equatorial waves is a result of the divergence effect, and the westward movement is caused by the beta effect. 相似文献
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P.D. Blanken 《Boundary-Layer Meteorology》1998,89(1):109-140
Turbulent flux measurements both above and beneath the canopy of a boreal aspen forest are described. Velocity skewness showed that, beneath the aspen canopy, turbulence was dominated by intermittent, downward penetrating gusts. Eulerian horizontal length scales calculated from integration of the autocorrelation function or spectral peaks were 9.0 and 1.4 times the mean aspen height of 21.5 m respectively. Above-canopy power spectral slopes for all velocity components followed the -2/3 power law, whereas beneath-canopy slopes were closer to -1 and showed a spectral short cut in the horizontal and vertical components. Cospectral patterns were similar both above and beneath the canopy. The Monin–Obukhov similarity function for the vertical wind velocity variance was a well-defined function of atmospheric stability, both above and beneath the canopy. Nocturnal flux underestimation and departures of this similarity function from that expected from Monin–Obukhov theory were a function of friction velocity. Energy balance closure greater than 80% was achieved at friction velocities greater than 0.30 and 0.10 m s-1, above and below the aspen canopy, respectively. Recalculating the latent heat flux using various averaging periods revealed a minimum of 15 min were required to capture 90% of the 30-min flux. Linear detrending reduced the flux at shorter averaging periods compared to block averaging. Lack of energy balance closure and erratic flux behaviour led to the recalculation of the latent and sensible heat fluxes using the ratio of net radiation to the sum of the energy balance terms. 相似文献
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The WKB method is used in conjunction with the variation of parameters technique to find an approximate analytical solution for Ekman layers with eddy viscosity and horizontal pressure gradient that are each variable with height from the surface. Behaviour of the solution is illustrated by comparing model output when several eddy viscosity and horizontal pressure gradient profiles are used. Cases where the pressure gradient decreases with height accentuate the super-geostrophic peak in the wind velocity profile, with decreasing eddy viscosity with height further enhancing this effect. Increasing pressure gradient with height reduces or eliminates the peak. The model output when using an eddy viscosity that has a low-level peak fits marine boundary-layer data taken during ASTEX better than the classic solution - the model giving greater low-level mixing which is seen in ASTEX data as well as in data from ERICA. 相似文献