非绝热加热对南海夏季风建立的作用

分析近年欧洲中心５月份逐日格点风资料，发现南海季风建立在５月中旬，其流场特征为赤道西风带向东北伸展，并汇入华南沿海的横向切变线内。其建立过程与一次涡旋活动有关。利用等熵坐标质量连续方程计算的非绝热加热率分布表明，加热对高层辐散有直接的影响，从而有利于低层涡旋的维持。另一方面，涡旋内水汽辐合，大量潜热释放，从而使我国西南—中南半岛地区成为亚洲最大的加热中心。与此同期，热带洋面上出现非绝热冷却，促成了闭合经向季风环流的建立。这种质量循环，保证了南海季风的稳定。在特定的气候、地理条件下，非绝热加热（冷却）是促成南海季风建立的重要机制。     

台风"卡努"在江苏产生暴雨的热力学诊断分析

作者研究了0515号台风“卡努”在江苏暴雨过程的影响。分析认为,主要由台风本身的气旋性涡旋所造成的区域性暴雨,位于其移向的右前方。通过物理量场诊断分析发现,暴雨的落区,基本上位于底层的非绝热冷却区,非绝热冷却中心的走向,预示未来6h降水的落区。台风向前方的非绝热增温的方向移动,并有加速的趋势。     

温带爆发性气旋的天气尺度诊断分析

本文根据ＭＭ４模式输出资料，利用平衡模式的ω－方程对１９８３年４月２５－２６日的模式气旋作了诊断分析，结果显示，气旋爆发性剧烈发展，与大尺度加热，积云对流加热，温度平流，涡度平流等物理因子密切相关，其中以温度平流和非绝热热尤为重要。     

一个温带海洋气旋爆发性发展的动力学分析

本文对1982年3月11～16日出现在西北太平洋地区的一个强温带海洋气旋的爆发性发展过程进行了诊断分析。重点讨论了斜压不稳定和非绝热加热过程在气旋发展不同阶段的特点和相互作用。分析揭示,在气旋发展初期低层与高层扰动在垂直方向是分离的,尺度和移速都不同。由高低层等熵位涡扰动的相对位相分析发现,在发展初期斜压不稳定条件对发展是不利的,而在爆发阶段则非常有利。由湿位涡和水汽辐合,等熵运动和非地转运动分析指出,非绝热加热过程在前边两个阶段都很重要。在爆发阶段斜压不稳定与非绝热加热过程相互作用,产生正反馈,使气旋得到爆发性发展。     

南海北部不同涡旋对内潮的影响

南海北部吕宋海峡是内潮最为活跃的区域之一,且涡旋种类繁多,不同特性的涡旋对内潮的影响不同。基于近岸与区域海洋共同模式(coastal and regional ocean community model,CROCO),模拟探究理想涡旋存在时,涡旋位置、极性、峰值流速和半径对内潮的影响。结果表明:涡旋位置是影响内潮的直接因素,位于涡旋区域内的内潮是主要影响对象,涡旋中心以西内潮方向变化的角度是以东的3倍。气旋涡和反气旋涡分别使潮能通量的方向向南和向北偏转,最大偏转角度超过12°,当涡旋所致背景流与内潮传播方向一致时,内潮群速度增强,反之减弱。涡旋对内潮的影响范围和幅度随着涡旋的半径和峰值流速的增大而变大。当涡旋峰值速度变大时,反气旋涡心以北的潮能通量增长量超过15 kW/m。当涡旋半径增大时,涡旋峰值速度的位置发生变化,涡旋的峰值流速和半径共同影响潮能通量水平分布结构,使其呈现纬向单峰或多峰结构。     

局地凝结加热对大气赤道波动稳定性的影响(英文)

利用β平面上大气斜压强迫模式,探讨了局地海表温度异常所造成的非绝热加热影响的赤道小振幅“拦截波”的稳定性。指出当加热函数是半余弦形式时,在加热区大气的反应是局地性的,但这个加热函数的小扰动能产生非局地性的大尺度反应。平均海表温度降低了赤道波动的稳定性。当稍超过临界值时,小尺度海表温度异常有可能使波动不稳定。     

非绝热加热对热带气旋径向非均匀结构的影响

利用平面极坐标系下无摩擦有外源(非绝热加热)的正压无辐散方程,将热带气旋的物理量分解成环境场和扰动,进而求出了热带气旋扰动的行波解,并分析了风场(切向、径向)和重力位势扰动场的径向非均匀松紧结构.表明:这种松紧结构与热带气旋所在纬度的科氏参数(f)、热带气旋的强度(Ω)、热带气旋扰动的圆频率(ω)、热带气旋扰动在θ方向的角波数(m)有关,且不同要素的松紧结构不尽相同;同时还受非绝热加热(Q₁)的影响,这种影响主要表现在使风场(切向、径向)呈内紧外松的非均匀分布.     

基于海洋调查实测资料的中尺度涡旋识别结果的验证及边界拟合技术

结合卫星高度计资料,本文在海洋中尺度涡旋综合识别法(综合法)的基础上,利用实测资料对识别的涡旋边界和中心点进行比对验证,得出以下结论:(1)通过诊断涡旋识别的边界切线与实测海流矢量的夹角,结果表明综合法识别的涡旋边界形态基本可以反映实测涡旋的水平形态;(2)利用实测海流和温度资料反演涡旋中心,通过与综合法识别的涡旋中心进行比对,结果显示涡旋识别的中心位置与反演的涡旋中心位置基本吻合。此外,通过比对圆与椭圆对识别涡旋的边界拟合效果,结果显示椭圆拟合准确率高于圆拟合准确率。     

南海中尺度涡的形转、内转及平移运动研究

中尺度涡旋的运动整体可分为两部分：平移及转动。平移指涡旋在整个生命周期内的水平移动，而转动除了包括内转 （海表地转流引起的涡旋自身水体转动） 外，还包括形转 （涡旋实际边界最佳拟合椭圆的转动）。本文基于 1993—2018 年共计 26 年间的卫星高度计涡旋识别与追踪数据，首次对南海中尺度涡旋的完整运动形式，即形转、内转、平移展开了系统的研究。其中，对内转及平移的分析，可通过涡旋的识别追踪数据集直接进行；为研究涡旋形转，提出了一种基于涡旋识别追踪数据自动提取涡旋形转信息的算法，以此得到涡旋形转方向、每天形转的角度以及形转圈数等信息，获得涡旋形转数据集。通过对涡旋识别追踪数据以及形转数据集的统计分析发现：南海涡旋的平移方向多为西向，且其速率呈偏态分布，主要以南海南部偏高。同样，涡旋的内转速率也呈偏态分布，高速率内转的涡旋主要分布在吕宋海峡附近。涡旋的形转主要以南海南部速率偏高，且与涡旋的寿命及长轴有一定的关系，倾向于随着涡旋寿命的增长、涡旋长轴的增大而变慢。同时南海涡旋的这三种不同运动形式之间也存在一定的相关性。     

2021年9月长江以南地区高温异常及其和南印度洋海面温度异常的联系

利用1979—2021年格点化数据集CN05.1月平均气温资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5(ECMWF Reanalysis v5)大气再分析资料和全球范围扩展重建海面温度资料第5版本(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature version 5,ERSSTv5)月平均海面温度(以下简称“海温”)资料,对2021年9月长江以南地区高温异常及其和同期南印度洋海温异常的联系进行了分析。研究结果如下:2021年9月,中国东部长江以南地区出现高温异常事件,高温异常值约为3.33 ℃,去除长期趋势后高温异常值约为2.46 ℃,是近40 a来9月最高值。进一步研究表明,长江以南地区温度异常和南印度洋海温异常存在联系。2021年9月南印度洋大部分区域冷海温异常,对流层低层辐散异常、高层辐合异常,海洋性大陆(Maritime Continent,MC)区域低层辐合异常、高层辐散异常,受异常上升运动控制,上述环流异常引起东亚地区局地哈得来环流增强,长江以南地区受异常下沉气流控制,高温异常。另一方面,热带东南印度洋暖海温异常,通过Matsuno-Gill响应,引起MC至热带西太平洋对流层低层东风异常,使得西北太平洋副热带高压强度偏强且范围偏西,有利于维持长江以南的异常下沉运动。非绝热加热异常的诊断结果亦显示,南印度洋的冷海温异常可通过调节MC区域的非绝热加热异常使长江以南地区的非绝热加热负异常,长江以南地区下沉运动所引起的垂直温度平流正异常对该地区高温异常作出了贡献。     

近10年黄、渤海海域入海气旋的统计特征和加强原因分析

利用2008?2018年逐小时自动站资料、常规地面高空观测资料、NCEP-FNL资料,统计黄、渤海7级及以上气旋大风过程,围绕气旋加深率和气压梯度讨论气象因子与气旋强度和发展关系,根据Petterssen地面气旋发展公式讨论温度平流、涡度平流和非绝热加热在气旋中的作用。结果表明:(1) 70.5%气旋入海后加强,14.7%成为爆发性气旋,17.6%气旋入海过程强度不变,11.7%气旋入海后减弱。影响黄、渤海的温带气旋过程主要发生在秋季,春冬季次之,夏季一次也没有出现过。入海发展的气旋多位于200 hPa高空急流出口左侧或者分流辐散区,入海减弱的气旋多位于高空急流出口右侧。(2)影响黄、渤海域的气旋有3类:自西北向东南移动的蒙古气旋(17.6%);自西向东移动的黄河气旋(49%);自西南向东北移动的江(黄)淮气旋(33.4%)。江(黄)淮气旋在秋季容易发展为爆发性气旋。黄河气旋和蒙古气旋入海后最大风区域通常出现在气旋的西北象限(或偏西象限),江(黄)淮气旋最大风区域出现在气旋的东南象限。(3)温度平流是气旋入海发展最重要的物理量因子,温度平流对气旋入海发展比对气旋强度更敏感。5次爆发性气旋过程中温度平流和涡度平流均高于其他气旋过程。非绝热加热与气旋强度的相关性较强,与气旋发展相关性弱。(4)江(黄)淮气旋过程中温度平流和非绝热加热较强,黄河气旋过程中涡度平流较强,涡度平流和非绝热加热对蒙古气旋的作用较弱。     

东海陆架北部泥质区沉积动力过程的季节性变化

利用东海陆架北部泥质区（济州岛西南）及其周围不同季节５个航次的悬浮体资料和相应的底质粒度资料,对该泥质区沉积动力过程的季节性变化规律进行了分析。结果表明：东海陆架北部悬浮体的高含量区并不与该区的沉积中心（泥质区）相吻合,泥质区的形成需有物源的充沛供应和涡旋的动力效应相结合。泥质区沉积作用时空变化具有强烈的季节性。冬季泥质区悬浮体供应充足,涡旋中心向泥质区东南扩展,是本区接受悬浮体沉积的关键季节。夏、秋二季泥质区的大部分区域缺少悬浮体物源,涡旋中心向北退缩,致使泥质区沉积作用强度降低,并且主要影响泥质区的西北区域。春季泥质区沉积作用强度和影响范围大于夏、秋两季,但小于冬季。     

基于HYCOM的南海中尺度涡数值模拟

结合AVISO(Archiving Validation and Interpolation of Satellite Oceanographic Data)高度计资料,利用改进的NERSCHYCOM(Nansen Environmental and Remote Sensing Center-Hybrid Coordinate Ocean Model)大洋环流模式,对南海中尺度涡进行数值模拟研究,主要包括中尺度涡的三维结构、南海EKE(Eddy Kinetic Energy,涡动动能)的垂向变化、黑潮中尺度涡的脱落以及涡旋近岸时的结构变化等。模式再现了2007年2月-3月菲律宾西侧海域的一次暖涡过程,探究了其生命期中各阶段的特征物理量的变化,对其成熟时期的涡旋结构研究表明,中尺度涡的结构呈现不对称性,涡旋两侧的流场空间范围和流场强度均不相同,涡旋的半径和中心位置随深度不断变化,并且由涡旋作用产生的升降流的中心与涡旋自身中心并不重合,二者之间有一定距离。初步探索EKE的垂向分布情况,认为南海年平均EKE在垂向变化上呈现三段式,主要部分分布在300m以浅深度,但同时垂向又能达到海洋深层。分析了一次黑潮中尺度涡脱落的模式模拟个例,推测黑潮中尺度涡脱落原因:黑潮流径西移、外海中尺度涡对黑潮的强迫、地形作用,并且结果表明从黑潮脱落的中尺度涡可以携带大量高温高盐水体进入南海,对南海的温盐性质产生很大的影响。初步探索涡旋近岸时的结构变化,涡旋靠近岸界时,受岸界挤压,流速在一段时间内会增大,继续靠近岸界,由于岸界的摩擦、海底的拖曳,导致能量耗散,流速减小,最终涡旋消亡。     

非超级单体龙卷风暴低层流场特征及模拟分析

基于多普勒天气雷达资料,结合中尺度数值模拟结果,对发生在黄淮流域的2次EF2级非超级单体龙卷风暴结构及低层流场结构特征进行了诊断分析。结果表明,2次龙卷过程都发生在副高边缘,低层存在较大的垂直风切变和强烈的水汽辐合;2次龙卷都有多次及地的特征,其母体风暴生命期都在2h以上;低层速度产品上有显著的小尺度涡旋特征,涡旋中心相邻像素之间的速度差20m·s-1,对EF2级龙卷预警具有6~20min的时间提前量;风暴后部中下层相对风暴的速度切变显著加强并迅速下传是诱发20100717龙卷涡旋的主因;风暴内部强烈上升气流导致低层涡旋发展,诱发20120818龙卷涡旋的产生。中尺度WRF模式模拟结果能够较好地再现风暴底部气流结构特征。     

登陆台风变性为温带气旋过程的物理机制初步分析

本文初步分析了8012号强台风(Norris)登陆后变性为温带气旋的过程,发现:(1)无辐散风动能制造项是影响系统动能变化的主要因子.登陆初期系统与外界的动能交换少,变性为温带气旋后,有大量的动能输出.(2)分析系统的扰动动能发现,扰动有效位能的水平和垂直通量散度项是主要的耗散项.正压扰动动能制造项和斜压转换项均制造扰动动能.登陆初期正压制造项的作用较大,变性为温带气旋后,斜压转换项的作用超过了正压制造项的作用.(3)非绝热加热是重要的热源.积云热量垂直输送项和大尺度垂直输送项是主要的耗散项.变性为温带气旋后,积云热量垂直输送项的作用大于大尺度垂直输送项的作用.(4)分析非绝热加热的作用发现,积云对流凝结加热在其中起主要作用.     

台湾以东表面黑潮流量与涡旋场相互作用研究

本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993年~2015年的卫星遥感海面高度和海表流场逐日资料，分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近海域的涡旋场（海面高度异常），得到了台湾以东表面黑潮流量和涡旋场的四个主要周期，并研究了不同对应周期的黑潮表面流量及其邻近涡旋场之间的相互作用关系。论文主要结论如下：（1）基于小波分析法，分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近的涡旋场，发现两者都具有明显的季节、年和年际变化周期。对于表面黑潮流量，除了具有182天（0.5年）和365天（1年）的显著周期外，还存在860天（2.35年）和2472天（6.8年）左右的较为明显的周期。涡旋场也相应地存在200天（0.55年）、374天（1年）、889天（2.43年）和2374天（6.5年）四个较明显的周期，但在不同的纬度存在一定差异；（2）基于相关分析和因果分析法，分析了以上四个周期内表面黑潮流量及其邻近涡旋场的相关性，揭示了黑潮与涡旋在不同周期区间、不同纬度相互影响关系的差异。     

北太平洋副热带逆流区中尺度涡旋的统计特征及其分布规律

本文基于卫星高度计得到的全球非线性中尺度涡旋数据集,分析了北太平洋副热带逆流(Subtropical Countercurrent.STCC)区域中尺度涡旋的统计特征,包括其基本特征、空间分布、传播特征、季节和年际变化;给出了该区域涡旋振幅、半径、旋转速度和罗斯贝数的分布直方图,并利用瑞利分布和对数正态分布对其进行了拟合。结果显示,涡旋振幅、半径、旋转速度和罗斯贝数的直方图很好地服从于对数正态分布。此外,通过与北太平洋中涡旋的对比研究,我们发现在STCC区中对数正态分布的拟合效果更好。本研究提高了对STCC区域中尺度涡旋统计特征的认识,明确了其与大洋中涡旋的区别;通过对数正态分布对涡旋特征的拟合,清晰地体现出了其分布规律,这在很大程度上降低了对观测数据的依赖,从而帮助我们更加有效地判断和预测涡旋特征的变化,同时为数值模式中涡旋的参数化提供了依据。     

一个区域耦合海气模式及其实验

本文研制了一个区域的简单耦合海气模式,并用来模拟热带太平洋ENSO循环.模式由一层大气模式和一层海洋模式构成.大气模式由运动方程和热力方程组成;海洋模式由运动方程、连续方程和海温方程组成.非绝热加热与风应力构成海气间耦合媒介项,其中大气对海洋的影响以风应力为主,海洋对大气的影响以非绝热加热为主.在理论分析和数值实验的基础上,成功地实现了简单海气耦合模式的正常运转,并且应于对1982-1983年埃尔尼诺现象的数值模拟.对该事件从发展到衰弱的全过程,特别是中期与成熟期获得了良好的模拟效果,显示出本模式的模拟能力,也验证了热带太平洋区域耦合海气作用对ENSO循环的重大贡献.     

2006年6月北大西洋上热带风暴Alberto变性后爆发性发展机理分析

本文利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的ERA5客观再分析资料、气象卫星合作研究所(Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies,CIMSS)提供的红外卫星云图资料,对2006年6月14~20日发生在北大西洋上的一个爆发性气旋进行分析。该气旋由热带风暴阿尔贝托(Tropical Storm Alberto)变性后发展而来,是2000—2016年的17个夏季(6、7和8月)发生在北大西洋上的中心气压加深率最大的爆发性气旋个例。该气旋的演变过程可划分为初始、发展、成熟和衰亡四个阶段。本文旨在分析气旋演变过程中的云系特点、气旋爆发前后的高低空环流形势和高低空相互作用。分析显示,低层强烈的温度平流导致的大气斜压性是利于气旋发展的重要环境条件;500 hPa槽前的正涡度平流可为气旋发展提供动力强迫;高层异常PV的下传对气旋发展有促进作用;潜热释放(Q2/CP)主要位于对流层的中低层,这有利于气旋发展。利用Zwack-Okossi方程进行诊断分析发现,在该气旋发展过程中绝对涡度平流项和非绝热项的贡献为正,且非绝热加热对气旋快速发展的贡献最大,而温度平流项和绝热项对气旋发展起阻碍作用。     

山东"99·8"大暴雨维持机制的数值模拟

利用中尺度大气非静力模式MM5对山东1999年8月11～12日的大暴雨过程进行了数值模拟。将模拟的气压场、风场、相对湿度场、降水与实况进行对比检验，在模拟效果比较合理的情况下，着重对大暴雨的维持机制进行了研究。结果表明：位于我国东北、渤海和山东上空的东北西南向的锋面系统、位于锋面西南端山东江苏上空的苏鲁中-α涡旋及其诱发出的位于其北部的中-β涡旋是影响山东大暴雨的天气尺度系统和中尺度对流系统；中-α涡旋的东支气流—东南风为中-β涡旋输送水汽；锋面系统抬升了中-β涡旋北部的东南暖湿气流，形成垂直上升运动，并形成雷暴云团，同时激发出新的对流单体；雷暴云团在西移的过程中，受到泰沂山区的抬升作用，在山前也形成强烈的垂直上升运动；因此，大暴雨得以维持。