一次特大暴雨形成中天气尺度和次天气尺度系统的作用

采用中尺度数值模式MM5V2对1998年6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验，着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征，提出本次暴雨过程形成的物理机制:天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道，次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合，为水汽的抬升与凝结提供动力条件；在有利的高、低空急流的配置下，暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北；次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展，促使暴雨增幅；特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心，有利于湿空气在上升运动中释放潜热，形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息，揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用，没有中尺度系统的配合，仅有天气尺度系统信息，或只有次天气尺度系统信息，没有大尺度系统的配合，暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。     

95.8暴雨过程中天气尺度和中尺度系统相互作用的数值模拟

本文依Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通波场的连续性特征进行尺度分离，分析了暴雨过程中天气尺度系统和中尺度系统的作用，并用中尺度数值模式对该暴雨过程中天气尺度和中尺度系统的相互作用进行了数值模拟。     

次天气尺度与中尺度正、斜压模演变揭示的武汉暴雨过程

利用滤波原理提取出大气流场中的次天气尺度和中尺度信息，再把大尺度和中尺度水平风场分别分解为正压分量（垂直平均）和斜压分量（扰动）流场。对1998年7月21～22日发生在武汉附近的强暴雨过程进行了次天气尺度与中尺度流场正、斜压分量演变特征的分析。结果表明：次天气尺度与中尺度流场正压分量的演变与此次强暴雨的酝酿、发展和消亡具有内在的联系；次天气尺度与中尺度流场高层200hPa斜压分量很强，低层850hPa正压分量很强；次天气尺度与中尺度流场斜压性占主导地位，随着暴雨的发展，中尺度流场的正压性减弱而斜压性进一步增强，而次天气尺度流场的正压性增强而斜压性减弱。以上结论对于揭示中尺度暴雨过程发生发展的本质有一定的意义。     

次天气尺度及中尺度暴雨系统研究进展

回顾了75年来中国科学院大气物理研究所科研人员在次天气尺度及中尺度暴雨系统领域的研究工作,这些领域主要包括暴雨、中尺度低空急流、低涡、梅雨锋结构及梅雨锋生、对称不稳定和涡层不稳定以及暴雨等灾害天气的天气动力学及数值模拟研究等;总结了在次天气尺度及中尺度暴雨系统研究的不同时期所取得的成就以及这些成就在防止和减轻中尺度暴雨灾害方面所起到的重要作用.     

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。     

“8.11”暴雨过程中天气尺度与次天气尺度系统的相互作用

采用改进的ｓｈｕｍａｎ－ｓｈａｐｉｒｏ方法,在对形势场、要素场进行尺度分离的基础上,对１９９９年８月１１～１２日发生在山东的一次区域性特大暴雨过程机制进行了诊断分析;计算了天气尺度与次天气尺度系统动能方程以及非线性动量相互作用各项;以分析强降水系统天气尺度和次天气尺度系统之间动能相互作用的主要动力过程,结果表明：在本次暴雨系统中,存在着天气尺度和次天气尺度系统间动勇相互作用,使暴雨系统得以维持,中     

长江、黄河流域暴雨预报着眼点

应用天气学和动力学方法诊断研究大尺度环境场对暴雨过程中次天气尺度系统发生发展的影响及机理,并用T42L12全球谱模式及MM4中尺度模式,试验长江流域和黄河流域暴雨过程中大尺度环流系统对次天气尺度系统发生的影响,从不同尺度相互作用出发对长江中下游和黄河中下游的暴雨提出预报着眼点,供有关部门在业务预报中参考。     

一次东北冷涡背景下MCS过程多尺度能量相互作用研究

采用WRF模式对东北冷涡背景下MCS过程进行模拟,利用Barnes滤波将模式数据分解为3个尺度,分别代入相应的能量方程中进行计算,从能量角度研究MCS发展过程,多尺度系统能量相互转化,以及动能与降水的联系。研究表明:在此次过程中各尺度之间都有位能向动能的大量转化,为系统发展提供能量。在对流单体发展到M CS成形前,中低层天气尺度动能减少,天气尺度动能向β中小尺度动能转换,促进对流单体的发展;高层天气尺度动能增强,对应高空急流增强,促进对流系统发展;β中小尺度系统在中层对α中尺度系统有动能输送,促进MCS形成。在MCS形成和发展阶段,各尺度位能向α中尺度和β中小尺度动能转化达到最大。在MCS减弱阶段,天气尺度系统和α中尺度系统在中高层对β中小尺度系统有一定的抑制作用,使β中小尺度系统发展减弱。此次过程中β中小尺度系统是降水的直接成因,动能变化的正值中心对应大的降水中心。     

中尺度动力学的基础研究和进展

引　言中尺度动力学是研究尺度为20～2000km的天气系统发生发展规律的大气动力学分支。这个尺度上的天气系统,常常带来与强对流相联系的暴雨、冰雹、飑线、龙卷等天气以及引发洪水、海难和空难事件,对国民经济和人民生命财产构成严重威胁。这类天气系统突发性强、预报时效短、常造成重大自然灾害。然而这类系统的预报一直是一个相当困难的问题,这是因为人们对这种尺度上系统发生发展的机制缺乏了解。相对于大尺度动力学和小尺度动力学而言,中尺度动力学理论基础薄弱,这一领域特别困难的原因是它既不能做大尺度准地转简化,也不能做小尺度无旋…     

“96.8”暴雨过程中不同尺度系统的相互作用

利用动能方程计算了天气尺度,次天气尺度的动能以及非线性相互作用的动能,分析了“９６．８”暴雨过程强降水时段的主要动力过程,结果表明：在暴雨系统中,存在着天气尺度和次天气尺度系统间的相互作用,天气尺度动能减小,次天气尺度动能增加,即对于次天气尺度系统而言,天气尺度系统是一个动能源,通过非线性相互作用,天气尺度系统把动能传递给次天气尺度系统,使暴雨系统得以发展。     

江淮流域持续性强降水过程的多尺度物理模型

本文对江淮流域持续性暴雨事件（PHREs）的多尺度物理模型和能量转换特征以及青藏高原东部对流系统东移影响下游地区降水的研究成果进行了总结。从欧亚大陆Rossby波列能量频散的角度揭示了江淮流域PHREs中纬度系统槽脊稳定的机制,定量分析了冷暖空气的源地和输送路径,提出了江南型和江北型PHREs的多尺度物理模型。从天气尺度和次天气尺度之间的能量转换角度呈现了不同尺度系统相互作用的物理图像,指出背景场的能量供给是直接触发暴雨的次天气尺度系统维持的最重要因子,尤其是在对流层的低层,动能的降尺度级串（即能量由背景场传递给次天气尺度系统）最强。研究表明青藏高原东部对流系统东移影响江淮流域的降水是一系列天气系统配合和活跃的结果,主要由青藏高原和四川盆地、二级地形和东部平原之间的热力环流、西南涡、二级地形以东中尺度涡旋和对流系统的共同影响。除了本文总结的内容,还有一些影响PHREs的因子值得深入研究,多尺度相互作用中的Rossby波源及其波列如何影响天气系统,中尺度系统对其背景场的能量反馈等。     

一次突发性中尺度暴雪天气过程分析

对2004年12月丹东地区一次突发性中尺度暴雪天气过程的成因进行了分析。结果表明:造成此次暴雪天气过程的影响系统除天气尺度的冷锋外,其直接影响系统是中尺度海岸锋,它在有利的天气尺度环境下发展加强并向内陆移动,其上的中尺度环流形成的低云与冷锋云系的叠加是产生暴雪的主要原因。     

1991年梅雨期暴雨中两种尺度系统间位势转换的分析

本文应用平滑滤波方法，对特大洪水的1991年梅雨期一次暴雨过程中的两个时次分离天气尺度和次天会尺度系统。利用位势平衡方程，计算及分析这两个时次梅雨期暴雨区域的各层次及整层积分的天气尺度与次天气尺度系统间的位势转换量I及水平位势转换量IH、垂直位势转换星IV，得到了一些有益的非同于文献[1]、[]其它年份暴雨区域两种尺度、两个时次各种位势转换的结果。     

黄、渤海大风的次天气尺度环流特征及其应用

选取2008年12月出现在黄、渤海的一次大风过程,采用常规观测资料和NCEP全球再分析资料,对大风期间的次天气尺度特征及其与天气尺度系统之间的相互作用进行了诊断分析。结果表明,黄、渤海大风区的次天气尺度环流具有明显的波动特征,这种波动结构的维持与否和大风期间的天气尺度背景密切相关。黄、渤海位于高空槽前,波动结构维持,该区域从次天气尺度系统获得正涡度和动能,气旋发展,大风形成。中纬度斜压带东南移至黄、渤海上空,波动结构遭到破坏,消耗次天气尺度系统涡度,气旋减弱,但低层大气仍获得次天气尺度系统动能,大风维持。在与高空槽相互作用的过程中,虽然次天气尺度环流有不同的分布特征,但低层大气若获得次天气尺度动能,则有利于动能输入地区的风速增幅和大风持续,若消耗次天气尺度系统动能,大风停止。次天气尺度动能大值区主要在850hPa以下的低层。     

陕西区域性暴雨个例中尺度分析

利用自动站雨量、FY-2C卫星TBB和多普勒雷达探测等资料对2006年6月2~3日发生在陕西的一次区域性暴雨进行分析。结果表明:区域性暴雨是中尺度辐合线、中β尺度云团共同作用产生的。尺度分离的流场能清晰地分辨中尺度天气系统,中尺度系统与强降水中心有较好的对应。强降水与雷达上强回波、逆风区、低空急流、暖平流有密切的关系。     

暴雨中两种尺度之间位势转换的诊断分析

本文应用平滑滤波的方法分离天气尺度和次天气尺度系统。选取同一暴雨过程中的两个时次,计算暴雨系统中这两个时次的天气尺度和次天气尺度系统间的位势转换量。得出:在某一区域,同一暴雨过程中不同时次,不同层次,天气尺度和次天气尺度系统之间的位势转换是不同的;即使是同一时次,水平位势和垂直位势的作用也是不同的。整层积分的结果是天气尺度系统向次天气尺度系统转换位势;次天气尺度系统也可向天气尺度系统转换位势。最大转换层均发生在对流层顶200—100hPa上。     

次天气尺度与中尺度暴雨间相互作用的研究综述

参考了近年来有关次天气尺度与中尺度暴雨间相互作用的文献,主要论述了低空急流与中尺度暴雨、高低空急流耦合与中尺度暴雨之间的关系。指出暴雨的研究主要是使用滤波、数值模拟及诊断分析;暴雨的诊断研究还是集中在垂直速度、水汽通量、辐合辐散等方面,有必要寻找并研究新的指数和物理量。     

2006-09-21陕北强对流数值模拟与诊断分析

利用T213资料和Grapes meso中尺度非静力模式对2006年9月20—21日发生在陕北中部黄河沿岸的一次强对流过程进行数值模拟与诊断分析。结果表明:在有利的天气尺度环流背景下,中-α尺度低涡产生的中-β尺度云团是本次强对流天气的直接影响系统。这次强对流天气的发展过程是由高层辐散激发正涡度发展,从而形成深厚的中尺度低涡环流,是一次比较特殊的河套低涡型强对流天气。高、低空急流耦合的不同方式决定了强对流天气表现形式的转变。强对流发生前,河套地区已聚集了大量不稳定能量并有能量锋配合。模式能够比较真实地再现中尺度系统的整个发展过程和强对流天气分布,分析结果可为中尺度强对流预报提供诊断依据。     

非绝热物理过程在模拟飑线系统中β尺度结构中的作用

利用经改进的中尺度模式，对一次飑线过程进行了多种对流参数化和显式水汽方案及地面加热过程的敏感性试验，结果表明中尺度对流性天气系统的成功预报，不仅取决于次网格尺度对流，而且取决于可分辨尺度相变过程及地面加热引起的边界层日变化。计入湿下沉的Ｆｒｉｔｓｃｈ－Ｃｈａｐｐｅｌｌ对流参数化方案和计入可分辨尺度凝结蒸发冻结融化等相变过程的预诊性显式方案的结合使用，对于真实模拟飑线等中尺度对流系统和减少或消除与中尺度涡旋及其降水过度加强相联系的类ＣＩＳＫ不稳定是十分必要和有效的。     

次天气尺度和中尺度预报中的初值问题

本文利用美国宾州大学的中尺度10层湿模式,对次天气尺度和中尺度预报的初值问题进行试验。文中通过天气尺度和次天气尺度两组不同的初值来试验初始温度、湿度和风场对次天气尺度和中尺度预报的影响。