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低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟
陈明,王迎春?
气象学报 , 2012, DOI: 10.11676/qxxb2012.033
Abstract: 利用三维数值云模式和雷达资料四维变分同化技术,通过对6部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新循环同化和云尺度数值模拟,初步分析了2009年7月23日发生在华北地区的一次飑线过程的低层动力和热动力影响机制。结果表明,这次飑线过程处在低层中等强度切变的环境条件下,低层环境垂直风切变和冷池相互作用是本次飑线过程维持发展和传播的关键机制。在飑线发展的初期,低层垂直风切变较强,但冷池偏弱,冷池传播速度(c)和垂直于飑线的低层切变分量(δu)的比值c/δu<1,飑线回波前倾。而此时环境热力条件(对流有效位能较高和自由对流高度较低)对飑线的发展加强起到了积极作用,克服了这种低层切变和冷池不平衡所形成的不利条件。在飑线的加强和成熟阶段,由于对流降水使冷空气不断下沉,从而导致冷池快速加强,使低层切变和冷池强度逐渐达到近似平衡状态(c/δu≈1),低层大气处于最强的垂直抬升状态,飑线发展最为强盛,飑线回波直立。随着时间的推移,降水累积效应导致冷池强度明显大于低层切变强度(c/δu>1),不利的形势导致飑线逐渐趋于消散,飑线回波明显变宽、后倾,回波顶高显著下降。对模拟结果的定性分析和定量计算均表明,影响这次飑线过程发展维持的低层垂直风切变和冷池相互作用机制与rotunno和weisman等用来解释飑线发展演变的rkw理论一致。另外,模拟结果显示,低层0—3km风切变对飑线的发展维持最为重要,但是0—6km的中层风切变也有正面作用,特别是在飑线发展旺盛阶段,应该考虑其影响。
冬春季格陵兰海冰变化与初夏中国气温/降水关系的初步分析
陈明,管兆勇,徐海明
高原气象 , 2003,
Abstract: 采用英国Hadley中心GISST海冰面积资料、NCEP/NCAR再分析资料以及中国地面降水和气温资料,运用EOF分解、小波分析和合成分析等方法,初步探讨了格陵兰岛两侧附近冬春季海冰面积变化特征及其与初夏6月中国气温和降水的关系。结果表明,格陵兰岛东西两侧海冰面积呈显著反相变化,并且具有明显的年际和年代际周期性振荡。冬春季格陵兰-挪威海海冰与初夏6月中国长江以北气温(降水)正相关(反相关),与长江以南气温(降水)反相关(正相关),而对于戴维斯海峡-拉布拉多海海冰则具有相反的相关型。大尺度500hPa环流合成分析初步表明,冬春季格陵兰附近海冰面积变化伴随着北极极涡环流和北半球阻塞高压的持续异常,海冰变化可能是影响初夏中国气温和降水的因子之一。
薄壁槽型钢-混凝土梁在标准火灾下的温升特性
,陈明,王进
福州大学学报(自然科学版) , 2008,
Abstract: 对薄壁槽型钢-混凝土组合梁在标准火灾下的温度响应及耐火性能进行研究.采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS热分析程序,对薄壁槽型钢-混凝土构件在火灾下的温度场进行分析与计算.结果表明,在ISO-834标准升温曲线下,组合梁截面的温度分布是不均匀的,单纯地用给定临界温度来判定构件是否失效不合理.此外,填充混凝土能有效改善钢构件的温度场变化规律,在升温前期,填充混凝土的薄壁槽型钢-混凝土组合梁的温度显著低于未填充的型钢梁,降幅达30%~60%.
北京市门头沟山区农业气候资源细网格数值模拟研究
郭文利,陈明,张洪涛
中国生态农业学报 , 2003,
Abstract: 采用地形追随坐标系中三维大气-土壤耦合模式对北京市门头沟山地气候效应进行模拟试验研究表明,山区气温和地表温度随海拔高度的升高而降低,温度场等值线大体按地形等高线方向分布。山区谷地冬季温度高于东部平原地区,夏季温度日变化最明显。地温场分布与近地层气温变化关系极密切,二者分布特征相似。山区地表相对湿度向山顶方向逐渐增大,山顶相对湿度较高,而山谷相对湿度则较低。低层风矢量分布受门头沟山区“x”型沟谷地形的影响,白天近地层风有向山脊、山顶辐合且形成谷风趋势,而夜晚则有向山谷辐合形成山风趋势。
近两届奥运会气象服务保障综述
梁丰,陈明,王玉彬
气象 , 2002, DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2002.10.001
Abstract: 悉尼、亚特兰大奥运会的气象服务保障基本上代表了目前世界最高水平的奥运气象服务,为了借鉴前人的工作,更好地为2008年北京奥运会服务,对这两届奥运会的气象服务保障情况进行综述。
一次典型强对流天气的温度场结构特点
肖现,陈明,孔荣
气象 , 2008, DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2008.S1.011
Abstract: 利用多普勒雷达四维变分分析系统(vdras)对2008年9月4日一次雹暴、大风的典型强对流天气进行了反演和分析。结果表明vdras对温度场、垂直速度场等进行了较好的模拟,温度场的冷暖池结构对维持风暴的发展起到了很大的作用,而风暴的传播也对冷池的传播有一定的影响,大风的形成与降雹区较干的空气及冷池紧邻降水区附近有关。
利用雷达资料反演方法对北京地区一次强对流天气过程的分析
樊利强,王迎春,陈明
气象 , 2009, DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2009.11.002
Abstract: 利用多普勒雷达变分分析系统(vdras),对2006年8月1日傍晚北京城区出现的一次强对流天气过程(伴有冰雹、大风及强降水)的三维风场、温度场进行了初步分析。结果表明:(1)初始对流生成于北京西北部山区的河北省境内,系统过山移进北京城区时,受局地的动力及热力条件作用,迅速组织并强烈发展,形成带状的mcs即飑线;(2)在飑线生成之前,北京城区及东南部边界层低层存在较强的东风气流,并迅速扩展向西北方向延伸,与过山的西北偏北气流形成强的边界层辐合线。该近地面辐合线是飑线生成的主要触发机制,而边界层低层东风的加强和减弱以及北进和南退对辐合线的维持、飑线的生成、发展和减弱都起着重要的作用;(3)在边界层辐合线的作用下,不断有新生对流系统发展;(4)对流系统在整个发展过程中呈明显的带状分布特征,是一次典型的飑线过程,并伴有明显的阵风锋。
雷达径向风观测在华北区域数值预报系统中的实时三维变分同化应用试验
陈敏?,陈明,范水勇?
气象学报 , 2014, DOI: 10.11676/qxxb2014.070
Abstract: 以实现业务应用为目标开展了区域多部雷达径向风观测资料的三维变分直接同化应用研究。重点对背景场误差协方差的方差和尺度因子进行调整,形成能够与其他常规观测资料协同同化的雷达径向风同化方案,并建立了京津冀6部多普勒雷达观测资料的实时预处理系统。基于上述工作开展2011年汛期京津冀多普勒雷达径向风观测资料在华北区域快速更新循环同化和预报系统中的实时同化和对比试验,并对应用效果进行了初步评估。实时同化试验期间京津冀地区6部雷达经过质量控制后的径向风数据质量和同化情况的分析结果表明,同化系统有效地吸收了雷达径向风的观测信息并形成合理的分析增量,其中,s波段雷达观测的径向风数据数量、质量和稳定度均明显优于c波段雷达;整体来看,雷达径向风同化对地面和高空要素预报性能的影响基本为中性,且主要影响时段集中在最初的6h。但降水预报评分结果表明,雷达径向风同化从降水强度、落区和范围等方面均明显提升了系统对对流尺度降水的短时预报性能。同时也应该看到,受制于目前3h一次的同化更新频率,雷达资料同化的效果往往到对流临近时次才能体现。
基于雷达资料4dvar的低层热动力反演系统及其在北京奥运期间的初步应用分析
陈明,王迎春?,高峰?,王婷婷?
气象学报 , 2011, DOI: 10.11676/qxxb2011.006
Abstract: 在变分多普勒雷达分析系统(vdras)中,通过对雷达资料的质量控制和预处理、云尺度模式的暖雨参数化方案、中尺度初猜场的插值分析方法、循环同化的冷启动和热启动中尺度背景场的计算方案等进行改进,实现了vdras对低层动力和热力场的分析反演及其在北京奥运期间的实时应用。改进后的vdras利用四维变分(4dvar)同化技术和一个包含简化暖雨参数化方案的云尺度模式,对北京和天津2部s波段天气雷达资料进行12min间隔的快速更新循环同化分析,反演与对流风暴生消发展密切相关的低层热动力三维结构,包括水平风场、垂直速度、辐合辐散、扰动温度、扰动温度梯度等,以及它们的时间增量。通过对北京奥运期间2个风暴个例的实时反演结果的分析表明,vdras反演的动力场能够反映低层的水平辐合、垂直抬升、风暴出流及它们的变化特征,而热力场则能够反映与风暴相伴随的冷池结构及其变化、阵风锋的相对位置及强弱。vdras的反演结果符合风暴发展传播与冷池、阵风锋、辐合抬升之间关系的概念模型。利用边界层风廓线雷达、地面自动站及地基微波辐射仪的观测资料,对vdras实时反演结果的初步统计检验表明,反演的风场和温度场与观测比较接近,风场能够反映出与风暴密切相关的低层风的垂直切变特征,温度场则能够反映出由于风暴过程所导致的地面温度的剧烈变化。与风廓线观测相比,反演的低层风速偏弱,偏差和均方根误差分别在-1.5m/s和2.5m/s以内,而风向的偏差和均方根误差分别在20°和45°以内。与地基微波辐射仪观测相比,反演的低层温度偏低,偏差和均方根误差分别在-1.9℃和2.8℃以内。
基于雷达资料四维变分同化技术对北京地区一次下山突发性增强风暴热动力机制的模拟分析
肖现?,王迎春?,陈明,高峰?
气象学报 , 2013, DOI: 10.11676/qxxb2013.077
Abstract: 利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4dvar)同化技术,通过对4部新一代多普勒天气雷达探测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了2009年8月1日发生在北京地区的一次短生命史、突发性增强风暴的低层动力和热力影响机制。此次风暴过程处于弱天气尺度背景和弱层结背景下,冷池和低层环境风场相互作用是造成山上对流风暴增强传播下山的关键机制,而风暴的短生命史和平原地区上空弱风垂直切变环境有关:在对流风暴产生的初期,由于平原地区局地热力、动力场分布的差异,在平原地区西部近地面形成冷池结构,而冷池的“障碍物”作用进而阻碍环境风场的传播。在此机制下,导致在冷池东南边缘附近形成辐合中心、较强的低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心,有助于风暴传播下山。在风暴临近山边阶段,平原地区原有冷池的“绕流”等机制仍然有助于形成有利于主体风暴传播下山增强的近地面辐合中心、强低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心等环境。此外,随着山上风暴降水产生若干冷池,由于风暴形成的阵风锋抬升作用以及新生冷池与老冷池的逐渐发展并相互靠近,使冷池之间暖空气不断抬升,在冷池之间低层形成较强的辐合中心、全螺旋度大值中心。并且,由于冷池边缘的热力场分布不均匀,同样在冷池边缘形成较大扰动气压和扰动温度,增大了垂直加速度,在冷池之间中高层形成上升气流区,这些机制使北部风暴重新增强和新生风暴产生的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,合并组织成带状回波。风暴在平原传播阶段,带状回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,显现出部分飑线系统特征。但是,由于此时平原地区处于弱风垂直切变环境,此时冷池强于低层风垂直切变,即冷池产生的负涡度大于低层风垂直切变产生的正涡度,因此,冷池前沿的上升气流向后倾斜并导致阵风锋逐渐离开主体风暴,不利于沿着出流边界形成新的对流单体,从而不利于维持对流风暴系统的发展传播。随后,阵风锋和前方东南气流交汇,形成新的孤立单体。并且,基于模拟结果计算了与对流系统发展密切相关的全螺旋度、风垂直切变。结果显示,风垂直切变(尤其是0—3km)和全螺旋度与风暴发生和传播位置及强度相关性较高,反映出模拟量对带状回波风暴过程具有较好的指示意义。
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