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[硕士论文] 陈燕玲
大气物理学与大气环境 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar events,NBEs)是一类特殊的云内放电事件,因其能发出极强的甚低频/低频(Very Low-Frequency/Low-Frequency,VLF/LF)及高频/甚高频(High-Frequency/Very High-Frequency,HF/VHF)辐射被地面和太空观测到。NBE在诸多方面如时间孤立性、辐射强度及与雷暴对流的关系上表现出与普通闪电具有较大的差异性。本论文利用2014年8月江淮地区产生多个双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar Event,NBE)的多个雷暴,结合空基资料(TRMM卫星,全球红外云顶亮温(NCEP/CPC Global IR))和地基资料(闪电探测和多普勒雷达回波数据)分析了NBE与雷暴对流降水活动的关系,对多个雷暴个例产生的NBE孤立性及辐射强度同雷达回波的关系进行了详细的讨论;其次分析了NBE与普通闪电、30dBZ雷达回波最大高度的相关性。研究结论主要有以下几个方面:
  1、雷暴产生的NBE主要以正极性为主,负极性NBE仅占8%。正极性NBE主要位于8-16km之间,平均高度为12.17km,负极性NBE主要位于16-18km之间,平均高度为16.25km。NBE主要集中发生在5:00-13:00时段内;空间上NBE比普通闪电多聚集出现。
  2、分析NBE与雷达回波的关系,结果表明NBE主要聚集发生在个别雷暴核,不是所有雷暴核均能产生NBE。NBE主要位于雷达回波为35dBZ附近区域,在雷达剖面上NBE主要发生在大于15dBZ的雷达回波内。
  3、统计NBE、普通闪电事件活动对应的红外云顶温度发现NBE主要发生在云顶温度为210-220K的区域中,闪电主要发生在云顶温度为210-230K之间,云顶温度高于250K的区域闪电极少发生。
  4、通过分析NBE与30dBZ雷达回波最大发展高度及闪电频次的关系,发现NBE主要集中发生于闪电频次、30dBZ回波最大高度较高时期,且NBE与普通闪电频次的相关性强于NBE与30dBZ雷达回波最大高度的相关性。
  5、对NBE孤立性及VLF/LF波段辐射强度的分析表明大多数孤立NBE发生于雷暴发展期,位于15dBZ及以下的NBE以孤立为主,发生在普通闪电之后的NBE辐射强度最大。
  6、结合雷暴三个阶段,发现NBE主要产生于雷暴的发展、成熟阶段,消散阶段较少产生或无NBE发生。
[硕士论文] 刘文婷
气象学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:突发性强对流一直是中小尺度研究中的重点和难点。2014年10号台风Matmo登陆福建后,其北侧的雷达回波较弱,但在数小时后突发多条强对流雨带,给人们的生产生活造成重要影响。本文利用NCEP分析资料、地面加密自动站观测资料、自动站与CMORPH卫星融合降水资料等,通过天气学诊断分析方法,WRF数值模拟和资料同化技术,结合敏感性试验,对台风北侧3条强对流带的天气学背景和中尺度特征以及对流触发因子进行分析,揭示台风北侧弱回波区依次爆发强对流雨带的原因。
  研究发现3条对流雨带是在台风北部高湿环境下,持续的水汽通量辐合,明显对流不稳定和局部弱的条件对称不稳定环境下,由近地面辐合线在辐合稳定并加强后触发的。对流单体沿着辐合线爆发,和辐合线上的强辐合中心密切相关,低层强辐合强迫为暴雨的产生提供了动力上升条件。第一条对流带初始对流的产生与地形和锋面强迫有关,其后初始对流向东北方向发展,在台风环流偏东气流进入内陆后产生的风速辐合大值区内触发对流。辐合线1的产生和走向与海陆下垫面差异以及江苏和山东南部海岸线的曲率分布有关。随着第一条对流雨带的北移扩展,在其南侧产生了第二条辐合线。辐合线2的产生与第一条对流带南侧的冷出流以及台风北侧的偏东气流有关,冷出流风速的增大推动辐合线2向南移动,在中尺度湿斜压锋区触发了新对流。第二条对流雨带北移后,其南侧发展出辐合线3,辐合线3的产生与辐合线2相似。三条辐合线产生的地理位置接近,说明海陆差异的下垫面分布特征对辐合线分布有着重要影响。通过敏感性试验进一步表明,大别山影响着初始对流产生的位置和强度;海岸线的分布走向影响着辐合线的走向;第二和第三条对流带的形成与其北侧对流带的冷出流密切相关。
  对流雨带的模拟分析表明,三条对流雨带发展高度高,强辐合和上升运动推动着对流带的发展,低层因降水粒子产生而导致的下沉运动的扩散使得对流消散。三条对流雨带的云微物理结构特征有所不同。虽然3条对流带降水主要由霰和雪粒子融化以及雨水碰并云水增长形成,但由于对流带2和3的冷云部分存在冰晶效应,导致固态粒子含量增加,为这两条对流带的强降水提供了重要的支持。远离台风的降水具有冷型降水特征,登陆台风附近的强对流降水总体上具有冷型降水和暖型降水混合的特点,而台风附近的强对流由于冰晶效应而具有更强的降水效率。
[硕士论文] 高榕
结构工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:龙卷风是一种破坏力极大的局地强风,对人们的生命和财产可带来巨大伤亡和损失,近年来龙卷风的相关研究成为了国内外气象和风工程等领域的热门课题。在我国,风工程领域关于龙卷风的研究尚处于起步阶段,实测、理论、实验、模拟、灾后调查、概率统计等方法的研究齐头并进,共同推进着学界对龙卷风的理解。
  美国、日本等发达国家均已建立了各自的龙卷风数据库,涵盖了龙卷风年频率、持续时间、灾害路径长宽等信息,这些重要的信息为了解龙卷风特性和基于概率的龙卷风风险分析奠定了基础。我国目前尚缺少相关数据库。本文首先根据《中国气象灾害年鉴》统计了2004-2015年间年鉴中所有龙卷风灾害信息,初步建立了中国龙卷风数据库。基于该数据库,明确了我国龙卷风的致灾特性和灾情损失情况;分析了12年间中国龙卷风在全国、省、市层级上的空间分布特性,和在年、月、日层级上龙卷风的时间分布特性;建立了龙卷风的年频率概率密度分布和持续时间的概率密度分布,调查了龙卷风的路径长宽分布特性;最终结合美日的龙卷风数据库,对风工程领域中国龙卷风数据库的进一步发展提出了建议。
  在宏观理解中国龙卷风特性的基础上,作者对2015-2016年间一场台风(引发了伴生龙卷风)及三场致灾严重的龙卷风进行了灾后调研,对气象特征、灾害详情、公用建筑、工业建筑和民用建筑和其他类型受损物的损坏情况和抗风性能进行了分析。根据灾害指示物的受损情况,计算反推出了等效风速,并且将计算结果与用美日龙卷风标准估算的风速进行了对比,研究了美国与日本两国的龙卷风强度评估标准在我国的适用情况,明确了我国龙卷风强度等级建立的必要性。
  本文关于中国龙卷风数据库的初步建立、龙卷风特性参数统计分析和灾后调研是基于概率的中国龙卷风风险分析和中国龙卷风评级标准制定这两项重要工作的基础。
[硕士论文] 薛利成
物理电子学 浙江师范大学 2018(学位年度)
摘要:热带气旋(Tropical Cyclone,TC)是一个生成于热带或副热带海洋面上强烈的天气系统。将TC中心实时准确地定位出来对TC的监测和预报来说都是一件十分重要的事情,就比如TC中心位置是TC强度估计中一个十分重要的参数。红外卫星图像由于其拥有较高的时间分辨率和较广的区域覆盖面,是目前获取TC位置最可靠的来源之一。故本文基于静止红外卫星云图分别提出三种热带气旋客观定位方法;红外亮温方差方法、基于小波变换结合显著性检测分割的热带气旋客观定位方法和红外亮温偏差角梯度分布均匀性(Deviation Angle gradient distribution uniformity,DAGDU)方法。将所提出的三种方法的的定位结果位置分别与中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)、日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)和美国台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)的最佳路径位置进行对比分析。本文完成工作主要可以分成以下三部分;
  (1)基于红外亮温方差方法的TC客观定位。首先从红外云图中截取目标感兴区域,分别用Bezier直方图和K均值聚类分割算法分割上一步得到的目标感兴区域获得二幅分割后的二值图像。用直方图分割的主要目的是为了将TC主体云系从感兴区域分割出来,而均值聚类分割则是为了将感兴区域中梯度值大的区域分割出来。将这两幅二值图像进行相与操作就可以得到感兴区域中仅含梯度值大且在主体云系中的区域。为了减少计算量用Hough变换得到检测区域。最后为了从检测区域中找到一个适合的TC中心,便将检测区域中每个点都当一回参考中心得到一个偏差角矩阵,最终求得每个偏差角矩阵的方差值组成方差矩阵,方差矩阵中值最小的位置即本方法的定位结果。将这一定位结果与三国最佳路径位置进行比较和分析。
  (2)基于小波变换结合显著性检测分割的热带气旋客观定位方法。在第(1)项工作的基础上,将其中的Bezier直方图分割法和K均值聚类方法分别用显著性检测分割算法和小波变换图像分割算法进行替换。将Hough变换得到的检测区域替换成用显著性检测分割算法得到的检测区域。结果表明了有眼TC的定位效果优于无眼TC,与JTWC的偏差大,其他两个较小。再与红外亮温方差方法的定位结果进行比较,得出直方图分割结合均值聚类的分割方法优于小波变换结合显著性检测的分割方法的结论。
  (3)基于红外亮温偏差角梯度分布均匀性的热带气旋客观定位方法。在不改变Bezier直方图和K均值聚类分割方法的前提下,从偏差角方差这个角度出发类比灰度共生矩阵能量的形式将其改写成偏差角梯度分布均匀性,这个变量可以同时反映矩阵中偏差角分布均匀程度和纹理粗细程度。以检测区域中每个像素点为参考中心依次计算得到偏差角矩阵及对应偏差角分布梯度分布均匀性(DAGDU)值,构建DAGDU矩阵。矩阵中值最大的位置即为本方法定位结果。结果同样表明了有眼TC的定位效果优于无眼TC,与JTWC的偏差大,其他两个较小。再与红外亮温方差方法的定位结果进行比较得出DAGDU优于偏差角方差。再选取三个不同强度的TC个例运用本方法进行TC中心定位,将定位结果分别与CMA、JMA和JTWC的最佳路径位置进行比较。结果表明了TC强度越强,定位偏差越小。
[硕士论文] 齐晴
港口、海岸及近海工程 大连海洋大学 2017(学位年度)
摘要:台风是破坏力极强的海洋天气系统,对海上交通运输、海洋工程、海岸工程、水产养殖业等造成了严重的破坏,造成巨大的经济损失,甚至带来人员伤亡。深入了解台风的致灾特性及对台风风险进行准确评估尤为重要。台风的风场模型是台风风险分析模型中的重要组成部分。因此,精度较高的台风风场模型,对于有效评估台风风险,对于海岸工程防灾减灾,对于合理规划沿海经济建设具有重要意义。
  随着中国经济的快速发展,台风过程对沿海区域的灾害性影响,对区域经济发展的破坏逐渐凸显。我国关于台风风场的研究虽然起步较晚,但近些年,对台风风场模拟的研究取得了重要的进展,对台风场的模拟精度,提出了新的要求。本文首先提出了几种梯度风台风场模型以及移动风场,并针对八场实际的台风通过不同梯度风台风场模型模拟与实测风速进行对比分析,发现Holland梯度风台风场模型在数值上拟合结果较好。但是由于实际的台风云图是螺线型,梯度风场的基本假设无法准确描述台风螺线轨迹流场,Holland梯度风台风场模型存在一定的近似。同时,在Holland风场模型中,有一个气压剖面参数B,Holland气压剖面参数B对台风风场模型的模拟精度具有重要影响。目前,有两种方法可以获取参数B,但还没有用理论依据确定中国近海地区Holland参数B。为了提供精度更高的风场模型,本文基于对数螺线轨迹台风场模型,并参考其求解Holland参数B的新方法,着重讨论了。影响参数B的因素包括最大风速半径、海表拖曳系数、空气表面层厚度以及台风所处纬度。分析表明,Holland参数B与最大风速半径、拖曳系数和纬度呈负相关,与表面层厚度呈正相关。最后,通过不同的B值经验公式和基于螺线轨迹台风场模型得到的公式,分别求解出参数B值,用来模拟八场实际的台风,与实测风速进行对比分析,验证了对数螺线轨迹台风场模型具有较好的适用性。
[硕士论文] 陈俊
地理学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文采取中国气象局整编的2000-2014年共15年台风资料,统计分析得出台风路径大体有四类:西移路径、西北路径、转向路径、特殊路径,并依据这四类台风路径对这15年台风归类和分析。针对地形影响较大的转向路径台风,选取对我国影响较大的1410号台风“麦德姆”为研究个例,“麦德姆”台风受台湾中央山脉地形影响,在其强度快速减弱的阶段,出现了较大的暴雨增幅。数值模式的设计上,本文考虑了模式自身的陆面参数化方案和地形分辨率对“麦德姆”台风模拟的影响,选取了Thermal diffusion scheme(热量传播方案)、Unified Noah land-surface model、RUC land-surface model、Pleim-Xiu Land Surface Model等四种陆面参数化方案,以及对5m、2m、30s的地形分辨率数值模拟结果进行比较分析,得出较合适的数值模拟方案。最后,利用WRF模式,针对台湾中央山脉局部地形,设计精细化地形试验,数值研究了“麦德姆”台风登陆台湾前后台湾岛地形对其路径、强度及风雨分布的影响。研究结果表明:真实地形能相对较好地模拟和再现“麦德姆”台风的演变过程;台湾中央山脉地形对登岛“麦德姆”台风的路径有重要的影响,较低的台湾地形试验导致台风路径向西南偏转,而较高的台湾地形则导致台风路径向东北偏转,地形高度改变的程度与路径偏转程度成正相关,地形高度改变所导致阻挡效应及台风环流与大尺度环流的相互作用是导致路径偏转的主要原因;台湾地形高度的改变对台风强度有明显的影响,增加或减少台湾地形高度,都会使台风强度有所减弱,这与地形变化引起的动力狭管效应、云水物质分布及外围云带的对流运动有关;台湾地形影响“麦德姆”台风降水的机制更为复杂,其不仅与地形引发的台风强度及结构变化有关,更与地形引起的眼区对流活动和螺旋云带及外围云系的时空分布有关。
[硕士论文] 王迪
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文首先利用国家气候中心提供的160站温度资料计算了初夏东北冷涡指数(NECVI,North-East Cold Vortex Index)。通过Mann-Kendall,经验正交分解,相关分析等方法,分析其存在年代际,年际的变化,与欧亚大陆地表热力因子进行相关性计算发现其与西亚地表热力因子(地面2m气温;地表气温;第三层土壤温度)成明显负相关关系。然后分析了二者之间在两个时间尺度上的可能机制,还简要分析了西亚地表热力因子异常升高的可能原因。结果表明:
  (1)1979-2015年间初夏东北冷涡强度具有明显的年代际变化特征,2000年之前,冷涡活动总体偏强。1979-1999年第一时段内6月500hPa的环流背景场,有利于偏强东北冷涡活动,后一时段不利于我国东北冷涡活动。春季西亚地表热力因子在1999年前后发生了明显的转变,1999年前偏冷,之后表现为明显的增暖;地表热力异常的年代际变化与NECVI的变化有很好的对应关系。西亚地表异常偏冷阶段,对应东北冷涡强度偏强,反之亦然。西亚地表热力因子影响东北冷涡强度年代际变化的可能过程为:春季西亚地表热力因子升高,使对流层从低层至高层整层位势高度场增加,高空波动中心加强,波动沿西风急流向东亚地区传输至我国东北地区的南部。初夏,波动向我国东北地区传输,影响东北冷涡强度,进而使冷涡强度在年代际尺度上发生变化。
  (2)1979-2015年间初夏东北冷涡强度具有明显的年际变化特征,存在一定的周期性振荡。将初夏冷涡年际变化情况与春季欧亚大陆地表热力因子进行相关性分析时发现,春季西亚地区地表热力因子与初夏NECVI仍然存在明显的负相关关系,与年代际尺度分布情况相似。大陆在年际尺度上影响初夏NECVI的过程与年代际时间尺度上的影响机制基本一致,但年际尺度上二者在可能机制的关联程度上表现得更加明显。
  (3)春季地表热力因子的时间系数与同期的降水,土壤湿度,潜热呈现负相关关系,而与同期的感热成正相关关系,我们认为由于春季降水减少导致土壤湿度减少,使得蒸发产生的潜热减少,从而使地表升温成为热源,感热增多。降水减少,土壤湿度降低,蒸发减弱,上空的云量也有所下降,导致地表接收太阳净短波辐射增加,使得地表热力因子异常升高。
[硕士论文] 符彩芳
气候系统与气候变化 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:1979-2012年西北太平洋存在70个形成于0°-5°N的低纬度地区的热带气旋(TC),占TC总量的8%,其中达到台风等级的个数占64%。而针对此类缺少一定科氏力作用而形成的罕见TC生成的研究相对较少。本文利用JTWC的TC最佳观测资料、ERA-Interim再分析资料,以及NOAA-OISST海温资料,以西北太平洋近赤道TC为研究对象,统计诊断了其年际、年代际、季节分布特征,分析了其大尺度环境背景场。重点探讨了近赤道TC与总TC季节分布特征相反的产生原因,以及近赤道TC生成前的天气尺度扰动场的分类与演变。研究结果如下。GPI
  近赤道TC具有明显的年际与年代际变化,并且近赤道TC具有与西北太平洋总TC恰好相反的季节变化。近赤道TC生成的大尺度环境背景场是东北冬季风与其在近赤道地区偏转形成的西北风之间的气旋性环流。对流层低层的绝对涡度动力项与对流层中层的湿度热量项是近赤道TC生成的主要贡献因子,并且相对于5°-10°N生成的TC,近赤道TC对对流层低层的正涡度与对流层中层的湿度条件的要求更高。
  对于生成在西北太平洋的TC,活跃季(8-9月)的近赤道TC生成频率最小(平均每月生成2个TC),而在不活跃季(12-5月),近赤道TC生成频率最大(平均每月生成7个TC)。结果表明,近赤道区域大气低层绝对涡度的显著增加对近赤道TC频率的增加有显著的贡献。尽管减弱(增强)的VWS会对近赤道TC生成区域东部(西部)产生正(负)影响,但是由于同时包括了正负影响,所以VWS因子的平均贡献相对较小。
  西北太平洋近赤道TC生成的大尺度环流背景场和天气尺度扰动场与西北太平洋台风季中TC生成的大尺度环流背景场和天气尺度扰动场有所不同。西北太平洋冬半年的近赤道气旋性涡度为近赤道TC的生成提供了有利的大尺度环境场,且大部分近赤道TC生成与此气旋性涡度中心附近。西北太平洋近赤道TC的天气尺度扰动场可以分为西传型(westward propagation type)、东传型(eastward propagation type)、越赤道北传型(cross-equatorial northward propagation type),与传播缓慢型(slowly propagation type)。西传型的天气尺度扰动最多,主要包含西传的东风波与西北方向传播的天气尺度波列。越赤道北传型的天气尺度扰动生成于南半球,在大尺度气旋环流东南部的越赤道西南气流的引导下北传发展成TC。东传型具有东西两个不同强度的大尺度气旋性背景环流,天气尺度扰动在两个环流之间形成,后东传至东部环流中心附近发展成TC。传播缓慢型TC最少,主要产生于大尺度气旋性环流中心附近,围绕大尺度环流中心传播较慢。
[硕士论文] 徐梦婷
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:季风涡旋是热带气旋(TC)生成的重要途径,季风涡旋与TC的相互作用会引起TC路径的突变。使用CMA热带气旋最佳路径数据集、NCEP/FNL全球分析资料,选取2000-10年的29个TC个例,将其按照路径特征分为北折和西行两类,进而简单地统计分析了两类TC的强度特征以及其相关的季风涡旋结构。
  利用新一代非静力平衡中尺度数值模式WRF_ARW(V3.3.1)模拟季风涡旋中TC生成的过程。从动力和热力作用两方面分析大尺度季风涡旋对TC生成的影响。结果表明:从动力学角度来看,能提供较大环境场涡度的季风涡旋不利于扰动涡旋快速发展成TC。初始阶段,由于季风涡旋尺度大,垂直涡度径向梯度弱。而垂直涡度径向梯度的强弱可以通过“涡度隔离效应”影响对流单体向涡旋中心的聚集合并过程。随着扰动的组织化,径向入流对涡度的平流作用越来越重要。从热力学角度来说,较大的环境场相对湿度有利于TC的生成。
  通过改变季风涡旋的垂直结构,模拟季风涡旋的强度对TC路径突变的影响。通过诊断分析北折、西北行两种类型的TC,发现TC与季风涡旋相互作用的过程中存在“藤原效应”,台风中心与季风涡旋中心会互相打转,并且慢慢靠近。北折TC的中心会与季风涡旋中心重合,再分离,而西北行TC的中心则不会重合。季风涡旋对称环流能够改变非对称引导气流的方向。北折TC中,初始阶段季风涡旋的气旋性环流更强,这会使得非对称引导气流的方向更偏西,有利于TC更快地向西移动。而随着两个涡旋中心的不断靠近,甚至重合,涡旋结构对称化加强,会减弱向西的非对称引导气流,从而使得TC向西移动减弱。此外,北折TC中心与季风涡旋中心的重合,会加强东南象限的Rossby能量频散,促使南风分量增强,从而有利于路径向北突变。
[硕士论文] 蔡敏敏
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文通过中尺度数值模式WRF ARW,利用2km的高分辨率数值模式资料对台风“珍珠”螺旋雨带结构以及其发展机制进行了研究讨论。验证结果表明,模式很好地再现了台风的路径,强度和基本结构。台风“珍珠”的螺旋雨带可以分为四类:主要雨带,次级雨带,远雨带和内雨带。主要雨带相对台风中心准静止,呈现1波特征。次级雨带位于主要雨带径向内侧,围绕台风中心运动。主要雨带和次级雨带在径向方向上随着高度向外倾斜。远雨带位于主要雨带径向外侧,低层存在冷池,内部对流较深厚,径向方向上随着高度向内倾斜。内雨带仅仅存在于台风眼壁外侧,围绕台风中心做切向运动的同时还做径向向外运动,其随着高度倾斜程度并不清楚。
  台风“珍珠”中螺旋雨带由对流单体组成,这些对流单体在不同螺旋雨带中形态结构也有所差别。在主要雨带和次级雨带逆风区,对流单体主要是切向排列的正负涡度对,远雨带逆风区中对流单体是径向排列的带状正负涡度对,而在内雨带中几乎没有负涡度。随着对流运动过程中,所有雨带中的对流单体汇入台风中心。通过涡度收支方程定量分析发现,在对流单体运动过程中,主要通过水平涡度倾斜为垂直涡度和上升运动拉伸垂直涡度两种方式得到发展。
  对于螺旋雨带中内雨带的发展机制,发现内雨带的发展和重力波以及涡旋Rossby波都没有明确关系,可能是和眼壁产生的对流有关。
[硕士论文] 胡派
气候系统与气候变化 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要选取了南印度洋1980-2014年12-4月的热带气旋(TC)资料,全球海表温度(SST)以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过运用最新发展的统计-动力诊断分析方法——广义平衡反馈分析(GEFA),诊断显著影响南印度洋TC生成频数气候变率的海表温度异常(SSTA)模态,并研究了关键SSTA模态对南印度洋TC生成频数变化的强迫作用及其影响机制;通过对比分析南印度洋TC生成频数对各相关SSTA模态的多元线性回归、EFA以及GEFA反馈响应特征,探讨各SSTA模的线性相互作用及其对南印度洋TC生成频数变率的调制作用。主要结论如下:
  (1)GEFA诊断结果显示,南印度洋TC生成频数对北太平洋第一模态(NP1)和热带大西洋第二模态(TA2)有显著响应,响应振幅分别为0.67和0.49个TC。当NP1出现类似于太平洋年代际振荡(PDO)的正位相时,850hPa相对涡度在15°S附近的印度洋海域上有一个自西向东的显著正异常响应带,垂直风切变在马达加斯加以东的大部分海域都表现为显著的负异常响应,600hPa相对湿度在马达加斯加以东的部分海域表现为显著的正异常响应;当TA2的时间系数为正异常时,850hPa相对涡度和600hPa相对湿度在澳大利亚的西北部印度洋海域表现为显著的正响应,垂直风切变在澳大利亚的西北部印度洋海域表现为显著的负响应。
  (2)南印度洋TC频数异常多年和多年代时,850hPa相对涡度以及600hPa相对湿度在马达加斯加以东海域都为正响应值,200hPa-850hPa垂直风切变在整个南印度洋海域都为负响应值,提供了有利于南印度洋TC生成的环境场。
  (3)对比GEFA和EFA结果发现,北太平洋第二模态(NP2)和南大西洋第二模态(SA2)对南印度洋TC生成的强迫作用受其它海盆的影响较大;对比GEFA和多元回归结果发现,热带印度洋第一模态(TIO1)大气的内变化较强,该地区SSTA对大气的强迫作用相对于大气对SST的反馈作用要弱。
[硕士论文] 刘爽
大气科学·气象学 兰州大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)提供的FNL(Final Analyses)1o×1o分辨率、时间间隔为6h的再分析格点资料,结合可用的观测资料和WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式的高分辨率数值模拟结果,对2016年5月2-4日发生在东亚近海岸的强爆发性气旋(中心气压加深率大于2.0贝吉隆)的形成和发展过程进行了详尽地描述,同时对其形成机制进行了详细研究。并且在此基础上总结分析了北半球2015年10月至2016年9月期间爆发性气旋的时空分布特征。
  对2016年5月发生在东亚近海岸的强爆发性气旋形成机制的研究结果表明,气旋在发展过程中,200hPa上高空急流与冷锋前暖平流及系统前部正涡度平流的作用均能引起高空大气产生强辐散,从而促使低空减压产生强辐合,加强了气旋附近的上升运动,为气旋爆发性发展提供有利的动力条件。冷锋前后的冷暖平流增强,加大了冷锋前后的温度梯度,促使锋区斜压性增大。对流层顶附近大气减压、等压面升高,产生强辐散,促进高低空大气之间抽吸作用的增强,低层大气辐合加剧,水平风涡度加大,气旋爆发性发展。气旋前部偏南急流与水汽通量轴及水汽通量辐合区叠加,为暴雨天气提供了充足的水汽。暖湿气流沿冷锋向上爬升,使中空大气斜压性增强,低压系统发展,地面气旋受干冷空气入侵强度减弱。高低空低压系统强度发展不一致,导致系统在中空产生断裂,高低空低压系统脱离,地面气旋被冷空气占据,填塞消亡。能量锋区南北两侧次级环流的存在与强降水的产生密切相关。偏南气流沿能量锋区爬升,使气旋中心附近上升运动增强,促进高空闭合环流的发展。次级环流强迫产生的南向的气流与气旋北侧低空的下沉气流产生辐合抬升,使气旋偏北一侧上升运动增强,生成狭窄的能量锋区,从而引起强降水。WRF3.3.1模式合理地再现了此爆发性气旋的发生发展过程。对300hPa和700hPa高低空急流的演变,气旋爆发前后急流核的传播方向,以及700hPa上相对湿度场特征及演变过程,模式都有很好的模拟,只在强度和位置上略有偏差。
  对北半球的爆发性气旋的统计分析结果表明,3月是爆发性气旋发生发展的高峰月,冬季爆发性气旋的强度要强于其他季节,随着强度增加,爆发性气旋发生的次数越来越少;两大洋的西海岸为爆发性气旋发生的主要区域,太平洋发生爆发性气旋的频率要高于大西洋,并且在纬向性分布上太平洋爆发性气旋的发生区域相较大西洋约偏南10个纬度;阿留申地区没有爆发性气旋发生,格陵兰-冰岛有弱的爆发性气旋出现。
[硕士论文] 程源清
计算机技术 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文所做的主要工作是对西北太平洋热带气旋移动路径的快速预测。西北太平洋热带气旋是影响我国东南沿海地区的主要灾害性天气系统之一,因而能够快速而准确地预测热带气旋移动路径对于我海军舰船及时规避台风保证航行安全具有重要意义。
  热带气旋的移动路径是受到多种因素影响的,但是相似的气旋路径能在一定程度上反映影响气旋移动路径的各类因素的相似性,所以可以据此使用路径相似的历史气旋来预测当前气旋的移动路径。
  本文将空间相似理论和ArcGIS系统的空间分析功能相结合,使用1949年以来的西北太平洋热带气旋历史路径数据和当前热带气旋路径数据进行空间相似性分析。
  现有的利用相似路径预测当前气旋移动路径的方法包括最邻近距离提取法、关键点相似度法、面积指数法、Hausdorff距离法等,但这些方法存在计算量大、使用条件严格、求解面积难度大、不适用于曲线判断等问题,在实际应用中会遇到一些问题。本文引入弗雷歇距离(Fréchet Distance)来度量气旋路径的空间相似性,但是弗雷歇距离判断空间相似性的结果受气旋路径上个别异常位置点影响较大,因此本文对其做出了改进,创建了一种名为“端点间最短平均距离法”的方法使之能够更好的度量气旋路径的空间相似性,经运行检测,该系统具有运算时间复杂度低、环境适用性强、条件设置灵活多样等优点,并在多数情况下具有较好的预测准确度。
  本文的完成的主要工作如下:
  以上海台风研究所发布的1949-2014年 CMA-STI西北太平洋热带气旋最佳路径数据集为基础,建立热带气旋信息数据库。
  使用ArcGIS的空间分析功能,对当前气旋路径采用叠置分析和缓冲区分析搜索历史气旋路径,然后使用端点间最短平均距离法求出各个历史气旋和当前气旋之间的空间相似度,之后通过计算各个相似的历史气旋在之后24、48小时内的移速、移向数据,结合空间相似度权重,来计算当前热带气旋在未来24、48小时后的位置点坐标。
  论文最后利用历史数据对当前气旋24、48小时后的预测结果进行验证,验证结果表明预测准确度可以满足海上应急气象保障需求。
[硕士论文] 谢佩妍
气象信息技术 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:西北太平洋热带气旋是影响我国的主要气象灾害之一,其路径研究一直是气象学界的热点问题,但是对路径进行细致、客观的分类并对机理与特征进一步的研究相对较少。基于数据挖掘技术与TC路径、气候环流形势数据集,不仅能发现不同气候状态下TC路径的变化规律,还能提高对突发性天气的防御能力,减少灾害带来的损失。因此,本文主要利用STI整编的1951-2015年6-11月西北太平洋的TC路径数据集、NCEP/NCAR每6h间隔与月平均的2.5°×2.5°再分析资料、HadISST月平均SST等资料,采用FMM算法、季节EOF等方法,分析了在ENSO发展年、衰减年TC路径的变化规律,以及登陆我国TC不同路径发生发展的规律、源地与消亡阶段的特征,研究成果从以下三个方面进行说明:
  (1)本研究发现运用FMM算法将西北太平洋TC路径分为七类、将登陆我国TC路径分为三类时结果较为合理,验证了聚类算法对TC路径聚类相对客观的科学性。
  (2)通过对ENSO不同位相下TC路径的变化规律进行探讨,验证了ENSO事件对西北太平洋地区的TC生成地、强度等有不同程度的影响,进而也引起了路径的变化:El Nino发展年,第六类路径(西北太平洋东南海域生成、琉球群岛附近转折型)最为活跃;El Nino衰减年,第二类路径(南海西移型)居多;LaNina发展年,第七类路径(距吕宋岛1900km生成、距台湾岛1500km转折并于阿拉斯加湾附近消亡型)占比最大;La Nina衰减年,第三类路径(菲律宾生成、我国沿海转折型)活动最频繁。
  (3)利用FMM算法对1951-2012年夏秋季(6-11月)登陆我国的TC路径进行聚类,聚为三类时最为合理,且与传统分类结果较为吻合,即有三种类型:第一类近似登陆转向型,第二类近似登陆西移型,第三类近似登陆西北型。在夏季,第一类与第二类出现的频次高于第三类,在秋季尤其是11月份,这两类TC鲜少活动,而第三类在秋季时出现频次最高。第一类生成、消亡时辐合程度最强且副高脊线西伸脊点位置偏北,第二类消亡时低层辐合最弱且位置偏西,第三类生成时纬向风垂直切变最强且位置偏东南。
  以上工作与结论不仅丰富了热带气旋路径领域的研究,也为气候诊断提供参考以及数据挖掘和气象领域的科研问题提供了新思路。
[硕士论文] 李东峰
力学·工程力学 兰州大学 2017(学位年度)
摘要:随着人们对沙尘暴研究的日益深入,沙尘暴中电场的存在逐渐得到广泛认可,并且作为新兴的研究领域,逐渐得到学者们的重视。目前对风沙电场的研究工作主要还局限于近地表附近。对更高处的风沙电场认知仍十分模糊。为了弄清楚沙尘暴中垂向电场的空间演化规律,本文在QLOA(Qingtu Lake Observation Array)进行了一系列的野外观测工作。相比于其他的野外观测实验,本文实验特点主要在于:1)多因素测量:本论文除测量电场强度外,还测量了三维风速、粉尘浓度以及环境温度。并将多种因素进行综合分析。2)实时高频测量:本论文实验所用的所有仪器均使用SPC(沙粒数计数设备)时间进行计时,以确保实验数据的同步性。三维风速以及温度测量频率达到50Hz,沙尘浓度和电场强度测量频率达到1Hz。3)测量高度以及空间分辨率高:测量实验将高度提升到了30m,三维风速和环境温度测量高度11个,PM10浓度测量高度12个,垂向电场强度测量高度24个(空间分辨率达到了1m),为研究垂向电场强度空间分布规律以及其与风速和沙尘浓度空间分布规律的关联提供了保证。4)测量周期长:本论文观测实验为期约3个月,观测到的沙尘天气20余场,使得实验数据较为全面,提高了实验结果的可靠性。
  通过对实验结果的研究分析,本论文得到的主要结论如下:1)验证了沙尘暴中垂向电场的分层现象确实存在,给出了其高度廓线以及两个较为明显的两个方向转变的临界高度,并且发现上升下降期分层结构依然存在,只是强度小于稳定期。2)将垂向电场与粉尘浓度进行对比研究,发现垂向电场的分层现象可能是由于沙尘浓度空间变化趋势分层造成的。3)将垂向电场与风速以及温度进行了对比研究,表明在风速在0.3m/s~0.35m/s范围,垂向电场大小主要由沙尘颗粒荷质比所主导。0.2m/s~0.3m/s以及0.35m/s~0.5m/s范围主要由沙尘浓度主导。大气温度对不同高度处的垂向电场的定量上的影响是一致的,即随温度增加,垂向电场强度增大。
[硕士论文] 刘煜麟
建筑与土木工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:台风灾害是我国东南沿海城市主要的自然灾害之一,它发生频率高,破坏力强。因此在对我国东南沿海地区进行建筑结构设计时,风荷载是主要的控制荷载,其取值主要取决于当地的基本设计风速大小,而基本设计风速的取值依赖于长期准确的台风观测资料。由于现存的历史台风观测数据质量不高,因此基于一定的风场模型采用数值模拟的方法模拟台风路径和风场进而推算基本设计风速成为主要方法。
  风场计算模型主要分为动力学模型和经验参数模型,国内对经验参数模型研究较少,本文主要研究了风场经验参数模型中包括粗糙度调整参数,径向调整参数,风场不对称调整参数,梯度高度调整参数等参数的具体取值方法,确定了适于我国东南沿海地区的台风风场计算参数模型。并基于该风场模型对厦门地区进行基本风速推算。
  在进行计算点的台风基本设计风速推算时,通过作模拟圆的方法选取对计算点影响较大的历史台风关键参数作为样本,分析了台风关键参数中的台风年发生率、台风中心移动速度、最大风速半径、台风移动方位角和台风中心气压差等参数的最优概率分布模型。采用蒙特卡罗模拟随机模拟了该模拟圆内100年的台风,基于参数模型计算了极值风速序列,进而采用极值分布推算了厦门市不同重现期下的设计风速。
[博士论文] 张欢
力学·工程力学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:沙尘带电现象普遍存在于风沙运动之中,其对沙尘颗粒从地表的起动和沙尘颗粒的输运等有显著的影响。所以,对风沙电现象的研究有助于人们更加深刻地认识风沙运动的物理规律和准确地预报沙尘天气。但是,到目前为止人们对于沙尘颗粒的带电性质以及风沙电场的定量规律等都不是十分的清楚。为了解决风沙电领域中存在的一些关键问题,本论文进行了一系列的工作,包含了跃移沙粒荷质比和三维电场的野外观测、跃移沙粒荷质比的数值模拟以及沙尘暴内外部电场的理论模型。首先,与已有的野外观测相比,本论文实验主要的创新点在于:1)采用了精度更高的荷质比测量系统和风沙电场仪VREFM;2)野外观测的测量高度达到了30m,并且进行了多个物理量的实时同步观测,包含了三维风速、环境温度、悬移粉尘浓度、三维电场强度、跃移沙粒荷质比、跃移沙粒数浓度和悬移粉尘的粒径分布。其次,与已有的风沙跃移数值模型相比,本论文数值模型主要的改进在于:1)考虑了沙尘颗粒之间碰撞的动力学过程和带电过程,并且包含了冲击速度对颗粒之间电荷转移过程的影响;2)将地表处理为一个由混合粒径沙尘颗粒组成的沙床,而不是一个无限大的平面。最后,本论文建立了一个简化的预测沙尘暴内外部电场的理论模型,其中悬移粉尘的荷质比是基于实验测量的电场强度和粉尘浓度通过反演得到。
  通过野外观测和更加完善的数值模拟,本论文主要结果如下:1)揭示了单颗沙粒荷质比服从正态概率分布,以及其概率密度函数与高度、风速和沙样的粒径分布之间的关系;2)揭示了沙尘暴电场的高度廓线,即随着高度是非单调的并且会发生方向的翻转,而且基于电场和粉尘的观测数据本论文反演得到悬移粉尘的电荷结构为负-正-负;3)建立了沙尘暴内外部电场的理论模型,并且通过理论和实验证实了基于电场监测的沙尘暴预警方法是可行的。最后,本论文提出了近地表电场观测列阵的沙尘暴预警方案,其必须建立在当地沙尘暴观测数据的基础之上。
[硕士论文] 李斯文
软件工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:随着信息化在气象事业的快速发展,越来越多的气象仪器在日常的预报预警业务中得到应用,同时产生了大量的相关业务数据;防雷业务在气象部门主导下也得到了快速的发展,各种各样的业务需求也应运而生。但是,如何有效把相关防雷数据和业务结合使用,产生更好的服务和社会效益是我们要考虑的问题,因此,雷电综合业务平台的设计与实现在这种需求背景下产生。作为公益事业的气象服务事业,随着社会技术的快速发展,相关的对雷电灾害的业务服务需求也呈现多元化,比如电力部门,石化行业,通信企业等对雷电预警有强烈的需求;遭受雷击的项目现场需要闪电定位仪的闪电具体区间资料来配合调查等等。防雷部门迫切需要一个综合业务平台来管理当前业务,科学合理的服务社会,服务群众,利用科学的气象资料加以说明,达到服务准确性,科学性,合理性。
  本文在绪论里介绍雷电灾害造成的影响和课题研究的背景和意义,引出国内外研究的现状,然后课题涉及到的相关理论和关键技术进行了阐述,重点介绍了目前气象部门防雷相关仪器设备技术和结合闪电资料进行日常防雷综合业务的具体方法以及平台数据存储数据库的ADO技术。接着对综合业务平台的需求进行了详细分析从总体到具体模块一一分析,并对课题涉及的系统数据库的设计和需求ER图进行了详细介绍,以平台数据库为基础对系统平台的逻辑设计、模块设计进行阐述。
  作为气象部门的防雷业务,有日常工作的常规防雷检测,申报项目的雷电灾害风险评估,针对设计图纸的图纸审核工作和跟踪、竣工验收的防护保障工作等具体业务,结合日常业务对平台进行设计和实现,并加以界面展示和具体代码实现。最后对业务平台进行了总结和展望,对业务平台进行了功能和需求的总结,对平台后续开发和设计进行展望。
[硕士论文] 刘尊驰
农业生物环境与能源工程 石河子大学 2016(学位年度)
摘要:沙尘天气(特强沙尘暴、强沙尘暴、沙尘暴、扬沙、浮尘)是一种灾害性天气,因其破坏力强和影响范围广等特点,不仅给人民生活与生产带来极大影响,同时对生态环境和气候变化也产生巨大危害。沙尘天气的发生与发展是沙尘灾害产生的关键点,深入剖析沙尘天气的时空分布特征和传输路径差异,可确定沙尘的来源、影响区域和范围,对降低沙尘危害和区域尺度上防风固沙体的构建有重要理论价值和实践意义。
  本文以世界沙尘天气的高发区—南疆为例,根据盆地的地形地貌将研究区划分为北部(库车、阿克苏、库尔勒)、南部(和田、于田、民丰)、东部(若羌、且末)、西部(喀什、巴楚、莎车)和中部(塔中)五个分区,基于地面沙尘天气监测数据和HYSPLIT模式,定量分析了2005-2014年五个分区各月(沙尘天气发生的3-11月)不同沙尘天气强度(沙尘暴、扬沙、浮尘和总沙尘天气)的时空变化特征、气流和沙尘的传输路径差异及不同区域沙尘天气的影响范围。
  研究表明:
  1)不同分区总沙尘天气由高到低为:中部(塔中)>南部(和田、于田、民丰)>西部(喀什、巴楚、莎车)>东部(若羌与且末)>北部(库车、阿克苏、库尔勒),同一分区内不同地区间的差异相对较小;各分区间不同沙尘天气强度有较大差异,南部沙尘暴和浮尘天气发生频次最高,中部扬沙天气发生次数极高。
  2)各分区随月份的增加,总沙尘日数均呈下降趋势,并表现出一致的季节性变化,中部和南部在春夏季差异较小,而其他分区主要发生在春季。不同季节不同沙尘天气强度随年份(2005-2014)的增加,各分区表现出不同的变化趋势,总沙尘天气和浮尘日数在秋季呈增加趋势(除中部和北部下降);扬沙在东部春秋季和南部春夏秋季有增加趋势,其他均为降低趋势;沙尘暴随年份的增加而降低。
  3)南疆各分区发生沙尘天气时,主要有西北部(由吐尔尕特山口或乌恰山口进入)、北部(天山中部山口进入)和东北部(天山东部进入)三类气流路径到研究区近地面,且不同月份间有较大差异。西部(喀什)有西北部(54%)、东北部(17%)和北部(13%)三类传输路径。南部(和田)有东北部(57%)、西北部(23%)、北部(17%)和西南部(3%)四类,西南路径仅发生在3月和4月。北部(库车)有东北部(37%)、北部(35%)和南部沙漠的三类路径。东部(若羌)是东北部(82%)传输路径。中部(塔中)是东北部(65%)和北部(19%)两类路径。
  4)不同分区间沙尘传输路径差异巨大,到南疆外的比例较少,而较多的发生与发展均在南疆内部,且南部(和田)是各区域沙尘天气的主要影响区。南部(和田)发生沙尘天气时,主要影响到西部喀什地区(19%)、和田附近地区(49%)、且末-若羌地区(10%)和中部塔中地区(4%),外部路径(18%)主要有和田-若羌-柴达木-兰州、和田-若羌-敦煌-巴丹吉林沙漠-(北京、日本海,较少)与和田-喀什-西北山口-(北疆或吉尔吉斯斯坦)。西部(喀什)主要影响南部和田地区(31%)和北部阿克苏地区(24%),到外部的路径(45%)有喀什-塔克拉玛干沙漠-(巴丹吉林沙漠、柴达木盆地、北京)、喀什-库车-巴丹吉林沙漠与喀什-吐尔尕特山口-(吉尔吉斯斯坦、北疆、巴丹吉林沙漠)三类。北部(库车)主要影响西部喀什地区(18%)、南部和田地区(19%)和中部沙漠腹地(40%),外部(15%)有库车-天山口-北疆、库车-肖塘-巴丹吉林沙漠-(外蒙古或日本海)与库车-肖塘-塔克拉玛干沙漠腹地-柴达木盆地-(外蒙古)三类路径。东部(若羌)主要影响南部和田地区(30%)和东部且末地区(29%),外部(39%)有若羌-柴达木-兰州-(北京、日本海)和若羌-敦煌-巴丹吉林沙漠-(北京、日本海)两类路径。中部(塔中)主要影响南部和田地区(86%)和西部喀什地区(6%),外部主要路径(8%)为塔中-巴丹吉林沙漠-(北京、外蒙古)与塔中-若羌-柴达木盆地。
  本文定量分析了南疆不同时空的气流传输路径差异,并与先前成果有很好对应性,但本研究同时定量分析了不同时空的沙尘天气的影响区域,确定了不同区域沙尘天气的相互影响作用,为剖析南疆沙尘发生原因和过程,对科学合理地构建区域防风固沙体提供重大理论支撑。
[硕士论文] 李笛
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:副热带西风急流是一种持续存在于对流层上层的行星尺度环流系统,对维持全球大气动量、能量的输送及平衡起着至关重要的作用。本文首先通过理论分析和动力诊断方法,围绕夏季亚洲副热带西风急流异常主模态的物理特征及其与外强迫因子和大气内部环流调整的联系展开探讨;其次借助NCAR CAM5.1模式验证了不同区域海温对急流各模态变异的具体贡献。该工作有利于更加全面、综合地认识亚洲夏季副热带急流的变异特征,也为其机理研究提供了部分依据,具体结论可归纳如下:
  (1)采用ERA Interim(1979-2014年)和NCEP(1958-2014年)两套再分析资料对亚洲夏季对流层高层200hPa的纬向异常风场进行EOF分解,发现不同资料可以得到一致的时空模态,前两模态代表了夏季亚洲急流最主要的变化特征。其中第一模态描绘了急流整体位置的经向偏移,是以往的研究重点;第二模态描绘了夏季急流在东、西亚地区纬向非对称的分布结构,在一定程度上揭示了上下游系统的联系,目前尚未受到广泛关注。
  (2)进一步分析急流主模态的物理特征,得到风场和位势高度场稳定的准正压配置,高层风压场主导了整层大气环流的分布状况。此外,急流异常与大气热力存在紧密联系,纬向风与经向温度梯度很好地遵从“热成风”原理。
  (3)初步探讨急流各模态的变异机理,认为热带海温是第一模态的主导影响因子,与第二模态紧密联系的热力信号则主要来自中、高纬度的大陆和海洋;大尺度环流的调整作用亦不容忽视。
  (4)海温作为大气环流的重要外强迫因子对两个急流模态均存在突出贡献,为探讨不同区域海温的具体影响效应,利用CAM5.1模式设计数值试验对观测结果予以验证。模拟结果显示,太平洋和印度洋海温异常对急流第一模态的形成具有类似效果,第二模态的上、下游风场则受不同海表热源影响。
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