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殷青青任璐田文寿王涛杨景怡张健恺 《干旱气象》2022,(3):444-456
对流激发的重力波能够向中层大气输送动量和能量,准确获取重力波主要特征对于研究中层大气的动力学和热力学结构非常重要。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate)资料,结合中尺度数值预报模式WRF(weather research and forecasting),对2010年8月4日发生在华北地区上空的一次对流激发的重力波事件进行分析。结果表明:此次事件激发的重力波在平流层以中低频重力波为主,且在平流层中垂直波长、水平波长分别为9~11 km和650~800 km,约62%的动量聚集在15~25 km高度的低平流层。在对流活动发生期间,低平流层重力波势能密度一直维持较大数值,而上平流层重力波势能密度则在对流减弱后迅速减小,且伴随着下一次对流活动的出现再次迅速增大。平流层不同高度上重力波势能密度对对流活动的响应主要与对流发展高度和背景风场有关,当对流发展较浅时,其激发的重力波在低层西风中易耗散;当对流发展较深到16 km甚至更高时,其激发的重力波接近零风层,并在东风中迅速上传,使得高层重力波势能密度增加较快。 相似文献
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用线性模型讨论了对流和加热对重力惯性波的激发，分别讨论了初始垂直速度扰动和初始位温扰动及大气内部加热在静态层结大气中激发的重力惯性波，及重力惯性波过程引起的大气温压场的变化。得到的结果可以帮助理解中小尺度系统的发生发展，对流过程与环境大气的相互作用。 相似文献
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用线性模型讨论了对流和加热对重力惯性波的激发，分别讨论了初始垂直速度扰动和初始位温扰动及大气内部加热在静态层结大气中激发的重力惯性波，及重力惯性波过程引起的大气温压场的变化。得到的结果可以帮助理解中小尺度系统的发生发展、对流过程与环境大气的相互作用。 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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平流程准两年振荡(QBO)是赤道平流层(～100-1 hPa)变率的主要模态,可对中高纬地区的环流产生重要影响,但目前利用通用大气环流模式(GCM)对其进行准确模拟仍然是一个挑战.本文利用IAP大气环流模式(IAP-AGCM)的中高层大气模式版本(IAP-AGCML69)对QBO进行模拟,并对其动量收支情况进行分析.研究发现,QBO主要是由对流活动引起的重力波强迫(参数化)引起的,但该动量强迫被平流层赤道上升流所引起的平流过程显著削弱.模式可分辨尺度的波动强迫对赤道上空的QBO的总纬向风倾向有正贡献,在上平流层,其量值大小与参数化的重力波强迫相当.以上结果提供了QBO形成机制以及模式模拟差异可能原因的认识. 相似文献
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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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影响惯性重力波活动规律的动力学因子研究 总被引：2，自引：0，他引：2
通过探测发现大气重力波有明显的活动规律:重力波强度在冬、春季强于夏、秋季,在5月和10月发生急剧减弱和加强的转变,无天气过程时晚上比白天强,尤其短周期的重力波,周期为40~80min的重力波平均强度最强,其他较弱。在斜压大气和考虑积云对流加热条件下,运用积云对流参数化、Taylor公式展开等方法,推导出惯性重力波的非线性KdV方程,求出其孤立波解,以此解释以上得出的大气重力波的活动规律:惯性重力波强度随风速垂直切变增大而增大,急流是最重要的惯性重力波波源,是重力波强度在冬、春季强于夏、秋季的主要原因,亚洲急流在5月和10月的北跃和南落,是重力波强度发生急剧变化的原因,急流下方是激发惯性重力波最强的地方。一般情况下,惯性重力波强度随着大气背景流场绝对涡度增大而增大,正涡度对惯性重力波起激发和增强的作用。当惯性重力波向下传播时,波的强度随层结稳定度(N2)增大而增大,由于太阳辐射的作用白天大气层结稳定度比晚上小,这解释了在无天气过程时晚上重力波强度强于白天的原因。惯性重力波强度和波的频率成正比,这解释了周期为40~80 min比周期为140~160 min的重力波强的原因。重力波强度还与非线性积云对流参数常数b及科氏力参数f成正比。 相似文献
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台风中－α尺度重力惯性波的发展与暴雨增幅 总被引：2，自引：0，他引：2
通过数值模拟和诊断研究得出,９２１６号台风暴雨的增幅与台风中－α尺度重力惯性波的发展,传播,非均匀层结构的分布以及积云对流潜热反馈有关。大尺度非线性平流希的作用激发出大尺度的重力惯性波,积云对流潜热加热作用导致非地转风场扰动大大加强,从而使重力惯性波波幅加大,上升运动增强,暴雨加大。 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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大气对流边界层中的涡漩结构 总被引：4，自引：1，他引：4
大气边界层中存在尺度从几百米到几十公里的大涡漩运动。它们在边界层中动量、热量、水汽等垂直输送中起重要作用。作者从边界层中对流和上部稳定层中波动相互作用的观点，发展得出大涡结构的对流波动理论。根据此理论，大涡的波谱构成主要由上、下层大气中风向、风速、层结以及两层之间的温度跃变等因素决定。本文根据卫星云图和天气资料分析了一次冷空气爆发流经暖洋面上形成云街、对流单体以及它们之间的相互演化的过程，并用对流波动理论，依据各阶段的大气条件计算出它们的波数构成，并得出了垂直速度、辐合带、界面扰动的分布，解释了云街、对流单体的形成、结构及相互转化的原因 相似文献
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When the magnitude of sub-scale ographic forcing is comparable with explicitly ordinary dynamic forcing, the drag effect reduced by ographic gravity wave is to be significant for maintaining dynamic balance of atmospheric circulation, as well as the momentum and energy transport. Such sub-scale ographic forcing should be introduced into numerically atmospheric model by means of drag being parameterized. Furthermore, the currently mature ographic gravity wave drag （OGWD） parameterization, i.e., the so-called first-generation （based on lineal single-wave theoretical framework） or the second-generation drag parameterization （including an important extra forcing by the contribution of critical level absorption）, cannot correctly and effectly describe the vertical profile of wave stress under the influence of ambient wind shearing. Based on aforementioned consideration, a new two-wave scheme was proposed to parameterize the ographic gravity wave drag by means of freely propagating gravity waves. It starts with a second order WKB approximation, and treats the wave stress attenuations caused by either the selective critical level absorption or the classical critical level absorption explicitly; while in the regions where critical levels are absent, it transports the wave stress vertically by two sinusoidal waves and deposits them and then damps them according to the wave saturation criteria. This scheme is thus used to conduct some sample computations over the Dabie Mountain region of East China, as an example. The results showed that the new two-wave scheme is able to model the vertical distribution of the wave stress more realistically. 相似文献
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Large vortices with scales ranging from hundreds meters to tens of kilometers are generallyfound in the atmospheric convective boundary layer(CBL).These vortices play important roles in the vertical transport of momentum,heat,water vaporand other tracers in the boundary layer.On the basis of the view of interaction between theconvection in CBL and the gravity waves in the upper stable layer the authors developed aconvection-wave theory on the formation of large vortices.According to the theory thewavenumber spectrum of the large vortices mainly depends on the atmospheric conditions in bothof the upper and lower layers,such as wind speed,wind direction shear,stratification as well astemperature jump.In the present paper satellite image and weather data in a case of cold air outbreak over warmocean are analyzed to study every stage of the convective processes,such as cloud street,convective cell as well as their transformation.According to the theory the wavenumbercompositions for cloud street and convective cell are calculated,respectively,on the basis of theatmospheric conditions at every stage.The distributions of vertical motions,convergent band anddisturbed interface are obtained and compared with the cloud patterns in the convective processes.Thus the study seems to offer a likely explanation for the origin of large vortices in CBL. 相似文献
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Large vortices with scales ranging from hundreds meters to tens of kilometers are generally found in the atmospheric convective boundary layer(CBL).These vortices play important roles in the vertical transport of momentum,heat,water vapor and other tracers in the boundary layer.On the basis of the view of interaction between the convection in CBL and the gravity waves in the upper stable layer the authors developed a convection-wave theory on the formation of large vortices.According to the theory the wavenumber spectrum of the large vortices mainly depends on the atmospheric conditions in both of the upper and lower layers,such as wind speed,wind direction shear,stratification as well as temperature jump.In the present paper satellite image and weather data in a case of cold air outbreak over warm ocean are analyzed to study every stage of the convective processes,such as cloud street,convective cell as well as their transformation.According to the theory the wavenumber compositions for cloud street and convective cell are calculated,respectively,on the basis of the atmospheric conditions at every stage.The distributions of vertical motions,convergent band and disturbed interface are obtained and compared with the cloud patterns in the convective processes.Thus the study seems to offer a likely explanation for the origin of large vortices in CBL. 相似文献