广义相当位温及其扩展应用

广义相当位温是一个包含水汽和液态水在内的新的大气热力学参量。通过简明推导和论证，进一步讨论其物理意义和扩展应用；结合耗散结构理论，提出了排熵指数的概念；根据广义相当位温自身的特点，设计了大气液态水含量指数和大气水物质含量指数等预报判据；这些参数在强对流天气和区域性暴雨分析预报中，应用效果较好。     

假相当位温与新余市汛期大暴雨

本文从新余市大暴雨个例入手，通过分析其前期的假相当位温场，揭示大暴雨与假相当位温的关系，为本市的大暴雨预报寻找热力学因子。     

假相当位温(θ_(se))的精确计算及其查算表

鉴于假相当位温(θ_(?))在埃玛图解上的图解值的严重不精确性,本文直接利用国际气象组织公布的饱和水汽压(E)和水的汽化潜热(Lv)的实测值,对θ_(?)进行了精确计算,並将计算结果制成一套可根据初始状态量(p,t,td)查算θ(?)等的查算表。这套以实测数据为基础的θ_(?)查算表,不仅避免了图解求θ_(?)过程的粗糙性,而且消除了来源于确定E、Lv的经验公式的误差,从根本上保证了θ_(?)的精确性,对气象业务部门和科研部门都具有相当的实用意义,同时也为修正埃玛图解奠定了基础。     

副高边缘暴雨过程中的GPS可降水量和假相当位温分布特征

利用2010年8月石家庄地基GPS反演的可降水量、地面加密自动站和常规天气资料,对由副高进退引起的河北省中南部一次强降水天气过程中GPS可降水量和地面假相当位温的演变趋势进行了详细分析.结果表明:1)此次暴雨过程是由副高边缘暖湿气流与切变线共同作用造成的,强降水区主要出现在500 hPa的584～588 dagpm线、700～850 hPa切变线之间;2)降水出现时GPS可降水量基本对应于高值阶段,强降水出现时可降水量位于峰值前后;降水出现时GPS可降水量偏离系数为正值,而强降水一般出现在偏离系数超过1时;3)对同一测站而言,GPS可降水量越大对应的实际降水越强.当测站不同时,GPS可降水量高并不一定代表更强的降水,这与测站的地理位置和海拔高度有关.4)降水出现前热力和水汽条件配置好,能量不断积累,假相当位温逐渐升至极大值.随着降水出现与能量的释放,假相当位温回落到谷值阶段,此谷值越低、持续时间越长,对应的降水也越强.     

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。     

总温度和相当位温查算表

1.总祖度为了直观方便,在从能量学角度研究天气学问题时可引入总温度概念r’I,按照定义:T一T+畏。+告z+带丫:(1)其中T为温度,L为凝结潜热,Cp为定压比热,q为比湿,g为重力加速度,z为拔海高度,v为风速。 由(1)式可知,总温度T:就是单位质量空气的总能量(简称总比能)所相当的温度。在夏半年,在大多数情况下,(1)式中的动能项可以忽略。因此,平常只需要计算和湿静力能量相应的温度T。(为了方便,一般也称为总温度),,~__.Lia、上+IU甲+万护q 、Jp(2)其中叻的单位为位势千米,一般有士300位势米的变化。为了制表方便,可预先给定为常数。这样,(2)式…     

饱和湿大气Brunt-Väisälä频率及修正的相当位温

实际大气中受扰动的饱和气块发生凝结后,凝结水会部分脱离气块.以前研究饱和湿大气的Brunt-Väisälä频率(N2m)没有考虑凝结水的部分脱离,相当位温(θe)也忽略了饱和气块的混合比的作用.文中针对这些不足,在假设饱和空气中只存在气液转换条件下,推导出液态水部分脱离气块的、更符合实际情况的N2m表达式和修正的饱和湿大气θe表达式.新的N2m表达式增加了部分脱离气块的液态水的作用项,新的θe表达式中包含有饱和气块的混合比,并对有关的表达式分别作了讨论和比较.     

台风暴雨相当位涡诊断分析

位势涡度作为热力学与动力学相结合的物理量,能更有效地显示出暴雨系统的一些特点,国内外气象学者曾用位涡来分析诸如龙卷、冰雹等强对流天气,杨大升[1]曾用位涡成功地研究过印度季风的爆发问题,并将位涡应用于我国的暴雨诊断分析上,但暴雨过程不可能是干绝热过程,将有大量的凝结潜热释放,而潜热释放对天气系统的发生发展起着重要的反馈作用,所以将位涡应用于暴雨诊断时还应考虑水汽凝结潜热的作用。为了弥补位涡的局限性,本文从Ertel广义位涡方程出发导出了相当位涡的概念,并从大尺度热量、水汽和涡度方程人手,推导出相当位涡平衡方程,综合考虑了高、低层温湿场分布及涡、散度等热力、动力因素的作用,并应用在台风暴雨的诊断分析上。     

一类高阶位涡反演的算法及其应用

从位涡反演的基本定义和性质出发讨论了它的发展,指出基于非线性平衡(Chamey平衡)来进行位涡反演的局限性,要准确地反演中尺度系统还有待于发展高阶位涡反演算子.文中通过分析位涡反演算子的构造得出,高阶位涡反演算子的存在性问题最终归结为探讨高阶平衡流表达式,即高阶平衡方程的存在性问题.然而,平衡流在运动过程中对惯性重力波...     

“81.7”大暴雨位涡与相当位涡的诊断分析

本文对“81.7”大暴雨进行了位涡与相当位涡的诊断分析。位涡或相当位涡是将动力作用与热力作用结合在一起的一个物理量,所以它能更有效地显示出系统的一些特点。分析结果表明,位涡与相当位涡中心从高原东北部移到盆地,暴雨区与位涡、相当位涡场基本一致。     

利用相当位涡诊断条件性对称不稳定区

条件性对称不稳定（ＣＳＩ）是一个用于诊断和预报冬季气旋内中等到强降水的中尺度雨带的重要的大气特征．在ＣＳＩ区域内，倾斜对流能够增大狭窄区域内的降雪总量．典型的情况是，在一个垂直于对流层中层热成风方向的剖面上，利用Ｍｇ（绝对地转动量）和θｅ（相当位温）来进行ＣＳＩ的估算，在等Ｍｇ面比等θｅ面坡度小的区域为ＣＳＩ区．本文描述了一种量度ＣＳＩ的客观方法，称为相当位涡（ＥＰＶ）方法，它可以快速有效地计算ＣＳＩ。通过两次实例比较了Ｍｇ剖面对θｅ剖面的方法和ＥＰＶ方法，从而说明了利用ＥＰＶ剖面诊断ＣＳＩ的有效性．上述实例还说明了倾斜对流与垂直对流的区别。     

相当湿位涡异常与梅雨锋暴雨分析

基于位涡异常与中尺度对流系统发展密切相关的分析事实,以及中尺度天气的发生发展的过程中水汽的重要作用,在引入水汽变化方程的基础上,导出了非均匀饱和大气中的相当湿位涡方程,进而分析了引起相当湿位涡异常的主要因子。依据相当湿位涡包含动力因子、热力因子和水汽因子的特点,利用相当湿位涡及增量对一次梅雨锋暴雨进行诊断和模拟分析,初步揭示了相当湿位涡及其增量对梅雨锋强降水的指示意义,相当湿位涡及其增量大值区对未来1～3小时的强降水具有较好的指示作用。针对梅雨锋暴雨,可以将梅雨湿度锋与相当湿位涡相结合作为强降水短时临近预报的一个指标。      

饱和湿大气Brunt-V3/4is3/4l3/4频率及修正的相当位温

实际大气中受扰动的饱和气块发生凝结后 ,凝结水会部分脱离气块。以前研究饱和湿大气的Brunt V is l 频率 (N2 m)没有考虑凝结水的部分脱离 ,相当位温 (θe)也忽略了饱和气块的混合比的作用。文中针对这些不足 ,在假设饱和空气中只存在气液转换条件下 ,推导出液态水部分脱离气块的、更符合实际情况的N2 m 表达式和修正的饱和湿大气θe 表达式。新的N2 m 表达式增加了部分脱离气块的液态水的作用项 ,新的θe 表达式中包含有饱和气块的混合比 ,并对有关的表达式分别作了讨论和比较     

副高西北侧一次大暴雨能量位涡和相当能量位涡诊断分析

1990年7月5日至6日,处于西太平洋副热带高压西北侧的甘肃东南部、陕西西北部出现了一次大暴雨过程,造成了严重的山洪灾害,人民生命财产受到损失。本文在天气形势分析基础上,着重利用能量位涡、相当能量位涡,并结合水汽通量散度和能量场对过程进行诊断。通过诊断和探讨过程发生机制,进一步     

位温方程拉格朗日平流计算方案的改进及其在GRAPES_GFS全球模式的应用

GRAPES全球数值预报系统(GRAPES_GFS)个例试验中,模式高层垂直速度在南极大陆上空会出现较大的计算噪音,进而影响模式的积分稳定性,甚至积分中断。对GRAPES_GFS的动力框架以及动力、物理耦合方案进行诊断分析,发现位势温度在拉格朗日上游点上的垂直插值是垂直速度噪音产生的主要原因。2013年7月实际资料试验表明,在位温方程中引入垂直非插值的拉格朗日平流方案,可以减少或消除该计算噪音。使用新的方案后,北半球和热带地区模式预报的整体性能得到了明显提高,8 d预报的全球质量损失较为严重的问题也得到了缓解。     

位涡理论及其应用

位涡是近代天气动力学的重要概念之一。本文主要对位涡理论的某些要点,包括位涡的概念、位涡的守恒性、位涡的分析、位涡思想、位涡反演、湿位涡及位涡理论的发展和应用等作一简要介绍。     

分位值的统计及其应用

分位值是随机变量的特征数之一。将随机变量分布曲线与X轴包围的面积作n等分,得n—1个值(X_1、X_2……X_(n-1)),这些值称为n分位值。由于业务与服务的需要,分位值已开始应用到基本气候资料的统计中来,下面就分位值的统计方法及其应用作简单介绍。     

湿位涡方程及其应用

本文在湿绝热、无摩擦条件下，推导了湿位涡方程及其近似表达式。然后通过尺度分析得到了大尺度条件下湿位涡守恒的性质，其形式与干位涡一样。由于考虑了水汽的作用，使用它较干位涡更为方便。最后，我们把湿位涡用于江南岭北3 月有无连阴雨的分析，其结果与预报员经验是一致的。     

相当正压性的形成

本文利用一个两层斜压准地转模式对形成相当正压性的物理机制进行了数值实验。结果指出:在对流层内初始等厚度线和等高线有明显交角的斜压扰动,将通过绝对涡度平流的非线性作用,在数天时间内就达到等厚度线和等高线近于平行的状态.这样就形成了大气的相当正压性。进一步的试验表明,β效应对于形成相当正压性起到了十分重要的作用。