1991年梅雨锋暴雨与锋生环流的诊断分析

利用原始方程模式锋生环流诊断方程对１９９１年７月一次梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。计算结果表明，锋面横向次级环流在低层是一个热力正环流，低空急流出口区的次级环流使锋面附近的上升运动得到加强：１００ｈＰａ青藏高压东侧的偏北风与中层的偏南风耦合形成择流层上层的反环流叠加在锋面横向环流上形成深厚的上升气流区是暴雨发生的动力条件。     

“91.7”梅雨锋横向次级环流稳定维持原因初探

利用多层非线性平衡ω方程、湿静力稳定度倾向方程以及水汽通量散度方程诊断分析了“９１．７”梅雨锋横向次级环流稳定维持的原因。结果发现，稳定性凝结加热的正反馈对横向次级环流的维持起了重要作用。     

“94·7"北京大暴雨的能量锋及能量锋生

首先利用湿静力湿度Ｔσ分析了１９９４年７月１２－１３日北京地区台风低压和西来槽共同影响的强降水过程的能量场，其次利用能量锋锋生方程组，并进行能量锋锋生分析。结果表明：此次降水过程对流层低层对应有明显的Ｔσ水平能量锋区，且Ｔσ能量锋区与同时次６小时降水相对应。能量锋生方程组计算出的Ｔσ水平锋生是地转变形项和倾斜项共同作用的结果，而Ｔσ垂直锋生主要是倾斜项的作用。同时，水平锋生对降水具有指示意义。     

梅雨锋生次级环流对暴雨的作用

本文采用了MM4中尺度数值模式对1991年7月5日08时至6日20时发生在江淮流域的梅雨锋暴雨过程进行了模拟。在模拟较理想的基础上，利用模式输出的高分辨率的动力协调资料，就暴雨过程中锋生次级环流各强迫项对暴雨的作用进行了诊断研究。结果表明：锋生次级环流对暴雨形成具有重要的作用，但在暴雨过程不同时期各项的作用差异很大。     

浙江省梅雨锋强降水的锋生及环流特征分析

为了研究浙中西（浙江省中部和西部）梅雨锋强降水的锋生及环流特征,以2016年6月15日一次典型梅雨为代表,采用ERA-INTERIM（0.25°×0.25°）再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温和雷达资料,运用风场分解、合成分析等方法对锋生与强降水的对应关系及环流结构进行分析。结果表明:此次典型梅雨处于有利的天气尺度背景下,强降水区与中低层锋生区有较好对应。锋区维持时,强降水区伴随中层倾斜锋生和形变锋生;锋区南压时,强降水区伴随中层倾斜锋生和低层水平锋生。低层梅雨锋北侧为超地转偏西气流,南侧为非地转东南气流,它们分别影响了北侧非平衡偏北气流和南侧平衡西南气流的发展,从而影响锋生系统。在锋区存在低层地转偏差辐合、高层辐散的上升运动,形成次级环流上升支,锋后反之。此外,锋前低空纬向风为次地转,而锋后低空纬向风为超地转,高空纬向风为次地转,这进一步促进了次级环流的发展。合成场中,在200 hPa西风槽槽后及槽前分别存在西北气流和西南气流显著增强区;在700 hPa浙北（浙江北部）地区存在东北气流显著增强区。合成锋生各分解项的水平及垂直分布与典型个例较类似。低层锋生主要由散度项贡献,形变项次之,倾斜项则起负作用;中层锋生主要由倾斜项贡献,形变项次之;高层锋消主要由倾斜项贡献。     

应用湿Q矢量分解诊断梅雨锋暴雨

采用传统的Q矢量分解方法将湿Q矢量(Q*)分解在沿等位温线的自然坐标系中，并结合改进的MM4模式(MMM4)模拟资料，对一次江淮梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。结果表明，分解湿Q矢量可将梅雨锋暴雨的垂直运动场进行一个有意义的尺度分离，这不仅验证了梅雨锋暴雨过程中存在不同尺度相互作用的已知结论，而且从定量的角度揭示出不同尺度在梅雨锋暴雨不同阶段所起的作用不同，有明显的主、次之分：在梅雨锋暴雨的开始形成阶段，大尺度对垂直运动场的产生起着主要的强迫作用，锋区尺度的强迫作用处于次要地位；在梅雨锋暴雨的强盛阶段，锋区尺度已经演变为垂直运动场的主要强迫因子，而大尺度的强迫作用则处于次要地位，其至多起着背景场的作用，甚至个别时次可以忽略不计；在梅雨锋暴雨的衰亡阶段，大尺度又逐渐演变为此时垂直运动场的主要强迫动力，而锋区尺度的强迫作用则迅速衰减，其又仅处于次要地位。此外，我们认为分解湿Q矢量比“总”的湿Q矢量更有利于对产生梅雨锋暴雨的潜在物理机制的评估：先是在大尺度2△↓.Qθ*的强迫作用下诱发中尺度2△↓.Qn*强迫作用的产生，随着2△↓.Qn*强迫作用的增强，其所强迫作用产生的次级环流增强，降水的强度也同时随着增大，最终由2△↓.Qn*强迫作用所产生的次级环流直接导致梅雨锋暴雨的发生。     

变性台风Winnie(9711)环流中的锋生现象

基于T106一日四次1.125°×1.125°格点资料, 采用非地转湿Ｑ矢量对登陆台风Winnie(9711)变性加强过程中环流内的锋生现象进行诊断分析。结果表明, Winnie变性加强与其环流内的中尺度锋生过程密切相关, 其低层环流中可发现包围台风中心的环状锋生现象。其中, 北侧锋带与西侧锋带在结构、性质上有所不同, 北侧锋具有暖锋特征, 而西侧锋具有冷锋特点。台风残余低压环流中心位于两条锋带的交汇处, 其变性加强过程类似于一个温带气旋在地面锋上的发展过程。Winnie变性加强过程中, 北侧暖锋锋生强, 锋面次级环流明显, 降水区主要出现在该锋带附近。西侧冷锋锋生弱, 无明显锋面次级环流, 降水不明显。强锋生区首先在台风上空高层产生, 随后增强下传, 加强了低层锋生过程。中低层锋生强度以及锋上垂直运动与凝结潜热作用有密切关系。     

“91.7”梅寸锋横向次级环流稳定维持原因初探

利用多层非线性平衡ω方程、湿静力稳定度倾向方程以及水汽通量散度方程论断分析了“９１．７”梅雨锋横向次级环流稳定维持的原因。结果发现，稳定性凝结加热的正反馈对横向次级环流的维持起了重要作用。     

改进的湿Q矢量分析方法及梅雨锋暴雨形成机制

利用实测暴雨资料,结合改进的MM4(MMM4)模式模拟输出的加密资料,分别利用改进的湿Q矢量(记为Q*)及改进的湿Q矢量分解(Partitioning),诊断分析了1991年7月5日20:00~6日20:00一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程。结果表明,600hPaQ*矢量散度辐合区对同时刻地面降水的强度、落区及不均匀性有很好的指示作用。在整个梅雨锋暴雨过程中,Q*矢量散度辐散、辐合在垂直方向上是相间分布的,它所激发的次级环流可能是诱发梅雨锋暴雨产生的重要因素。进一步研究表明,改进的湿Q矢量分解比“总”Q*矢量更具有诊断意义,可将梅雨锋暴雨的垂直运动场进行有意义的尺度分离,更有利于梅雨锋暴雨的潜在物理机制的评估。在梅雨锋暴雨的不同阶段,对于垂直运动场而言,不同尺度的Q*矢量散度辐合场的强迫作用不同,有主、次之分。基于上述诊断分析结果,本文进而提出梅雨锋暴雨形成的可能物理机制,并给出其概念模式:由于初始大气中大尺度的水汽及垂直运动场的空间分布不均匀,从而造成了大尺度Q*矢量散度辐合,激发出次级环流,进而引发了中尺度Q*矢量散度辐合场的产生,最终产生次级环流,直接导致梅雨锋暴雨的发生。     

应用湿Q矢量诊断梅雨锋暴雨

利用湿Q矢量，结合改进的MM4（MMM4）模式模拟输的加密资料，细致地诊断分析了1991－07－05T20－06T20一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程，结果表明：湿Q矢量散度辐合场随高度向倾斜；在梅雨锋暴雨发展，衰亡阶段，湿Q矢量散度散，合场在垂直方向上主要呈现出了相间分布的特点；从湿Q矢量散度辐合场这个角度探讨了梅雨锋暴雨的内在机理，并给出了梅雨锋暴雨具体预后的新思路。     

梅雨锋的典型结构、多样性和多尺度特征

在天气尺度梅雨锋的天气学定义基础上,利用GMS-5静止卫星红外云图、常规气象探空资料、NCEP再分析与最终分析资料对2002年长江流域典型梅雨期6月26—28日和二度梅期间7月23日、1998年5月梅雨与7月二度梅共4个梅雨锋个例进行了分析与比较,归纳了梅雨锋结构多样性;并着重对典型梅雨期的梅雨锋发展过程、水平以及垂直结构进行了多种物理量场(包括风场、温度场、急流、锋区、假相当位温、散度、垂直速度、静力稳定度等)的综合分析。结果表明,不同的个例,不同的地区和时期,一次梅雨过程的不同阶段,梅雨锋的结构和性质都有可能不同,它可以从比较接近极锋的性质过渡到接近赤道锋的性质。在水平结构上梅雨锋是在高、低纬度不同尺度的环流系统共同作用下形成的,从而造成了梅雨锋结构具有丰富的多样性。对典型梅雨锋结构进行综合分析表明梅雨锋对流层中下层锋面由强假相当位温水平梯度形成;梅雨锋南侧为暖湿气团、北侧为变性气团;梅雨锋南面为西南季风、北面为偏东气流;梅雨锋的上升运动和强降水主要发生在梅雨锋的前沿;梅雨锋上方对流层上半部存在与副热带高空急流相配合的高空副热带锋;对流层上部的高空热带东风与副热带高空西风急流构成了梅雨锋降水的高空辐散流场。根据典型期梅雨锋以及二度梅倾斜型梅雨锋的对流层上、中、下水平环流特征,给出了梅雨锋的多尺度概念模型,主要包括中低纬度系统相互作用、对流层高层的行星尺度的环流系统副热带高空西风急流、高空热带东风急流与南亚高压、对流层中层的副热带高压与北方的短波槽以及对流层低层的行星尺度季风和切变线。     

A MESO-α SCALE STUDY OF MEIYU FRONT HEAVY RAIN－PART I: OBSERVATIONAL STUDIES

In this paper, the data collected during the Mesoscale Weather Experiments in East China are utilized to study the meso-α scale rain-bands of meiyu front heavy rain, its structural features as well as the mechanism of its development. It has been revealed that the precipitation band during the meiyu season is in the shape of ribbon, which is parallel to the surface quasi-stationary front. Sometimes two meso-α scale rain-bands are present. The meso-α scale rain-band is associated with meso-α scale convergence line. As shown by the two dimentional disturbance circulation, calculated through band-pass filtering, the single rain-band is quite different from the double rain-bands. The former is, to some extent, akin to the frontogenctical circulation in the vicinity of the high- and low-level frontal zones; the latter features roller-like circulations at middle and low-levels with their axes parallel to the rain-bands while at higher levels they run in the opposite direction. This kind of disturbance may be caused by the symmetric instability in the moist atmosphere.     

A generalized frontogenesis function and its application

With the definition of generalized potential temperature, a new generalized frontogenesis function, which is expressed as the Lagrangian change rate of the magnitude of the horizontal generalized potential temperature gradient, is derived. Such a frontogenesis function is more appropriate for a real moist atmosphere because it can reflect frontogenesis processes, in which the atmosphere in a frontal zone is typically characterized by neither completely dry nor uniform saturation. Furthermore, by derivation, the expression of generalized frontogenesis function includes both temperature and humidity gradients, which is different from and superior to the traditional frontogenesis function in moist processes, which also uses equivalent potential temperature. Diagnostic studies of real cases are performed and show that the generalized frontogenesis function in non- uniformly saturated moist atmosphere indeed provides a useful tool for frontogenesis, compared to using the traditional frontogenesis function. The new frontogenesis function can be used in situations involving either a strong temperature or moisture gradient and is closely correlated with precipitation.     

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

Typical Structure, Variety, and Multi-Scale Characteristics of Meiyu Front

Meiyu front plays an important role in summer rainfall in central China. Based on the GMS-5 satellite images, NCEP reanalyses （2.5°×2.5°） and final analyses （1°×1°） data, and meteorological conventional sounding observations, the horizontal and vertical structures of the Meiyu front were summarized using multiple diagnostic variables, including winds, temperature, jet stream, front, pseduo-equivalent potential temperature, divergence, vertical motion, static instability, etc. In this paper, four cases were selected and analyzed, two of which are in 26-28 June and 23 July 2002 during the Experiment on Heavy Rain in the Meiyu period in the lower reaches of the Yangtze River, and the others are in May and July 1998. The two cases in July 1998 and July 2002 are the secondary Meiyu front cases. The results show that the structures and characteristics of the Meiyu front are different for various cases, or at various places and time, or at various stages of one case, and the frontal characteristics can be converted from the polar front to the equatorial front. Because of the interaction of the different scale circulations in the high and low latitudes, the horizontal structure of the Meiyu front has various forms.
The results in this paper also show that the typical Meiyu front consists of a narrow band with a high gradient of potential equivalent temperature below 500 hPa, south of which is warm and moist air mass, and north of which is the transformed air mass from the midlatitude ocean or polar continent. Below the mid troposphere, south of the front blows southwesterlies, while north blows easterlies. The ascending motion and precipitation usually occur ahead of the Meiyu front. In the upper troposphere, the subtropical front is above the Meiyu front, but two fronts are separated. In addition, the upper westerly jet stream and the easterlies to the south of the Meiyu front result in the upper divergent flow field.
The multi-scale characteristics of the horizontal structure of the Meiyu front can     

2003年6月29日至7月2日淮河梅雨锋大暴雨过程诊断分析

对 2 0 0 3年 6月 2 9日至 7月 2日梅雨期淮河流域一次大暴雨过程进行了天气动力学诊断分析。结果表明 :这次大暴雨过程是在双阻型梅雨天气形势下发生的 ,梅雨锋锋区热力学特性和动力结构多变 ,一般具有斜压性结构 ,但有时又表现出准正压性结构 ;梅雨锋的维持和加强主要依赖于低空强西南暖湿气流在梅雨锋区的辐合抬升作用提供水汽和能量 ,强降雨区位于水汽通量大值区北侧强梯度区中。     

锋生作用对2011年梅汛期湖北暴雨的影响

利用常规气象资料、湖北人工气象站和自动气象监测站雨量资料、NCEP再分析0.5°×0.5°等资料,对锋生函数在2011年6月中上旬梅雨期三次暴雨过程中的作用进行了诊断分析。结果表明:(1)2011年湖北梅雨在单阻型环流场形成和维持的过程中,先后出现了三种不同特征的暴雨过程。三次过程均在中层出现锋生。(2)中层锋生主要由垂直锋生造成,有利于对流不稳定的发生。低层锋生主要由水平锋生造成,有利于水汽输送和辐合抬升。当中层和低层均有锋生,且中层为垂直锋生、低层为水平锋生时,有利于降雨强度的加强。(3)先出现中层锋生后出现低层锋生可能为短时降雨,先出现低层锋生后出现中层锋生可能为长历时降雨。(4)低层的垂直锋消与水平锋生完全抵消说明低层水平辐合不够强,且对流稳定,不利于强降雨的发生。     

梅雨锋结构的数值模拟

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的全程四维同化模拟结果,深入分析梅雨锋结构的时空不均匀变化特征及其与低涡降水强度的密切关系。结果表明,梅雨锋呈现明显的中层锋和边界层锋两段锋的特征,中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键,中层锋的加强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通,有利于梅雨锋降水的加强,强降水并不出现于中层锋区最强的时段,而是发生于大范围锋区强度达峰值之后约16—24 h。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。组成低空急流的中低层u,v分量呈现不同的分布和演变特征,强南风中心位于900—800 hPa,呈明显的低空急流状特征,贴近暴雨区还可能出现较小尺度的急流;而强西风中心出现于中层锋前700—500 hPa,表现为高空强西风区沿锋区上界的向下延伸;低空南风急流通常与总变形同时加强。强锋段的锋前饱和高湿高能气柱、锋前中低层急流状南风区和中层西风均匀大值区等要素场呈现高度组织化的特征。梅雨锋的低层特性,如辐合、锋区强度、总变形和南风分量及降水强度等要素呈现显著的中尺度扰动特征,有明显的日变化且受长江中下游中尺度地形影响,扰动特征有随时间上传的趋势。     

Investigation of the mei-yu front using a new deformation frontogenesis function

A new frontogenesis function is developed and analyzed on the basis of a local change rate of the absolute horizontal gradient of the resultant deformation. Different from the traditional frontogenesis function, the newly defined deformation frontogenesis is derived from the viewpoint of dynamics rather than thermodynamics. Thus, it is more intuitive for the study of frontogenesis because the compaction of isolines of both temperature and moisture can be directly induced by the change of a flow field. This new frontogenesis function is particularly useful for studying the mei-yu front in China because mei-yu rainbands typically consist of a much stronger moisture gradient than temperature gradient, and involve large deformation flow. An analysis of real mei-yu frontal rainfall events indicates that the deformation frontogenesis function works remarkably well, producing a clearer mei-yu front than the traditional frontogenesis function based on a measure of the potential temperature gradient. More importantly, the deformation frontogenesis shows close correlation with the subsequent(6 h later) precipitation pattern and covers the rainband well, bearing significance for the prognosis or even prediction of future precipitation.     

一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。