天气分析中如何应用“保风投影法”

一、前言因青藏高原(以下简称高原)各气象台站无法采用常规方法分析海平面气压场,故高原地区地面天气图的分析目前尚无一个公认的好办法。高原天气系统对我国西部天气影响很大,于是人们试用了很多替代办法,虽然这些方法为高原天气分析和预报作出了应:有的历史贡献,但是各有其一定的局限和不足。为了进一步探索高原天气分析方法,兰州高原大气物理研究所汤懋苍等详细分析了高原地区地面天气图各种分析     

等σ面相当重力位势分析方法及其对高原低涡个例的检验应用

在青藏高原大地形及其邻近区域, 低层等压面的资料是从对流层中上层通过外插法插值得到的, 不能代表高原地区近地面的实际天气系统。因此, 在常用的等压面分析方法中, 如何较准确地分析高原近地面的天气系统是个难题。本文引入有限区域矢量场分解的平均调和—余弦算法, 基于σ面坐标及资料, 引入一个满足准地转近似的新变量, 其作用相当于等压坐标中的重力位势, 称为等σ面上的相当重力位势, 在等σ面上给出相当重力位势分布图后, 可直接在等σ面上就能分析出天气系统。在方法介绍基础上, 本文以2008年7月20日08时到21日14时 (北京时) 青藏高原上一次高原低涡东移的个例为例, 对等σ面上的相当重力位势对天气系统和天气形势的描述能力进行考察。结果表明: 在美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心 (NCEP/NCAR) 海平面气压分析场上, 高原附近有一些长期存在的气压异常偏低系统, 高原上也存在很多面积较小气压却异常高 (或低) 的天气系统, 这些系统都是由于外插时受高原地形影响而计算出来的误差, 不是高原地区近地面天气系统的正确反映, 因而无法正确描述近地面高原涡东移出高原并与四川盆地附近西南涡耦合后加强的过程。而运用相当重力位势变量来表示高原近地面的天气形势后, 能够清晰反映高原近地面上此次高原涡东移南压引起低层西南涡加强的过程, 可把高原大地形上的天气分析与下游地区天气形势分析更好地衔接起来, 在天气分析方面具有明显的好处。     

Analysis Method of Equivalent Isobaric Geopotential on σ Coordinate and Its Application to a Vortex in the Tibetan Plateau

在青藏高原大地形及其邻近区域,低层等压面的资料是从对流层中上层通过外插法插值得到的,不能代表高原地区近地面的实际天气系统.因此,在常用的等压面分析方法中,如何较准确地分析高原近地面的天气系统是个难题.本文引入有限区域矢量场分解的平均调和-余弦算法,基于σ面坐标及资料,引入一个满足准地转近似的新变量,其作用相当于等压坐标中的重力位势,称为等σ面上的相当重力位势,在等σ面上给出相当重力位势分布图后,可直接在等σ面上就能分析出天气系统.在方法介绍基础上,本文以2008年7月20日08时到21日14时(北京时)青藏高原上一次高原低涡东移的个例为例,对等σ面上的相当重力位势对天气系统和天气形势的描述能力进行考察.结果表明:在美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)海平面气压分析场上,高原附近有一些长期存在的气压异常偏低系统,高原上也存在很多面积较小气压却异常高(或低)的天气系统,这些系统都是由于外插时受高原地形影响而计算出来的误差,不是高原地区近地面天气系统的正确反映,因而无法正确描述近地面高原涡东移出高原并与四川盆地附近西南涡耦合后加强的过程.而运用相当重力位势变量来表示高原近地面的天气形势后,能够清晰反映高原近地面上此次高原涡东移南压引起低层西南涡加强的过程,可把高原大地形上的天气分析与下游地区天气形势分析更好地衔接起来,在天气分析方面具有明显的好处.     

青藏高原地面热源状况的研究

青藏高原隆起对我国、亚洲乃至整个北半球的大气环流和天气气候形成起着重要的作用,受到气象学界的普遍重视。其中特别是高原地面对大气的加热作用,更是研究的重要课题之一。而研究高原对大气的加热作用,首先必须了解高原地面辐射平衡和热量平衡状况。为此,在第一次青藏高原气象科学实验期间,深入高原腹地进行了定点野外考察。考察项目包括地面辐射平衡各分量和各项地面气象要素梯度观测。本文对野外考察的概况及取得的主要研究成果作一简要介绍。     

青藏高原热源与天气系统影响灾害性天气的研究进展

青藏高原热源与天气系统对我国灾害性天气的影响一直是高原气象学的重点和难点。本文从高原热源与天气系统影响灾害性天气关键区与强信号、高原涡与西南涡基本结构和演变特征及其东移机制、高原热源与天气系统关系及其对暴雨天气影响、基于高原影响的灾害性天气分析诊断预报技术等4个方面,综述了其近10年内的最新进展;并针对高原地-气过程影响、天气系统分布演变特征、高原影响灾害性天气机理和高原气象观测试验布局等研究指出了存在的主要问题;最后,围绕高原气象综合观测系统、高原天气变化理论和高原天气预报技术展望了青藏高原影响灾害性天气未来的主要发展趋势。      

青藏高原移动性高压对夏季川东地区高温天气的影响

对2006年夏季青藏高原移动性高压（以下简称高原高压）过程进行个例分析并对1979～2006年间高原高压过程进行分类合成分析,研究了高原高压对川东地区高温天气的影响。结果表明,1979～2006年间,虽然引起高原高压的过程多种多样,但根据川东地区高温天气的成因主要可以将高原高压分为两类。一类是高原高压在青藏高原的北部或西部发展。在高原高压发展后期,高原高压脊前的西北气流绕青藏高原控制高原东北侧和东侧地区,不利于水汽向上述地区的输送,使得西北地区到川东地区易于出现高温天气,即“高原高压-高温区绕高原型”。另一类是西太平洋副热带高压（以下简称副高）强烈西伸上青藏高原引起的高原高压。在高原高压生成期,副高西端控制川东地区,川东地区和长江中下游地区出现纬向的高温天气。当副高东退,长江中下游地区的高温天气得到缓解时,川东地区受依然维持的高原高压影响,高温天气并不随着副高的东退而结束,将这类过程称为“副高-长江高温型”。     

青藏高原东部的纬向涡旋的形成及其对邻近地区天气气候的影响

初夏时期,由于青藏高原东部地面及其上层空气迅速加热,而四川盆地上空增热较慢,在同一高度上形成明显的东西向温差,在高原东部与四川盆地之间形成一个天气尺度的纬向涡旋。本文分析了这个涡旋生成的热力原因及脱体东移的天气学条件和对邻近地区天气气候的影响。指出纬向涡旋的生成不仅对高原东侧边界层内的天气系统有直接影响,而且它的重复出现是造成高原东部初夏多雨和四川盆地夏旱的重要原因。     

青藏高原地面总辐射的地理分布及其季节变化特征

本文利用日照百分率和卫星云图云量与地面总辐射的关系,分别建立了经验计算公式,並绘制了1982年8月—1983年7月青藏高原地面总辐射旬、月总量分布图。受海拔高度的影响,在青藏高原上形成一自成体系的总辐射高值区,它在一年内可以分成雨季型(7—9月)和干季型(10—6月)两种基本分布型式。它们之间的转换与高原自然天气季节的转换完全一致。青藏高原地面总辐射场季节变化的关键是高值中心位置和范围的变化,它的变化不仅改变整个高原上地面总辐射的地理分布特征,而且还与高原地面热低压的位置、范围变化密切相关。     

青藏高原地面辐射平衡和热量平衡考察概况

青藏高原隆起对我国、亚洲乃至整个北半球的大气环流和天气气候形成起着重要的作用,受到气象学界的普遍重视。其中特别是高原地面对大气的加热作用,更是研究的中心议题之一。因此,在第一次青藏高原气象科学实验期间(1979年5—8月),高原地面热源观测就成了实验的重要组成部分。组织了一批科研人员深入高原腹地进行定点野外考察,并取得了大量实测资料,为研究高原地面辐射平衡和热平衡状况及其季节变化特     

主编语

<正>在不同季节,青藏高原相对于周围同高度自由大气的温差会出现显著、甚至是相反的变化,从而可以通过热力作用对周围及邻近地区的大气环流、天气气候产生影响。夏季,青藏高原为热源,在近地面层会形成热低压,在冬季则相反,为冷高压。与此气压系统相适应,在高原周围存在一冬夏盛行风向相反的季风层,构成青藏高原季风,可以用高原季风指数作为指标反映青藏高原季风的强弱。然而,目前高原季风指数定义尚无统一标     

青藏高原大气边界层结构特征研究综述

青藏高原对我国东部地区的天气和气候、亚洲季风乃至全球大气环流和天气气候都有重要影响,而高原大气边界层作为连接高原独特下垫面和自由大气的桥梁,在上述影响过程中扮演了重要作用。高原大气边界层观测资料的匮乏严重制约着青藏高原天气与气候研究。本文回顾了青藏高原大气边界层结构特征的研究历史,将这些成果进行了总结和分析,并对目前研究中存在的不足之处进行了探讨。     

基于多源资料的高原低涡源地研究

高原低涡是活跃于青藏高原近地面层的中尺度天气系统,是高原最重要的降水天气系统,少部分的低涡移出高原后在下游地区常带来灾害性的强降水天气。“青藏高原低涡切变线年鉴”（简称年鉴）是高原低涡研究的主要参考资料之一,但受到高原西部地区探空观测站点分布不足的影响,年鉴难以监测发源于高原西部的低涡。为了进一步提高对高原低涡源地的科学认识,本研究首先分析了影响高原低涡发生发展的环流在高原东西部地区的差异,结果表明高原西部地区的环流背景更有利于高原低涡形成。再利用2005～2019年暖季（5～9月）风云-2地球静止卫星观测的云迹风和黑体亮温资料对年鉴低涡进行重分析,表明年鉴中大部分的高原低涡可以溯源至高原西部地区。最后分析了在高原西部的3个新探空站（狮泉河、改则和申扎）建立前后年鉴中高原低涡源地的差异,发现增加的探空资料使位于高原西部的低涡源地大幅度增加。综合多源资料的结果,我们认为大多数高原低涡起源于高原西部,年鉴的结论可能源于高原西部的探空站不足的影响。本研究确认了再分析资料在高原低涡研究中的可用性和有效性,强调了卫星观测资料在高原天气系统研究中的重要性和进一步增强高原地区气象观测的迫切性。     

青藏高原地面加热场强度与东亚环流及西北初夏旱的关系

利用青藏高原60个站25年地-气温差资料计算的高原地面加热场强度，经EOF进行分解，选用载荷量最大的玉树和日喀则作为代表站，计算了1958—1987年两站地面加热场强度的历年各月平均距平指标，用以代表青藏高原地面加热场强度。本文根据此指标对青藏高原地面加热场强度自身的演变规律及其与东亚环流、西北初夏旱的关系，从天气气候学的角度作了统计分析，结论可用于西北初夏旱的长期预报。     

高原涡、西南涡研究的新进展及有关科学问题

简要回顾了青藏高原天气研究的历史,重点综述了进入21世纪后的近十年来青藏高原天气研究领域中有关高原低涡、西南低涡的若干重要进展,总结了相关研究取得的主要成果,在此基础上归纳出了当前高原天气研究存在的主要问题和需要加强的研究方向,以期有助于更好地梳理青藏高原天气影响的科学问题,推动青藏高原大气科学试验及研究的有序开展。     

地面加热与高原低涡和对流系统相互作用的一次个例研究

本文利用NCEP-FNL再分析资料、FY-2E卫星TBB数据、CMORPH降水资料,通过热力学和动力学诊断分析并结合中尺度天气模式WRF的数值模拟试验,研究了2012年6月下旬青藏高原一次东移对流系统的生成发展机制以及与地面加热相互作用的物理过程。结果表明,高原中西部地面感热加热是高原低涡生成、发展和东移的主导因子。而东移的高原低涡通过加强偏北、偏南气流形成的辐合带,进而触发高原东部对流系统的生成。同时,高原对流系统降水产生的凝结潜热释放也加强了东移高原低涡的强度,这表明地面加热与高原低涡和对流系统之间存在一种正反馈机制。数值试验结果进一步表明,除了适当的背景环流外,高原地面潜热通量能够增强中低层大气的不稳定性,为对流系统的发生发展积累能量,造成有利于对流降水的热力环境。     

青藏高原及其邻近地区OLR气候特征

一、引言青藏高原是世界上最高大的高原,以其显著的动力作用和热力作用对我国、对亚洲乃至对世界范围的大气环流演变都有极其重要的影响。研究表明,高原及其邻近地区的环流和天气系统,直接影响着我国的旱涝、低温等天气、气候的形成和演变。因此,研究分析青藏高原及其邻近地区各种要素场、天气系统的演变规律和机制,对提高天气、气候预报的准确率有着重要的意义。 1979年5～8月,在我国青藏高原地区     

采用TIPEX科学试验资料对1998年7月长江特大暴雨系统的梅雨期区域边界水汽输送模型及其数值试验

采用1998年第二次青藏高原大气科学实验(TIPEX)现场观测资料,包括加密探地面与探空观测、系留气球资料及遥感和高原试验中的中日合作研究(GAME/Tibet)基地Doppler雷达资料对青藏高原上空发展的积云对流系统及其生成和移动进行监测,讨论了与1998年长江下游暴雨的关系。结果表明:1)卫星云图动态分析及TBB资料制作的Hovmoller时空剖面分析表明,1998年7月下旬的长江暴雨洪水系统可追溯到高原。2)对上述TBB分析的云团在安多站过境时段(7月18-19日)进行Doppler跟踪,Doppler雷达回波跟踪分析揭示出,这种在高原中部地区发展和东移、加强的回波十分频繁。TIPEX多种仪器联合观测资料的综合分析可捕捉高原对流系统的生消和移动轨迹,对诊断预测高原系统对其下游的影响很有价值。3)综合分析上述TIPEX同时段地面和高空加密观测报告的时空剖面发现,高原腹地区(那曲地区)对流云系频繁发展,与准静止的地面风场辐合的维持有关。高原地面风场的动力辐合、高原上空风场垂直切变以及高原西风增湿过程所提供的高原水汽输送对1998年长江暴雨的发展与加强起重要作用。4)对高原水汽垂直分布的中尺度过滤分析发现,高原水汽的高值与低值随时间的交替变化,清楚地揭示了生命史为几小时的次天气尺度的波动。高原中尺度波动东移的揭示进     

青藏高原及其附近地区的垂直环流和长江中下游夏季持续旱涝的关系

青藏高原位于长江流域上游,高原上空天气系统的变化,一般必然影响其下游的天气系统。 我国长江中下游广大地区1972及1978年6、7月发生了干旱现象,1969及1980年6、7月出现了洪涝。本文分析了这两种截然不同的灾害性天气和青藏高原地区环流的联系;还讨论了高原下垫面的感热输送对高原上空环流的影响。我们应用的资料取自世界气象组织出版的世界气候月平均资料和中央气象局出版的北半球高空气候资料。     

空气密度局地变化与高原天气系统分析

青藏高原地跨26°—40°N,70°—104°E的广大范围,面积二百多万平方公里,平均拔海4公里以上,是世界上最高大的高原。高原上山峦叠障、气象万千,天气异常复杂。由于拔海高,海平面气压难以使用,地面天气图不易分析等压线,天气系统难以辨认,高原分析一直是一个难题。 1982年汤懋苍等对高原分析的发展史作了较为全面的回顾,将以往各种分析方法的优缺点进行了比较简洁的讨论,並提出“保风投影法”分析;随后,钱永甫又提出了“保热成风法”分析等等。这些无疑对高原分析研究起了有力的推动作用。     

高原地区NCEP热通量再分析资料的检验及在夏季降水预测中的应用

青藏高原对周边地区的天气气候有重要影响,为了寻求表征高原热力作用的新的、长时间序列的资料源,本文首先用高原地区NCEP1982～1994年间逐月月平均2.5.× 2.5.Lat./Lon.的地面热通量再分析格点资料对照实测值等进行了检验,然后用EOF分析方法分析了高原地面热源强度的空间分布特征,最后利用再分析资料和降水量实测资料,初步分析了高原地面热源强度对我国夏季降水的影响.主要结果如下:(1)高原地区的地面热通量再分析资料能较好地反映该区热源强度的年及年际变化特征,该再分析资料是可用的;(2)高原地区地面热源强度的分布存在较大的区域性差异;(3)高原西北、东北及西南区早春(2～4月)、夏季(6～8月)的地面热源强度分别与南疆、河西及长江流域的夏季降水存在反相关关系.