论天气尺度系统中的次级环流

大量观测事实和理论研究表明,在中高纬地区,许多天气尺度系统,如锋面、高空槽脊、高低空急流等附近都伴存着一种次级环流。正是由于这种次级环流的存在,才使系统得以维持和发展,并能产生明显的天气现象。例如,在急流-锋面系统中次级环流十分重要,它不仅与锋系的基本动力学有关,而且起着触发中尺度对流(如锋前飑线)的作用。在     

正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。     

金华地区汛期暴雨环流形势特征分析

暴雨是中尺度天气系统的产物,但许多数值模拟的结果表明,许多中小尺度天气系统的发生发展是在一些有利的天气尺度和次天气尺度背景场下产生的。天气尺度的低值系统一方面是它本身的辐合以及锋面抬升造成大范围的上升运动,产生范围较大而强度较小的天气尺度雨区,另一方面又为系统内部存在的、直接酿成暴雨的中尺度降水系统的发生发展提供了有利的环境场条件。这就为日常暴雨预报提供了一条有根据的预报思路:即可以跳过对中     

华北春季一次后门冷锋过程及其相关中尺度对流系统的演变特征

2018年4月21日华北南部发生了一次主观预报量级偏小的大范围春季暴雨,利用多种高时空分辨率观测资料、欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析数据以及高分辨率数值模拟,对引发暴雨的大尺度和中尺度天气过程以及造成暴雨的中尺度对流系统的演变过程进行研究。发现后门冷锋是造成该次暴雨的大尺度天气系统。受太行山脉影响,锋面由西段南北方向和东段东西方向的两段组成,冷空气集中于1.5 km以下,伴随锋面后部东北风的增强,锋面南移、太行山东侧冷空气堆增高、强度增大;暴雨由与锋面有关的中尺度对流系统造成,中尺度对流系统形成和维持发生于后门冷锋附近且伴随锋生过程,位于沿后门冷锋爬升的暖空气前部水平风速辐合中心,其快速发展和对流中心的南移伴随锋面后部东北风增强所带来的锋面南移、冷空气堆增高;基于高分辨率数值模拟的动量收支计算表明,有利于中尺度对流系统中对流中心产生的上升运动主要由垂直气压梯度力和浮力项的合力项贡献,该合力项的大值区分布于沿锋面爬升的暖湿气流前沿具有较大的水平相当位温梯度区附近,这解释了伴随锋面增强南移的中尺度对流系统发展、对流中心南移这一现象。以上结果揭示了导致华北春季暴雨的这次后门冷锋和中尺度...     

西南涡研究和观测试验回顾及进展

西南涡是我国最主要的灾害性天气系统之一,对西南涡及其影响的研究和预报,一直是天气学领域的重点和难点。从西南涡研究和观测试验的回顾及10年来的进展两个方面,系统总结了国内外关于西南涡系统及其降水影响的主要成果;重点讨论了西南涡研究与应用存在的基础数据、中尺度特征、演变机理、天气影响和预报技术等主要问题;并且,强调了深入开展西南涡中尺度分析研究,尤其是其观测布局试验的重要性;最后,指出了基于与西南涡结构、演变和影响尺度匹配的观测系统、多源数据、分析技术和研究理论,加强西南涡及其影响的中尺度气象学观测、试验、理论和应用的综合研究是其未来的重要发展方向。     

干旱区绿洲诱发的中尺度运动的模拟及其关键因子的敏感性实验

利用一个非静力平衡的、高分辨的、二维中尺度大气数值模式，并在仅考虑简单过程的情况下，模拟了干旱区中绿洲所诱发的中尺度运动，并进行了这种中尺度大气运动的强度对绿洲水平尺度、绿洲与周围环境的水平热力差异、大尺度背景场水平风速和大尺度地表加热率等一些重要物理参数关系的敏感性实验研究。研究发现：中尺度大气运动强度随水平热力差异的增大而加强，随背景场水平风速和大尺度地表加热率增强而分别减弱。但随绿洲水平尺度的变化并不像前三个因子一样为单调函数，而是在绿洲水平尺度为20km时中尺度大气运动最强，绿洲水平尺度更大或更小时中尺度大气运动强度均会减弱。通过统计甘肃省河西地区的绿洲水平尺度分布规律，发现绿洲分布最集中的尺度在15－25km，与模拟所得到的能源发最强中尺度运动的绿洲水平尺度基本一致。     

Ocean mesoscale structure–induced air–sea interaction in a high-resolution coupled model

本文基于通用地球系统模式框架,建立了一个非常高分辨率准全球的耦合模式,其分量为涡分辨率海洋模式和高分辨率大气模式。利用这个模式,在现代气候条件下成功进行6年的试验,并根据高分辨率观测和再分析资料评估了试验结果。这个模式能够模拟大尺度大气海洋结构,海表面温度(SST)锋面,海洋涡旋动能,和风的细致结构。据此,仔细研究了海洋中尺度结构引起的海气相互作用特征。通过对比观测,这个模式很好再现了由中尺度结构引起的SST和风应力的正相关。同时,正相关在强海洋锋面和涡旋区域特别明显。在模拟中,风对中尺度扰动引起的SST的响应偏弱,但不同区域响应量值略有不同。伴随着风的响应偏弱,表面感热的响应被低估,而潜热的响应则被高估,高估原因是因为模式的边界层偏干。风对SST中尺度异常响应主要来自动量垂直混合和气压调整的综合作用。本研究对于中尺度海气相互作用的模拟提供了一些新的线索及对模式的改进提供科学依据。     

华南前汛期锋面垂直环流及其与中尺度对流系统的相互作用

对1998年华南暴雨试验加密观测期间(IOP)5月23日强降水个例的数值模拟结果分析指出,锋面对于中尺度对流系统而言除了提供对流运动的触发机制外,两者之间还可能存在复杂的相互作用。华南前汛期中伴随对流活动的冷锋具有独特的垂直环流结构。它主要表现为暖湿气流不是沿锋面上滑,而是在冷锋前沿的对流雨团中直接上升到高空,锋面上方上滑的暖空气完全被对流雨团北侧的补偿性下沉气流所代替;而在锋后以及锋前暖区内均有对流活动发生的情况下,低空流入锋区前沿和锋区上方雨团的空气不是来自锋前暖区,而是来自锋后。对对流系统内部雨团进行的三维轨迹追踪也揭示出锋面上空对流雨团内存在一部分来自锋后并穿越锋区的上升气流。这是因为锋面并不是真正意义上的物质面,它只是大气温、湿属性有显著差别的界面,因此存在穿越锋区的运动并不是完全不可能发生的。在华南前汛期中,锋区两侧温度对比比通常意义上的锋面要小,这也是可能发生穿越锋面运动的原因之一,表明中尺度对流系统由于具有与梅雨锋在跨锋方向相类似的尺度而有可能对梅雨锋的流场结构发生影响。     

"5.24"华南中尺度暴雨系统结构的数值模拟分析

对华南暴雨试验期一次造成华南沿海特大暴雨的锋面过程进行了高分辨数值模拟，并从不同侧面分析了该中尺度系统的结构特征和成因。本文的模拟分析表明，此次中-β尺度暴雨云团系统发生在锋面中尺度切变线附近，水平尺度小于100km，是华南锋面暴雨的一种典型结构。系统发生在地面锋线区域，近地层有中尺度辐合扰动，高层200hPa附近有强的中尺度辐散，中间各层为准无辐散。200hPa以下各层有深厚的强上升运动，最强在中层，其中在700hPa附近有明显的补偿下沉运动。中-β度的强上升运动使云系发展至200hPa以上。系统有一定的暖心结构，有别于中纬系统，也有利于层结呈准中性。湿位涡分析表明系统发展的因子是：（1）切变线扰动附近层结呈近中性；（2）近地层能量锋特明显；（3）扰动附近中低层有强的风垂直切变。这三个因子的正效应相迭加，导致了本中-β尺度系统的发展。     

美国中尺度气象研究的现状和发展

1980年9月,根据美国海洋大气管理局副局长的要求,由国家研究委员会大气科学委员会任命了一个中尺度过程特别研究组,在召开有关专题讨论会的基础上,对美国的中尺度气象研究作了较全面的调研分析。1981年由美国科学院出版发表了该研究组的调研报告《近代美国的中尺度气象研究》,摘要如下:一、中尺度气象研究概况近年来涌现了许多关于中尺度气象过程的研究,概括起来可将这些研究分作四类:(1)观测研究和现场计划,(2)理论研究,(3)数值模拟及试验     

2017年苏南一次特大暴雨高分辨率模拟及特征分析

利用高分辨率（水平3 km）数值模式，结合FNL分析及预报场资料、地面加密自动站观测资料和多普勒雷达资料，对2017年6月9—10日苏南一次因江淮气旋沿切变线东移造成的特大暴雨过程进行研究。首先对模式模拟结果做了降水、风场等多方面的验证，随后利用模拟结果和观测资料对该特大暴雨过程的对流系统结构及其发展维持机制进行分析。结果表明：（1） 高分辨率模式能较客观地反映该暴雨过程诸多大气参数的演变。（2） 特大暴雨过程中锋面气旋东移且倾斜发展，深对流中心维持在气旋的东南方向，该中尺度对流系统的发生发展与锋面气旋的上述演变密切相关。（3） 特大暴雨过程中相应的对流处于旺盛阶段时，大气不稳定能量持续释放，中层为相对较高的假相当位温区，即明显的暖心结构，垂直上升运动最强，且其南北两侧均有下沉气流，形成中尺度次级环流，维持强对流不断发展。（4） 超低空急流的持续增强，沿低层切变线上不断有γ中尺度涡旋生成和足够的低层辐合区厚度是导致这次特大暴雨过程的关键因素。     

中尺度气象学研究与中国气象科学研究院

近50年来, 中尺度气象学研究一直是中国气象科学研究院的首要课题。早在1963年, 中国气象科学研究院就开始参与主持国内首次长江三角洲地区中尺度气象学试验。此后, 又先后主持了“京津冀灾害性天气监测和超短期预报基地” (1986—1990年)、“海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究” (1997—2003年)、“我国重大天气灾害形成机理与预测研究” (1998—2003年) 以及“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究” (2004—2009年) 等国家重大科技项目。在这些项目中, 中国气象科学研究院与有关单位密切合作, 独立自主地完成了数字天气雷达系统、多普勒天气雷达系统、车载多普勒天气雷达系统、风廓线雷达系统、全自动扫描双通道微波辐射计、自动气象站网、中尺度气象资料自动收集、处理、分析及显示集成系统等研制工作, 并且研制发展了中尺度非静力大气数值预报模式。利用现代中尺度大气探测网, 组织实施了多次中尺度暴雨等大气综合观测试验, 取得了丰富的中尺度观测资料, 为我国中尺度气象发展奠定重要的科学与技术基础, 做出了重大贡献, 先后获得了16项国家科技奖励。     

大气中尺度重力波的监测与应用

随着人类社会活动的现代化进程加快,中尺度气象研究引起了气象工作者的日益高度重视。90年代将是中尺度气象学取得显著发展的10年。重力波是大气中一种重要的中尺度波动,众多研究表明,低空急流、温带气旋、线、锋面、晴空湍流和暴雨系统云雨带中的中尺度结构都和重力波的活动有关。     

华南局地锋生及对流系统发展的模拟分析研究

2009年3月28日一条东西向的锋面出现在华南25°N附近。伴随着锋面的活动,对流降水回波午后开始在广西的梧州附近发展,并在随后几小时向东移动,组织发展成为中尺度对流系统(MCS),为广东中西部及珠三角地区带来了雷暴、暴雨、冰雹等灾害天气。应用地面自动站、雷达回波、卫星云图以及NCEP-FNL再分析资料和WRF模式的模拟结果,对锋面暴雨形成的天气特征进行了诊断分析,考察了中尺度对流系统的发展演变过程及其与局地锋生的相互关系。结果表明,锋面对流系统形成发展于一个东西向水平尺度约200km的地面中尺度辐合线附近,对流起始发展于具有较大对流有效位能(CAPE)和较小对流抑制位能(CIN)的区域。伴随着对流的发展,锋面强度增强。锋生函数的计算发现,非绝热项和倾斜项分别在由对流引起的次级环流的上升运动支和下沉运动支起锋生作用,是引发中尺度锋生的主要影响因子。而相对来说,水平辐合项和形变项的作用却比较小。这与大尺度的锋生过程不同,中尺度锋生更主要的是由热力直接触发的非地转环流所驱动。涡度场的演变分析还发现,沿着850hPa锋区大的正涡度区与500hPa的强上升运动区对应良好,对流系统发展与中尺度锋生之间存在着类似于第二条件不稳定机制的相互作用,对流增强了锋生过程,锋面则对中尺度对流系统的发展起组织作用。中尺度锋生对对流组织发展的作用作为此类灾害天气形成的原因值得关注。     

中期天气情况的环流背景

一、概述 各种天气情况都是大气运动的产物。大气运动的形式是多种多样的,如长波槽脊、锋面气旋、飑线、龙卷风等等,每一种形式都有一定的空间尺度和时间尺度。根据时间和空间尺度的大小,可将大气的各种运动形式分为四类: (1) 行星尺度:包括全球规模的大气环流、高     

三维中-β尺度模式研究：一次气旋暖区锋生活动的中尺度结构的数值模拟试验

设计了一个中－β尺度数值模式，并用来试验模拟一次京津地区暖区锋生降水过程。其结果不仅给出了暖锋式锋面垂直环流（热力直接环流），而且还给出了叠加在其上的次级中尺度环流结构。这说明该模式具有研究中－β特征运动的能力。     

锋面分析和预报的现状与展望

锋面问题是气象学的古老课题之一,但从70年代以来,随着探测技术和计算技术的发展,这方面的研究又重新活跃起来,取得了若干进展,发现了一些新的事实并进行了一些较为成功的数值模拟。 本文从锋面雨带的中尺度结构、锋生现象、锋区垂直环流、锋面向上的β中尺度系统、锋面的动力学问题和地形对锋面的影响等方面,简要地介绍了锋面研究近几年所取得的进展,指出动向,并结合实际情况提出了我国今后进行锋面分析和预报工作时应注意的问题。     

2008年“7.1”鄂东北特大暴雨过程的中尺度分析

利用常规气象资料、新一代雷达和卫星云图资料等,分析了2008年7月1日鄂东北特大暴雨过程中尺度扰动系统的发生发展、暴雨中尺度对流系统（MCS）结构特征以及地形对中尺度系统的影响。结果表明,鄂东北暴雨与中尺度气旋的发生发展关系密切,红安等地特大暴雨就是中尺度气旋波冷切变上激发的多个β中尺度对流系统相继东移产生的;中尺度气旋形成于黄淮锋面气旋波发展阶段,雷达反射率因子形态、结构特征较好地反映了该中尺度气旋波发展过程;对流易在红安西侧加强,同冷空气沿大别山和桐柏山之间南下与天气尺度西南气流交汇形成局地中尺度辐合线有关;红外云图上特大暴雨MCS形态为指状云团,由不同生命史阶段的子云团构成,是产生持续性强降水的云团的显著特征。     

东北冷涡过程中的飑线分析

利用哈尔滨站的飑线资料和常规高空、地面观测资料,对冷涡过程中的飑线从天气尺度环流背景、大尺度动力条件和中尺度天气系统等几个方面进行了分析。结果指出：①飑线发生在冷涡发展较强阶段,②飑线发生在冷涡浊温压场结构不对称性较强的锋区上,③层结不稳定、低层水汽输送与辐合、强烈的上升运动等是必要的天气尺度条件,④地面上有明显的中尺度系统,⑤飑线发生时天气尺度动能明显向中尺度系统转换。     

“07.6”广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料、自动站、雷达及FY-2C卫星资料,分析了2007年6月12-13日广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征,并探讨了此次暴雨过程的成因.结果显示:500hPa高原东侧的低槽引导冷空气南下,地面准静止锋南移进入广西境内,在地面形成锋面低槽的形势.暴雨发生在850hPa低涡切变线上,暴雨中心与β中尺度低涡扰动有很好的对应关系.这次过程的主要降水系统是南部的对流云团和锋面附近的中尺度对流复合体(MCC).柳州极端暴雨由两个雨团造成,其中一个雨团强度大,持续时间长,这与强降水回波的列车效应和地面中尺度辐合线有关,是柳州高强度降水得以长时间维持的主要原因.