非绝热加热对冷锋锋生过程影响的比较研究

本文利用半地转模式研究了非绝热加热对冷锋锋生过程的影响。计算结果表明，非绝热加热包括大尺度凝结潜热、积云对流加热和感热都可以在加热区诱发出附加的锋生场。从而使加热区内的锋区强度得到明显加强；三种加热都能使上升速度增大，其中大尺度凝结潜热释放可在锋前出现一条宽约２００ｋｍ的强降水带．积云对流加热可使上升运动区范围缩小或在低层出现中尺度雨带，感热加热是产生中尺度雨带的一种可能机制。计算还表明，大尺度凝结潜热对锋生过程的影响最明显。它可以影响锋生过程中所有物理量。而积云对流加热和感热加热只对位温场和垂直速度场有明显影晌。但影响程度没有大尺度凝结潜热大。     

台风中－α尺度重力惯性波的发展与暴雨增幅

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。     

登陆台风不连续北跳与暴雨的数值模拟研究

利用MM4（PSU/NCAR）模式，对1992年8月31日20时～9月1日20时登陆台风暴雨过程进行了数值试验研究。结果表明；登陆台风的不连续北跳与西风槽和积云对流潜热反馈有关。倒槽南部雨区内积云对流的发展加大了对台风倒槽内的水汽、动量、热量等输送，使倒槽内降水增幅。积云对流潜热反馈对高低空急流以及台风的移动都有很大的影响。     

2009号台风"美莎克"登陆后长时间维持及给吉林省带来强降水的成因分析

采用地面常规观测资料及NCEP/NCAR全球再分析资料,对2009号台风"美莎克"二次登陆我国东北地区并在陆上维持较长时间造成吉林省大范围暴雨、大暴雨天气的原因进行诊断分析.结果表明:一是台风登陆后高空槽缓慢又持续地向台风进行正涡度的输送,使台风中高层能够从环境场斜压区获得正涡度的补充;二是三条水汽通道向台风源源不断地注入暖湿空气,为台风内积云对流的发展提供了保障,而活跃的积云对流在抬升过程中凝结潜热释放又给台风的维持提供了所需的能量;三是高空槽与台风冷暖气团交汇有明显锋生,干冷空气缓慢持续地浸入台风底层,产生持续稳定的降水.     

台风中－α尺度重力惯性波的发展与暴雨增幅

通过数值模拟和诊断研究得出，９２１６号台风暴雨的增幅过程与台风中－α尺度重力惯性波的发展、传播，非均匀层结的分布以及积云对流潜热反馈有关。大尺度非线性平流项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。当重力惯性波向稳定度减小的方向传播时，波能量最易加强     

不同形式的加热对冷锋环流影响的数值研究

利用原始方程模式对３种加热形式影响冷锋环流的情形作了数值计算，结果显示，大尺度凝结潜热释放对冷锋非地转环流和锋区垂直运动的影响最大，使之明显增强，它有可能在短时间内使冷锋暧区中产生强的暴雨系统，积云对流加热也能使锋面环流增强，但影响较小；感热加热增强冷锋环流，而且可能是锋区多重雨带产生的一种驱动因子。     

爆发性发展台风合成环境场的诊断分析

本文应用合成分析方法对5个台风的平缓演变阶段和爆发性发展阶段的环境场作了对比分析。结果表明，在台风爆发性发展时，副热带高压及其反气旋环流增强，台风东部低层风速加大，高空有东风扰动叠加，低空辐合和高层辐散增强，低层水汽能量辐合及台风外围对流性不稳定性增大，低空垂直环流发展。以上因子导致积云对流发展。在弱垂直切变环境下，通过第二类条件性不稳定(CISK)机制，使台风中心气压急剧下降，气旋性环流显著增强，从而导致台风的爆发性发展。这说明台风爆发性发展是大尺度环流和积云对流相互作用的结果。     

单块积云对环境大气能量的转换和输送

本文建立了一个二维弹性积云数值模式,利用西太平洋考察的平均探空资料,采用能量学方法,讨论单块积云对环境大气能量的转换和传输,为积云参数化提供依据。 文中计算了积云发展演变过程中各种形式的能量的变化。结果表明在云演变过程中释放的凝结潜热是积云发展的主要能量来源,但积云对大尺度的反馈主要不是凝结潜热直接加热大气,而是通过对流及蒸发等过程使积云对流影响的整个区域内大气位势不稳定减小,而离云较远的地区层结变得更不稳定。     

台湾地形诱生中尺度系统对台风Meranti(1010)迅速加强影响的数值研究

台风Meranti（1010）北上进入台湾海峡过程中迅速加强,登陆时达到其最大强度。利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°资料及中尺度数值模式WRF,诊断分析台湾地形诱生的中尺度系统对台风Meranti迅速加强的影响。研究发现,Meranti在进入海峡过程中,台湾地形在台湾海峡内诱生出中尺度涡旋,激发中尺度扰动波列,加强台风环流内的垂直运动。台风水汽、热量的收支诊断表明,强烈的上升运动使热量和水汽向上输送,加强台风内的积云对流和潜热释放,使其强度增强。计算台湾地形诱生中尺度系统与台风间的动能交换发现,中尺度系统通过加强垂直运动向台风中高层输送涡动动能,使中尺度系统动能向台风动能转换,为Meranti的迅速加强提供能源。敏感性试验表明,如果台湾地形不存在,中尺度系统消失,台风的水汽、热量的向上输送和积云对流明显减弱,Meranti则不能达到迅速加强标准。     

垂直-倾斜对流一体化参数化方案的实现及数值试验

在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,并引入MM5模式中.利用该方案对2008年1月28-29日发生在中国南方的一次暴雪过程和2005年"海棠"台风过程进行了数值模拟,模拟结果表明,此次暴雪过程在垂直方向主要表现对流稳定状态,但在对流层低层始终存在条件件对称不稳定层,并且当条件性对称不稳定区向高层发展时,伴随着强上升运动作为触发机制,引发条件性对称不稳定能量的释放,产生更多的对流降水,使模拟的总降水量与实况更加一致.条件性对称不稳定的发展加强与降雪强度、辐合辐散和上升运动变化一致,条件性对称不稳定是造成暴雪发展加强的主要机制之一.通过对"海棠"台风72 h的模拟表明,条件性对称不稳定主要发生在台风的低层,且其水平分布呈螺旋状结构.条件性对称不稳定效应对台风路径影响较小,但对台风强度影响较大,在模式中考虑垂直-倾斜对流一体化参数化方案后,与仅考虑垂直积云对流参数化方案相比,72 h模拟的平均台风中心最低气压降低了3 hPa,最大达8 hPa.在模式中考虑条件性对称不稳定的影响,可使模式台风中上层的暖心结构更加明显,上升运动和对流性降水增强,对流释放的更多凝结潜热使台风得到进一步加强.     

热带气旋过程中海-气界面热量交换

为探索热带气旋与海洋相互作用,采用国家海洋局南海分局Marex(马瑞克斯)数据浮标实测资料,计算了1986年南海的7个热带气旋海气界面热量交换值.结果表明:热带气旋海气界面热量交换强烈,主要贡献来自潜热通量;热带气旋环流内水温、气温均是下降趋势,气温下降更为明显;夏季热带气旋环流内,感热通量会出现负值,海面有效反射辐射通量出现减弱现象;秋季热带气旋环流内,感热通量和海面有效反射辐射通量显著加强;在热带气旋环流内,海面吸收的短波辐射通量均出现减弱现象;热带气旋环流内受到冷空气影响时,感热变得相当重要,热带气旋表现为对海洋的响应为主.     

利用船测近海层湍流热通量资料验证OAFlux数据集

美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)的客观分析海气通量(Objectively Analyzed air-sea Fluxes,OAFlux)数据集中的近海层湍流热通量数据被公认为最可信,并被广泛地用于气候模式模拟结果检验。利用NOAA ETL(Environmental Technology Laboratory)两个固定观测站点的科学试验的船测通量数据库(TOGA COARE试验观测资料和KAWJEX试验观测资料),对OAFlux的热通量进行验证。结果表明:OAFlux的潜热通量普遍高于船测值,并且风速较大时,两者差异较大。风速对潜热通量的变化趋势起主导作用,海表和大气湿度差影响甚微。低风条件下,OAFlux的潜热通量和船测值差异则很小。海面湍流感热交换很弱,通量值本身依然受到风速的主导作用,但由于感热通量值与观测仪器误差十分接近,导致比较分析异常困难。分析结果表明:在上述两个观测试验期内,由于海表空气湿度和大气的湿度差变化不显著,海气相互作用的强度主要取决于海面风速的变化。     

Effects of Drag Coefficients on Surface Heat Flux during Typhoon Kalmaegi (2014)

The lack of in situ observations and the uncertainties of the drag coefficient at high wind speeds result in limited understanding of heat flux through the air-sea interface and thus inaccurate estimation of typhoon intensity in numerical models. In this study, buoy observations and numerical simulations from an air-sea coupled model are used to assess the surface heat flux changes and impacts of the drag coefficient parameterization schemes on its simulations during the passage of Typhoon Kalmaegi (2014). Three drag coefficient schemes, which make the drag coefficient increase, level off, and decrease, respectively, are considered. The air-sea coupled model captured both trajectory and intensity changes better than the atmosphere-only model, though with relatively weaker sea surface cooling (SSC) compared to that captured by buoy observations, which led to relatively higher heat flux and thus a stronger typhoon. Different from previous studies, for a moderate typhoon, the coupled simulation with the increasing drag coefficient scheme outputted an intensity most consistent with the observation because of the strongest SSC, reasonable ratio of latent and sensible heat exchange coefficients, and an obvious reduction in the overestimated surface heat flux among all experiments. Results from sensitivity experiments showed that surface heat flux was significantly determined by the drag coefficient-induced SSC rather than the resulting wind speed changes. Only when SSC differs indistinctively (<0.4°C) between the coupled simulations, heat flux showed a weak positive correlation with the drag coefficient-impacted 10-m wind speed. The drag coefficient also played an important role in decreasing heat flux even a long time after the passage of Kalmaegi because of the continuous upwelling from deeper ocean layers driven by the impacted momentum flux through the air-sea interface.     

一个有三重水平结构的台风数值模式及其应用

在PSU/NCAR的中尺度模式MM4的基础上，发展了一个具有三重水平结构的台风数值模式。模式水平方向分为高分辨率的关键区、较高分辨率的中重区及分辨率较低的外重区，三个区之间实现了双向嵌套。模式考虑了较完整的物理过程，包括地形和地面摩擦、水平和垂直方向的动量、热量及水汽的扩散过程、潜热和地面感热作用、云和辐射作用以及积云对流过程等。由多例数值研究及业务试应用结果表明，该模式不仅能较成功地预报出台风登陆、台风转向路径、台风环流变化等，而且对不同台风过程中的暴雨中心位置和强度、雨量、雨区范围以及雨区的扩展也能得     

THE FORMATION MECHANISM OF CONCENTRIC DOUBLE EYEWALL TYPHOON——PART Ⅱ:NUMERICAL SIMULATIONS*

In the context of a non-hydrostatic axisymmetric compressible numerical model,the concentric double eyewall structure of the typhoon was replicated well to discuss the formation mechanism of concentric eyewall with the aid of gradient wind adjustment.Evidence suggests that in the weakening phase of the typhoon,the heterogeneous radial distribution of the sensible and convective latent heating over the sea surface will induce the gradient wind unbalance accompanied by mutual gradient wind adjustment between the thermodynamic field and dynamic fields,which results in a two-peak tangential wind and concentric double eyewall structure.     

Measurement of the Sensible Eddy Heat Flux Based on Spatial Averaging of Continuous Ground-Based Observations

Using the standard eddy-covariance (EC) method to quantify mass and energy exchange at a single location usually results in an underestimation of vertical eddy fluxes at the surface. In order to better understand the reasons for this underestimation, an experimental set-up is presented that is based on spatial averaging of air temperature data from a network of ground-based sensors over agricultural land. For eight days during the 34-day observational period in May and June 2007, additional contributions to the sensible heat flux of more than 50Wm⁻² were measured in the lower surface layer by applying the spatial EC method as opposed to the standard temporal EC method. Smaller but still significant additional sensible heat fluxes were detected for four more days. The additional energy is probably transported in organised convective structures resulting in a mean vertical wind velocity unequal to zero at the tower location. The results show that convective transport contributes significantly to the surface energy budget for measurement heights as low as 2–3 m. Since these structures may be quasi-stationary, they can hardly be captured by a single-location measurement. The spatial EC set-up presented here is capable of quantifying contributions to the sensible heat flux from structures up to the scale of our spatial sensor network, which covered an area 3.5 × 3.5 km. For future experiments aiming at closing the energy balance, the spatial EC method should be employed to measure both the sensible and latent heat fluxes. Experimental determination of the horizontal advection of sensible and latent heat should also be considered, since such transport must occur due to convergence and divergence related to convection.     

A DIAGNOSTIC ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FLUXES AND METEOROLOGICAL ELEMENTS OVER TROPICAL WESTERN PACIFIC

Through the use of the hourly wind, air temperature and humidity, sea surface temperature data measured on board the observing vessel Moana Wave and buoy in the warm pool of western Pacific during the IOP of TOGA COARE, we compute the fluxes over sea surface and analyze the characteristics of the variation ofthe latent heat flux with sea surface temperature. During weak rather than strong wind periods a maximum valueof latent heat flux appears at some points of SST, which is caused mainly by the variations of wind, then by the humidity difference between air and sea and the transfer coefficient with SAT. Using correlation analysis. we also analyze the relationship between the fluxes and meteorological elements during weak wind periods. wester lywind burst periods, and convective disturbed periods etc. The main conclusions are that the latent heat flux ismainly determined by wind, sensible heat flux by the potential temperature difference between air and sea and the momentum flux by wind. The precipitation affects the sensible heat flux through the potential temperature difference and wind.     

陆气相互作用对中尺度对流系统影响的研究进展

文章回顾了大气对地表性质的敏感性研究,以及陆气相互作用对中尺度天气过程的影响,说明了地表性质与积云对流及对流降水之间的联系。地表性质的改变对行星边界层的热通量、水汽通量、对流有效位能产生影响,并通过湍流的垂直输送,进而影响到其上大气的性质。陆气之间存在着复杂的、非线性的相互作用。性质不均匀的下垫面造成地表向大气感热通量和潜热通量的差异,从而在近地层大气中形成温度和气压梯度,产生局地环流,在条件适合的情况下可以形成对流,并产生降水,而降水的不均匀分布,又维持了下垫面的不均匀性。土壤湿度对对流的影响受到多个因素的制约,其中天气尺度过程的影响是很显著的;由非均匀的下垫面所产生的局地环流能够触发积云对流。     

一次春季冷空气过程中东海海域海气通量与界面热交换分析

利用船测资料分析一次冷空气过程中东海海域海气通量特征及海洋表面热收支变化特征。2017年5月5日20时—6日14时冷空气过境期间,动量通量平均值为0.22 N·m-2。感热和潜热通量的平均值分别为27.17 W·m-2和90.25 W·m-2,是春季整个观测期间（2017年4月20日—5月26日）平均值的2.8倍和1.1倍。冷空气爆发当天,净热通量为-12.73 W·m-2,海洋失热。白天海表面热收入58.36 W·m-2,影响海面热收支变化的主要是净辐射通量和潜热通量。夜间海表面热支出156.89 W·m-2,海洋作为热源向大气释放潜热99.79 W·m-2,占海洋释放能量过程的63.61%,向大气释放感热27.11 W·m-2,占海表释放热量的17.28%,海表面损失的热量主要以潜热的形式向大气传输。     

高温和台风影响下的苏州城市粗糙子层湍流通量特征

利用苏州地区2011年12月20日—2012年8月13日的湍流观测资料对不同季节、高温、台风强天气过程下的湍流特征进行分析。结果表明:城市地区不同季节动量通量、感热通量、潜热通量日变化明显,各通量的夏季平均值、最大值均高于冬春季,夏季感热通量日最大值为160.2 W·m^-2,感热在城市地表能量平衡中的作用大于潜热,各季节潜热通量平均值仅为感热通量的40%~45%。降水量和植被覆盖度影响地表能量平衡,尤其影响地表热量在感热和潜热之间的分配。在高温天气过程中,感热通量增加明显,其峰值约是夏季平均的1.93倍。由于水汽较少,潜热通量明显减少,约为夏季日平均值的60%。速度三分量谱中u谱与w谱在低频区存在两个峰值,说明在城市复杂下垫面里,湍流激发机制中存在低频过程的影响。在台风天气过程中,动量通量大且变化快,感热输送弱,潜热输送波动大。速度谱w基本不符合"-5/3"次律,惯性子区最小且向高频移动,这和台风内部的复杂上升下沉气流有关。