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湿位涡场与大气波导相关分析研究 张玉生，韩杰，鄣相明，康士峰，赵振维 (中困电波传播研究所，山东青岛266107) 摘要：本文基于美国NCEP的FNL再分析数据和探空数据，利用MM5中尺度数值模式模拟分析了 大气波导出现时的湿位涡场特征，分析表明湿位涡场负中心剧烈变化区域分布与大气波导的区域分布一 致。由于湿位涡是动力和热力相结合的参数，在研究中便于机理和预报分析，因此研究湿位涡场的分布 与发展可作为大气波导预报和机理研究的有效途径之一． 关键词t湿住涡，大气波导，MM5 l引言 在大气波导产生机理和预报研究中，气象物理量场与大气波导的相关分析是研究的内容，有资料表明，低空 波导与天气形势有密切关系，天气形势直接影响着气象物理量场的分布【l】f2】【31。在以前研究过程中由于条件和资 料限制，大气波导与天气形势的相关性研究只限于定性分析，并且绝大多数情况只研究单站波导出现情况。在电 波传播的实际工程应用中，人们更多关注波导的类型、高度和范围等特征。 随着中尺度数值模式技术的不断发展和计算机运算性能的不断提高，利用中尺度数值模式模拟大气波导已成 2003年，Matthew 波导的存在和位置特征； E．K利用MM5中尺度数值模式模拟了山区沙漠地形的大气折射环 境[5】，分析了山区沙漠地形中波导在空间和时间上的演变发展过程。同时，国内研究人员也开展波导发生过程 的模拟工作【6】。 1942年Ertel提出的位涡概念在干空气和不饱和湿窄气中守恒，由于在天气过程中当云发展并释放潜热时， 位涡不再守恒，因此用相当位温代替位温引入湿位涡概念，使它在湿绝热过程中守恒， 国内外对于位涡和湿位 尚未看到湿位涡概念用在大气波导机理和预报的有关文献。 导类型之一)出现时湿位涡场的变化进行了数值模拟，该波导由西风槽和台风天气系统相互作用引发和加强的， 通过湿位涡场的数值模拟， 分析其与大气波导的相关性，以期达到预报大气波导的目的。 2 MM5中尺度数值模式参数化方案选择 代以来共同开发的第5代区域中尺度数值模式【91，和上一代模式MM4相比，在模式动力框架上最大的改进之处 在于引入了非静力平衡效应，从而使得模式具备了描写较小空间尺度而发展强烈的天气系统能力。本文采用成熟 的MM5中尺度模式进行波导过程及其湿位涡场的模拟与分析研究。 MM5模式结构可分为模式前处理、主模式和模式后处理。在每一部分中又有其具体细致的内容，前处理中包 括资料预处理、质量控制、客观分析及初始化，它为MM5模式运行准备输入资料；主模式部分是模式所研究气象 过程的主控程序；后处理是对模式运行后输出结果的分析处理，包括诊断和图形输出、解释和检验模式模拟或预 报结果等。 中尺度模式运行结果的准确度和可信度与模式选择的参数化方案有很大的关系，本文选择的主要参数化方案 为：显式降水物理过程的处理方案采用简单的冰相降水过程计算方案：边界层方案选择MRF高分辨率边界层方 案；大气辐射过程采用Mlawer的长波方案；积云参数化方案分不同的嵌套区域选择，考虑大气波导的水平不均 匀性和模式运转的时效性，采用粗网格嵌套细网格的方式，取粗网格距60公里，细网格距20公里，在积云参数 化方案中，粗网格采用Anthes．Kuo方案，细网格采用Grell方案。同时垂直方向上采用不等间距分层，低空较密。 共44层，层顶气压为100hPa。由于地形分辨率对大气波导区域产生重要的影响，地形采用较高分辨率的25类 170 作者简介：张玉生(1969-)，男，高级工程师，主要从事对流层电波环境研究。 植被和地表类型2分的数据。 3湿位涡参量与大气波导相关分析 湿位涡是一个动力和热力相结合的参数，其定义式为： 匕：—mo．—ve． p 即湿位涡为单位质量气块的绝对涡度在等相当位温见面法向上的投影与lV见l的乘积。其中p为空气密度， 晚为三维绝对涡度，它从三维风速的旋度反映了大气的运动变化。 相当位温眈反映了大气的热力变化，它的定义式为： 0e=0exp‘面L