论文部分内容阅读
本文利用三维非静力原始方程模式MM5对高、低空锋生过程进行模拟，但选取了理想初始场以保证斜压波强烈发展在有限时间内形成锋面。以此为工具，本文主要讨论了地表拖曳力在干、湿大气中对地面锋生的影响，以及干大气中地表拖曳如何与高空锋系统发生相互作用的问题。通过这些研究，取得了以下几点结论：
地表拖曳力阻碍了系统发展，导致锋生速度减慢，对于锋的结构也产生影响，造成边界层内冷锋垂直于地面，同时在自由大气中的锋区斜率减小。在暖锋区，地表拖曳不利于“bent-back”结构生成，正由于此，暖锋无法阻挡西北方向入侵的冷空气，阻碍了低压中心附近孤立暖心的形成，同时暖舌被分隔为两个顶端，进而造成冷锋区形成了两条平行冷锋。通过分析冷锋区的垂直风场结构可知，地表拖曳力主要影响了冷锋附近的水平非地转风场，导致跨锋区方向横向次级环流减弱，同时锋区两侧跨锋风的风速差减小，不利于冷锋区等位温线辐合，从而减弱了冷锋强度，这表明对于地面冷锋，地表拖曳起到锋消作用。但通过锋生函数的分析可知，地表摩擦拖曳能够延长锋生过程维持的时间，利于锋面强度增大。这表明地表拖曳对锋生的作用是双向的。地表摩擦拖曳还能够影响地面锋区附近垂直速度场与气压场的配置。
对流层顶下沉与高空锋生联系密切，高层下传的大值位涡区形成“鱼形”结构的位涡带，锋生区正处在此位涡带中，地表拖曳力加入后减小了位涡带的宽度并改变了位涡最大值中心的走向。这表明地表拖曳能够影响高空锋系统的发展，在系统发展的初始阶段这种影响很小，但由于地表拖曳作用抑制了大气低层气旋的发展，缓慢发展的低层气旋性系统抑制了高层对流层顶的下沉，相应地高空锋生的速度减慢，从而进一步抑制了地面气旋发展。
在湿大气中，非绝热加热过程加速了地面锋生，尤其利于暖锋锋生速度的加强。同时考虑非绝热加热与地表摩擦拖曳过程后，暖锋区锋生速度减缓，但冷锋锋生速度加强，且冷锋锋生过程维持时间增加，相应地造成冷锋区降水量大，降水过程得以维持。通过对冷锋上空垂直剖面内风、温场的分析可知，地表摩擦造成锋后边界层中产生相间排列的上升下沉区，这些小的上升区不断东移到冷锋前，补偿了锋前减弱的上升带的强度，有利于冷锋降水的维持。冷锋锋前最大垂直上升速度出现的时间与边界层顶下沉的深度有关，边界层顶下沉愈深，其下方的垂直下沉速度愈大，通过跨冷锋次级环流的作用影响着锋前上升速度达到最大，相应的地面降水中心的强度也最强。当增大空气湿度后，地表拖曳对冷锋的锋生效应减弱，这表明在高湿度环境中，湿对流产生的非绝热加热是主要的锋生机制，系统发展后期大气湿度减弱，此时地表拖曳力作用逐渐体现。