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相似文献
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1.
大量的观测资料表明在对流层高层和平流层低层,大气动能谱在大尺度范围(800 km以上)与波数呈现出-3的斜率关系,而过渡到中尺度范围(400 km以下)二者呈现出-5/3的斜率关系。模式预报结果能否展现大气动能谱的这种斜率转折特征已经成为模式评估的有效方法。本文采用GRAPES全球中期数值预报模式2013年5月的预报结果,计算了模式一维和二维动能谱,并分析了二维谱的旋转分量与辐散分量、平均分量与扰动分量的关系。结果表明,GRAPES模式的一维谱和二维谱结果均能较好地表现出动能谱的斜率转折特征,但该模式动能谱在中尺度范围的斜率绝对值明显比观测结果和其它模式结果偏大;二维谱的旋转分量和辐散分量、平均分量和扰动分量在总动能谱中的比重关系及其随高度的变化均与文献结果较为一致。总之,GRAPES模式整体上较好地再现了大气动能谱的各种特征,但是可能由于模式分辨率和耗散作用的影响,模式对大气中尺度波动的描述还不够充分。  相似文献   

2.
利用WRF模式和NCEP再分析资料,对一次梅雨暴雨个例进行了数值模拟,基于高分辨率的模拟结果计算了水平动能谱、涡旋动能谱及辐散动能谱,诊断了动能收支谱方程。结果表明:在暴雨发展阶段,各个高度上都有中尺度动能增长,其显著增加始于中尺度低端,这导致了在中尺度波段出现谱转折特征,但在不同高度转折尺度不同;对流层高层涡旋动能大于辐散动能,平流层低层反之;不同降水阶段、不同高度和不同尺度上动能的来源不同,对流层高层,中尺度动能倾向由非线性项和气压项贡献;平流层低层,气压项的作用更为明显。  相似文献   

3.
江淮之间夏季雨滴谱特征分析   总被引:11,自引:3,他引:8  
分析了2011—2013年夏季(6—8月)滁州地基雨滴谱观测资料,根据雨强及其随时间的变化将降水分成对流降水和层云降水,分析不同降水类型的雨滴谱特征。结果表明:滁州地区对流降水的质量加权直径Dm和标准化参数lgNw的平均值分别为1.67 mm和3.91 mm-1·m-3,层云降水Dm和lgNw的平均值分别为1.18 mm和3.57 mm-1·m-3,对流降水雨滴平均尺度更大。Nw相比Γ分布参数N0能更好地反映总数浓度Nt的大小。Γ分布3参数均随雨强的增大而减小,当雨强增长到一定程度时,μ(谱型)和Λ(斜率)趋于常数。研究了μ-Λ关系和Z(反射率因子)-R(雨强)关系。对流降水和层云降水的Z-R关系分别为Z=408R1.20Z=301R1.21。新的Z-R关系和经典Z-R关系(Z=300R1.40)反演的雨强相比实际观测值均偏小,但新的Z-R关系反演的雨强与实际观测值更接近。  相似文献   

4.
北上台风暴雨过程涡散场的能量收支和转换特征   总被引:4,自引:2,他引:2  
于玉斌  姚秀萍 《气象学报》1999,57(4):439-449
利用辐散风和旋转风的动能收支方程,对北方一次北上台风倒槽暴雨过程暴雨区内的涡散场能量收支和转换进行了计算.结果表明:暴雨区内动能的增加是暴雨增幅的一个主要原因.暴雨发展时,就旋转风动能(KR)而言,旋转风动能通量(HFR)辐合是主要能源,而旋转风的动能产生项(GR)是主要能汇;就辐散风动能(KD)而言,辐散风的动能产生项(GD)是主要能源,辐散风动能通量(HFD)辐散是主要能汇;总动能水平通量(HF)提供的辐合主要表现于对流层中、低层,这就使得低层辐合加强,上升运动加强,有利于暴雨的增幅.在暴雨过程中次网格尺度效应由能源转变为能汇,在暴雨发展之时能汇减小;能量的转换项C(KD,KR)总为正值,在转换项中,地转效应项的贡献很大.说明暴雨过程能量均由KDKR转换,也就是说有效位能经KDKR转换,充分说明了在整个暴雨过程中,尽管辐散风动能变化(∂KD/∂t)很小,但是它在其中充当“桥梁”作用,C(KD,KR)在暴雨发展时达到最大,此时能量转换最为旺盛;对流层低层辐散风动能向旋转风动能的转换是暴雨产生和发展的重要条件.此次暴雨过程,在暴雨区内表现为斜压不稳定和正压稳定共存的特征,其发展过程是系统斜压不稳定增长,正压稳定性减弱的过程,暴雨增幅的另一个重要原因就是暴雨区内低层斜压的发展.  相似文献   

5.
半隐式半拉格朗日动力框架的动能谱分析   总被引:10,自引:2,他引:8       下载免费PDF全文
大量的观测事实表明自由大气动能谱与波数之间满足如下关系:在大尺度区域满足E∝k-3关系,过渡到中尺度区域表现为E∝k-5/3关系.数值模式动能谱是测量模式动力框架的耗散的直接度量,而耗散对模式的性能有着重要影响,因此动能谱是研究和评估模式动力框架的非常规的有效方法.文中使用基于半隐式半拉格朗日动力框架的全球/区域一体化模式GRAPES进行数值模拟试验,然后计算GRAPES模式的动能谱并与实际观测得到的大气动能谱比较,得到GRAPES模式能够很好地复制出实际大气动能谱的分布特征,包括从大尺度区域的E∝k-3关系向中尺度的E∝k-5/3关系的过渡特征.并且发现GRAPES模式存在最大有效时间步长,当时间步长小于最大有效时间步长时,模式动能谱随时间步长增大而逐渐衰减;当时间步长大于最大有效时间步长时,模式动能谱随时间步长增大而虚假增长.同时通过与实际大气动能谱比较,发现模式动能谱在5Δx波长附近开始明显衰减,因此将5Δx波长定义为GRAPES模式的最高有效分辨尺度;当空间分辨率提高与时间步长等相协调时,中小尺度模式动能谱向中小尺度延伸而更接近实际大气动能谱;当空间分辨率提高与时间步长等不相协调时,中小尺度模式动能谱存在较大误差,相应的大尺度模式动能谱亦存在较大误差.此外,时间步长对模式spin up过程有着重要的影响,较小时间步长时,spin up过程能够很好发展出合理的动能谱结构,在物理空间上表现为模式能够在spin up时间内生成和发展出合理的中小尺度系统;而较大时间步长时,spin up过程很难发展出合理的动能谱结构,在物理空间上表现为模式未能在spin up时间内生成和发展出合理的中小尺度系统.最后,GRAPES模式动能谱与WRF模式动能谱具有一致性,GRAPES全球中期模式能够完美地模拟出大尺度的E∝k-3动能谱特征.综上所述,本文通过研究GRAPES模式动力框架的动能谱得到了一些有意义的结果,为进一步研究、完善、优化和应用模式提供了科学的指导,可见动能谱是评估模式动力框架的有效方法.  相似文献   

6.
应用Leray-Schauder非线性二择一原理研究二阶动力系统x+k2x=f(t,x)+e(t)非平凡周期解的存在性,其中0<k<π/T,fC((R/TZRN\{0},RN)在原点具有排斥的奇性.不需要任何的强制性条件,既可以处理强奇性,也可以处理弱奇性.  相似文献   

7.
南京市城市不同功能区PM10和PM2.1质量浓度的季节变化特征   总被引:1,自引:0,他引:1  
使用Anderson-Ⅱ型9级撞击采样器测量了南京市鼓楼商业区、江北工业区、钟山风景区和宁六高速公路交通源春、夏、秋三季的大气气溶胶质量浓度。分析结果表明:南京市PM2.1和PM10的质量浓度存在明显的季节变化,秋季>春季>夏季;ρPM10春季为167.47 μg/m3,夏季为 85.99 μg/m3,秋季为238.99 μg/m3;ρPM2.1春季为59.66 μg/m3,夏季为42.80 μg/m3,秋季为100.15 μg/m3。不同季节中ρPM10ρPM2.1均存在较好的相关性,夏季相关性最好,相关系数为0.952;秋季次之,相关系数为0.783;春季相对较差,相关系数为0.613。城市不同功能区之间ρPM2.1ρPM10的质量浓度值差异很大,交通源>工业区>商业区>风景区。城市不同功能区的质量浓度谱分布基本一致,均为双峰型分布,峰值分别位于0.43~0.65 μm/m3和9.0~10.0 μm/m3。南京市春、夏、秋三个季节大气粒子质量浓度谱为双峰分布,粒子主要集中在0.43~3.3 μm/m3的粒径段。江北工业区ρPM10ρPM2.1质量浓度的相关系数为0.814,略高于鼓楼商业区的0.797。  相似文献   

8.
使用Anderson-Ⅱ型9级撞击采样器测量了南京市鼓楼商业区、江北工业区、钟山风景区和宁六高速公路交通源春、夏、秋三季的大气气溶胶质量浓度。分析结果表明:南京市PM2.1和PM10的质量浓度存在明显的季节变化,秋季>春季>夏季;ρPM10春季为167.47 μg/m3,夏季为 85.99 μg/m3,秋季为238.99 μg/m3;ρPM2.1春季为59.66 μg/m3,夏季为42.80 μg/m3,秋季为100.15 μg/m3。不同季节中ρPM10ρPM2.1均存在较好的相关性,夏季相关性最好,相关系数为0.952;秋季次之,相关系数为0.783;春季相对较差,相关系数为0.613。城市不同功能区之间ρPM2.1ρPM10的质量浓度值差异很大,交通源>工业区>商业区>风景区。城市不同功能区的质量浓度谱分布基本一致,均为双峰型分布,峰值分别位于0.43~0.65 μm/m3和9.0~10.0 μm/m3。南京市春、夏、秋三个季节大气粒子质量浓度谱为双峰分布,粒子主要集中在0.43~3.3 μm/m3的粒径段。江北工业区ρPM10ρPM2.1质量浓度的相关系数为0.814,略高于鼓楼商业区的0.797。  相似文献   

9.
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  
高守亭  周菲凡 《大气科学》2006,30(5):854-862
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   

10.
2009、2010年夏季利用Parsivel激光降水粒子谱仪在淮南和南京同时观测到两次梅雨锋暴雨过程,获得了3 617个雨滴谱样本资料。采用阶矩法对Gamma函数进行拟合,分析了梅雨锋暴雨降水微结构特征。结果表明:主雨带和雨带边缘的雨滴谱存在明显差别,处于主雨带中的降水粒子尺度明显大于雨带边缘的粒子尺度;梅雨锋暴雨过程中0.25 mm<D≤1.0 mm的粒子所占比例最大,但对于雨强贡献最大的则是1.0 mm<D≤2.0 mm的粒子;雨滴谱谱型以双峰型为主,几乎不存在无峰型;与其他微结构特征量不同的是,雨滴谱峰值直径Dp随着雨强的增大先增加后减小,而雨滴谱分布参数N0μ、λ则随着雨强的增大而一直减小,其中μ-λ间存在较好的二项式函数关系;梅雨锋暴雨的Z-R关系为Z=212R1.38。  相似文献   

11.
Summary  A diagnostic energetics analysis is used to study the effects of moisture-related processes on a developing cyclone over the Mediterranean. This is done by using the moist wind component to calculate the energy budget and then the effect due to wind field changes on the kinetic energy budget is illustrated. The horizontal flux convergence serves as a major energy budget source in both cases (actual and moist wind), although the magnitude values of this term are small in the case of the moist wind. Generation of kinetic energy, is generally (in the case of moist wind), a prominent sink during the life cycle of the cyclone, and its values are greater than the corresponding ones for the actual wind field except at the decay period. Subgrid-scale sources of kinetic energy provide a substantial energy gain throughout the life cycle of the cyclone. The values of the dissipation term differ from using the actual or moist components where its values are influenced by the values of the other terms in the budget. The baroclinic generation due to the divergent moist wind component offsets by 80.8% and 12.1% for the barotropic destruction of kinetic energy by the rotational moist wind component. The divergent moist wind component was found to be very important in the synoptic-scale environments of the cyclogenesis. Both demonstrate that the divergent moist wind component is as important as the rotational moist wind component in producing generation and horizontal flux divergence of kinetic energy. Generation of kinetic energy by the divergent moist wind component seems to be a major factor leading to the creation of upper-level wind maxima north of the storm areas. Thus, these diagnostic findings suggest possible modifications to the wind field by investigating the role of the divergent moist wind component and may also be fruitful in exploring the effects of cyclogensis on the large-scale environment. Received April 27, 1998/Revised April 23, 1999  相似文献   

12.
Changes in the normal mode energetics of the general atmospheric circulation are assessed for the northern winter season (DJF) in a warmer climate, using the outputs of four climate models from the Coupled Model Intercomparison Project, Phase 3. The energetics changes are characterized by significant increases in both the zonal mean and eddy components for the barotropic and the deeper baroclinic modes, whereas for the shallower baroclinic modes both the zonal mean and eddy components decrease. Significant increases are predominant in the large-scale eddies, both barotropic and baroclinic, while the opposite is found in eddies of smaller scales. While the generation rate of zonal mean available potential energy has globally increased in the barotropic component, leading to an overall strengthening in the barotropic energetics terms, it has decreased in the baroclinic component, leading to a general weakening in the baroclinic energetics counterpart. These global changes, which indicate a strengthening of the energetics in the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS), sustained by enhanced baroclinic eddies of large horizontal scales, and a weakening below, mostly driven by weaker baroclinic eddies of intermediate to small scales, appear together with an increased transfer rate of kinetic energy from the eddies to the zonal mean flow and a significant increase in the barotropic zonal mean kinetic energy. The conversion rates between available potential energy and kinetic energy, C, were further decomposed into the contributions by the rotational (Rossby) and divergent (gravity) components of the circulation field. The eddy component of C is due to the conversion of potential energy of the rotational adjusted mass field into kinetic energy by the work realized in the eddy divergent motion. The zonal mean component of C is accomplished by two terms which nearly cancel each other out. One is related to the Hadley cell and involves the divergent component of both wind and geopotential, while the other is associated to the Ferrel cell and incorporates the divergent wind with the rotationally adjusted mass field. Global magnitude increases were found in the zonal mean components of these two terms for the warmer climate, which could be the result of a strengthening and/or widening of both meridional cells. On the other hand, the results suggest a strengthening of these conversion rates in the UTLS and a weakening below, that is consistent with the rising of the tropopause in response to global warming.  相似文献   

13.
Orthonormal wavelet expansions are applied to atmospheric surface layer velocity measurements. The effect of intermittent events on the energy spectrum of the inertial subrange is investigated through analysis of wavelet coefficients. The local nature of the orthonormal wavelet transform in physical space makes it possible to identify a relationship between the inertial subrange slope of the local wavelet spectrum and a simple indicator (i.e. the local variance of the signal) of local intermittency buildup. The slope of the local wavelet energy spectrum in the inertial subrange is shown to be sensitive to the presence of intermittent events. During well developed intermittent events (coherent structures), the slope of the energy spectrum is somewhat steeper than -5/3, while in less active regions the slope is found to be flatter than -5/3. When the slopes of local wavelet spectra are ensemble averaged, a slope of -5/3 is recovered for the inertial subrange.  相似文献   

14.
本文用准拉格朗日方法计算了两例夏季江淮气旋各个阶段的动能收支及旋转风、辐散风对动能制造项的贡献,并讨论了它们与大尺度环流的关系。主要结论有:(1)气旋区域动能平衡的特点随大尺度环流改变;(2)动能的水平输送取决于气旋和高空急流中心的相对位置;(3)稳定少动的高空急流入(出)口区有较强的旋转风动能制造(消耗),与水平输送项反号,移动快的急流附近,此项数值较小;(4)发展的气旋波,高层和低层有较强的辐散风动能制造;(5)夏季江淮气旋波转化为温带气旋时,高层表现为动能输入,高空急流转为气旋式弯曲。  相似文献   

15.
In this study, Typhoon Rammasun(2014) was simulated using the Weather Research and Forecasting model to examine the kinetic energy during rapid intensification(RI). Budget analyses revealed that in the inner area of the typhoon,the conversion from symmetric divergent kinetic energy associated with the collocation of strong cyclonic circulation and inward flow led to an increase in the symmetric rotational kinetic energy in the lower troposphere. The increase in the symmetric rotational kinetic e...  相似文献   

16.
2006年超强台风“桑美”强度突变的动能特征分析   总被引:5,自引:0,他引:5  
应用NCEP/NCAR再分析资料,对2006年超强台风“桑美”(Saomai)强度突变过程的动能特征进行分析,结果表明:“桑美”突然增强时刻其低层总动能和旋转风动能突然增加,辐散风动能也有所增加,总动能的增加主要是由旋转风动能增加所引起的;其高层总动能和旋转风动能突然减小,而辐散风动能突然增加,高层动能下传是导致“桑美”突然增强的重要原因;“桑美”突然增强时刻高层辐散风动能向旋转风动能的转换达到最大,低层辐散风与旋转风相互作用动能项达到最大;“桑美”突然减弱时刻的高低层能量变化趋势与突然增强时刻相反,并存在着低层动能的上传;“桑美”强度突变时对总动能(K)、旋转风动能(KR)、辐散风动能(KD)变化的响应时间为6~18 h。  相似文献   

17.
8014号热带气旋发生发展过程的能量学诊断研究   总被引:5,自引:1,他引:5  
利用动能和总位能收支方程,对8014号强热带风暴过程进行了能量学诊断研究。结果表明,地转作用是该热带气旋中辐散风动能向旋转风动能转换的主要物理机制;非绝热加热是热带气旋发展的主要能源,其对总位能的制造大部分用于次网格耗散和侧边界输出,只有一小部分被转化为辐散风动能;两个转换函数C(P,Kx)和C(Kx,Kφ)在时空分布上具有很好的一致性;该热带气旋与周围环境场有明显的能量交换,在高层有总位能和旋转风动能输出,在低层有辐散风动能输入;在总动能收支中,辐散风作功是主要的功能产生项,旋转风作功主要是消耗动能。  相似文献   

18.
Summary  An analysis of the kinetic energy budget is made for a cyclonic development over the Mediterranean. Horizontal flux convergence constitutes a major energy source. Generation of kinetic energy via cross-contour flow is a persistent sink except only a weak energy source for the decay period of our case study. Dissipation of kinetic energy, computed as a residual, has local maxima both in the lower troposphere and near the jet stream level. By investigating the relative importance of divergent and non-divergent components in the kinetic energy budget we found that when calculating the magnitude of the kinetic energy one may safely replace the total wind with the non-divergent one. But the horizontal flux convergence of kinetic energy and the generation of kinetic energy are sensitive to the magnitude of the divergent wind. A large increase in the kinetic energy of the total flow fields and the nondivergent component of the flows occurs over the southeastern Mediterranean with the existence of the subtropical jet. This indicates that the subtropical jet steadily receives energy from divergent flow. Maximum energy conversion and transport occur near the time of maximum storm intensity while smaller values are observed during the development and decay stages. Received July 2, 1998/Revised December 28, 1998  相似文献   

19.
在第(一)部分的基础上,进一步讨论辐散风动能和旋转风动能的收支以及这两种动能之间的转换过程。结果表明,尽管辐散风动能在总动能中所占比重很小,但它的变化与强对流天气过程的发生发展有着更为密切的关系。计算结果表明,在辐散风动能与旋转风动能的转换函数{K_D,K_R)中,B项(代表垂直运动与旋转风动能的垂直变化的耦合)是最大的转换项;在强对流区,反映涡管伸缩机制的A项也是一个很重要的转换项。就区域时间平均而言,有旋转风动能向辐散风动能(K_R→K_D)转换。  相似文献   

20.
GRAPES区域集合预报模式的初值扰动增长特征   总被引:3,自引:1,他引:3  
基于GRAPES-REPS(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System-Regional Ensemble Prediction System)区域集合预报模式和集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)初值扰动方法,对2015年6月1~15日10 km与15 km水平分辨率分别进行集合预报试验,通过分析ETKF初值扰动分量、初值扰动方差准确率、动能谱、扰动能量演变、日变化及集合离散度、均方根误差等特征,揭示GRAPES-REPS区域集合预报ETKF初值扰动结构及增长特征。结果表明:(1)ETKF初值扰动方案产生的扰动能够保持所有正交、不相关方向的误差方差,且ETKF分量α参数值及放大因子具有较好的稳定性。(2)ETKF初值扰动方法生成的扰动场以大尺度扰动为主,扰动结构及能量具有随流型依赖特征,低层以内能扰动为主,高层以动能扰动为主,且集合扰动可以有效捕捉预报误差的结构。(3)GRAPES区域集合预报初值扰动总能量和集合离散度随预报时效的延长均呈发展趋势,但离散度增长率小于均方根误差增长率,即集合预报总体存在集合离散度不足的问题。(4)水平分辨率提高可以增加中高层大尺度扰动波谱能量,明显改进等压面及近地面风场及温度场的集合预报效果。值得指出的是,GRAPES-REPS区域集合预报低层内能扰动能量存在明显的日变化特征,特别是青藏高原地区更加显著,需要进一步研究青藏高原初值扰动结构的合理性。  相似文献   

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