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相似文献
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1.
相对垂直加速度和中尺度大气运动方程组   总被引:1,自引:6,他引:1  
程麟生  冯伍虎 《高原气象》2003,22(2):97-103
对具有强对流性质的中尺度系统运动的描写,直接采用包含准静力假设的p坐标系或σ坐标系大气运动方程组是不精确又不合理的。因此,必须发展更精确的非静力中尺度大气运动方程组。本文通过引入相对垂直加速度δ和通用(x,y,ζ,t)坐标系(简称ζ坐标系).导出了ζ坐标系中的非静力大气运动方程组。该方程组的垂直运动方程是非静力的,相对垂直加速度δ是可预报的;垂直加速度可由δ直接求得;而δ既直接影响速度场、位势场、质量场和地面气压场,还间接影响温度场。通过对通用ζ坐标系中非静力大气运动方程组的应用,可以很容易地获得p坐标系或σ坐标系及其它垂直坐标系中的非静力大气运动方程组;当δ为零时,则简化为一般包含准静力假设的p坐标系或σ坐标系及其它垂直坐标系中的大气运动方程组。在一般广泛使用的p坐标系或σ坐标系大气运动方程组中,因未考虑δ的贡献,对一些场的预报就会产生误差,较长时间的数值积分会使这种误差积累愈来愈大。显然,新发展的非静力大气运动方程组考虑了δ的贡献,从而消除了这种误差,所以就更为精确,也更适用于对中尺度系统运动的描写和预报。  相似文献   

2.
辜旭赞  张兵 《高原气象》2008,27(3):474-480
引入双三次数值模式:双三次数值模式是通过作三次样条与双三次曲面拟合,实现各个大气要素量场的二阶可导,从而可对各个预报方程作时间积分。双三次数值模式适合采用大气运动原始方程组和采用水平方向准拉格朗日/垂直方向欧拉时间积分方案。且本文的全球(Z)双三次数值模式与个例模拟实际采用Navier—Stokes“浅薄大气”原始方程组,建立球面Z坐标系上的非静力、全可压、干/湿绝热大气运动动力框架。其离散化气压、气温预报方程与个例模拟揭示出大气运动中凝结降水,其天气学原因不仅是湿空气作Z坐标垂直上升运动。而且是湿空气被“减压/减温”,即湿空气作P坐标“垂直上升运动”,后者可由大气平流运动(如Rossby波)引起。  相似文献   

3.
凝结几率函数的引进和非均匀饱和湿空气动力学方程组   总被引:16,自引:6,他引:10  
引进凝结几率函数,并摈弃“凝结过程开始于某个临界的相对值”的假定,使湿空气动力学研究摆脱整个大气总是处处维持饱和的不合理要求,建立了非均匀饱和湿空气动力学方程组,并在一定的假设下给出了方程组的一些简化形式。  相似文献   

4.
引入双三次数值模式:双三次数值模式是通过作三次样条与双三次曲面拟合,实现各个大气要素量场的二阶可导,从而可对各个预报方程作时间积分。双三次数值模式适合采用大气运动原始方程组和采用水平方向准拉格朗日/垂直方向欧拉时间积分方案。且本文的全球(Z)双三次数值模式与个例模拟实际采用Navier-Stokes"浅薄大气"原始方程组,建立球面Z坐标系上的非静力、全可压、干/湿绝热大气运动动力框架。其离散化气压、气温预报方程与个例模拟揭示出大气运动中凝结降水,其天气学原因不仅是湿空气作Z坐标垂直上升运动,而且是湿空气被"减压/减温",即湿空气作P坐标"垂直上升运动",后者可由大气平流运动(如Rossby波)引起。  相似文献   

5.
本文利用差微差一致性坐标变换原理和公式,将高度(z)坐标系中的大气动力学方程组变换到具有最一般意义的n坐标系中,然后设η即为气压p或无量纲地形坐标σ,从而导出了相应坐标系中具有二阶精度的大气动力学微分或差分方程组。文中还指出,通常所用的p坐标系和σ坐标系经典动力学方程组只具有一阶精度,因此,它们的简单中央差形式的差分方程组在具有高而陡的大地形的数值模式中常常造成很大的计算误差。  相似文献   

6.
关于湿大气动力学的几个问题   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文从理论上叙述与饱和湿空气有关的热力学和动力学特征,并从湿绝热、湿能量、湿斜压和湿大气运动方程组等论述湿大气动力学的几个基本问题.  相似文献   

7.
湿空气动力学中若干问题的探讨   总被引:6,自引:0,他引:6  
本文根据一定的观测事实,通过引进凝结几率函数的非静力平衡参数,建立了不一定饱和湿空气不以静力平衡为基础的P坐标动力学方程组。依据这个方程组,得到以下结论:1.湿平衡平行于等位势线,风速正比于位势梯度和非静力平衡参数,一般小于地转风;2.暴雨地区急流的超地转现象并不是饱和湿空气的准平衡现象,而是与急流驾驶减弱有关的不平衡现象;3.在平衡条件下,风速随高度的变化可近似用湿热成风方程来计算;当地转风与热  相似文献   

8.
饱和湿空气动力学的基本方程和主要特征   总被引:8,自引:3,他引:8  
本文从大气热力学的基本特征出发,引入了代表饱和湿空气焓的特征量的广义温度,并推导了一组饱和湿空气动力学方程组。还提出了温平衡风(或称湿地转风)、假相当位温风(或称湿热成风)的概念;对低空急流等若干基本特征也作了探讨。  相似文献   

9.
本文提出了一种面向计算机编程的任意基线雷达反射率因子垂直剖面算法,建立了由地球球面展开的平面雷达极坐标系与计算机屏幕直角坐标系的坐标转换关系。通过计算雷达反射率因子垂直剖面直角坐标系中的格点在雷达极坐标系中的仰角、方位角、斜距,采用垂直线性内插方法得到该格点雷达反射率因子分析值。  相似文献   

10.
廖洞贤 《大气科学》2004,28(5):692-699
给出了在旋转坐标系中考虑重力加速度g的空间变化的大气控制方程组,并证明了大气总质量和总能量的守恒性,以及和取常值g时得到的结果相一致的动、位能和动、内能之间的转换关系.还讨论了在球坐标系中应用方程组时可能出现的困难,给出了在高度近似下在该系中考虑g的空间变化的方案,它可以用来建立完全弹性的非静力模式.  相似文献   

11.
等熵面和湿等熵面倾斜发展的诊断分析   总被引:3,自引:0,他引:3  
冉令坤  楚艳丽 《大气科学》2007,31(4):655-665
利用等压坐标系中的热力学方程和水汽方程推导出可以诊断分析等熵面(等位温面)和湿等熵面(等相当位温面) 倾斜变化的倾角方程。等熵面倾角的局地变化由倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项共同决定,而影响湿等熵面倾角局地变化的强迫项除倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项之外,还包括垂直热量通量切变项。NCEP/NCAR实时分析资料的分析结果表明,大气斜压性、相对垂直涡度与等熵面和湿等熵面的倾角密切相关,它们的正高值区互相重叠;垂直风速切变项,特别是垂直速度的经向切变项是影响等熵面倾斜发展的主要强迫项,而纬向和经向风速的垂直切变项对湿等熵面倾角演变的贡献最大。  相似文献   

12.
回顾了湿空气热动力学的研究进展,对未饱和湿大气、饱和湿大气及非均匀饱和湿大气的动热力方程、能量方程、连续方程等进行了梳理,指出饱和湿空气动量方程与非均匀饱和湿空气动量方程的最大区别在于对凝结过程的处理不同。饱和湿大气中,由于大气均是饱和的,由饱和造成的水凝物可处处出现,不能区分真正发生水汽凝结的区域。而非均匀饱和湿空气中,凝结发生与相对湿度的幂次方有关(即与凝结概率函数的分布有关),在相对湿度较小的区域不会出现水汽凝结,凝结区与非凝结区可自动区别,其描述的凝结过程与实际大气更接近。同时,总结了湿大气水汽凝结饱和非均匀分布的动热力物理量在高影响天气分析中的应用,最后讨论了未来推进湿空气动力学研究需重点考虑的一个内容。  相似文献   

13.
The accurate forecasting of tropical cyclones(TCs) is a challenging task. The purpose of this study was to investigate the effects of a dry-mass conserving(DMC) hydrostatic global spectral dynamical core on TC simulation. Experiments were conducted with DMC and total(moist) mass conserving(TMC) dynamical cores. The TC forecast performance was first evaluated considering 20 TCs in the West Pacific region observed during the 2020 typhoon season. The impacts of the DMC dynamical core on forecasts o...  相似文献   

14.
大气动力学方程组的定性理论及其应用   总被引:9,自引:2,他引:7  
李建平  丑纪范 《大气科学》1998,22(4):443-453
基于完整的湿大气动力学方程组,利用无穷维动力系统的新理论和新方法,系统讨论了强迫耗散的非线性大气系统的定性理论及其应用。将完整的强迫耗散非线性湿大气动力学方程组化为Hilbert空间中一个等价的算子方程,研究了算子的性质及其物理意义,在此基础上得到湿大气系统全局吸引子的存在性定理,揭示出系统向外源的非线性适应特征,并把结果推广到有地形动力作用和非定常外源强迫的情形。同时探讨了大气方程组惯性流形的存在,大气多平衡态产生的根源以及强迫、耗散和非线性对系统解的渐近行为的影响。在理论结果的基础上,提出强迫耗散的非线性动力系统中存在三类时间边界层、方程组简化准则、分解算法的算子约束原则以及支撑吸引子基底的少数自由度的构造方法,探讨了理论在非线性发展方程差分格式的设计和计算稳定性分析、多平衡态的数值分析、数值模式延伸预报的改进、短期气候预测以及一类中尺度系统分析与预测中的应用,指出描述长期过程动力学模式的必备条件,给出初值与模式相协调的合理解释。最后,对今后的研究方向作了展望。  相似文献   

15.
“7.21” 暴雨过程动力因子分析和预报研究   总被引:5,自引:4,他引:1  
针对2012年7月21~22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS(Equitable Threat Score)评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。  相似文献   

16.
梅雨锋动力锋生方程组及其应用   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
利用湿静力温度Tσ作为参数,导出梅雨锋锋生的方程组,并用该方程组计算了1991年江淮梅雨锋强降水的个例。结果表明:该方程组可分析梅雨锋的动力锋生;在梅雨锋中存在近似垂直分布的对称的横向次级环流,环流中干冷侧的横向穿锋环流可建立湿状态的稳定性;非地转变形项对梅雨锋锋生(消)起主导作用,同时次级环流的上升运动与锋生有正反馈关系。另外,梅雨锋中Tσ水平锋生对未来6小时降水具有一定的指示意义。  相似文献   

17.
Observational data from sonic anemometers are commonly rotated from sonic to streamline coordinates, a procedure that is called tilt correction. Tilt corrections are often used to post-process air velocity data collected from sonic anemometers to allow objective interpretation of air flow data relative to the Earth. Since streamline coordinates depend on dynamical characteristics of the flow, the tilt correction depends not only on temporal and spatial variations of the flow, but also on local circulations. We found that ensemble- averaged slope flows are approximately parallel to the terrain slope close to the ground within the canopy layer, but not above, due to the influence of the diurnal variation of local vertical circulations. As a result, the diurnal variation of the observed vertical velocity in streamline coordinates at 21.5 m above the ground over 11-m tall forest canopies can be opposite to that calculated from the continuity equation. To estimate CO2 transport over sloping terrain, a workable reference coordinate system is needed such that multiple sonic anemometers have a common reference relative to the Earth. Streamline coordinate systems can be the choice of the common reference coordinate system only if flow, at least ensemble-averaged flow, is parallel to terrain slopes. The choice of the reference coordinate system and its implication in investigation of CO2 transport are discussed. The National Center for Atmospheric Research is sponsored by the National Science Foundation.  相似文献   

18.
湿位涡和倾斜涡度发展   总被引:266,自引:22,他引:266  
从完整的原始方程出发,在导出精确形式的湿位涡方程的基础上,证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明,在湿等熵坐标中,涡旋的发展与对流稳定度的减少,等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制,又进而发展了Z坐标及P坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气,还是湿对称稳定或对流稳定大气,除对流稳定度的影响外,风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大,这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端,湿等熵面十分陡立,是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对1991年6月12—15日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明,湿位涡分析,尤其是等压面上湿位涡量MPV1和MPV2的分析不仅在中高纬有效,在低纬度及低对流层也十分有效,是暴雨诊断和预报的有力工具。  相似文献   

19.
陈涛  张芳华  宗志平 《高原气象》2012,31(4):1019-1031
利用地面自动站资料、多普勒雷达资料、FY-2E卫星云图及NCEP FNL 1°×1°逐6h分析场资料,分析了2010年5月5-7日我国南方春季大范围强对流天气过程中尺度对流系统(MesoscaleConvective System,MCS)的发生、发展特征,重点探讨了环境条件差异及其对MCS的影响。结果表明,由于环境场三维动力结构、水汽条件和热力不稳定条件配置的差异,造成对流发展的多样化特征。利用相对风暴螺旋度分析了环境场动力特征对MCS组织结构的影响。重庆上空中高层较干且具有较强的垂直切变,环境场气旋式旋转相对深厚,随着锋面强迫抬升克服对流抑制作用后,局地激发出相对孤立的类似超级单体的强对流风暴,造成冰雹和雷暴大风等天气;而贵州湿层相对深厚,高低空急流的耦合机制更明显,贵州北部的多单体对流风暴组织程度较高,MCS尺度相对较大,局地短时强降水较明显;广东具有最强的垂直切变和深厚湿层,在浅薄冷空气的触发机制下,发展出深厚湿对流形式的中尺度对流复合体,出现了高度组织化的线状对流带,MCS尺度大、持续时间长,造成较强的降水。  相似文献   

20.
An accurate form of the moist potential vorticity(MPV) equation was deduced from a complete set of primitive equations.It was shown that motion in a saturated atmosphere without diabatic heating and friction conserves moist potential vorticity.This property was then used to investigate the development of vertical vorticity in moist baroclinic processes.Results show that in the framework of moist isentropic coordinate,vorticity development can result from reduction of convective stability,or convergence,or latent heat release at isentropic surfaces.However,the application of the usual analysis of moist isentropic potential vorticity is limited due to the declination of moist isentropic surfaces.and a theory of development based on z-coordinate and p-coordinate was then proposed.According to this theory,whether the atmosphere is moist-symmetrically stable or unstable,on convective stable or unstable,the reduction of convective stability,the increase of the vertical shear of horizontal wind or moist baroclinity may result in the increase of vertical vorticity,so long as the moist isentropic surface is slantwise.The larger the declination of the moist isentropic surface,the more vigorous the development of vertical vorticity.In a region with a monsoon front to the north and the warm and moist air to the south,or by the north of the front,the moist isentropes are very steep.The is the region most favorable for development of vorticities and formation of torrential rain.For a case of persistent torrential rain occurring in the middle and lower reaches of the Changjiang and Huaihe Rivers in June 11-15,1991,moist potential vorticity analysis,especially the isobaric analysis of its vertical and horizontal components,i.e.MPV1 and MPV2,respectively,is effective for identifying synoptic systems not only in middle and high latitudes,but also in low latitudes and in the lower troposphere.It can serve as a powerful tool for the diagnosis and prediction of torrential rain.  相似文献   

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