青藏高原东部暴雨的中尺度有效位能收支分析

针对2018年7月10-11日青藏高原东部一次暴雨过程,利用模式模拟资料分析了有效位能分布特征,成因及其对降水发展演变的影响.结果表明,有效位能主要分布在对流层低层4km以下和高层8-14km,高层有效位能和降水有更好的对应性西北冷平流和降水粒子下落的蒸发作用是低层有效位能高值中心的主要成因,而降水过程释放潜热带来的热...     

按Lorenz精确公式和近似公式计算有效位能制造

以时空域为函数研究了按Ｌｏｒｅｎｚ（１９５５ａ，ｂ）所定义大气中精确的有效位能（ＡＰＥ）制造和近似的有效位能制造公式．大气中有效位能的制造是由非绝热加热场和温度场决定。这个加热场通过使用每天四次的ＥＣＭＷＦ（欧洲中期天气预报中心）的１９８６—１９９２年７个１月份和１９８５－１９９１年７个７月份的初值化分析资料，用余差法进行了估计。考察了大气不同部分对精确制造和近似制造的贡献，并解释了这些贡献之间的差别．Ｌｏｒｅｎｚ在近似制造公式的推导过程中，做了几个近似假设。最严重的一个近似假设看来似乎是，等熵面上的平均气压近似地等于等压面上的气压，就这个等压面而论其上平均位温与等熵面上的位温相等。本文结果表明，精确制造公式中和近似制造公式中两种贡献项之间的最大差别，发生在温带对流层低层．此处对涡动ＡＰＥ，精确制造值比近似制造值可以小到１／１０；而对纬向和时间平均ＡＰＥ精确制造值是微弱的正值，但近似制造值是强大的负值。其它主要的差别发生在热带对流层中层，就平均ＡＰＥ制造而言，精确公式的值比近似公式值大约小一半。尽管有这些大的差异，全球平均的平均ＡＰＥ的精确制造值在１月为２．２９Ｗ／ｍ２，７月为１．８８Ｗ／ｍ３，然而与近似制     

一次快速发展气旋的有效位能收支分析

本文利用有效位能收支方程对1979年1月10日出现于西太平洋的爆发性发展气旋进行了有效位能的收支分析,讨论了气旋发展和有效位能的产生、释放的关系。计算了有效位能的转换效率。结果表明,非绝热加热和大尺度背景场对有效位能的变化均是重要的。在非绝热加热中,大尺度和对流性凝结潜热的释放对气旋的发展都是重要的。     

湿有效位能与我区暴雨的关系

暴雨过程是一种能量转换过程。我区暴雨来临之前，孟加拉湾一带有低槽发展，输送大量暖湿气流，使其ＡｍＫ激增，出现深厚正能层高能去和能量锋区，它们都与我区暴雨的发生发展有着较好的关系。     

对流有效位能在强对流预报中的应用研究

利用2003年3-10月清远探空站逐日资料,得到不同气块抬升高度的对流有效位能（CAPE）,利用相关统计方法,对CAPE与强降水、雷雨大风的关系进行统计分析,结果表明：不同气块起始高度得到的对流有效位能相差很大,其中最佳对流有效位能始终是最大的;CAPE850与强降水呈显著正相关;CAPE850、MUCAPE、CAPEINV与雷雨大风呈显著正相关;CAPE850、MUCAPE、CAPEINV三者中,CAPE850与强对流的相关系数最高,但计算MUCAPE,了解大气的极端不稳定状况可以减少漏报的几率;CAPE变化趋势与强对流日的对应关系在前后汛期有不同的表现,前汛期对应关系较好。     

对流有效位能垂直分布作用的评价

对流有效位能（ＣＡＰＥ）与评价大气对流潜力的标准的不稳定指数,例如抬升指数（ＬＩ）,只有中等程度的相关,这是由于ＬＩ仅反映单层的浮力,而ＣＡＰＥ反映了积分厚度和浮力。将ＣＡＰＥ值降以积分厚度,使其正规化,得到一个指数（ＮＣＡＰＥ）,它与厚度无关,是一种方便的求气块平均浮力的方法。正规化有效地区别了ＣＡＰＥ类似而其浮力不同,积分厚度不同的环境。而且由于ＣＡＰＥ的垂直分地对流上升气流的强度可能有很大的     

从有效位能变化来分析ElNino的年代际变化

利用近50a的美国Maryland大学全球海洋同化分析资料和NCEP全球大气再分析资料，分析了与ElNino相联系的热带太平洋有效位能（APE）的时空演变过程，从有效位能变化角度揭示了50年来ElNino的年代际变化特征。结果表明，热带太平洋ElNino年代际变化特征主要表现为在20世纪70年代末期以前与其后的显著不同。在有效位能异常变化的振幅和频率方面，20世纪70年代末期以后，振荡的振幅显著增,大直频率变慢。在有效位能异常变化的振幅和频率方面，70年代末期以前，ElNino事件的先兆是有效位能先在热带西太平洋异常积累，然后这些积累的有效位能沿赤道快速向东传播并释放能量，使得东太平洋出现能量的异常，东太平洋的有效位能减少，产生ElNino事件；70年代末期以后，ElNino事件的建立没有表现异常的有效位能在热带西太平洋的积累，其建立表现为赤道中太平洋直接出现的局地有效位能的异常，然后表现为不稳定海气耦合模态增幅性地缓慢向东传播，使得东太平洋的有效位能减少，发生ElNino事件。     

埃玛图微机制作及对流有效位能的计算

该文阐述了微机制作简化埃玛图的思路和方法,介绍了与对流密切相关的大气能量参数ＣＩＮ、ＣＡＰＥ的计算方法,分析了两个实例,并对文中设计的大气能量计算方案的应用前景进行了讨论。     

对流有效位能预报能力的统计分析

利用每天4次的NCEP再分析资料和天津地区地面实测温度和露点资料,计算2001—2010年5—9月经过虚温订正的对流有效位能(CAPE),考察天津一般雷雨及雷雨大风发生前0~6h内的CAPE变化及其与雷雨和雷雨大风发生的关系。对4000多个样本的统计表明:一般雷雨发生前CAPE的平均值达1455.2J·kg-1,比无雷雨的平均值大一倍以上;雷雨大风前CAPE平均值高达2 500 J·kg-1。显著性检验表明,CAPE均值对于区分无雷雨、一般雷雨、雷雨大风的信度达99%。和沙氏指数的比较表明:对流有效位能在判别有无雷雨的能力上与沙氏指数相当,区分普通雷雨和雷雨大风天气的能力上超过沙氏指数。     

对流有效位能计算的新方案

对流有效位能是强对流天气分析预报的重要参数。本文通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下,对流有效位能的两个新的计算方案,分别记作CAPEw和CAPE。该方案与以往的方案有很大的不同和根本的区别,更加合理和符合实际。编制了相应的计算程序,可以计算两种情况下的对流抑制能量CINw、CIN,对流有效位能CAPEw、CAPE,抬升凝结高度LCL(二者相同),自由对流高度LFCw、LFC,对流凝结高度CCL(二者相同)以及平衡高度ELw、EL;可以预报对流温度Tg(二者相同);可以分析地面和高空温度、湿度、等压面高度发生变化时,CINw、CIN和CAPEw、CAPE等的数值变化情况,便于业务应用和理论研究。还讨论了影响对流有效位能局地变化的因子和预报思路。     

对流层及平流层低层全球动能的季节性急变

利用１９８０－１９８８年ＥＣＭＷＦ的资料，分析对流层５００ｈＰａ，３００ｈＰａ和平流层低层１００ｈＰａ全球范围的纬向平均动能和涡动动能的季节过渡，比较不同层次不同纬度带动能模态的季节性急变，得到如下结论：（１）北半球热带与温带各层次的ＫＺ都有季节性急变，发生在３－４月和１０月附近，而南半球仅在热带有急变。（２）北半球热带地区ＫＺ在６月还有一次季节性急变，出现有１００ｈＰａ和５００ｈＰａ．（３）１０     

祁连山海北高寒湿地微气象季节变化特征

对青海海北高寒湿地2004年的微气象观测资料分析表明:海北高寒湿地地—气长短波辐射、地表反射率、能量通量各分量、动量通量、气温、地温、风速、CO2交换量等季节变化明显。因受湿地下垫面性质影响,地表反射率在1~2月明显大于其他季节,7~10月小,表现出冬季高夏季低的"U"型变化特征。地面长波有效辐射无明显季节变化。分析还表明,海北高寒湿地夏季及春、秋季均为明显的热源,而在寒冷的冬季出现一定的"冷源"效应。海北高寒湿地地—气间CO2交换量季节变化明显,年内4月和10月分别存在两个CO2释放高峰期,夏季的7~8月为一个强吸收期。     

全球海洋海浪要素季节变化研究

本文使用欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium Range Weather Forecasting,ECMWF）近30年（1982～2011年）全球再分析资料（ECMWF 40 Year Re-analysis Interim）中的风场及海浪场资料,对全球海表10 m风场、有效波高、平均周期和平均波向进行了统计分析,并定义了一种计算季节变率的方法。研究发现,有效波高和平均周期均存在明显的季节变化,且北半球大洋比南半球大洋季节变化更为明显,印度季风区则例外。另外尝试用波龄揭示风浪、涌浪的分布特征,证实了全球海洋为涌浪占主导及太洋东部存在涌浪强化,同时发现了涌浪的分布在春夏季变化明显的特征。     

青藏高原复杂下垫面能量和水分循环季节变化特征分析

为深入认识青藏高原能量和水分循环季节变化,利用GSWP(Global Soil Wetness Project)、GLDAS(Global Land Data Assimilation System)、AMSR-E(Advance Microwave Scanning Radiometer-EOS)土壤湿度以及台站观测资料等多种数据,采用滑动t检验初步分析高原下垫面各物理量季节变化特征。结果表明:各物理量季节变化特征明显且联系密切。高原下垫面净短波辐射和感热通量在1月中旬显著开始增加,5~6月达到全年最高值。净长波辐射5月表现为高值,夏季表现为低值。地表潜热通量在1月显著开始增加,在夏季达到全年最高值。表层土壤3月开始输送热量到大气,9月大气开始向土壤表层传递热量;融雪3~5月加快,雪盖减少。降水和1 cm植被含水量在2月显著开始增加,1 cm土壤显著开始加湿,5~6月降水陡增,1 cm土壤湿度表现为峰值。1 cm植被含水量、植被蒸腾、总蒸散与降水在7~8月达全年最高值,1 cm土壤湿度在7月表出现为谷值,9月达全年第二峰值。10月下垫面温度转冷后,雪盖增加,土壤湿度逐渐减小。     

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

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.     

青藏高原两类对流层顶频率的季节分布特征及其与同纬度地区的差异

基于1979~2014年ERA-Interim逐日再分析温度资料,依据温度递减率插值法,计算出北半球两类对流层顶(热带对流层顶和极地对流层顶)频率数据。对比分析了青藏高原与同纬度地区两类对流层顶频率在季节变化上的差异,并讨论了青藏高原两类对流层顶频率分布与高空温度的关系。结果表明:1)依据温度递减率插值法计算出的再分析两类对流层顶频率可以反映青藏高原两类对流层顶频率季节变化特征:热带对流层顶全年频率高,冷、暖季节差异不明显;极地对流层顶盛夏频率极低,冷、暖季节差异明显。与极地对流层顶频率相比,青藏高原热带对流层顶频率的可信度更高。2)青藏高原和同纬度地区热带(极地)对流层顶频率在暖季增加(减少),在冷季减少(增加)。相比同纬度地区,青藏高原热带(极地)对流层顶频率在冬季偏少(多),其他季节偏多(少)。青藏高原两类对流层顶频率等值线的梯度更大,表明青藏高原对流层顶更易断裂。3)青藏高原两类对流层顶频率与高空温度关系密切。青藏高原对流层中上层(平流层下部)温度升高(降低),有利于青藏高原热带对流层顶频率增加,极地对流层顶频率减少,反之亦然。     

Air Temperature Changes over the Tibetan Plateau and Other Regions in the Same Latitudes and the Role of Ozone Depletion

Using radiosonde and satellite observations, we investigated the trends of air temperature changes over the Tibetan Plateau （TP） in comparison with those over other regions in the same latitudes from 1979 to 2002. It is shown that Over the TP, the trends of air temperature changes in the upper troposphere to lower stratosphere were out of phase with those in the lower to middle troposphere. Air temperature decreased and a decreasing trend appeared in the upper troposphere to lower stratosphere. The amplitude of the annual or seasonal mean temperature decreases over the TP was larger than that over the whole globe. In the lower to middle troposphere over the TP, temperature increased, and the increasing trend was stronger than that over the non-plateau regions in the same latitudes in the eastern part of China. Meanwhile, an analysis of the satellite observed ozone data in the same period of 1979-2002 shows that over the TP, the total ozone amount declined in all seasons, and the ozone depleted the most compared with the situations in other regions in the same latitudes. It is proposed that the difference between the ozone depletion over the TP and that over other regions in the same latitudes may lead to the difference in air temperature changes. Because of the aggravated depletion of ozone over the TP, less （more） ultraviolet radiation was absorbed in the upper troposphere to lower stratosphere （lower to middle troposphere） over the TP, which favored a stronger cooling in the upper troposphere to lower stratosphere, and an intenser heating in the lower to middle troposphere over the TP. Therefore, the comparatively more depletion of ozone over the TP is possibly a reason for the difference between the air temperature changes over the TP and those over other regions in the same latitudes.     

兰州市冬季空气质量潜势预报

利用空气质量潜势预报方法和兰州市冬季空气质量浴势预报系统。通过2001年10—12月兰州市空气质量潜势预报结果的检验分析，表明该系统对首要污染物等级预报准确率78％以上，对兰州市空气质量预报具有较好的指示性。     

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。     

暴雨预报中潜热能场的应用

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。