高原切变线与高原低涡关系的动力学研究

论文摘要

本文基于大气运动方程组并结合欧洲中心（ECMWF）ERA-interim再分析资料,首先利用z坐标系下的正压模式方程组,对包含地形坡度与不考虑地形坡度的切变波和涡旋波及其关系进行了理论分析,得出切变线和高原涡之间的诱发关系。其次考虑高原切变线以南水汽作用,利用大气运动方程组及散度方程,研究高原横切变线与高原低涡之间的关系,以及伴随切变线的水汽输送与辐合对低涡生成、发展及移动的影响和贡献。最后分析切变线与低涡之间相互作用机制,并在运动坐标系下结合涡度方程讨论影响切变线、低涡经向及纬向移动的因子,得出以下结论:（1）高原切变线两侧纬向风速切变导致的分界面上产生的波动包括切变波、惯性波和重力外波。该波动是双向传播的频散波,波速与基本气流和基本气流切变有关,还与地转参数、Newton声速、地形坡度以及波数有关。切变线上波动的不稳定性与波数有关,波数较小的波动易于不稳定发展,地形坡度对波动不稳定性的贡献大小取决于基本气流的纬向分布状况。涡旋波是切变波的一种特殊形式,在一定条件下切变波不稳定会诱发涡旋波不稳定,则高原切变线上扰动不稳定发展可促使高原低涡发生发展,两者有密切联系。（2）高原横切变线是高原低涡产生的重要背景场。横切变线以南水汽输送对低涡的诱发作用是大气处于不平衡状态引起散度场调整的结果,在水汽辐合增强的位置有利于低涡的生成,低涡中心与非平衡正值中心对应,外围为非平衡负值区。伴随着低涡南侧西南风增强向东北方向移动,非平衡项正值中心增强并同向移动,低涡亦增强同向移动。（3）当切变线向低涡发展时,切变变形和伸缩变形使切变线与低涡相互作用增强,切变线逐渐向低涡发展,低涡形成时切变变形起主要作用,低涡发展时切变变形和伸缩变形作用相当。切变变形有利于螺旋式辐合上升结构的形成,伸缩变形使辐合增强有利于闭合低涡的形成,变形场的倾斜结构决定了低涡具有同样结构。变形与涡度转化指数VDI的数值增大,表明低涡和切变线相互作用增强,有利于低涡形成及发展,低涡总是向着VDI大值中心移动。（4）切变线一般向着辐合增强的方向移动,并且切变线和低涡的经向移动趋势一致。冷空气强盛时有利于切变线向南移,或当切变线南侧西南风弱、副高脊线偏南或南移、切变线以北反气旋加强南移、切变线位于高空急流入口区且伴随着高空急流南移,均有利于切变线向南移。（5）当横切变线附近有气旋性环流形成,一般伴有切变线以南西南风增强,该情况下切变线上的气旋式环流总是东移且强度增强,这有利于低涡的形成及发展。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 高原切变线研究现状与进展
•   1.3 高原切变线与高原低涡关系的研究进展
•   1.4 本文章节安排
• 第二章 高原切变线上的波动及其与低涡的可能联系
•   2.1 相关定义及物理考虑
•   2.2 考虑地形坡度时高原切变线上波动的求解
•     2.2.1 数学模型及解析
•     2.2.2 考虑地形坡度时切变波不稳定的充分条件
•     2.2.3 考虑地形坡度时切变波不稳定的必要条件
•   2.3 不考虑地形坡度时的切变波
•     2.3.1 波动解形式及波动不稳定充分条件
•     2.3.2 波动不稳定的必要条件
•   2.4 高原切变线与高原低涡之间的联系
•     2.4.1 涡旋波不稳定的必要条件
•     2.4.2 切变波不稳定和涡旋波不稳定之间的联系
•   2.5 一次切变线诱发低涡的初步分析应用
•   2.6 本章结论
• 第三章 高原横切变线与高原低涡的关系研究
•   3.1 物理考虑及方法
•   3.2 横切变线上扰动的不稳定及其与低涡的联系
•   3.3 伴随水汽输送的横切变线影响低涡的动力学机制
•   3.4 动力学机制的实例验证
•     3.4.1 环流形势
•     3.4.2 水汽条件
•     3.4.3 非平衡项分析
•   3.5 机制分析
•   3.6 本章小结
• 第四章 高原切变线与高原低涡相互作用及移动机制分析
•   4.1 资料与方法
•   4.2 切变线、低涡的相互作用
•     4.2.1 变形与涡度转化指数
•     4.2.2 个例诊断分析
•   4.3 切变线和低涡移动的诊断分析
•     4.3.1 切变线、低涡移动诊断方程
•     4.3.2 切变线、低涡的经向移动
•     4.3.3 切变线、低涡的纬向移动
•   4.4 本章结论
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 讨论与展望
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杜梅

导师: 李国平

关键词: 高原切变线,高原低涡,扰动不稳定,水汽辐合,指数

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 成都信息工程大学

分类号: P44

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000003

总页数: 65

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