一次梅雨暴雨的动能谱特征分析及收支诊断     

尹韩笑  张立凤  王羱  张明阳  余世旺 《大气科学》2019,43(5):1143-1157

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   

两个相似路径台风残余造成局地特大暴雨的成因机制和能量收支对比分析     

潘劲松  周玲丽  陆玮  罗玲  翟国庆 《大气科学》2019,43(6):1399-1412

本文利用ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、自动站小时和分钟加密资料、风云2G（FY-2G）卫星红外云图及多普勒雷达和风廓线雷达资料对2015年路径高度相似的“苏迪罗”和“杜鹃”台风在浙江沿海引发的局地特大暴雨进行对比分析。这两次降水过程都是在台风减弱为热带低压甚至残压并深入内陆远离浙江沿海后发生的。结果表明,“苏迪罗”降水过程是由低层强东南和偏南急流长时间辐合加上有利地形共同作用导致的;经向环流背景下来自季风持续的水汽输送有利于“苏迪罗”维持较长的生命史和稳定的降水。“杜鹃”残压特大暴雨的触发系统则是高纬地面冷高压底部的东东北出流南下与“杜鹃”北象限的东东南风交汇形成的中尺度倒槽;纬向环流和强盛副热带高压造成的弱引导气流及夏季风南撤和低涡卷挟造成的水汽通道断裂是“杜鹃”登陆后快速减弱为残压和降水维持时间较短的原因。两次台风降水过程中均无外部动能输送和来自有效位能的动能转换。动能收支的主要影响因子为中低层局地次网格运动间的能量转换、旋转风和散度风效应及下垫面的摩擦耗散。所以,虽然“杜鹃”的对流有效位能很小,但仍可造成强对流和特大暴雨。此外,降水过程中释放的凝结潜热造成的局地非绝热加热使气柱中显热能大量累积,促使地面中小尺度涡旋和倒槽不断加深,造成降水的增幅。  相似文献   

冬季北半球风暴轴的多尺度能量变化特征及其可能机制     

李欣  朱伟军 《气象科学》2019,39(2):143-152

基于1971—2016年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料及NCPC(美国国家海洋和大气管理局气候预报中心)的海温、大气环流及海洋指数等资料通过多尺度能量分析(MS-EVA)等方法,把冬季北半球风暴轴看做一整体,分析了风暴轴区域多尺度的能量变化特征及其可能机制。主要结论概括如下:(1)多年气候平均状态下,风暴轴的动能来源主要表现为在风暴轴中上游先由低频尺度向天气尺度输送有效位能,随后在风暴轴主体区再由天气尺度有效位能转换为天气尺度动能,其中风暴轴西端可直接由低频尺度向天气尺度输送动能。(2)北半球三大风暴轴联合EOF结果表明:第一模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴与北太平洋风暴轴强度的减弱(增强),同时伴随着北大西洋风暴轴位置北抬(南压);第二模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴强度减弱(增强),同时北太平洋风暴轴位置北抬(南压)中东部强度增强(减弱),而北大西洋风暴轴位置南压(北抬)。(3)回归分析表明:北半球风暴轴异常在不同模态下与低频尺度环流联系密切。低频尺度波动可通过海温及西风急流等异常变化先影响风暴轴区域多尺度间的能量转换,进而影响风暴轴整体的异常变化。  相似文献   

复杂地形条件下城市热岛及局地环流特征的数值模拟   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

孙永  王咏薇  高阳华  王恪非  何泽能  杜钦  陈志军 《大气科学学报》2019,42(2):280-292

应用基于多层城市冠层方案BEP(Building Environment Parameterization)增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM(Building Energy Model)方案的WRF模式,模拟研究重庆热岛的特征、成因以及局地环流对热岛形成的影响。文中共有两个算例,一为重庆真实下垫面算例,称之为URBAN算例,二为将城市下垫面替换为耕地下垫面的对比算例,称之为NOURBAN算例。结果表明:1)WRF方案模拟结果与观测2 m气温的对比吻合较好,误差主要出现在正午温度峰值和凌晨温度谷值处,由城市下垫面特性及城市内建筑分布误差引起。2)BEP+BEM方案较好地模拟出了重庆地区的热岛分布的空间和时间特征。重庆市温度的分布受地形和城市下垫面的双重影响,越靠近城区,温度的分布受城市化影响就越大,在海拔低处,温度就越高。3)城区立体三维表面对辐射的陷阱作用导致城市表面总体反射率小,向上短波辐射小于郊区约20 W/m~2。城市表面以感热排放为主,而郊区则表现为潜热的作用占主导。夜间城市地表储热以及空调废热向大气释放,是城市热岛形成的重要原因。4)模拟区域背景风场主要为东南风,局地环流呈现出越靠近山区风速越大、城市区域风速较小的特性,体现了城市密集的建筑群对低层大气流场的空气动力学效应,以及复杂山谷地形的山谷风环流特性。在市区的西侧和东南侧均有高大山脉阻挡,山脉对城市出流的阻碍作用、气流越山与绕流运动对城市热岛的形成有一定影响。  相似文献   

Validation for a tropical belt version of WRF: sensitivity tests on radiation and cumulus convection parameterizations          下载免费PDF全文

SUN Bi-Yun  BI Xun-Qiang 《大气和海洋科学快报》2019,(3):192-200

对基本气候态和降水日变化的分析是检验模式模拟性能、理解模式误差来源的重要手段。为了评估出对热带气候模拟效果较好的物理参数化方案组合,本文应用WRF带状区域模式,主要比较了四种积云对流参数化方案:NewTiedtke、Kain-Fritsch、newSAS、Tiedtke,和两种辐射参数化方案:RRTMG和CAM,对热带带状区域的气候模拟结果。研究表明:使用NewTiedtke积云对流参数化方案和RRTMG辐射方案的试验,表现出对气温、降水及降水日变化等综合性最好的模拟性能;NewTiedtke积云对流参数化方案能模拟出较好的降水空间分布和降水日变化位相分布特征;与RRTMG辐射方案相比,CAM辐射方案会使温度模拟偏低,特别是陆地上更明显,这种陆地上的冷偏差可能主要来源于Tmin的模拟偏冷。  相似文献   

GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究   总被引：10，自引：5，他引：5       下载免费PDF全文

彭飞  李晓莉  陈静  李红祺 《气象学报》2019,77(2):180-195

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。   相似文献   

Response of ocean dynamics to multiple equilibria of the Kuroshio path South of Japan     

《Dynamics of Atmospheres and Oceans》2019

Variability of the Kuroshio path to the south of Japan plays a central role in the local climate change and exerts tremendous influences on the local atmosphere and ocean. In this study, the response of ocean dynamics, in terms of the eddy kinetic energy (EKE), potential vorticity (PV), relative vorticity, and eddy-mean flow interaction, to the Kuroshio path change is discussed. Kuroshio path south of Japan includes the near-shore non-large meander (nNLM), the off-shore non-large meander (oNLM), and the typical large meander (tLM). Analyses reveal that the distribution of EKE, PV, relative vorticity, and energy exchange between the eddy field and the mean flow respectively varies with the Kuroshio path: (1) The tLM has the maximum EKE along the path; (2) The positive and negative PV are located at the onshore and offshore side of Kuroshio axis, respevetively; (3) The distributions of anomalous relative voritcity of nNLM, oNLM, and tLM are consistent with sea surface height anomalies (SSHAs); (4) The tLM has the largest energy exchange between the eddy field and the mean flow in terms of the rate of barotropic energy conversion. On the other hand, the stability analysis of ocean currents suggests that the three Kuroshio paths south of Japan have their own intrinsic properties of the instability.  相似文献   

Kinetic energy budget and moisture flux convergence analysis during interaction between two cyclonic systems: Case study     

《Dynamics of Atmospheres and Oceans》2019

An analysis of the kinetic energy budget during a case of interaction between middle latitude and extratropical cyclones has been made in this work. Horizontal flux convergence constitutes a major energy sink. Generation of kinetic energy via cross-contour flow is a persistent source throughout the growth and decay periods. Dissipation of kinetic energy from subgrid to grid scales is an important source during the pre-storm period; it acts as a sink during the growth and decay periods. The major contribution to kinetic energy comes from a persistent upper tropospheric jet stream activity throughout the period of the cyclone development. The characteristics of moisture-flux components (divergent and rotational) along with precipitable water content for different tropospheric layers throughout the life cycle of our cyclone are also studied in this work. It is found that most of required humidity for our cyclone are initiated from Arabian Sea and then to some extent are reinforced over Gulf of Aden and east of central Africa and then by passing over Red sea enter to the south and south east of Mediterranean Sea. The rotational component of the moisture transport brings moisture from two regions; the first which is considered the main region is the Indian Ocean, Arabian Sea, Gulf of Aden and north east of Sudan. The second source region is the Atlantic and Mediterranean Sea. In the middle troposphere, the primary moisture source is found over central Africa, which in turn is traced to the Atlantic Ocean, the Indian Ocean, and the Arabian Sea. The upper-level moisture fluxes are weak and play a minor role over the area of interaction between two cyclones.  相似文献   

基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估     

杜娟  李曼  于晓晶  辛渝 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》2019,(3):57-65

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。  相似文献   

中国能源生态效率的空间格局与空间效应   总被引：13，自引：0，他引：13  

关伟  许淑婷 《地理学报》2015,70(6)

能源生态效率兼顾能源利用中的生态效益与经济效益,是对能源—环境—经济3E系统效率的度量。基于考虑非期望产出的SBM模型对中国1997-2012年省际能源生态效率进行测度,从空间格局规模、格局强度与格局纹理三个方面分析能源生态效率的空间分布特征和演变规律,运用空间计量模型验证中国省际能源生态效率的空间溢出效应及其影响因素。研究表明:1中国能源生态效率整体偏低,低效率省份约占40%,广东、海南、福建位于能源生态效率值的最前沿,宁夏、甘肃、青海、新疆为主要的低能效地区。全国能源生态效率总体上呈U型演变格局,局部地区主要有增长型、波动型、突变型和平稳型等4种演变类型;2中国能源生态效率在省际尺度上表现出显著的全局与局部空间集聚特征,高高集聚区主要分布在东部沿海和南部沿海地区,低低集聚区主要分布在西北地区和黄河中游地区。空间格局的变化主要发生在高低集聚区与低高集聚区,其中又以京津冀地区的集聚类型演变最为显著;3中国能源生态效率存在着明显的空间效应,某一地区的能源生态效率对相邻地区的空间溢出程度均强于相邻地区的误差冲击对该地区的影响程度;在影响能源生态效率空间效应的诸多因素中,产业结构的影响最大。  相似文献