垂直风切变对螺旋波不稳定的影响

通过建立一系列局地准二维直角坐标系,用以研究垂直风切变对热带气旋中螺旋波不稳定的影响,并计算了螺旋波不稳定增长率在螺旋线上的分布,得到了以下结论:不稳定增长率开始随热带气旋半径增大而增大,在最大风速圈处达最大;然后随半径减小,以后再随半径增大,出现一个局地极值,再以后又减小,即在螺旋线上有两个极值中心;这与实际热带气旋的情况相一致。不稳定螺旋波的增长率与基流的垂直切变和层结参数密切有关,基流垂直切变越大,层结参数越小,则增长率越大;也即Richardson数越小,则不稳定增长率越大。     

WAVE-CISK对称不稳定谱点分布的半圆定理

采用滞弹性近似研究了WAVE-CISK下对称性扰动的谱点分布,得到了WAVE-CISK下对称不稳定扰动谱点分布的半圆定理,用其可估计该对称不稳定增长率的上界.发现存在WAVE-CISK时加热反馈和层结参数对该不稳定的增长率均有重要影响.WAVE-CISK加热反馈越强、基流的垂直切变越大,扰动的垂直结构越简单则该不稳定增长率的上界就越大.存在WAVE-CISK时滞弹性近似下的对称不稳定发生的条件也较Boussinesq近似下的更苛刻.     

两层正压流体涡旋中螺旋波的不稳定

利用线性化的两层正压原始方程模型，对有水平和垂直切变基流的圆形涡旋中螺旋波的不稳定作了研究。结果表明，当基流失稳时，涡旋中不稳定扰动的厚度场、速度场在上、下两层都具有明显的螺旋结构，下层的螺旋结构要较上层复杂。基流垂直切变越大则越易失稳。失稳时上、下层扰动的配置接近反位相，故该螺旋波结构相应于斜压模。此时螺旋波上的扰动中心在切向是逆基流传播的，在径向则基本没有传播，而螺旋臂的整体运动缓慢。失稳的螺旋波其散度场要较涡度场明显，物理量的配置也大体符合重力惯性波的情况，故可认为其是重力惯性波的不稳定所致。本模型中该螺旋波的形态与实际热带气旋中的螺旋云(雨)带很相象。     

不稳定横波型扰动谱点分布的半圆定理

作者在理论上对不稳定横波型扰动的谱点分布作了分析,得到了该不稳定扰动谱点分布的半圆定理,即谱点分布在复平面上以原点为圆心、以R0为半径的下半圆域上;并发现扰动的波长越短、模式层顶越高、静力稳定度参数的绝对值越大、基流的垂直切变越大、纬度越高则该半径就越大.     

斜交型不稳定谱点分布侧半圆定理及其增长率上界的估计

本对斜交型扰动不稳定谱点的分布做了理论分析，得到了该谱点分布的半圆定理一该谱点分布在复一面上以原点为圆心以R0为半径的上半平面上，同时还对该不稳定增长率的上界作了估计。发现水平永度越小，模式顶越高则该估计值越大；垂直风切变的增大和纬度的增高对该增长率的增大有正贡献；当层结稳定度减小时，最大增长率随相对最大增长率得增大而减小。     

南宁市强对流暴雨降水特征及成因初探

对1955～2000年发生在南宁市的强对流暴雨的降水特征作了较系统的分析,得出5～8月是强对流暴雨多发期,以单个雨团影响最为普遍,易发生在水汽和不稳定层结垂直分布极不均匀的环境场中。     

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。     

南宁市强对流暴雨降水特征及成因初探

对1955～2000年发生在南宁市的强对流暴雨的降水特征作了较系统的分析，得出5～8月是强对流暴雨多发期，以单个雨团影响最为普遍，易发生在水汽和不稳定层结垂直分布极不均匀的环境场中。     

长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析

文中分析了 1998年 7月 2 0～ 2 3日发生于长江流域的持续性降水和暴雨过程 ,在分析大尺度降水和中小尺度暴雨相对应的环流场和天气实况的基础上 ,主要分析相应大气层结的对流不稳定和条件性对称不稳定条件 ,并对切变线上涡层不稳定做了重点介绍和分析 ,计算了条件性对称不稳定判据和涡层不稳定判据。结果表明 :降水期间大气低层有对流不稳定和对称不稳定能量的积聚 ,在这两类不稳定条件都基本满足的情况下 ,涡层不稳定的维持对此次降水过程中暴雨的发生提供了有利的不稳定环境场 ,具体的计算分析还表明环境场的配置制约着切变线上低涡扰动的发展 ,是造成降水的重要原因之一。     

一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析

伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。     

Analytic Study on Potential Instability and Spiral Structure of Rain Clusters

This paper presents a study on potential instability and spiral structure of unstable rain clusters.First,we develop a linearized non-axisymmetrical mathematic model for rain clusters in circular cylindrical coordinates and acquire its analytic solution.Second,we discuss the potential instability of non-axisymmetrical rain clusters.Finally,we conclude that spiral structures can exist in rain clusters.Our analysis indicates that potential instability occurs when humid stratification coefficient is less than zero.Unstable growth rate increases with the increase of the absolute value for humid stratification coefficient.The simpler the vertical structure of perturbation,the thicker the inversion layer;additionally,the smaller the radius of the rain clusters,the larger the unstable growth rate.Simulation results agree well with those from observation and forecast.The spiral structure simulated by our model is similar to a radar echo,suggesting that rain clusters with spiral structures can occur in the atmosphere.In addition,they are generally close to the model solution in this work.     

2012年韶关典型“龙舟水”成因分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料、常规气象观测资料对2012年韶关地区“龙舟水”前后的特征进行分析,结果表明：北半球中高纬维持稳定的“两脊一槽”大气环流形势,有利引导冷空气与华南沿海暖湿空气交汇;中低层冷暖切变、低涡高低空急流耦合、边界层辐合渐近线为暴雨触发机制;过程的水汽源于孟加拉湾和南海,水汽辐合主要在华南;暴雨是在大气层结不稳定的条件下,但是一定要有触发机制把气层的不稳定能量释放出来转化成上升气块的动能,才能造成持续性暴雨的出现.     

2012年呼伦贝尔市3次局地暴雨成因对比分析

文章利用常规气象资料对2012年汛期(6—8月)呼伦贝尔市3次局地暴雨的成因做了对比分析。结果表明:3次局地暴雨过程的环流均为径向型,整个欧亚大陆槽脊分布较明显,乌拉尔山以东的阻塞高压、西来槽以及贝加尔湖冷涡为主要的影响系统;高空急流或最大风速带与低空急流或最大风速带形成耦合,对局地暴雨过程中水汽和热量的输送以及持续强烈的上升运动的维持起重要作用。3次过程中,在雨区上空都有充沛的水汽(比湿≥10g/kg)且有强的水汽辐合,但3次过程中,水汽源地和输送路径却不同;3次过程中,大气均处于上干下湿的不稳定层结状态中,但在不稳定指数及不稳定能量上却存在较大差别;3次过程中,雨区上空存在持续强烈的上升运动,为暴雨天气的产生和持续提供了有利的动力抬升条件;对于3次降雨过程,卫星云图和雷达回波图均有较好的指示作用。     

非常规探测资料在一次非典型暴雨过程中的应用

利用漳州市地面加密自动站、多普勒天气雷达、风廓线雷达和微波辐射计等非常规探测资料,分析了2020年9月19日漳州市一次非典型暴雨过程期间各探测资料的演变特征。结果表明:此次过程是高空槽东移引导地面冷空气快速南下与低层偏南暖湿气流交汇并持续对峙引发的;在强降水时段,雷达组合反射率因子40dBz以上强度的水平范围大,在垂直结构上,强反射率因子表现为低质心型;风廓线雷达水平风场的突变对强降水预报具有指示意义,垂直风速的变化与地面降水时长等具有较强的相关性;微波辐射计的温湿度廓线直观反映降水前后测站上空的温湿层结,由降水前低层增温增湿,不稳定增强变为温湿分布均匀的稳定到中性层结,对地面降水发生具有较好的提前量。     

苏尼特左旗春季一次大雨天气诊断分析

应用常规气象资料、卫星云图,对2009年4月23日苏尼特左旗对流性大雨天气的成因进行了诊断。分析了产生大雨的天气系统特征,大气垂直稳定度,产生大雨的水汽条件和动力触发机制。给出了产生大雨的对流云团演变特征。研究结果表明：对流性大雨是由高空冷涡、蒙古气旋共同影响产生的。低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,把水汽源源不断地向大雨区输送。低涡槽结构和低层增温增湿气流侧向汇合,垂直涡度增大,辐合上升运动增强,对流不稳定能量释放,继而产生对流性大雨天气。     

CHARACTERISTICS OF GRAVITY WAVE PROPAGATION AND ENERGY CONVERSION IN A SUDDEN HEAVY RAINFALL EVENT

In this paper, a sudden heavy rainfall event is analyzed, which occurred over the Yellow River midstream during 5–6 August 2014. We used observational, NCEP/NCAR reanalysis, high-resolution satellite, and numerical simulation data. The main results are as follows. Under an unfavorable environmental circulation, inadequate water vapor and unfavorable dynamic conditions but sufficient energy, a local sudden heavy rainfall was caused by the release of strong unstable energy that was triggered by cold air transport into middle and lower layers and the propagation of gravity waves. The distributions of rain area, rain clusters, and 10-minute rainfall showed typical mesoscale and microscale fluctuation characteristics. In the mesoscale rain area or upstream, there was a quasi-stationary wave of mesoscale gravity waves with their propagation downstream. In the course of propagation from southwest to northeast, the wavelength became longer and the amplitude attenuated. In the various phases of gravity wave development, there were evident differences in the direction of the wave front. Wave energy was mainly in the lower layers. Unstable vertical wind shear at heights of 1–6 km provided fluctuation energy for the gravity waves. The mechanisms of heavy rainfall formation were different at Linyou and Hancheng stations. Diabatic heating was the main source of disturbed effective potential energy at Linyou. The explosive short-period strong precipitation was caused by the release of strong effective potential energy triggered by the gravity waves, and its development and propagation after that energy maximized. In contrast, the latent heat release of upstream precipitation was the main source of disturbed effective potential energy at Hancheng. This formed a positive feedback mechanism that produced continuous precipitation. In the studied event, the development of westerly belt systems had disturbed the wind field. The contribution of kinetic energy generated by this disturbance could not be ignored. The Froude number, mountain shape parameter, and ratio between mountain height and temperature inversion layer thickness had various effects of atmosphere and terrain on mesoscale and microscale mountain waves. In upper and lower layers, there were five airflows that were strengthened by the terrain. All these had important influences on local heavy rainfall at Linyou and Hancheng stations.     

黄淮地区两次低涡暴雨的中尺度特征分析

利用自动站资料、卫星云图、新一代天气雷达资料与NCEP再分析资料,分析了2010年7月17—19日黄淮地区低涡暴雨过程中两次强降水过程（分别简称“7．17”过程和“7．18”过程）的环境条件及其中尺度系统发生、发展演变过程。结果表明：（1）两次强降水均发生在充足的水汽输送、大的不稳定能量和较强的辐合上升运动等有利环境条件下,“7．17”过程热力条件更好,降水强度大,但降水范同小;“7．18”过程动力条件更好、强降水落区范围大,但雨强比“7．17”过程小。（2）“7．17”过程累积暴雨带落区位于气旋中心移动路径两侧约30—80km范围内,“7．18”过程累积暴雨、大暴雨带落区位于气旋中心移动路径两侧约70～100km范同内。（3）中尺度雨团（带）和短时强降水主要出现在地面中尺度气旋周围附近,地面中尺度气旋活动的不同阶段强降水落区不同。（4）卫星云图上,两次过程强降水均由发展旺盛的对流云团自西南向东北移动而产生,对流云顶亮温低至210～220K。（5）雷达回波图上,“7．17”过程涡旋特征更明显,“7．18”过程冷暖切变回波带特征更明显。两次过程中尺度雨带与大于等于43dBz的螺旋回波带对应关系较好,短时强降水和螺旋雨带上大于等于48dBz的强回波有较好的对应关系。     

2011年7月初一次大暴雨过程分析

2011年7月初四川中部至东部出现一次持续的强降水过程,采用NCEP再分析资料、常规观测资料、自动站资料和FY-2E资料对此次过程进行诊断分析。结果表明,本次区域性大暴雨过程主要影响系统为副高外围西南气流和中尺度对流云团,副高西伸带来充沛的暖湿气流向川内输送,与北下干冷空气在四川上空汇合,增强大气层结不稳定;雨区上空对流层内有强上升运动且中低层不稳定呈高温高湿状态;700hPa水汽通量散度分析显示本次暴雨水汽源于孟加拉湾,水汽辐合区内有TBB大值中心及视热源、视水汽汇大值区;本次降水为对流性降水,水汽凝结加热对大气加热起重要作用,视热源、视水汽汇及垂直螺旋度与暴雨有很好的对应关系,当强降水出现时螺旋度呈(高空)上负(低空)下正分布,高层负螺旋度的生消与降水有更好的对应关系;雨区上空水汽收支显示南、北两边界是主要水汽来源,且水汽以南北向辐合为主。      

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

一次特大暴雨水汽输送与中尺度分析

从天气背景、水汽输送、中尺度对流系统等几个方面对宿迁2010年9月7—8日出现的特大暴雨过程进行分析。结果表明,偏东风与西南风的切变风场使得水汽在淮北汇合,对特大暴雨的产生非常有利;高低空急流及其耦合作用、不稳定大气层结和冷空气的锲入,能产生深厚的上升运动和快速的水汽垂直输送;中尺度涡旋、低压、流场辐合线或辐合中心对特大暴雨的落区、强度和维持时间有很好的预报意义。