亚洲地区月平均大气加热场及其年变特征

本文利用1961—1970年的平均资料,详细地计算了东亚范围内1—12月大气的辐射收支和热量收支,进而分析其年变特征。主要结果: 1.青藏高原4—9月是热源,其它各月是冷源。高原中西部冷热源的形成及年变化主要决定于地面感热加热的变化。高原东部3—5月热源的形成决定于感热的迅增,6—9月的热源则同时取决于感热和潜热。高原地区热源出现早而强,有二次迅速增强过程,这对6月南支副热带急流的北跳和雨季的爆发有贡献。冬季,高原的冷源对其南边的副热带急流贡献甚小。高原的动力作用对其维持有贡献。 2.高原北边和西边全年的感热和潜热都很小,年变化也很小,所以全年都是冷源。7月伊朗高压是动力性的。 3.高原南侧及东侧的感热很小,潜热强度大且年变化也大。所以其热源及年变化主要决定于降水量的多少及其年变化。印度北部6—9月为热源,其它各月为冷源。孟加拉湾地区热源4月开始,但比高原热源弱,5月增强,6—7月最强,比高原要强7—8倍。但高原加热对南亚雨季开始的贡献大,而孟加拉湾地区的强热源可能是雨季爆发的结果而不是原因。     

亚——非季风区非绝热加热与夏季环流关系的诊断研究

基于热力适应理论,本文利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料对撒哈拉沙漠、青藏高原和孟加拉湾地区的非绝热加热与夏季环流进行了诊断研究。在非洲撒哈拉沙漠地区,以感热输送为主的加热仅局限于近地面层,边界层以上的大气则以辐射冷却占优势。因而除了边界层内存在着浅薄的正涡度和微弱的上升运动以外,整个对流层几乎都维持负涡度并盛行下沉运动。对于青藏高原地区,强大的表面感热通量引起的垂直扩散是近地面大气加热的主要分量,与大尺度上升运动相关的凝结潜热对低层大气的加热也有一定的贡献。长波辐射造成的对流层中、上层大气的冷却则主要由深对流潜热释放来补偿。夏季高原地区总非绝热加热是正值,且最大加热率出现在边界层内。低空大气辐合产生正涡度,而中、高层大气辐散伴有较强的负涡度。因而高原盛行上升运动,最大上升运动位于近地面层。夏季孟加拉湾地区的深对流凝结潜热释放远大于长波辐的冷却作用,因而整个对流层几乎都保持较强的非绝热加热。４００ｈＰａ层附近的最大加热率引起３００－４００ｈＰａ最强的上升运动。对流层上层是负涡度区,而中、低层为正涡度区。结果还表明,垂直和水平辐散环流与大气的热源和热汇区密切相联：在高层,辐散气流从热源区流向热汇区;在低层则相     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水.文中首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验,研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献.结果表明,在副热带高压控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动.低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层.同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大.热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合.定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小.     

河南特强暴雨β中尺度流场发展机理的数值模拟研究

采用宇如聪等研制开发的η坐标有限区域中尺度暴雨数值预报模式AREM,对2004年7月16—17日发生在河南的一次特大暴雨过程进行了数值模拟。模拟结果表明:凝结潜热促使对流层中层大气在β中尺度水平范围的气柱内得到加热,中高层大气的等压面抬高并形成β中尺度高压,中低层大气的等压面降低并形成β中尺度低压,上下层的共同作用促进了垂直运动的迅速发展。当上升运动强烈发展时,在其四周有明显的补偿下沉气流出现:在强上升运动南侧,对流层高层辐散气流向南回流导致对流层高层出现中尺度垂直环流圈,它的下沉支融入上升运动区南侧的补偿下沉气流中,并将高空的水平动量带到对流层低层形成一支新的β中尺度急流;在强上升运动北侧,对流层低层发展出了一支中尺度垂直环流圈,其下沉支向南的辐散气流与低层西南暖湿气流汇合,形成β中尺度辐合线,加强了暴雨区上空低层的辐合;在强上升运动东侧,对流层低层也有一支中尺度垂直环流发展,其下沉支中向西的辐散气流使该区域原来较为一致的西南气流出现向东的偏转,从而在西南气流中形成气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度辐合线上的辐合。对流层低层非地转涡度的强烈发展是β中尺度气旋形成的重要原因。最后给出了强暴雨β中尺度流场发展机理的三维空间示意图。     

由冬至夏北半球副热带地区大气热源的季节转换特征及其可能机制

本文基于多套卫星观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了由冬至夏北半球副热带地区大气热源的季节转换特征及其原因。结果表明,北半球副热带大陆东部以对流凝结潜热为主的夏季型大气热源首先于4月初在我国南方地区建立,该过程与江南雨季的形成发展联系紧密。2~3月,江南地区的大气热源以感热加热为主,这时降水以大尺度层云降水为主;而在4月初之后,江南地区降水以对流性降水为主,相应地对流凝结潜热成为大气热源的主要成分。动力和热力诊断分析说明,青藏高原南部热力状况的季节变化是导致4月初江南地区降水性质和大气热源首先发生季节转换的重要原因。2~3月,随着太阳辐射逐渐增强,青藏高原地面感热随之加强,此时对流层中部的纬向西风令江南地区的对流层中部暖平流加强,引起上升运动并加强局地大尺度层云降水,令土壤湿度加大,为随后局地对流性降水的快速发展提供了有利条件。之后,青藏高原地面感热在4~5月期间继续加强,这时高原南坡的"感热气泵"令其四周的低空水汽向北辐合,从而加强了江南地区的低空南风,使大量水汽自南海-西太平洋向北输送,令江南地区的对流性降水快速发展,地面感热迅速减小,对流凝结潜热进而成为江南地区大气热源的主要成分。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。     

北半球夏季中低纬地区的平均垂直环流与大气中冷热源分布的关系

本文应用中央气象局出版的“北半球高空气候图集”中的风场资料,计算了45°N以南、北半球范围、7月份850 mb—100 mb各标准等压面层上的平均垂直运动。分析了不同区域经向和纬向垂直环流的特点,并将它与大气中冷热源进行对照。指出:夏季北半球低纬度平均是个Hadley环流,其北是个道环流。形成这种环流形势的主要贡献地区在两个大洋上,这主要与低纬度大气是个热源、共北是个冷源的分布有关。另外,由纬向环流看到,夏季北半球中低纬主要上升运动区和下沉运动区各有两个,这两对上升气流区和下沉气流区构成了夏季北半球中低纬地区垂直环流的大形势。此外,本文还指出夏季青藏高原上空的上升气流向四周流出后所影响的地理区域。     

1979年5月东南亚夏季风的建立和青藏高原的作用

东南亚夏季风开始于5月,它是大气环流向夏季环流过渡的一个重要阶段。本文用FGGE-IIIb全球网格点资料,分析1979年4月26日到5月25日,大范围（40°S～50°N,30～160°E）温度、湿度和风场变化特征,计算了垂直速度、辐散风场、热源和水汽汇收支,研究了东南亚夏季风的性质和来源,其中着重分析了青藏高原的热力和动力作用与东南亚夏季风建立的关系。东南亚夏季风建立的主要因素是中纬度的环流形势,来自热带海洋的西南气流和青藏高原的作用。东南亚夏季风开始时,高空大气环流发生调整,青藏高原上空为波脊,两侧为波槽。低空东南亚夏季风区的辐合气流有四个来源:1）同经度范围的偏南辐散风,2）高原南侧的偏西辐散风,3）高原东侧的偏北辐散风,4）西太平洋上的偏东辐散风。分析表明,东南亚夏季风降水受高原西南侧的中纬度西风带波动影响。低空西南气流来源于80～120°E的南半球热带地区,西南气流输送水汽并且加强低空辐合。主要的热源位于东南亚,主要是潜热释放形成的,它是驱动东南亚夏季风环流的主要机制。整个分析期,青藏高原是一热源,抬升的感热加热和动力作用形成和维持了高原上空的高压脊和两侧的波槽,从而有助于东南亚夏季风的建立。     

1998年5月南海夏季风建立的诊断和模拟研究

利用NCEP/NCAR高空格点和TBB资料,通过大气热源、水汽汇和准地转位涡方程诊断分析,以及中期数值模拟试验,讨论了南海夏季风建立的中期突变过程物理机制,也讨论了青藏高原的动力和热力作用的影响。研究表明,南海季风建立之前,在孟加拉湾有热带气旋发展,我国华南和南海地区受南下冷空气的锋面系统影响,该两个天气系统产生的降水凝结潜热的作用,增强了从孟加拉湾到南海、西太平洋低纬地区的低层西南气流及高空东风气流,並使200 hPa层上反气旋北跃到22°N附近,导致南海夏季风建立。1998年5月南海夏季风的爆发,主要是前期这两种热源因素共同作用的结果。高原的感热作用加强了四周低层气流向髙原的辐合及髙层气流向外的辐散,从而有利于夏季风建立,但相对于降水凝结潜热作用,影响较小。高原地形动力作用对西风带系统有明显的动力阻滞作用,有利于反气旋北上,但对低纬上下层风场的直接影响不显著。     

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。     

青藏高原春季地表感热异常对西北地区东部降水变化的影响

利用青藏高原地区代表站点的实测地表热通量数据、JRA-55和NCEP再分析资料以及中国西北地区东部代表站点的降水资料等数据,通过波文比分析、奇异值分析(下称SVD)以及环流场的合成分析等方法,研究了青藏高原地区春季地表加热场异常与同期中国西北地区东部降水变率的关系,结果表明:(1)高原春季波文比值的变化反映出高原地表的非绝热加热中,春季感热加热的贡献较为显著,是高原春季地表加热的主要成分;(2)SVD分析表明,春季高原地表感热的异常与同期中国西北地区东部的降水存在负相关关系,春季高原地表感热增强的年份,中国西北地区东部的春季降水减少;(3)春季地表感热强-弱年的高原周边垂直环流偏差场表明,春季高原地表感热的年际异常增强(减弱)会引起高原周边地区的垂直环流场上升气流的减弱(增强);(4)相对涡度场、位势高度场、风场和水汽通量散度场的合成分析表明,春季高原地表感热偏强的年份,中国西北地区东部对流层高层以正涡度和气流的辐合运动异常为主,中低层以负涡度和辐散下沉运动异常为主,因此中国西北地区东部春季的水汽辐合由低层向高层逐渐减弱,不利于春季降水的发生。     

青藏高原热源异常对1999年东亚夏季风异常活动的影响

以1999年青藏高原的热源异常为出发点,讨论了其对东亚夏季风异常活动的影响,并从陆气相互作用的角度分析了该年热源异常的原因.结果表明,1999年青藏高原大气热源建立的时间明显偏晚,春夏季热源强度异常偏弱.这使得向高原的低层流入气流明显偏弱,垂直上升运动减弱,向高原的辐合减少,季风经圈环流变弱,高原南侧、东南侧的西南夏季风减弱,引起了夏季风的爆发偏晚及在中国东部北进的偏弱.而进一步对热源异常成因的分析表明,陆面因子的异常变化所引起的感热加热偏弱是热源偏弱的主要因子.高原积雪的减幅在春夏季变小,地表温度的增加变慢,地表温度偏低,引起了感热加热在春夏季的偏弱,进而导致了热源异常.     

青藏高原夏季地面感热通量与高原低涡生成的可能联系

利用NCEP/NCAR地面感热通量再分析格点资料以及MICAPS天气图资料识别的高原低涡资料集,分析了1981—2010年青藏高原夏季地面感热通量线性倾向分布的空间分布特征,重点讨论了夏季高原地面感热通量与同期高原低涡生成频数的可能联系尤其是空间相关性。结果表明,近30 a夏季感热通量的线性倾向分布具有区域性差异,感热减少趋势在高原分布较广且负值中心明显,感热增加主要分布在高原西北部和东部。夏季地面感热通量与同期高原低涡生成频数呈高度正相关;感热通量强年,高原主体东部地区低层呈气旋式环流,高层为辐散气流,高原上空上升气流偏强,感热通量弱年的情形与之相反。地面感热加热强度与高原低涡的生成频数在空间上有明显联系。     

青藏高原夏季大气边界层高度与地表能量输送变化特征分析

利用NCEP-FNL大气边界层高度资料和NCEP/DOE(NECP2)的地面感热、潜热通量再分析格点资料,分析了2000-2016年夏季青藏高原(下称高原)地区的大气边界层高度及感热、潜热的基本气候特征、年际变化及空间分布,地表能量输送对大气边界层高度的影响机理,并分析了影响大气边界层高度与地表能量输送的主要影响因子。结果表明:夏季高原整体呈大气边界层高度显著下降,潜热通量显著上升,感热通量先增后降的变化趋势。2009年是高原大气边界层高度的气候突变时间点,其他物理量的变化趋势也在2009年发生了转折变化。大气边界层高度和地表能量输送的线性变化趋势分布具有明显的区域差异,以91°E为界将高原分为东、西两部分,东部与西部地区的变化特征明显不同;东部、西部地区的变化特征2009年前后也有很大差异。影响西部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子是0～10 cm土壤含水率和10 m风速;影响东部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子则是云量。在2009年气候突变时间前、后,各影响因子的影响程度有很大变化。夏季高原低层热低压辐合、高层南亚高压辐散的环流形式,为地表能量输送影响高原大气边界层发展提供了动力条件,有利于上升运动。上升运动的气流能将水汽相变中释放的凝结潜热输送至对流层上层,有利于形成潜热通量和南亚高压的正反馈。     

夏季青藏高原流场三维结构的模拟实验

本文用流体模拟实验的方法,研究了我国夏季青藏高原及邻近地区环流的三维结构和成因,主要结果为: 无转动因素时,高原加热作用能引起流体在低层径向地朝高原辐合,在高原上层放射状向周围辐散.高层辐散流体的一部分在高原内部开始下沉,形成高原上空的对流环,在有转动的实验中也观察到.辐散流体中还出现波动. 高原内部经常出现两个对流上升中心,中心附近的温度有较大脉动,两个对流上升区之间有时为下沉运动,构成高原内部独特的对流环. 通过高原中部的南北垂直剖面上,可观察到方向相反的两个对流环,流体在高原中部上升,在南北高原范围内下沉.在高原外部为高原加热引起的下沉运动. 实验表明,包括基本东西风和高原以外热源的环境背景条件,对高原流场有重要作用. 实验结果为解决夏季青藏高原环流的三维结构提供了依据,文中列举了一些说明的现象。     

1979年夏季青藏高原地区大气加热场特征

本文用1979年夏季6—8月青藏高原地区17个站资料（包括青藏高原科学实验资料），通过直接法求得长波辐射、短波辐射、凝结潜热和感热输送等四项加热分量，在此基础上求出高原地区的平均大气热量输送，并和国内外其它作者所估计的高原大气热源情况进行比较。计算结果表明，对高原大气热源的主要贡献是长波辐射，文中还探讨了青藏高原地区大气加热场与高原季风爆发前后以及高原季风活跃和中断时期环流的关系。     

夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系研究

通过合成分析、动力诊断和数值模拟,研究了夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系,并分析了水汽输送和高原非绝热加热的特征及作用。结果表明：南亚高压位置偏东南（西北）时,对应着高原东部水汽辐合（散）显著、水汽输送显著偏强（弱）,而高原西南部水汽辐散（合）显著,是造成高原东部降水显著偏多（少）、高原西南部降水显著偏少（多）的重要原因。高原东部大气凝结潜热加热异常有助于南亚高压位置与高原降水关系的维持。南亚高压位置偏东南（西北）时,高原西北部降水显著偏多（少）,与该地区地表潜热偏强（弱）、大气低层位势高度偏低（高）有关,但并不显著。     

1979年5—7月青藏高原及其附近地区热源与水汽的诊断分析

本文利用FGGEⅢ_b级资料对青藏高原及其附近地区1979年5月15日到7月20日的热源和水汽分布进行了计算和诊断分析。所用方法同罗会邦的,计算范围为15—60°N,60—120°E,共分10个小区。分析表明:(1)高原地区是这一时期东亚地区内热源最强和出现最早的。雨季前四周几乎还是热汇时,高原上的热源已经很强,並且在对流层高层最强。(2)高原地区上升运动最强和高空湿度最大。它使四周,特别是南方低空的水汽向高原辐合,然后沿上升气流输送到高原上空,在400hPa以上高空把水汽从高原输送到下游(东边)。从而高原对这一时期的水汽输送起到烟囱效应。     

两类华南沿海暖区暴雨特征及热力发展机制对比研究

对2009—2014年4—6月的华南沿海暖区暴雨依据低层环流进行分类:第一类为偏南向型,即珠江口以西经向性偏南向辐合线型,由东南、偏南、西南三支气流汇合;第二类为西南向型,即珠江口以东纬向性西南向辐合线型,由偏西和西南风两支气流汇合。6小时强降水统计显示,6年中偏南向型年平均73.2次,西南向型年平均50.3次。南海夏季风爆发后,两种类型发生频数均明显增加。两类低层辐合线系统对应上层的合成特征显示,500 hPa天气形势偏南向型为宽阔暖脊,温度脊落后,有较明显的暖平流,无锋区;西南向型为弱槽,中纬度温度槽落后,锋区偏北,华南位于锋面前暖区,有弱波动。两类暴雨垂直剖面上有深厚垂直速度中心伸展到400 hPa;对应强烈的辐合层为几个垂直叠置的辐合中心;均为水汽充沛,对流不稳定能量层次深厚,有较强凝结潜热释放,造成气柱增暖拉伸,加强深厚多中心辐合及上升气流,其中西南向型凝结潜热释放更强,偏南向型中高层暖平流强于其凝结潜热释放。探讨热力发展机制的数值模拟显示,凝结潜热释放对气柱增温,大大增强暴雨区垂直速度厚度与强度,并增强暴雨区低层辐合环流,减弱中层辐散环流,其影响力达到环流强度的30%~50%,有利于维持强烈对流,促进暖区暴雨的发展。      

冬季青藏高原大气热状况分析Ⅱ：年际变化

通过诊断3套再分析资料的非绝热加热场,研究冬季青藏高原上空大气的热力特征.结果表明,与夏季为强热源的特征不同,冬季高原上空不是欧亚大陆上最强的冷源中心.冬季高原上空整体是偏弱的冷源,在高原西侧及东南地区上空甚至出现非绝热加热正值区,这一分析对以往研究提出的高原是冷源的特性给出了修正.各种非绝热加热分量的诊断表明,冬季高原上空这种总的非绝热加热分布主要是由于高原主体的长波辐射冷却较周边地区弱,以及西侧至东南地区凝结潜热释放造成的.为了说明再分析的非绝热加热资料对冬季高原上空大气的这种热力特征描述的可信性,文中还利用了地表辐射能量、TRMM及PREC/L降水、垂直速度等资料进一步辅助分析,证实了由于高原位势较高造成大气整层温度偏低,向外长波辐射偏少,以及高原地势的隆起造成局地较强的上升运动,高原西侧至东南角降水大值区潜热偏大,最终造成高原上空总非绝热加热负值偏小.最后理想高原隆起的水球试验结果说明,冬季,高原的存在减弱了陆地上空的冷却效应,因而其上为弱冷源,再次证实了资料分析的结果.