地面熱源強迫對青藏高原低渦作用的動力學(xué)分析

1、地面熱源強迫對青藏高原低渦作用的動力學(xué)分析提綱引言 高原低渦的動力學(xué)模型及其分析方法地面熱源對低渦流場結(jié)構(gòu)及發(fā)展的作用 幾點結(jié)論 1 引言 青藏高原低渦：發(fā)生在青藏高原主體的低渦。主要活動在500 hPa等壓面。平均水平尺度為400500 km，中尺度。不但是青藏高原雨季中主要的降水系統(tǒng)，而且在一定條件下東移出高原后往往引發(fā)青藏高原東側(cè)（特別是四川、重慶地區(qū)）大范圍的暴雨、雷暴等災(zāi)害性天氣。由于高原下墊面特性，高原低渦（特別是暖性低渦）的性質(zhì)及發(fā)生規(guī)律更接近于熱帶氣旋而不同于溫帶氣旋，這種現(xiàn)象在低渦發(fā)展初期尤為明顯。我們可用研究熱帶氣旋類低渦（TCLV ，Tropical Cyclone-Li

2、ke Vortices）的方法來研究這類暖性高原低渦。本文借鑒研究TCLV的方法，將暖性青藏高原低渦考慮為受加熱和摩擦強迫作用，且滿足熱成風(fēng)平衡的軸對稱渦旋系統(tǒng)。通過求解簡化的柱坐標系中的渦旋模式，得出地面熱源強迫作用下低渦的流函數(shù)、水平流場、水平散度場、垂直運動場及不穩(wěn)定增長率的解。用動力學(xué)分析方法重點研究了地面熱源對高原低渦流場結(jié)構(gòu)及發(fā)展的作用。高原低渦的動力學(xué)模型及其分析方法 2.1 動力學(xué)模型 動力學(xué)方程組： 高原低渦流場的上、下邊界條件： 2.2 分析方法用微擾法將2.1中得到的低渦動力學(xué)模型線性化?？傻檬艿孛鏌嵩磸娖群湍Σ翉娖鹊母咴蜏u的簡化方程組：相應(yīng)的邊界條件：3 地面熱源強迫

3、對低渦流場結(jié)構(gòu)及發(fā)展的作用3.1 高原低渦的流函數(shù) 3.2 低渦的水平散度場3.3 低渦的垂直流場3.4 低渦的發(fā)展 3.1 高原低渦的流函數(shù) 設(shè)地面加熱率 其中， 為熱源中心加熱率， 為熱源半徑。 和 是地面加熱在垂直方向和水平方向的分布參數(shù)，且 。 根據(jù)（14）式可得地面加熱隨高度和熱源半徑分布的示意圖（圖1、圖2）。 圖1 地面加熱率隨高度變化的示意圖 z圖2 地面加熱率隨熱源半徑變化的示意圖 r流函數(shù)解其中 , 3.2 對低渦水平散度場的作用地面熱源強迫下的低渦水平流場： 低渦的水平散度場：水平散度場物理意義的討論由（17）式右邊第一項：在 之間存在一臨界高度（動力變性高度） 。在臨界

4、高度之下，為水平輻合層；臨界高度處為無輻散層，臨界高度之上為水平輻散層。由（17）式右邊第二項：在靠近渦心的區(qū)域水平流場是輻散的，在遠離渦心的區(qū)域水平流場是輻合的。綜合后的結(jié)果靠近渦心的區(qū)域，在臨界高度之下，流場水平輻散。在臨界高度之上，流場水平輻合。遠離渦心的區(qū)域，水平散度隨高度的變化與靠近渦心的區(qū)域正好相反。 3.3 對低渦垂直流場的作用 垂直流場： 近地層垂直流場： 近地層垂直運動場 眼壁內(nèi)（靠近渦心）區(qū)域，近地層垂直運動為下沉運動，與水平散度場的分布對應(yīng)。眼壁外（遠離渦心）區(qū)域，有上升運動。 在近地層，低渦四周是一個上升環(huán)，而渦心為下沉運動。這在衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為低渦中心區(qū)域為無云區(qū)，即

5、高原低渦可具有類似于臺風(fēng)的眼結(jié)構(gòu)。 圖3 高原低渦流場垂直剖面示意圖3.4 對低渦發(fā)展的作用 低渦系統(tǒng)的不穩(wěn)定增長率： （20）式第一項表示地面加熱作用項， 第二項為摩擦作用項。當(dāng)?shù)孛婕訜嶙饔么笥谀Σ磷饔脮r，即 ，有利于低渦發(fā)展。 4 幾點結(jié)論 （1）地面熱源強迫有利于高原低渦的形成和發(fā)展，對高原低渦的流場結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢具有重要作用。 （2）高原低渦中存在一臨界高度，在渦心以外的區(qū)域，此高度之下為水平輻合場，此高度之上變?yōu)樗捷椛?，渦心區(qū)域的情形與此相反。高原地面加熱與低渦水平散度場有密切關(guān)系，地面加熱越強，水平散度就越大。 （3）在一定條件下，近地層中靠近渦心的區(qū)域流場為水平輻散，垂直運動為下沉運動，在衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為低渦中心區(qū)域為無云區(qū)，即高原低渦可具有類似于臺風(fēng)的眼結(jié)構(gòu)。（4）在地面加熱場中心與低渦環(huán)流場中心對應(yīng)的情況下，地面加熱對高原低渦的發(fā)展起促