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本文利用中国自动站与CMORPH（Climate Prediction Center Morphing technique for the production of global precipitation estimates）融合的逐时降水量0.1°网格数据集资料挑选出一次典型的梅雨锋暴雨个例,运用WRF中小尺度模式进行模拟,对模拟得到的高分辨率结果进行Barnes滤波,最后将滤波结果代入动能和位能方程中,目的是定量地分析各个尺度能量的变化以及它们之间的相互作用对暴雨强度的影响。研究发现:模式模拟的降水过程和强度与实况较为吻合,推导的能量方程适用于这次暴雨过程。三种尺度能量之间的相互作用包含了各种跨尺度能量的相互作用。在整个暴雨过程中,跨尺度之间的斜压能量转换包括位能向动能的能量转换和动能向位能的能量转换。同尺度之间的斜压能量转换总是单向的,且量值较大,动能的强度主要靠位能向动能的能量转换来维持。斜压能量转换的多少影响着暴雨的强弱。大尺度斜压能量转换在中高层比较强,中尺度斜压能量转换在低层较强,尤以β中小尺度系统变化最为显著,β中小尺度系统扰动是影响暴雨强度的关键系统。风切变的大小影响各尺度动能之间的能量转换。温度或位温梯度的大小影响各尺度位能之间的能量转换。位能与动能之间的能量转换主要与各尺度垂直速度和温度的垂直分布有关,暖空气上升冷空气下沉是各个尺度位能向动能转换的主要过程。 相似文献
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一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究I.理论分析 总被引：1，自引：1，他引：0
本文是讨论梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用问题的开始部分。为了分析梅雨锋暴雨过程中的多尺度能量相互作用,从z坐标系中的运动方程和热力学方程出发,把基本物理量分成大尺度背景场（>2000 km）、α中尺度（200~2000 km）和β中小尺度系统（< 200 km）分量,利用滞弹性近似,推导了大尺度背景场、α中尺度和β中小尺度系统三个尺度的动能方程和位能方程。能量方程中包含了各尺度动能之间的转换、位能之间的转换以及动能和位能之间的转换。动能方程主要包括各尺度动能之间转换项、动能输送项、水平气压梯度力做功项、垂直方向扰动气压梯度力做功项、浮力做功项、地转偏向力分量做功项以及摩擦力做功项。位能方程主要包括各尺度位能之间转换项、位能输送项、浮力做功项以及非绝热加热做功项。其中浮力做功项为位能和动能之间的能量转换项,是暴雨发生发展过程中比较关键的能量转换项。关于将能量方程用于梅雨锋暴雨过程中并且诊断能量相互作用影响暴雨发展和消亡过程的物理机制等问题,将在以后的研究中给出。 相似文献
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应用FGGE-Ⅲ_b资料对1979年11月24日—25日一次快速发展并造成渤海二号船翻沉事故的次天气尺度渤海气旋进行了局地动能收支分析。 气旋发展期间通过垂直气柱侧边界的动能、势能净通量是辐散的,气旋发展的能源主要依赖于动能产生项、动能转换项以及网格区域不能分辨的尺度运动作用。气旋控制期间边界层风场的增强,其外部能源主要依赖于通过侧边界的动能、势能净通量辐合,内部主要依赖于动能产生项和动能转换项。 与前人所研究过的天气尺度气旋相比较,这次气旋在发展阶段的动能产生和剩余源项[E]的数值都较大。 相似文献
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粤东台风“浣熊”大暴雨的辐散风动能分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用热带气旋和雨量观测资料、NCEP再分析资料和辐散风动能方程,对台风"浣熊"在粤东造成大暴雨到特大暴雨的大尺度环流及动能转换特征进行了分析。结果表明,此次强降水过程主要是台风残涡与周围环境相互作用的结果。来自西太平洋的低层强偏东南急流和与热带气旋相连的西南急流,维持强水汽输送且输送至粤东地区;辐散风动能的变化对本次过程有较好的指示意义;低空两支急流的分布及辐合变化造成的动能通量辐合效应,是暴雨区辐散风动能的主要能量来源。此外,两支急流中心分别存在暖空气上升和冷空气下沉运动,斜压有效位能释放转化为辐散风动能。在上述两种过程中,冷空气均起到了重要作用。在低层近似辐合条件下,大气层结条件的不同是造成粤东和登陆点附近降水强度差异的重要原因。 相似文献
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用加密气象站降水资料、NCEP再分析资料以及WRF模式的精细化模拟产品资料,对2011年6月24日20时-25日20时,由强热带风暴“米雷”与西风槽结合造成的江淮区域暴雨过程进行分析和诊断.结果表明:西风槽温压场斜压性显著,强热带风暴温压场正压性显著,构成了有利于中小尺度系统和暴雨发生发展的环流背景.由强热带风暴携带而来的水汽,路程近、速度快,在暴雨区形成深厚的水汽层.暴雨区具有两个上下叠置的垂直上升运动中心,保持对水汽的深厚强抬升,维持暴雨环流系统的强度.暴雨区环境大气流场动力正、斜压分解显示,此次暴雨过程大气流场的斜压成分占显著的主导地位;暴雨开始阶段,正压动能向斜压动能的转换迅速增强,各分项和总项都达到最大值;其后的暴雨阶段,转换强度逐渐减弱,暴雨结束时各项都接近0值,甚至出现弱的斜压动能向正压动能的转换. 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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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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一次区域性暴雨过程从酝酿到发生,其环流背景发生调整转换,整个过程以超长波与长波在中、低纬一致西退、及超长波衰减、长波增值为特征。与此同时,表征大气能量变化与相互转换的能谱也有一次相应的调整变化过程。本文试从浙江区域性暴雨中期过程中的经向与纬向扰动动能以及扰动动能与平均动能转换率的变化特征,分析其与暴雨的关系,并获得暴雨过程中期预报的依据。 相似文献
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本文计算和讨论4个不同类型暴雨过程各层次时空平均涡散场能量转换函数.指出其基本特征为:(1)对流层下层为最大正转换层,其转换强度和方向受C1+C2项制约,当暴雨发展时,能量转换急剧增长;而对流层上层的负转换强度则受控于C3项.但就对流层整层而言,能量转换函数C(K_χ,K_Ψ)均为正值,即势流动能向涡流动能转换,促使暴雨系统的维持和发展.(2)能量转换函数的水平分布,在对流层下层其正转换区与过程降水区较为一致,而在对流层上层的负转换区则位于过程降水区的北侧. 相似文献
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“96.8”暴雨过程的尺度分离动能方程的诊断 总被引：11，自引：0，他引：11
用尺度分离的动能平衡方程,对1996年8月3～5日华北地区台风暴雨过程雨区内的动能制造和转换进行诊断。结果表明:动能在暴雨发展过程逐渐减小,动能转换项也是逐渐减小的。暴雨发生前,尺度相互作用制造项GKMS起最重要的作用,大尺度动能制造项次之,中尺度动能制造项消耗少量的动能;暴雨发生时,尺度相互作用和天气尺度运动仍制造动能,只是比发生前明显减少,中尺度运动由消耗动能转变为制造动能,动能转换主要来源于低层且数值明显减少;暴雨发生后,动能制造项数值仍为正,此时天气尺度动能制造最重要,但数值比前两阶段小,动能的转换主要出现于高层。可见,此次暴雨过程总动能的制造项一直为正,主要出现于高层,只是其制造量逐渐减小;动能转换是从低层向高层进行的,水平转换项起主要作用,是一种尺度减小的动能转换过程。 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
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1. IntroductionThe adjustment of mass and velocity fields tosome imposed state of imbalance, constitutes a clas-sical problem in meteorology and oceanography. Tak-ing into account of the earth's rotation, the process isusually referred to as 'geostrophic adjustment', and isconcerned with the wind and density fields that persistafter gravity waves have radiated excess energy away(Rossby, 1937), and with the form of the gravity-waveenergy itself. Since the pioneer work of Rossby (1937),the stud… 相似文献
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A new local kinetic energy (KE) budget for the Madden-Julian Oscillation (MJO) is constructed in a multi-scale framework. This energy budget framework allows us to analyze the local energy conversion processes of the MJO with the high-frequency disturbances and the low-frequency background state. The KE budget analysis is applied to a pronounced MJO event during the DYNAMO field campaign to investigate the KE transport path of the MJO. The work done by the pressure gradient force and the conversion of available potential energy at the MJO scale are the two dominant processes that affect the MJO KE tendency. The MJO winds transport MJO KE into the MJO convection region in the lower troposphere while it is transported away from the MJO convection region in the upper troposphere. The energy cascade process is relatively weak, but the interaction between high-frequency disturbances and the MJO plays an important role in maintaining the high-frequency disturbances within the MJO convection. The MJO KE mainly converts to interaction KE between MJO and high-frequency disturbances over the area where the MJO zonal wind is strong. This interaction KE over the MJO convection region is enhanced through its flux convergence and further transport KE to the high-frequency disturbances. This process is conducive to maintaining the MJO convection. This study highlights the importance of KE interaction between the MJO and the high-frequency disturbances in maintaining the MJO convection. 相似文献
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The local features of transient kinetic energy and available potential energy were investigated using ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) Interim Reanalysis data for the stratospheric sudden warming(SSW) event of January 2009.The Western Europe high plays important roles in the propagation of the energy from North America to Eurasian.When the Western Europe high appeared and shifted eastward,energy conversions increased and energy propagated from North America to Eurasian as a form of interaction energy flow.The baroclinic conversion between transient-eddy kinetic energy(Ke) and transient-eddy available potential energy(Ae) and the horizontal advection of geopotential height were approximately one order of magnitude less than Ke and Ae generation terms.So,these terms were less important to this SSW event. 相似文献
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登陆台风莫拉克(2009)的涡度拟能收支分析 总被引：4，自引：0，他引：4
利用涡度拟能、散度平方项(简记为散度能量)和总变形平方项(简记为变形能量)来表征涡度、散度和变形的强度,并推导这3个物理量的倾向方程。这些方程中既包含代表这些物理量相互转化的符号相反项,也含有代表共同强迫的符号相同项,其中,涡度拟能局地变化主要由涡度拟能与变形能量的共同强迫项、涡度拟能与变形能量的转化项以及涡度拟能与散度能量的转化项组成。针对2009年第8号台风莫拉克,利用美国全球预报系统分析场资料计算这些方程中的强迫项,分析涡度拟能及其收支特征,以此来探讨影响台风莫拉克涡度拟能局地变化的主要物理因素。结果表明,在莫拉克发展和衰减阶段,涡度拟能与变形能量的共同强迫项(涡-形相同项)和涡度拟能与散度能量的转化项(涡-散转化项)是影响涡度拟能局地变化的重要强迫项。涡度拟能与变形能量转化项(涡-形转化项)的贡献相对来说弱一些。影响位涡拟能局地变化的重要物理因素是涡-形相同项和涡-形转化项中的平流输送项和散度耦合项,以及涡-散转化项中散度耦合项。变形能量一方面通过涡-形转化项向涡度拟能转化,直接促进涡度拟能增长;另一方面通过散-形转化项向散度能量转化,再通过涡-散转化项散度能量向涡度拟能转化,间接促进涡度拟能增长。 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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Energy budgets were analyzed to study the development of an eastward propagating southwest vortex (SWV) associated with heavy rainfall over southern China(11-13 June 2008).The results show that kinetic energy(KE) generation and advection were the most important KE sources,while friction and sub-grid processes were the main KE sinks.There was downward conversion from divergent to rotational wind KE consistent with the downward stretching of SWVs.The Coriolis force was important for the formation and maintenance of the SWV.Convergence was also an important factor for maintenance,as was vertical motion during the mature stage of the SWV and the formation stage of a newly formed vortex(vortex B).The conversion from available potential energy(APE) to KE of divergent wind can lead to strong convection.Vertical motion influenced APE by dynamical and thermal processes which had opposite effects. The variation of APE was related to the heavy rainfall and convection;in this case,vertical motion with direct thermal circulation was the most important way in which APE was released,while latent heat release and vertical temperature advection were important for APE generation. 相似文献
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利用NCEP-DOE再分析数据分析了2008年1月26～28日中国南方罕见的低温雨雪冰冻天气的扰动能量的生成以及各种能量之间的转换。在急流中平均动能（Km）先转换成相互作用动能（Ki）然后再转化成扰动动能（Ke）。相互作用动能流是顺急流方向的。位势高度平流和有效位能与扰动动能的转化生成的扰动动能比平均动能转化的要小一个量级。中国中南部扰动有效位能（Ae）的产生主要由平均有效位能（Am）间接提供,其中相互作用有效位能（Ai）流起到了关键作用。生成的扰动有效位能在26日12：00（协调世界时）主要来源于两个地区：一个位于青藏高原,另一个位于中国东北部。随着两个主要源地的向东移动,转化也向东移动。相互作用有效位能流的方向同时存在逆急流方向和顺急流方向。 相似文献
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利用能量天气学原理,统计了3种天气类型的暴雨过程中潜热能场的水平分布特征。对1999年8月11日出现在山东省的大范围暴雨天气过程(99.8),分别就潜热能场水平分布特征、潜热能场垂直分布特征、能量锋生特征进行了分析。结果表明,潜热能场对暴雨预报有较好的指示作用,仅仅是能量高值区并不一定能产生大降水,当较强的能量锋区(或冷空气)与高能轴交汇、能量锋生函数负值区域移入当地,低层辐合条件较好时,预示强降水将要发生。"99.8"大暴雨主要发生在能量锋区与高能轴线交汇的地方,进而沿高能轴右侧向锋区密度较大地区移动,高能轴顶端的右前方、冷槽的后部也是强降水易发生的地区。 相似文献