河北省一次强对流天气机理分析

利用常规天气资料、气象自动站加密观测资料及乡镇加密雨量站资料、其它物理量资料及卫星云图资料等,对2009-06-08河北省的强降水及强对流天气进行了分析。研究表明,蒙古低涡携带强的正涡度平流和冷空气,为强对流天气提供了良好的动力条件;南风与偏东风急流为大暴雨提供了良好的水汽,同时,低涡底部的西北风急流与2支暖风急流汇合,为暴雨、冰雹、大风等强对流的形成提供了条件。暴雨落区处于低层次大值能量场的顶部,能量场剖面具有鞍形场结构,高层、低层具有大值能量,中层为中性结构,为深对流的发展提供了初始热力条件。自动气象站加密风场资料分析表明,长时间的中小尺度风场辐合增强了地面空气的辐合抬升,同时也是造成此次局地大暴雨的中尺度系统和触发条件。     

台风麦莎影响期间山东半岛大暴雨成因的分析

2005年8月7-8日,在0509号台风麦莎登陆后北上影响山东的过程中,对流的发展在台风外围具有明显的不对称性,积云对流在台风中心的东北侧得到强烈发展,强降水集中出现在山东半岛东部.利用常规观测资料、卫星云图和NCEP1o1o再分析资料,对这次台风大暴雨天气过程作了分析,并进一步对强降水发生时的物理量场与流场进行诊断分析.结果表明:低空急流输送充足的水汽和强烈的水汽辐合为暴雨发生提供了有利的水汽条件,大暴雨落区出现在低层辐合、高层辐散及强烈的上升运动区内,与高能量锋区有很好的对应关系;较强正涡度平流与暖平流沿低空急流向山东半岛输送是造成对流不对称发展的主要原因,高空急流与低空急流在山东半岛的耦合为大暴雨的发生提供了动力条件.     

冷涡背景下两次强对流天气对比分析

2010年5月29—30日和2012年6月12日山东半岛均出现由高空冷涡造成的强对流天气,但其强度和范围却差异较大。综合分析天气形势、探空资料、卫星云图、多普勒雷达和风廓线仪等资料,结果表明:两者均受冷涡低槽影响,前者为地面气旋,后者为冷锋过境;水汽图上水汽区的干湿边界、暗区等与强对流的发生发展有着密切关系;红外云图TBB≤-48℃的范围基本与出现对流的区域吻合,TBB≤-52℃的区域与强降水区域比较吻合,但当湿层比较浅薄时,也可能只出现雷暴天气,而非强降水。     

环境场条件对雷暴传播运动影响实例分析

通过对一个明显后向传播雷暴和一个无明显传播特征雷暴的环境场进行对比,分析环境场条件对雷暴传播运动的影响。结果表明:二者高空均受冷涡后部西北气流控制,有中空急流,低层受暖温度脊影响,气温较高,傍晚前后受短波槽影响,在鲁西北地区产生对流天气;后向传播雷暴的环境场水汽条件较好,大气斜压特征明显,近地面层高温高湿,θse锋区位于对流层中层,中层干空气与低层冷空气入侵,二者共同作用是雷暴的产生机制;无明显传播特征雷暴的环境场水汽条件较差,θse锋区位于850 hPa以下,对流层低层干冷空气与暖湿空气交绥是雷暴的产生机制;雷暴易发生在水汽通量散度中心北侧梯度较大的区域,主回波后部大气为不稳定层结且具有辐合中心、相对湿度较大的特征,这是产生新对流单体的关键;若雷暴区有湿平流,雷暴的下游方向有水汽辐合中心,且辐合中心具有斜压特征,有利于雷暴新生,反之,则不利于雷暴新生。     

华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气环境场条件对比分析

利用探空观测资料,对比分析华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气过程环境场条件,揭示出现短时强降水、雷暴大风和冰雹天气时的水汽、稳定度和垂直风切变差异特征。分析结果表明:500 hPa上冷涡中心位于42°N的华北冷涡、850 hPa低涡系统和偏南风急流以及地面气旋是这三次混合型对流天气的影响系统;在这三次混合型对流过程中有无雷暴大风天气的环境参数区别比较显著:有雷暴大风表现出了相对较干的中低层和中层存在浅薄湿层的水汽层结,无雷暴大风的则是上干下湿和中层大气干燥的层结特征;稳定度差异决定了对流强度的差异:同时出现短时强降水、雷暴大风和冰雹的对流天气的层结不稳定度最强,表现为较大的850和500 hPa温差(大于30℃)以及较强的0~3 km垂直风切变(大于12 m·s^-1);出现短时强降水和大风的大气层结稳定度最弱,相应的环境参数值也最小;在强不稳定层结和低层水汽充足的条件下,大于12 m·s^-1的0~3 km垂直风切变对青岛地区雷暴大风和冰雹的预报预警有较好的指示意义。     

南海西部夏季表层浮游植物粒径结构分布特征分析

受夏季西南季风影响,南海西部会形成一支离岸急流,该急流通常与冷涡和暖涡组成偶极结构,共同影响该海域生态环境。本研究利用2014年9月现场和卫星数据,首次结合南海西部急流和冷暖涡过程,分析它们对该海域浮游植物粒径结构的影响。数据显示,表层以微微型浮游植物(0.2~2μm)为主,占总叶绿素a的平均比例为76.7%。在急流区中,微型浮游植物(2~20μm)和小型浮游植物浓度(20~200μm)占总叶绿素a平均比例相对较高,且与总叶绿素浓度呈线性正相关。暖涡区小型浮游植物比例(平均10.3%)高于冷涡区(平均3.6%)。结果表明,物理动力过程是南海西部夏季表层浮游植物粒径结构的主要影响因素。急流和冷暖涡可以提升小型浮游植物的比例,改变表层的粒径结构。急流对沿岸上升流区浮游植物的水平输送是表层小型浮游植物的主要来源。涡旋的辐合、辐散与急流的相互作用,导致各粒径浮游植物在冷涡边缘出现锋面分布,并且提高了暖涡区表层小型浮游植物的比例。冷涡的垂直抽吸作用加强了营养盐供给,也提高了冷涡中心表层小型浮游植物的比例。     

等熵位涡揭示的一次强寒潮过程中高层扰动特征

采用欧洲中心提供的ERA-Interim每日4次再分析资料,对2016年1月下旬的一次强寒潮事件进行等熵位涡分析。结果表明,此次强寒潮的爆发以动力对流层顶下降、高位涡下传为特征,位涡扰动的强度和时间曲线的转折点对寒潮的酝酿和爆发有指示意义。此次强寒潮过程的冷空气可追溯到欧亚北部的新地岛附近和亚洲东北部的对流层顶,两股具有高位涡的冷空气在贝加尔湖附近合并堆积,在转竖横槽的引导下向南爆发,形成强寒潮。伴随寒潮过程的酝酿和爆发,高位涡强冷空气向下、向南传播,并伴随急流向下伸展。高位涡柱对应强烈发展并下伸的正涡度柱,表明高位涡引起的垂直拉伸导致显著的旋转增强,对应涡后横槽的强烈加深。对流层顶呈现大振幅波动,来自高层的信号较低层出现得更早、更强,在动力对流层顶上的信号比500 h Pa表现得更为清楚。     

西南季风和热带气旋耦合的暴雨过程诊断分析

本文用NCEP/NCAR再分析资料、常规观测资料、FY-2C卫星云图、风廓线资料及自动站资料分析了热带气旋"碧利斯"的路径、陆上维持、暴雨成因.结果表明:"碧利斯"登陆后折向西行与冷空气到达黄淮一带有关,以后折向西偏南行,是受大陆高压南侧东北气流引导;"碧利斯"在陆上维持长、登陆后具有明显的不对称结构,与它处在鞍形场的有利流场、副热带高压从其东面加强西伸、正值西南季风爆发有关;暴雨的发生,与其"处在有利的气候背景,低压环流以罕见的路径从较北的纬度跨越广西"有关:更重要的是西南季风激发西南急流,西南急流输送水汽和释放潜热,利于热带气旋环流的维持,也为暴雨提供充足的水汽条件;急流轴左侧为正切变涡度区,既有利于热带低压环流的维持,又有利于强对流的发生;急流加强风的垂直切变,促使对流风暴不断生成.强降水的发生与西南急流的加强和向下扩展相关,急流指数变化对暴雨短时临近预报有较好预示性.     

台风“利奇马”引发山东强降水成因分析

利用常规气象观测资料、台风最佳路径数据集资料、地面-卫星-雷达三源融合逐小时降水产品(0.05°×0.05°)、FY-2G云顶亮温(0.1°×0.1°)、NCEP/NCAR FNL(1°×1°)再分析资料,对2019年9号台风“利奇马”影响期间2019年8月11日发生的山东特大暴雨过程进行分析。结果表明:1)强降水主要受台风倒槽的影响,台风倒槽在山东中部暴雨区长时间稳定维持,台风东侧的低空东南急流把东海北部的水汽和能量向暴雨区输送,配合200 hPa高空急流的“抽吸作用”,在暴雨区上空辐合抬升,造成具有中尺度特征的暴雨。2)强降水区存在的正涡度区伴随强烈的上升运动、低层辐合、高层辐散的结构和次级环流耦合发展,为此次台风暴雨过程提供了有利的动力条件,而且动力条件的演变在此次台风暴雨过程中的作用比热力条件更重要。3)850 hPa水汽通量辐合中心,以及相匹配的在垂直方向的强上升运动区,对强降水落区和雨强有一定的指示意义。     

渤海一次强阵性雷雨大风过程的诊断分析

利用中尺度天气预报数值模式、粗网格再分析资料、地面和高空常规观测资料,对2011年8月31日渤海地区一次强阵性雷雨大风天气过程中的大气资料进行了重建.根据该资料,分析了对流有效位能、水汽输送、假相当位温和湿位涡等物理量在这次强对流过程中的演变特征.结果表明,修正的对流有效位能可以提前对强对流不稳定天气做出指示,与850 hPa假相当位温θse=340 K高能暖湿气团所在的位置以及处于△θse＜0的位势不稳定区有明显对应关系.另外,水汽通量的辐合中心与雷雨大风天气发生的区域基本一致.而700hPa等压面上的湿位涡最大负值区的叠加位置也是雷暴发展的另一有利形势,MPV正负交界处带状区域出现了南压和东移,表明湿位涡的发展趋势对冷锋锋面移动的路径、速度有较为明确的指示意义,移动过程中,由于出现降水,同时还伴随了湿位涡负区减弱的特征.上述物理量为雷雨大风预报提供了部分客观判断依据,可作为预报员得出预报结论的辅助手段之一.     

1321号台风“蝴蝶”强度变化特征和影响因素分析

利用NCEP/NCAR全球再分析格点资料（空间分辨率1°×1°）、台风实况资料及海南省气象台站观测资料,选取1321号台风＂蝴蝶＂为研究个例,从天气学原理高低空形势及动力、热力学物理量等多角度分析了＂蝴蝶＂强度演变特征及影响因素.研究结果表明,副热带高压与高空西风槽是影响此次台风的主要大尺度天气系统,弱冷空气南侵、南海海温偏高及越赤道气流强盛是＂蝴蝶＂迅速加强的重要原因.西风槽引导弱冷空气南侵使得台风外围环流气压梯度增加,斜压不稳定状态加剧;南海海温达到29℃,海温偏高使台风区域大气层结降低,深热对流发展;105°E越赤道气流强盛为台风提供了充沛水汽和能量.三者共同作用促使台风强度突然增强.另外,低层涡度、高层散度、湿位涡及水汽通量等物理量能够较好地表征＂蝴蝶＂强度变化特征.低层辐合流入、高层辐散流出为台风的加强提供了动力条件;湿位涡下负上正表明大气热力层结不稳定;水汽通量增加表明水汽条件充足.良好的动力条件、热力条件与水汽条件共同作用,使得＂蝴蝶＂在短时间内迅速加强为强台风.     

0604号台风"碧利斯"持久不消及造成云南暴雨成因分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°6h再分析资料对0604号台风"碧利斯"登陆后持久不消及其造成云南暴雨的成因进行分析.其结果表明:两高间强而宽广的辐合带和西南急流增强使台风低压在陆上连续5d不消,副高、西南急流在低压区形成的最大风速中心位置决定台风低压移动方向.此次云南台风暴雨是在台风减弱低压主导作用下,激发强不稳定能量释放、产生强对流,形成利于垂直运动深厚发展伴有强抽吸作用的暴雨动力结构,孟加拉湾水汽源源不断向云南上空输送,经低层强水汽辐合抬升凝结而造成的.影响云南500hPa低压干位涡涡源中心值越大地面降水越强,850hPa干、湿位涡可提前12h预示台风减弱、移动方向的信息.     

高空西风急流对两次北方暴雪的影响机制分析

利用NECP 6h再分析资料,对2009年初秋山西暴雪和2010年隆冬北京暴雪进行了诊断分析。研究发现:两次暴雪都与高空西风急流的影响密切相关。高空西风急流出口区左侧的上升运动是山西出现暴雪的重要因素,而高空西风急流出口区左侧的上升气流通过影响地面气旋发展,气旋中心以东外围气流沿锋面上升运动加强,导致北京暴雪发生。垂直方向上,与山西暴雪相关的上升运动主要出现在大气中、高层,呈深厚系统特征,而与北京暴雪相关上升运动区主要在大气低层。高空西风急流引起的两次上升运动与水汽输送条件的配合可作为北方暴雪预报中有价值的参考因素。     

一次黄海入海气旋爆发性发展的诊断分析

对2013年11月一次黄海入海气旋的爆发性发展过程进行了诊断分析,结果显示:此次气旋入海发展过程中始终位于500 h Pa高空槽前,槽前正涡度平流和强烈暖平流是气旋爆发性发展的主要原因。对流层高层有明显正位涡下传至低层,引起地面气旋性涡度发展,对气旋爆发性发展有重要作用;气旋发展过程中始终位于高空急流出口区左侧,高空辐散、低空辐合以及强上升运动提供了气旋发展的动力条件;除了低空急流输送,海洋和大气之间耦合作用为气旋爆发性发展提供了必要的热量输送。     

201211号台风“海葵”近海路径和强度突然变化的成因分析

运用天气学和动力诊断方法,结合卫星云图,分析了1211号台风"海葵"在浙江近海移向突然变化、强度爆发性增强的原因。结果发现:大陆暖高东移过程中脊线的转变,西太平洋副高西伸加强北抬,并与大陆暖高合并是促使"海葵"移向转变、移速加快的关键因素。"海葵"进入浙江近海时,弱的环境风垂直切变、强烈的低层辐合和高层辐散、东风急流和西南气流水汽输送的加强、低层正涡度的输入是其得以爆发性增强的主要原因。台风爆发性增强时,卫星云图上表现为:台风环流螺旋度迅速加大,结构密实,有完整清晰的台风眼形成,眼区范围缩小,南北两条水汽输送通道建立,水汽输入云带发展强烈,以及台风水平尺度发展到最大等特征。     

江苏沿海“7.26”飑线大风过程诊断模拟分析

利用加密自动观测资料、EAR5 0.25°×0.25°再分析资料、常州和盐城SA天气雷达资料等和基于三维变分技术（3DVAR）的多雷达风场反演技术,并利用WRF数值模式,对2022年7月26日发生在江苏的一次大范围飑线大风过程进行了分析。结果表明：在此次飑线大风过程中,高空出流区辐散、低层低涡切变辐合,上干冷下暖湿的环境并且配合低空西南急流源源不断输送水汽,为对流的触发和组织化发展提供了较好的动力、水汽条件;飑线入海前,不稳定能量、垂直风切变、垂直上升和水汽条件均较好,而飑线入海后,众物理量配置较差,这与飑线在陆上的组织化发展、强度维持及入海后强度减弱的变化对应较好;飑线入海后,底层后侧入流减弱,使得干空气减少,不利于飑线维持,导致海上大风强度减弱。同时,纬向海陆热力差异变小使得海风的强度也逐渐减小,导致风场辐合效果变差,这可能是飑线系统入海减弱和其引发的海上大风风力变弱的原因之一,数值试验成功模拟了减小纬向热力差异会引发飑线对流系统的减弱。     

相似路径台风“天鹅”(1515)和“珊珊”(0613)降水差异分析

通过与相似路径台风"珊珊"(0613)对比,利用实际观测降雨量、卫星数据和CFSR再分析数据,通过对水汽通量、螺旋度、假相当位温、湿位涡(MPV)等物理量的诊断分析,结果表明:(1)中纬度西风槽的性质和移动特征决定了两相似路径台风降水差异:弱冷空气渗透,有利于远距离降水的发生;较强冷空气的东移南压,不利于强降水的发生;(2)螺旋云带充足的水汽输送,高低空急流配置,是强降水发生的另一主要原因;(3)江浙地区主要降水区域与垂直螺旋度大值区,假相当位温梯度区,有很好的对应关系;(4)低层湿位涡垂直分量(MPV1)0,湿位涡水平分量(MPV2)0,高层低层湿位涡垂直分量0,湿位涡水平分量0的分布特征有利于"天鹅’远距离降水在江浙地区的发生发展。     

山东两次台风远距离暴雨对比分析

基于气象要素高空探测、地面观测以及NCEP再分析资料,针对2003年8月下旬(0312)和2004年8月下旬(0418)山东省两场发生在不同环流形势下的远距离暴雨过程进行了对比分析。结果显示,台风在两次暴雨过程中均起了重要作用,但机理不同。除台风东侧低空急流为大暴雨的发生提供充沛的水汽,有利于构建不稳定的大气层结以及加强暴雨区的辐合上升运动等共同点之外,还存在着显著的不同:(1)0312台风远距离暴雨是台风与切变线相互作用的产物,0418台风远距离暴雨则是由台风与冷锋相互作用造成的;(2)在这两次暴雨过程中,直接影响系统和台风所起的作用不同:0312台风远距离暴雨过程中,切变线为暴雨的发生发展提供了原始的正涡度场,而台风东侧的低空急流加强北推进一步加强了切变线附近正涡度和辐合强度,加强了上升运动;0418台风远距离暴雨过程中,台风倒槽顶端生成并分裂发展的气旋式涡旋为暴雨系统的原始涡源,台风东侧低空急流北上在一定程度上加强了暴雨区的辐合和上升运动;(3)两次台风远距离暴雨中,与台风相连的偏南风急流对暴雨区的水汽净流入贡献最大,但最大水汽输送层不同,0312台风远距离暴雨的最大水汽输送层在925hPa附近,而0418台风远距离暴雨的最大水汽输送出现在800hPa上下。     

影响吕宋海峡水体输运量年代际变化的局地因子

一般认为,吕宋海峡北南两端压力梯度或深度积分的动力高度差是太平洋水通过吕宋海峡西侵南海最直接的动力学。这一动力高度差与吕宋岛西部外海气旋式中尺度涡(即吕宋冷涡,Luzon cold eddy,LCE)的季节性出现有关,而LCE活跃区上空正的风应力旋度(wind stress curl,WSC)在LCE的产生中起主要作用。基于上述思路,利用涡分辨力海洋环流模式OFES[oceanic general circulation model(OGCM)for the Earth Simulator]的62年(1950—2011)后报结果首先得出吕宋海峡水体输运量(Luzon Strait transport,LST)不仅有约3年和7年显著的年际振荡,而且有约14年显著的年代际变化。然后分析LCE活跃区上空WSC异常场主要模态低频振荡特征以寻找影响LST年际和年代际变化的局地因子。结果表明,对LCE活跃区上空WSC去除季节性信号的异常场做经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分析取得了典型的年际以上尺度的主要模态特征,其第一模态时空变化表现为约14年显著的年代际振荡和WSC异常场正位相区年代际尺度上的南移,而第二模态表现为约3年显著的年际振荡和WSC异常场正位相区年际尺度上的北移。另一方面,LST约7年的变化特征可视为源区黑潮水体输运量低频变化在该尺度上的印记。     

台风“麦莎”在舟山引起的特大暴雨的成因分析

通过对雷达资料、卫星云图、天气形势和物理量的诊断分析,认为台风"麦莎"在舟山产生特大暴雨的原因主要有3个:(1)台风登陆后减弱缓慢,主要是由于其东面大范围的输入云带提供与水汽和能量,同时高空急流形成的辐散场和次级垂直环流也是非常有利的条件;(2)舟山地区的水汽辐合、高空辐散、上升速度等物理量都非常有利于强降水;(3)"麦莎"处于对流不稳定环境中,对流发展旺盛,是强降水形成的另一个重要原因.