非平衡态大气热力学的研究

要挟了建立非平衡态大气热力学的必要怀和迫切性。并在考虑到大气系统是以湍涡为基本单元,具有气压梯度力,重力和Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力的地球大气宏观体系的基础上,直接引入大气动力主程组,建立了非平衡态大气热力学的熵平衡方程。     

河南一次西南涡暴雨的大气排熵指数特征分析

应用耗散结构理论,基于广义相当位温构建大气排熵指数,利用常规观测资料、地面加密自动站雨量资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料等,对2008年7月21—23日一次西南低涡东移造成的河南省大范围暴雨过程的大气排熵指数进行诊断分析,结果表明:大气排熵指数的演变与此次西南涡暴雨落区和雨强关系密切,暴雨落在负排熵指数中心偏南一侧,大雨以上降水分布在排熵指数负值中心轴线附近及其偏南侧;强降水开始前,排熵指数明显减小,强降水持续时间与排熵指数低值维持时间联系紧密;雨强不仅与排熵指数低值有关,且与低值维持时间、6h变化量也有密切关系。排熵指数低值中心位置和中心值的强弱变化与该个例中西南低涡中心位置和其强弱变化具有较好一致性。     

湿大气的广义位温与干大气位温及饱和湿大气相当位温的比较

实际大气既非完全是干空气,也不是处处达到饱和的湿空气,而是处于含有水汽但又不饱和的湿空气状态。基于这样一种湿大气状态,在湿大气中广义位温定义的基础上,对不同暴雨类型的广义位温与干大气的位温及饱和湿大气的相当位温做了比较。对2003年江淮流域暴雨过程、2004年华北一次暴雨过程以及2006年碧利斯台风中的位温、相当位温和广义位温分布的对比分析表明:即使是在暴雨系统中,湿空气的相对湿度也不一定达到100%,饱和湿空气相当位温的引入条件不能完全满足。而广义位温的定义用一个表达式就可以表示出于大气、未饱和湿大气以及饱和湿大气这3种大气状态的位温,位温和相当位温则是广义位温的特殊情况。当大气比湿为零时,广义位温就变成位温;当大气比湿达到饱和后,广义位温就变成相当位温。除了可以衔接干大气位温和饱和湿大气的相当位温外,广义位温包含了水汽由干到湿再到饱和的变化过程,更好地体现了大气中水汽的实际分布和变化特征。     

大气系统中的熵

本文以质量和能量守恒定律及局域平衡假设为依据,定义了相变亲合势,导出了大气系统的熵演化方程。     

大气热力学的若干新发展

对自20世纪80年代以来的大气热力学发展进行了综合评述, 阐述了如城市热岛效应、全球增暖等非传统大气热力学问题; 基于大气非平衡态热力学的非线性理论, 提出应发展突显热力学作用的数值模式, 并阐述其必要性和可能性。     

质疑某些大气熵的计算

指出了某些大气熵变化的计算错误，并且给出了改进意见。     

熵气象学是动力气象学

论证“熵气象学”就是应用热力学第二定律的动力气象,是不足是统计出来的规律，所以它是气象学的发展。     

对流层大气的负熵流和熵产生

将原始熵平衡方程应用于大气系统，详细计算了对流层大气平均状态下的负熵流和熵产生及其各项分量，得出了它们之间的一些数量关系，并应用熵理论初步解释了大气运动的某些规律，对于天气预报和气候变化的研究具有一定参考意义。     

数值预告中的两个不等价约束

指出积分型的位温守恒与熵守恒仅仅在绝热假设的条件下才是两个等价的积分型约束。对于非绝热大气，积分型的位温守恒代表位温算术平均值不变。热力熵的守恒等价于位温的几何平均值不变。这两者含义并不同，而且它们是不等价的。先前研究显示的位温服从Gamma分布表示大气同时满足位温的算术平均、几何平均守恒条件。因而我们建议在数值预告的非绝热模式中同时采用位温守恒与热力学熵守恒两个约束。     

大气折射指数气候振动特征的最大熵谱分析

用最大熵谱分析法对南京、上海两地局地大气折射指数气候变化特征进行诊断，探讨了自回归模式的阶数不同对谱的影响，并从不同样本数的熵谱中提取出稳定的周期和谱峰值，所得结果可以作为预报大气折射指数变化的气候背景。     

大气密度方程

通过一个思想实验把大气密度的时空分布函数与一个概率分布函数联系了起来,又利用最大熵原理导出了一个新的全球大气的方程,即大气密度方程。文章给出了它的通解并指出等温大气的压力高度公式是它的一个特解。对这个新的理论思路,新的方程和它的应用潜力作了初步讨论。     

从熵原理得出的雨量时程方程

本文从熵极大原理出发导出了在一次降水过程中降水强度与其历时为负指数关系。并从中引出几个实用方程。这一结果与Paulhus等给出的经验方程在函数形状上类似。 本文通过对400多次遍及中国各地的降水自记记录分析证实,此理论公式与实况的平均相对偏差为10.7％,比Paulhus等的公式相对偏差小了5％。 此结果可用于暴雨、防洪服务和水利工程设计中。这启示人们熵极大原理在气象水文领域有应用潜力。     

中层大气臭氧的全日盘掩日测量

本文研究了日盘张角对掩日测量的影响,引进了日盘光辐射空间变化特性这一先验信息,提出了从全日盘掩日测量反演中层大气臭氧含量的新方法.数值模拟试验指出,这一方法可以满意地给出25—65km高度范围内大气臭氧的垂直分布。当测量吸收比的均方根噪声为0.01时,其反演误差小于10％.利用这一方法,可以大大简化探测系统、降低测量对遥感平台的要求.     

Application of Linear Thermodynamics to the Atmospheric System. Part Ⅰ: Linear Phenomenological Relations and Thermodynamic Property of the Atmospheric System

从一般的热力学原理或其它自然原理对唯象关系所强加的限制，能够演绎出大气系统的一系列热力学性质。利用非平衡态线性热力学导出了湍流K闭合理论中湍流交换系数同唯象系数的关系，从理论上证明大气系统热量湍流输送同水泡之间存在交叉耦合，还导出了湍流强度同速度和位温梯度的关系，从而证明速度和位温空间分布的非均匀性是湍流之源。并证明湍流强度定理，不可压缩气体和各向同性湍流大气中，湍流强度正比于速度与位温梯度的标积。进而证明大气涡旋定理，位温的切变将导致涡旋运动或各种环流运动，速度涡度等于速度同位温相对梯度的矢积。展现了线性热力学在大气系统的应用前景。     

短期降水预报的动力学与热力学

提出了当前短时和短期降水预报中需待解决的3个问题。由这些问题引发了如何把动力学与热力学相结合,如何把大量的观测和模式资料应用于短期无间隙预报的思考。最后给出了一个短期大暴雨预报的应用实例。     

短期降水预报的动力学与热力学

提出了当前短时和短期降水预报中需待解决的3个问题。由这些问题引发了如何把动力学与热力学相结合，如何把大量的观测和模式资料应用于短期无间隙预报的思考。最后给出了一个短期大暴雨预报的应用实例。     

对流层中层大气能量转换特征与暴雨激发和维持的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2 513个测站逐日降水资料,分析了2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程中对流层中层大气风场动能和势能的相互转换和分布特征。结果表明,在暴雨迅速发展阶段,受环流形势和地形等条件的影响,动能能量转换成驻波形式的波动势能;在强降水维持并减弱阶段,动能和势能之间的转换趋于平缓。在整个暴雨过程中,强降水区与500hPa风场能量大值区分布基本一致。此外,台风"黑格比"也为此次暴雨过程提供了必要的水汽。     

Lidar Measurements of Aerosols in the Tropical Atmosphere

Measurements of atmospheric aerosols and trace gases using the Laser radar (lidar) techniques, have been in pro-gress since 1985 at the Indian Institute of Tropical Meteorology, Pune (18o32’N, 73o51’E, 559 m AMSL), India. These observations carried out during nighttime in the lower atmosphere (up to 5.5 km AGL), employing an Argon ion / Helium-Neon lidar provided information on the nature, size, concentration and other characteristics of the constituents present in the tropical atmosphere. The time-height variations in aerosol concentration and associated layer structure exhibit marked differences between the post-sunset and pre-sunrise periods besides their seasonal va-riation with maximum concentration during pre-monsoon / winter and minimum concentration during monsoon months. These observations also revealed the influence of the terrain of the experimental site and some selected me-teorological parameters on the aerosol vertical distributions. The special observations of aerosol vertical profiles ob-tained in the nighttime atmospheric boundary layer during October 1986 through September 1989 showed that the most probable occurrence of mixing depth lies between 450 and 550 m, and the multiple stably stratified aerosol lay-ers present above the mixing depth with maximum frequency of occurrence at around 750 m. This information on nighttime mixing depth / stable layer derived from lidar aerosol observations showed good agreement with the height of the ground-based shear layer / elevated layer observed by the simultaneously operated sodar at the lidar site.