包含正定水汽输送算法改进的MM4中尺度模式与暴雨实例数值试验

暴雨预报是一个既重要又十分困难的问题。水汽条件是产生暴雨的关键，水汽的平流输送在模式的水汽方程中占有重要地位，模式对暴雨的预报能力必然涉及到水汽输送的计算精度问题；本文以著名的中尺度模式ＭＭ４为基础，理论测试和分析为依据，以引入新的正定高精度水汽输送算法作为消除模式水汽负值和改进中尺度模式预报能力的途径，研制了取名为改进的ＭＭ４中尺度模式，该模式除仍保留原ＭＭ４模式的所有功能外，增加了５种水汽输送算法的改进与选择，这５种算法是：１）Ｂ网格二阶守恒中心差（原ＭＭ４平流格式），２）上游差分，３）Ｂｏｔ（２阶），４）Ｂｏｔ（４阶），５）Ｐｒａｔｈｅｒ格式。多个暴雨、台风个例试验表明模式预报能力对水汽输送算法精度有显著的依赖性，采用高精度的水汽输送算法水汽保证正值并提高了模式对暴雨区、降水结构、雨团活动的预报能力。改进水汽输送算法的精度是提高中尺度模式对暴雨预报能力的重要途径。     

伊犁河谷暴雪过程水汽特征

利用NCEP再分析资料，分析了伊犁河谷2000—2020年10月—次年4月发生的23次暴雪过程大尺度环流背景，运用HYSPLIT模式（拉格朗日）方法模拟追踪水汽后向轨迹，定量确定了不同源地水汽输送路径及其贡献。结果表明，伊犁河谷暴雪区位于高空西南急流轴右侧、槽前西南强锋区、低空西南急流出口区前部辐合区、水汽通量散度辐合及地面冷锋附近的重叠区域。HYSPLIT模式分析表明，暴雪过程水汽主要来自地中海和黑海附近、西南亚、中亚、大西洋及其沿岸；水汽自源地出发经关键区，分别从西南（偏西）、西北（偏北）路径输入暴雪区；各路径、各源地对暴雪的贡献不同层存在较大的差异，来自中亚、西南亚的水汽主要输送至700 hPa以下，地中海和黑海附近、大西洋及其沿岸、加拿大等地的水汽主要输送至700 hPa及以上；源自加拿大的水汽是湿地蒸发的结果，且与北美洲北部冬半年为极涡频发区有关。基于上述特征，建立了伊犁河谷暴雪过程水汽输送的三维结构模型。     

12月和2月热带太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化机制

利用1950～2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料，分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明，12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱，1980年代中期之后二者呈显著正相关；2月二者关系在1950～1970年和1990～2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚（PEA）遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强；当热带中东太平洋海温偏暖（冷）时，影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型，导致东亚自南向北的水汽输送异常增强（减弱）。与12月不同的是，2月二者关系在1950～1970和1990～2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971～1989期间，2月二者关系受环北半球遥相关型影响；当热带太平洋海温偏冷（暖）时，影响环北半球遥相关型，导致东亚经向水汽输送异常增强（减弱），该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响，导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后，热...     

2022年早春阿克苏地区一次极端降水水汽特征分析

利用常规观测、区域自动站、地基GPS观测的大气可降水量和美国国家环境预报中心（NCEP）再分析等资料，采用水汽通量诊断、后向轨迹模型等方法，分析2022年3月18—22日（简称“03?20”过程）阿克苏地区西部极端降水的环流形势、高低空配置、水汽输送、水汽收支及水汽追踪等。结果表明：（1）此次极端降水过程受中纬度较强西风锋区上波动影响，强降水期间，环流配置与夏季南疆西部典型暴雨过程类似，即处在200 hPa西南急流、500偏西气流、850南疆盆地偏东急流、低层切变与辐合的重合区。（2）暴雨期间，水汽自南欧—地中海—里海南部—咸海南部输送至南疆西部，并在阿克苏地区北部辐合，最强水汽辐合集中在700~850 hPa；西边界各层均以水汽输入为主，水汽输入贡献占85%，水汽追踪上低层还有来自偏东路径的水汽输送。（3）降水2 d前阿克苏站和库车站大气可降水量（PWV）呈现出增湿过程，当PWV≥17mm时，产生暴雨的可能性增大。     

高原低涡东移过程的水汽图像

通过对1998年8月3-5日水汽图像分析发现；（1）对流层中，上部水汽涡旋的出现，东移、消失对高原低涡的形成，东移、消失有指示意义。（2）与高原低涡相伴的水汽涡旋的东移，变化与贝加尔湖东南部低压所伴有的气旋水汽带的东移，变化是密切相关的，（3）高原低涡的形成与印度洋，阿拉伯海，印度有大范围强水汽向东北输送到高原有关，在向北输送的水汽减弱时，青藏高原地形对水汽输送的屏障作用是明显的。     

广东前汛期暴雨水汽输送异常变化特征

利用1979—2011年广东省86个测站的地面观测逐日降水资料及NCEP-DOE第二套分析资料,分析广东前汛期及其各月暴雨的水汽输送来源及其异常特征,诊断持续性暴雨过程水汽输送异常随赤道MJO活动的变化。结果表明,从多年气候平均场来看,广东前汛期（4—6月）水汽输送来源主要有孟加拉湾经中南半岛向华南输送（即西南支输送）、源于热带西太平洋随副热带高压边缘气流经南海地区向北输送（即东南支输送）和源于青藏高原西南侧伴随南支西风气流的向东输送（即西支输送）。广东前汛期降水异常变化的水汽输送异常来源与气候平均来源有所不同,前汛期暴雨的水汽输送异常主要是东南支、西支输送的输送异常以及源于我国中低纬度地区随偏北异常气流向南的水汽输送（简称北支输送）异常这三方面,其中北支输送异常主要加强广东区域的水汽通量辐合。暴雨水汽输送异常存在月际变化,西支和北支输送异常是4月、5月、6月暴雨的共同点,另外,5月暴雨还包括西南支、东南支输送异常,6月暴雨则包括东南支输送异常。各月持续性暴雨（持续3 d或以上的暴雨）与非持续性暴雨的水汽输送异常有所不同,4、5、6月东南支水汽输送异常,持续性暴雨比非持续性暴雨明显偏强。6月广东持续性暴雨的西南支水汽输送异常随MJO活动产生一定的变化,在MJO第4、5、6、7位相（8、1、2、3位相）,西南支水汽向华南输送偏强（弱）。赤道MJO活动影响西南支水汽输送强度的物理过程,主要是通过改变大气经向热力对比来影响孟加拉湾西南季风强弱变化,从而使该支气流流向华南的水汽输送发生变化。      

印度洋海温的偶极振荡与夏季青藏高原水汽输送的关系

本文应用1961-2005年近45年NCEP/NCAR月平均再分析资料,在分析夏季青藏高原水汽输送通量特征的基础上,研究印度洋偶极指数与夏季高原水汽输送的关系,分析表明：夏季高原水汽的输入主要是受高原南边界水汽输送通量的影响,并且夏季高原区域净水汽与南边界水汽输送通量45年来的趋势变化很一致：都表现出先增加（1961-1980年）后减少（1981-2005年）的趋势变化。印度洋海温的前期变化（前年12月至当年5月）对夏季高原水汽的输送有明显的影响,特别是在1-3月。春季印度洋偶极指数通过对孟加拉湾地区向北的水汽输送通量的影响,进而影响夏季青藏高原水汽输送的异常。     

西北地区东部异常干旱的动力特征

本文利用１９９４年５月２０时探空资料对西北地区东部严重干旱进行了水汽输送分析，结果表明：（１）８５０～７００ｈＰａ水平水汽输送有一西北东南向的极小轴线，陕西位于低值舌内；（２）南、北边界经向输送比较，河套东部的净辐合量最大，河套附近净辐合量最小，（３）东西边界纬向输送均为自西向东输送，且东边界输出大于西边界输入，呈纬向水汽辐散。     

来自印度季风区的水汽输送与东亚上空水汽输送和中国夏季降水的关系

诊断分析了北半球夏季来自印度季风的水汽输送与东亚上空水汽输送的关系，发现二者之间具有反相变化的特征。印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，东亚上空的水汽输送偏弱（偏强），长江中下游降水偏少（偏多）。印度夏季风水汽输送与西太平洋副热带高压强度有显著的相关关系，印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，西太平洋副热带高压强度偏弱（偏强），由此导致副高西侧东亚上空向北的水汽输送减弱（增强），使得长江中下游降水偏少（偏多）。对反映热带对流活动的外逸长波辐射（OLR）的分析表明，印度洋上空的对流加热异常不仅能够显著地影响印度季风，也可能对东亚季风产生直接的影响。     

2013年南疆西部暴雨天气的水汽特征

应用南疆西部（35°～42°N,73°～80°E）15个气象站及200个区域自动气象站2013年逐日降水量资料和NCEP/NCAR每日4次1°×1°再分析资料,分析2013年南疆西部4次典型暴雨天气过程的水汽源地、水汽输送及水汽收支特征。结果表明,2013年4场暴雨天气水汽主源地主要分布在阿拉伯海和孟加拉湾,其次是波斯湾,低层东风急流（LLEJ）在南疆西部暴雨过程中作用显著。过程Ⅰ水汽输送路径主要为偏东和西南气流,在南疆西部沿山及偏东平原强烈辐合引发暴雨,偏东路径水汽输送明显大于西南路径,水汽输送的大值区域持续时间为24 h。过程Ⅱ水汽输送有西方、西南和偏东路径,3支水汽输送在南疆西部东—西、南—北产生剧烈的辐合造成大范围、强度强的暴雨天气,东边界水汽输入量接近南边界,水汽输送的大值区域持续时间为60 h。 过程Ⅲ水汽输送为西方、偏南和偏东路径,LLEJ引导的水汽在西风、东风气流的交汇下沿山堆积产生强的辐合,造成暴雨天气。水汽输送的大值区域持续时间为24 h。过程水汽输送主要有西方、偏南和偏东路径,西方路径的输送量远远大于偏东和偏南水汽,水汽输送出现2次高低空大值区域叠置现象,暴雨过程中大值区域持续时间48 h。     

The Impacts of Moisture Transport of East Asian Monsoon on Summer Precipitation in Northeast China

By using the ECMWF reanalysis daily data and daily precipitation data of 80 stations in Northeast China from 1961 to 2002, the impacts of moisture transport of East Asian summer monsoon on the summer precipitation anomaly in Northeast China, and the relationship between the variation of moisture budget and the establishment of East Asian summer monsoon in this region are studied. The results demonstrate that the moisture of summer precipitation in Northeast China mainly originates from subtropical, South China Sea, and South Asia monsoon areas. East China and its near coastal area are the convergent region of the monsoonal moisture currents and the transfer station for the currents continually moving northward. The monsoonal moisture transport, as an important link or bridge, connects the interaction between middle and low latitude systems. In summer half year, there is a moisture sink in Northeast China where the moisture influx is greater than outflux. The advance transport and accumulation of moisture are of special importance to pentad time scale summer precipitation. The onset, retreat, and intensity change of the monsoonal rainy season over Northeast China are mainly signified by the moisture input condition along the southern border of this area. The establishment of East Asian summer monsoon in this area ranges from about 10 July to 20 August and the onset in the west is earlier than that in the east. The latitude that the monsoon can reach is gradually northward from west to east, reaching 50°N within longitude 120°-135°E. In summer, the difference of air mass transport between summers with high and low rainfall mainly lies in whether more air masses originating from lower latitudes move northward through East China and its coastal areas, consequently transporting large amounts of hot and humid air into Northeast China.     

A Diagnostic Study of Moist Potential Vorticity Generation in an Extratropical Cyclone

ＡＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＳｔｕｄｙｏｆＭｏｉｓｔＰｏｔｅｎｔｉａｌＶｏｒｔｉｃｉｔｙＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎａｎＥｘｔｒａｔｒｏｐｉｃａｌＣｙｃｌｏｎｅ①ＺｕｏｈａｏＣａｏａｎｄＧ．Ｗ．Ｋ．ＭｏｒｅＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ,Ｕｎｉｖｅｒｓ...     

A diagnostic study of moist potential vorticity generation in an extratropical cyclone

Moist potential voracity (MPV) and Its generation may be important in the development of mesoscale structures such as rainbands within cyclones. In an adiabatic and frictionless flow, MPV generation is possible if the flow is three-dimensional and the air is unsaturated. Moist potential vorticity can be generated through the combined effects of gradients in the potential temperature and moisture fields. The diagnosis of MPV generation in an extratropical cy-clone was performed with the ECMWF objectively analyzed fields for a system that developed during February 1992. It was found that at various stages during the development of the cyclone, negative MPV was generated: at the north end of the cold front; along the occluded front and the cold front; and in the region of the warm core. This pattern of negative MPV generation is in excellent agreement with the predictions of previous theoretical and numerical studies. After the cyclone ceased to deepen, the region of negative MPV generated in the cyclone was horizontally adverted in-to a saturated area. The area of negative MPV generated both along the occluded front in this case study and in the region of the bent-back warm front in a numerical simulation showed a mesoscale structure with a width of about 200-500 km. It was found that the intrusion of moist or dry air into baroclinic zones was important for MPV genera-tion. In addition, baroclinicity increase (adjacent to the area of condensation) in the regions of high moisture gra-dients led to significant MPV production.     

西太平洋副热带高压控制下上海地区一次局地短时强降水成因的Q矢量分析

在西太平洋副热带高压控制的天气背景下,2016年8月19日下午上海地区发生一次局地短时强降水过程,此次过程历时3 h、水平范围20~40 km,呈现出生命史短、局地性强的特点。基于上海地区地面自动气象站2分钟平均资料,采用仅需一层资料计算的非地转 Q 矢量分析方法,研究分析了此次局地短时强降水发生发展演变成因,结果如下:(1)地面温度场和风场叠加分析表明,上海“城市热岛”特征与长江沿岸及邻近水域的热力不均匀分布引发了江风,江风将江岸邻近水域的湿、冷空气向城市陆地输送,并与陆地上干、热空气交汇,激发产生局地短时强降水,而降水的发生,导致地面温度下降、“城市热岛”特征减弱,从而减小水陆温度差,进而减弱江风,这直接减弱了有助于降水发生发展的动、热力强迫条件,促使降水趋于衰亡结束。(2)地面 Q 矢量散度辐合场和温度露点差叠加分析表明:在降水发生发展阶段, Q 矢量散度辐合强迫产生垂直上升运动较强,而空气湿度条件相对较弱;在降水强盛阶段, Q 矢量散度辐合强度和空气湿度的强度不仅增至最强,且上升运动区与高湿区重合;在降水衰亡阶段,地面空气一直维持高湿条件而 Q 矢量散度辐合强度明显减弱。这从地面大气中垂直上升运动条件和水汽条件揭示出致使降水强度发展演变的内在因素,且二者重叠区对降水落区有较好指示意义。最后,对地面 Q 矢量散度辐合场在局地短时强降水短临预报工作中的潜在应用前景进行了有意义的讨论。      

大面积地表湿润程度的间接表示方法和陆面蒸发量计算

本文指出,一个可用一般气象观测资料计算得出的量,即气温与小块湿润地表的温度的差值,可以用来反映同一地区大面积地表的湿润程度。并由此得到一种计算陆面实际蒸发量的方法。此概念对于遥感地表湿润程度也是有用的。 1.湿润地表温度的计算 在当地气候条件下,一小块充分湿润地表所具有的地表温度称为湿润地表温度。若当地地表已充     

青藏高原春季土壤湿度异常与我国夏季降水的联系

利用 197-2014年 GLDAS-CLM(Global Land Data Assimilation System-the Community Land Mod-el)地表参量数据集、中国区域逐日观测资料格点化数据集(CN05.1)和ERA-nterim大气环流再分析数据,研究青藏高原5月(春季)土壤湿度的异常变化...     

长江流域及其周围地区夏季持续旱涝的预报问题

长江流域及其南北大范围地区夏季持续性旱涝的形成，常常和其四周地区环流?异常有关。这种异常包括冷暧空气的异常，海气和地气相互作用的异常及水汽输送等方面的异常。因此，做该地区夏季持续性旱涝预报时，不能只局限在考虑某个因素的作用上，而是应该综合考虑这些因素的相互作用和共同影响。预报时，首先进行“环流判别”:即考虑冬春欧洲乌拉尔地区环流特征、澳大利亚地区地面气压特征、孟加拉湾-中国南海水汽输送特征，赤道中太平洋海温特?征及青藏高原感热输送特征，判定当年夏季是属于多雨还是少雨的年份。然后，进行“切变定位”:根据大气环流具有隔季相关的特点，应用冬季８５０ hPa切变线的位置，把雨区大致位置确定下来。     

Modeling the evolution of the family of Mediterranean cyclones using the regional model of the atmosphere

Due to the complex orography and the presence of the moisture-saturated air, the Mediterranean region is characterized by the increased baroclinic and convective instability, that leads to the sudden cyclogenesis and the formation of dangerous weather phenomena. The results are given of the investigation of formation mechanisms of Mediterranean cyclones, peculiarities of stages of their evolution and dynamical processes, which occur throughout the atmosphere, using the regional numerical ETA model of the atmosphere by the example of individual cases of the cyclogenesis over the Mediterranean Sea. It is revealed that the cold Arctic air outbreak (the intrusion of the cold Arctic air) to the south of the Western Europe, leading to the formation of the areas of the baroclinic instability and the increased moisture content of the air in the area of the vortex origin, favors the cyclogenesis. The use of the vertical coordinate η in the model enabled to compute more precisely the vertical wind speed, therefore, the influence of the orography on the moisture content and precipitation increase became pronounced. The transformation of the structure of meteorological fields in the course of the development of vortexes is considered. The computation of the helicity is made, and it is shown that this characteristic can be one of the earliest predictors of cyclogenesis.     

Squall Line and Its Vertical Motion Under Different Moisture Profiles in Eastern China

The impacts of different moisture profiles on the structure and vertical motion of squall lines were investigated by conducting a set of numerical simulations. The base state was determined by an observational sounding, with high precipitable water representing moist environmental conditions in the East Asian monsoon region. To reveal the impact of moisture at different levels, the moisture content at the middle and low levels were changed in the numerical simulations. The numerical results showed that more convective cells developed and covered a larger area in the high moisture experiments, which was characteristic of the convection during the Meiyu season in China. In addition, high moisture content at low levels favored the development of updrafts and triggered convection of greater intensity. This was demonstrated by the thermodynamic parameters, including Convective Available Potential Energy (CAPE), Lifted Index (LI), Lift Condensation Level (LCL), and Level of Free Convection (LFC). Dry air at middle levels led to strong downdrafts in the environment and updrafts in clouds. This could be because dry air at middle levels favors the release of latent heat, thereby promoting updrafts in clouds and downdrafts in the environment. Therefore, high relative humidity (RH) at low levels and low RH at middle levels favors updrafts in the cloud cores. Additionally, moist air at low levels and dry air at middle levels promotes the development of convective cells and the intensification of cold pool. The squall line can be organized by the outflow boundary induced by cold pool. The balance of cold pool and environmental wind shear is favorable for the maintenance and strengthening of squall lines.     

拉格朗日水汽源诊断方法在三江源区的应用

以NCEP/NCAR每日4次的GFS (Global Forecast System) 再分析资料驱动大气三维输送模式FLEXPART (Flexible Particle Model), 借助于拉格朗日水汽输送和源区识别技术, 在考虑了空气块输送过程中的比湿变化基础上, 诊断三江源区大气的水汽来源、输送途径及其空间结构特征。结果表明:夏季三江源区短时输送 (6 d内) 的水汽主要来自于青藏高原以及其西北侧陆地区域, 而更长时间 (8~10 d) 的来源可追踪到阿拉伯海和孟加拉湾等远距离海洋区域; 水汽输送通道主要有两支, 第1支为沿着索马里海到阿拉伯海的跨赤道水汽输送, 第2支为在西风控制下从中亚乃至西亚地区向三江源区的输送。定量分析亦显示:6月青藏高原西侧的水汽输送贡献最大, 7月阿拉伯海成为了主要水汽来源, 8月阿拉伯海水汽输送贡献减小。