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1.
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：7，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
2.
A survey of unbalanced flow diagnostics and their application 总被引：9，自引：0，他引：9
1.IntroductionImbalanceisdefinedintermsoftowhatextenttheflowdepartsfromabalancedstate.Despitetheapparentcomplexityofatmosphericmotions,thepressure(massfield)andvelocity(momentum)distributioncanberelatedbyrathersimpleapproximateforcebalances(sothatparcelaccelerationscanbeignored).Davisetal.(1996)pointedoutthattheunderlyingassumptionofbalanceddingnosticsisthatthenowevolvesinawayconsistentwiththerestrictionsimplicitwithinthediagnosticframework.ThesimplesttwobalancerelationsaregeostrOPhl'cbalance… 相似文献
3.
近年来我国暴雨中尺度动力分析研究进展 总被引：9，自引：3，他引：9
总结了近十年以来中国气象科研人员在暴雨中尺度动力分析研究领域的主要研究成果，从大尺度环流背景与中小尺度系统的相互作用、高低空急流、低涡、位涡与对流涡度矢量、螺旋度、不稳定等方面对它们进行了分类概括。对暴雨中尺度动力分析研究的回顾表明，以往常用的数值模拟、能量转换收支分析、涡度、散度、涡度收支、涡度平流、温度平流、各种不稳定指数等的诊断仍然是暴雨中尺度动力分析的主要手段，但是，近年来，除了位涡、螺旋度等动力变量在暴雨中尺度动力分析中的广泛应用以外，一些新的物理量，如非均匀饱和广义湿位涡、对流涡度矢量以及有限区域风场分解方法在暴雨中尺度动力分析中也得到了更多的应用。 相似文献
4.
2005年7月一次大暴雨过程的模拟和诊断分析 总被引：3，自引：1，他引：2
基于2005年7月9—10日河南、安徽等地一次大暴雨的巨大影响,利用中尺度模式（MM5）对此次过程进行了模拟,并使用NCEP/NCAR再分析资料和模式输出产品作了多种物理量诊断分析,结果表明,贝加尔湖附近阻高、下游的东北冷涡及其伴随的高空槽造成了有利的环流形势,低层切变线及急流是此次暴雨过程的最主要影响系统。散度、涡度、垂直速度、螺旋度及位温的分布和演变反映出在此次降水发生过程中,暴雨区出现了很强的辐合上升运动,中低层大气层结不稳定性强,上下层大气物质交换强烈,在暴雨区上空螺旋度呈＂下正上负＂的垂直结构,螺旋度正的大值区对应强降水中心;水汽通量散度的分布说明暴雨区有充足的水汽供应,而锋生条件为降水的形成和维持提供了一定的能量。 相似文献
5.
副热带高压对登陆台风等熵面位涡演变影响的数值模拟研究 总被引：3，自引：1，他引：2
选取1997年第11号台风“温妮”为研究个例, 通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、 变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis et al.(1996) 提出的片段位涡反演方法, 提取具有副热带高压物理意义的位涡扰动, 采用片段位涡反演的方法, 改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度, 并引入Ertel等熵面位涡收支方程, 深入分析不同强度的副热带高压环流系统在登陆台风结构演变的过程中等熵面位涡的守恒性, 以及守恒性与非守恒性相对作用的大小。研究表明: 台风北上深入内陆的过程中, 高空槽大值位涡源源不断的输送使得对流层低层西北侧位涡增长, 台风中心上空的辐散形势有利于台风强度的再次增强。由于摩擦和非绝热加热的存在, 对流层位涡局地变化主要决定于位涡的水平平流 (守恒项)、 位涡的垂直平流、 加热的垂直微分 (非守恒项) 的分布。台风经历变性及再增强的过程中, 其影响范围内位涡守恒性经历了先减弱后增强的过程, 非守恒项中位涡的垂直平流能较好地描述对流层中层位涡局地变化趋势, 而加热的垂直微分则在对流层低层和高层表现良好。副高强度的加强使台风加速北上, 加快了台风变性速度, 高层位涡的向下输送明显提前且强度增强, 位涡守恒性的破坏、 重建也相应提前, 位涡垂直平流的整层负值减小, 加热垂直微分对对流层低层位涡增长的正贡献加强, 且持续时间更长。 相似文献
6.
湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的一种可能机制 总被引：1，自引：0，他引：1
根据暴雨中尺度系统发生时的大气运动特征,在绝热、无摩擦条件下,从湿斜压原始方程出发,考虑大气运动的涡度及散度演化不仅受动力场的制约,而且还受到热力场的约束,采用不同于传统研究涡度及散度方程的分析方法,导出了新形式的涡度及散度方程。在此基础上,分析了湿斜压大气中对流层中低层气流旋转与辐合持续增长的动力特征,初步揭示了湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的动力机制。 相似文献
7.
切变风螺旋度和热成风螺旋度在东北冷涡暴雨中的应用 总被引：4，自引：3，他引：1
引入切变风螺旋度和热成风螺旋度, 并将其应用于东北冷涡暴雨的诊断分析。理论上, 切变风螺旋度定义为风速垂直切变与绝对涡度矢量的点积, 表示风速垂直方向的分布不均匀对涡管的扭转效应, 由扭转项和垂直涡度的辐合辐散项两部分组成。热成风螺旋度是在切变风螺旋度的基础上利用地转关系和热成风关系得出的简化形式, 其强度和符号取决于上升气流和暖湿空气的配置。相对于切变风螺旋度, 热成风螺旋度的计算只需要单平面层的资料即可, 避免了垂直差分计算, 这大大弥补了台站观测中垂直层密度稀疏或者边界层的处理等问题的不足, 使得计算大大简化, 便于业务应用。在以上定义和理论分析的基础上, 选取一次东北冷涡降水过程进行数值模拟, 利用模式输出的中尺度资料, 诊断分析这次降水过程中的切变风螺旋度和热成风螺旋度。分析表明, 降水中心位于切变风螺旋度的正值和负值区的边界, 与降水的强度变化一致; 而作了热成风近似后的切变风螺旋度中的扭转项 (即热成风螺旋度), 与切变风螺旋度相似, 也能较好地诊断降水和对流 (尤其是强降水和强对流) 的发展, 而且其对暴雨的诊断优于传统的螺旋度。 相似文献
8.
风切变对中尺度对流系统强度和组织结构影响的数值试验 总被引：5，自引：0，他引：5
采用我国实际观测的探空作为中尺度模式Weather Research and Forecasting(WRF)的理想试验的背景场,分别改变整层、低层和中层的垂直风切变,研究其对中尺度对流系统强度和组织结构的影响。结果表明,改变整层垂直风切变对对流系统的强度和组织结构影响最显著,增加整层垂直风切变,对流强度增强且易组织成线状,减小整层垂直风切变,对流强度弱且呈分散状态。从垂直速度、水平风场、散度场和冷池的三维结构特征分析了其影响的机制:(1)风切变增加,上升气流与下沉气流的相互干扰减弱,有利于垂直速度的维持和增强;(2)垂直风切变增加造成水平涡度增加,扭转项的作用分别使上升和下沉运动得到加强;(3)垂直风切变增加,冷池强度和高度增加且集中在系统后部,使系统线状组织性增强。研究还发现,增加垂直风切变造成近地面大风和降水增强,且强降水出现在大风之后,这主要是因为在对流发展阶段上升运动与下沉运动互不干扰情况下,强下沉运动造成的近地面大风,而成熟阶段上升运动不断增强或维持造成雨水比湿不断增加形成强降水。 相似文献
9.
河北中南部一次大暴雨个例的成因诊断 总被引：1，自引：0，他引：1
利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规资料,分析了一次河北中南部罕见短时特大暴雨的环流背景,计算了暴雨发生过程的干位涡、湿位涡值以及暴雨区域垂直螺旋度的大小.然后利用这些物理量从动力、热力学方面对河北暴雨进行综合分析.结果发现:500 hPa干位涡正压项能较好地表征冷空气和辐合区的强度和移动方向,斜压项负值由小到大引发降水强度的增加,斜压项负值的减小预示着降水的减弱.在此暴雨个例中,强对流发生区域与湿位涡异常的移动方向有较好的相关性,强对流出现在湿位涡移动方向前部的等值线密集区,且短时暴雨靠近零线一侧.正MPV1异常与负MPV2异常相叠置区域,即大气对流稳定时,因垂直涡度得到发展,激发出强对流.低层螺旋度正值中心的出现并增大,预示着强对流的发生,同一经度相邻正负螺旋度中心的存在有利于正螺旋度区域暴雨强度的增大. 相似文献
10.
The complete form of the vertical vorticity tendency equation (the complete-form vorticity equation) is derived from the Ertel potential vorticity equation to contain thermodynamic factors. In this study, a new complete-form vorticity equation, which has the same form as the original complete-form vorticity equation, is deduced from the absolute vorticity vector equation combined with the continuity equation and the expression of three-dimensional (3D) entropy gradient. By comparing the complete-form vorticity equation with the classical vertical vorticity equation, it is found that regardless of whether or not the isentropic surface is tilting, the two vorticity equations are in essence the same. The “baroclinic term” of the complete-form vorticity equation is exactly equal to the solenoidal term of the classical one, and there is a significant amount of cancellation between the two baroclinic items (the “slantwise term” and the horizontal vorticity change term) in the complete-form vorticity equation. In operational weather analysis, the tilt of the isentropic surface can be diagnosed according to the density of the isotherm on the upper-level isobaric map. For synoptic-scale motion, the vertical vorticity produced by the tilt of the isentropic surface is due to the contribution of atmospheric baroclinicity, which is measured by the solenoid. The 3D solenoid is parallel to the isentropic surface, so the more tilted the isentropic surface, the bigger the projection of the 3D solenoid in the vertical direction. The baroclinic contribution can be interpreted based on the PV thinking theory, but the relationship between the vorticity field and the potential vorticity field is not immediate. 相似文献
11.
在绝热无摩擦大气中,具有守恒性及可反演性的Ertel位涡(PV)在大尺度天气系统分析中有广泛应用。由于忽略了力管项的作用,PV用于分析中小尺度天气系统演变时受到局限。从广义速度推导得到的广义Ertel-Rossby不变量(GERI)除了包含有PV的守恒性,还包含了螺旋度效应及力管项的作用,对于分析研究快变流型的中小尺度系统演变有一定优势。用GERI分析2012年7月21日北京地区的特大暴雨过程,表明GERI在暴雨区有明显的异常出现,其异常基本与暴雨出现时间同位相,表明GERI的定义涵盖了螺旋度和PV,也包含了暴雨发生时的旋转斜压大气的力管项效应,确实能体现暴雨过程中的流型快变的特点,可以作为独立的变量来分析和揭示造成暴雨的低涡系统的动力结构,为诊断和预报暴雨落区提供新的动力物理量。 相似文献
12.
"04.12"华北大到暴雪过程切变线的动力诊断 总被引：19，自引：3，他引：19
利用地面实测资料和MM5模式输出产品,对2004年12月20~22日发生在华北地区的大到暴雪天气过程的切变线进行了动力诊断分析,结果表明:此次暴雪过程与中尺度切变线的发展东移直接关联。涡度诊断表明:正涡度区的演变与切变线的发展、东移和北抬密切相关,正涡度区内“正涡度核”对预报强降雪的出现有先兆指示意义。涡度、散度垂直剖面图显示,涡度、散度场的空间配置极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持。湿相对位涡和涡度变率诊断揭示,涡度变率强度与中低空的条件对称不稳定密切相关;暴雪区上空从低层到高层存在的湿位涡负值中心是造成中低层涡度变率增大及暴雪增幅的重要原因之一;而涡度变率较涡度更能准确反映切变线发生发展的物理机制。 相似文献
13.
引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究 总被引：1，自引：1，他引：0
2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。 相似文献
14.
15.
Up-sliding Slantwise Vorticity Development and the complete vorticity equation with mass forcing 总被引：16，自引：1，他引：15
The moist potential vorticity (MPV) equation is derived from complete atmospheric equations including the effect of mass forcing, with which the theory of Up-sliding Slantwise Vorticity Development (USVD) is proposed based on the theory of Slantwise Vorticity Development (SVD). When an air parcel slides up along a slantwise isentropic surface, its vertical component of relative vorticity will develop, and the steeper the isentropic surface is, the more violent the development will be. From the definition of MPV and the MPV equation produced here in, a complete vorticity equation is then put forward with mass forcing, which explicitly includes the effects of both internal forcings, such as variations of stability, baroclinicity, and vertical shear of horizontal wind, and external forcings, such as diabatic heating, friction, and mass forcing.When isentropic surfaces are flat, the complete vorticity equation matches its traditional counterpart. The physical interpretations of some of the items which are included in the complete vorticity equation but not in the traditional one are studied with a simplified model of the ChangjiangoHuaihe Meiyu front. A 60-h simulation is then performed to reproduce a torrential rain event in the ChangjiangoHuaihe region and the output of the model is studied qualitatively based on the theory of USVD. The result shows that the conditions of the theory of USVD are easily satisfied immediately in front of mesoscale rainstorms in the downwind direction, that is, the theory of USVD is important to the development and movement of these kinds of systems. 相似文献
16.
从涡度、位涡、到平流层干侵入——位涡问题的缘起、应用及其歧途 总被引：3，自引：1，他引：2
由于从等熵位涡分析引申出来的平流层干侵入（以下简称干侵入）概念造成了当前天气预报思路中一些混乱和违背天气学常识的看法,文中回顾了天气预报原理从着眼气压变化到着眼涡度变化的发展历史和位涡问题的缘起。进而根据位涡的定义、数学表达式、物理意义,并结合实例的计算结果指出,位涡的大小主要取决于位温的垂直梯度;等熵面上的位涡分布形势实质是对流层顶高度的分布,因此可以间接反映极地气团、锋、高空槽和高空急流的形势。轨迹计算和数值预报都证明,低空的高位涡异常是地面气旋强烈加深和潜热反馈的结果,而不是干侵入的结果。指出位涡的守恒性不能替代斜压扰动发展的动力学机理;干侵入的错误概念来源于对位涡守恒性的绝对化和简单的推断,并犯了流体力学原理上混淆流线和轨迹两个不同概念的错误。 相似文献
17.
对一次台风暴雨的位涡与湿位涡诊断分析 总被引：12，自引：1，他引：11
利用中尺度模式WRF对台风卡努模拟所输出的高分辨率资料,借助等熵位涡及湿位涡的方法进行诊断分析,揭示台风暴雨过程中的中尺度系统演变特征以及探讨台风暴雨发展与维持的机制.结果表明:等熵面位涡图的分析清楚地揭示了台风低压及周边环境的位涡演变特征.暴雨区落在低层等熵面位涡高值中心的东北侧,或者在高层等熵面位涡高值中心右侧最大位涡梯度处;等位温面向正位涡异常中心收拢,高层的高位涡值下传,高位涡的干冷空气加强了低层的扰动,引起低层暖空气的抬升,这些条件促使对流不稳定能量与潜热能的释放,有利于暴雨增幅;条件性对称不稳定与对流不稳定是此次台风暴雨发展与维持的重要机制,暴雨区内中尺度系统的发展符合倾斜涡度发展理论. 相似文献
18.
第二类热成风螺旋度对登陆台风降水的诊断能力分析台风泰利个例研究 总被引：2，自引：0，他引：2
文中利用中尺度数值模式MM5模拟了台风泰利的登陆过程,模拟的台风路径、天气形势和降水都与观测基本一致,能够很好地反映出真实的天气过程.再利用数值模拟结果,研究了第二类热成风螺旋度(H_2)对登陆台风泰利降水的诊断能力,结果表明它对深入内陆的台风强降水具有较好的诊断能力,而对刚登陆前后的台风降水诊断能力不如经典螺旋度.特别地,H_2在提前1 h时与泰利降水达到最高相关系数,且在提前1-5 h时,它与降水的相关性比经典螺旋度的高,表现出十分显著的预示降水增幅的能力.进一步分析表明,在刚登陆前后,泰利台风中心850-200 hPa的风场垂直切变较小(约5 m/s),其最强降水出现在路径右侧300 km半径范围以内,与低空的正温度平流、低空辐合、高空辐散等无明显的关系,而低空相对涡度能够很好地反映降水的变化,这是经典螺旋度与降水在这一阶段相关性优于H_2的主要原因.而在深入内陆后,台风泰利本体环流减弱,受北部西风槽的影响逐渐增强,环境风场垂直切变迅速增大,发生强降水的庐山和大别山区处于顺垂直风切变方向左侧.在东北向的垂直风切变情况下,庐山和大别山强降水区上空有向东的高空急流出流,强高空辐散诱发垂直次级环流,从而激发对流,形成强上升运动区,因此H_2的诊断优势在这一阶段表现得最清楚. 相似文献
19.
M. L. Kaplan A. W. Huffman K. M. Lux J. D. Cetola J. J. Charney A. J. Riordan Y.-L. Lin K. T. Waight III 《Meteorology and Atmospheric Physics》2005,88(3-4):153-173
Summary Simulation experiments reveal key processes that organize a hydrostatic environment conducive to severe turbulence. The paradigm requires the juxtaposition of the entrance region of a curved jet streak, which is highly subgeostrophic, with the entrance region of a straight jet streak, which is highly supergeostrophic. The wind and mass fields become misphased as the entrance regions converge, resulting in significant spatial variation of inertial forcing, centripetal forcing, as well as along and cross-stream pressure gradient forcing over a meso- scale region. Maxima of these forces are misphased where the two dissimilar jet streaks converge and geostrophic balance is disrupted. Velocity divergence within the subgeostrophic region of largest upstream-directed pressure gradient force and velocity convergence near the region of largest downstream-directed centripetal/inertial-advective forcing act to produce a mesoscale front due to spatially varying confluent flow flanked by zones of increasing velocity divergence. This results in frontogenesis as well as the along-stream divergence of cyclonic and convergence of cyclonic ageostrophic vertical vorticity. The nonuniform centripetally forced mesoscale front becomes the locus of large gradients of ageostrophic vertical vorticity along an overturning isentrope. This region becomes favorable for streamwise vorticity gradient formation enhancing the environment for the organization of horizontal vortex tubes in the presence of buoyant forcing. This is because the mesoscale convergence of vertical vorticity on an overturning isentropic surface creates vertical rotation for the development of horizontal vorticity in regions where isentropic surfaces overturn. Vorticity, shear, and buoyancy are focused in one location by this front thus favoring an environment favorable for microvortex formation leading to turbulence. 相似文献
20.
梅雨锋暴雨的不平衡场 总被引：1，自引：1，他引：1
中尺度散度及其变化和梅雨锋暴雨有较好的对应关系。在散度方程中，散度的局地变化项与垂直速度（ω）、散度（D）有关的项的量级在强降水区比在弱降水区要大。用中尺度资料计算的不平衡场（U）和不均匀场（A）和强降水区基本一致。因此，计算不平衡场和不均匀场及散度变化可以为暴雨等中尺度天气现象的短时预报提供线索。 相似文献