大气对流的阻尼模型

本文建立了同时包含线性和非线性层结和阻尼作用的大气对流模型,研究表明：阻尼条件下,对流稳定决定于层结和阻尼参数拱同作用,线性阻尼条件下,线性层结参数的正负变化会引发鞍结分岔,阻尼作用有利于对流稳定,即使线性、非线性层结构不稳定时仍可出现稳定,阻尼作用会引发新的平衡态,出现极限环。     

强对流天气前期的层结特征

本文根据在皖北和湘中进行的两次预报试验以及其它的探空资料,描述了强对流天气发生前期大气层结的特征。指出在冰雹和雷暴大风发生前期,在低层有一个由层结曲线和露点曲线构成的“喇叭形”,并呈现出很大的对流性不稳定度。而在暴雨发生前期,温度曲线与露点曲线互相紧挨,层结接近中性。沙氏指数与天气的关系较好。对形成冰雹或暴雨需要有适当的0℃层和—20℃层。此外,在暴雨前期低层的位势高度通常有明显的下降。     

2008年初南方雨雪冰冻灾害天气静止锋与层结结构分析

对2008年我国南方持续性雨雪、冰冻灾害天气的影响系统及层结特征做了研究,集中对第3次过程,即1月25～29日期间的天气形势、水汽条件、高原对流系统东移的影响以及地面和大气层结条件进行了分析。研究表明：位于长江或江南地区的准静止锋（或切变线）是雨雪冰冻天气的重要影响系统,锋面西段的逆温层和暖层强,有利于冻雨的形成;水汽在锋前的对流层低层辐合,沿锋面爬升凝结,锋面的东段低层辐合比西段强,造成锋面东段的降水强度大于西段;高原对流系统活跃,且频繁东移影响我国东部,在第3次过程共有3次高原对流的东移过程;最有利于冻雨产生的层结条件应有中层冻结层、暖层、逆温层,且这些层结的强度和厚度要适当;最有利于冻雨出现的地面温度在-1～-3℃,变化非常小,温度、露点差都在1～3℃,接近饱和,风速较弱。最后,提出了适合于我国南方雨雪、冰冻天气的锋面结构与大气层结的物理模型。     

新疆夏季对流性降水时空分布特征及成因分析

利用1979—2016年ERA-Interim再分析数据对新疆地区夏季对流性降水的时空分布特征及环流成因开展了研究。结果表明:(1)新疆夏季降水主要集中在山区,对流性降水占总降水的比例在50%上下,在大部分盆地地区,对流性降水占比达70%以上;(2)对流性降水EOF第一模态表现为塔里木盆地西侧山区和伊犁及天山北麓的反相位变化,这种分布在21世纪00年代以前存在5年和10年左右的周期,而从1995年开始出现突变。而大范围降水塔里木盆地南侧山区和天山区域是同相位的空间型分布;(3)水汽条件和层结不稳定条件的差异共同作用导致了塔里木盆地西侧和伊犁两个地区夏季对流性降水反相位的变化。     

"7.25"鹤北镇局地极端强降水的成因分析

2018年7月24日傍晚至25日白天,黑龙江省自西向东出现了一次区域性的暴雨和局地极端短时强降水天气过程。利用常规资料对25日黑龙江省鹤北镇形成的局地极端短时强降水原因进行分析。结果表明:此次极端强降水过程是由多种影响系统共同作用造成的,通过订正探空站,其对流不稳定能量增加,层结曲线表现为明显的短时强降水特征,暖云层厚度大,降水效率高,此次降水过程是以积云为主的混合性降水回波,强回波中心强度多为50 dBz以下,且垂直方向上高度均在融化层以下,表明产生此次极端短时强降水的特征为低质心的热带海洋型降水。     

连续两次冰雹天气过程的多源资料分析

运用多源探测设备资料,对2018年3月12—13日发生在贵州省中西部地区的连续两次冰雹天气过程的大气环流场、环境物理量和对流单体结构特征做了综合分析,得到以下结论:全省受南支槽前西南气流影响,地面辐合线和低层暖平流为省西部边缘低涡的发展和维持提供动力条件,贵阳微波辐射计观测到的水汽参量在强对流过程到达前均有波动增长,在对流系统过境期间达到峰值,层结稳定度参数也反映出同样的特征,系统过境期间层结不稳定增大。冰雹前期中高空层的"干侵入"结构增强了环境位势不稳定度,过程期间低层风场具有较强的辐合运动,多个对流单体在移动过程中合并成为一个有组织的对流系统,并得到第二次发展,雷达回波强度达到60 dBz以上,回波顶高达到11 km以上,强度≥45 dBz回波延伸至-20℃温度层高度以上,从而造成贵州中西部连续两次冰雹灾害天气。     

上海地区两次强对流天气过程灾害成因及预警研究

对2014年8月24日和9月1日上海地区两次强对流灾害天气过程的环流背景、动力条件及水汽条件、不稳定层结、多普勒雷达观测等方面进行了对比分析,研究两次强对流过程的成因,并对强对流天气进行了预报预警。结果表明:上海地区8·24过程和9·01过程均发生在副热带高压边缘,均有明显的低空急流输送,两次强对流过程预报的开始时间均较实况偏早。8·24过程为槽前型强对流过程,冷锋前飑线和中尺度阵风锋造成强雷电天气。9·01过程为低涡东移型强对流过程,造成了暴雨天气。槽前型强对流过程高层为强辐散,低层为强辐合,有利于强雷暴的产生;低涡东移型强对流过程湿层深厚,降水时间长有利于产生暴雨。垂直风切变趋势预报对雷暴维持和加强具有较好的指示作用。槽前型强对流过程伴随强垂直切变配合,产生区域性强雷暴;低涡东移型强对流过程垂直切变较弱,产生区域性对流暴雨。槽前型对流系统影响时间短,需重点分析地面中小尺度低压辐合区的发展,低涡东移型强对流过程的降水起始时间与暖区对流性降水有关。     

济南市重大短时强降水过程特征分析

利用常规天气资料、多普勒雷达资料和区域自动气象站资料,对发生在济南的33次重大短时强降水过程进行总结分析。结果表明,重大短时强降水过程年均发生3.3次,主要发生在7月上旬—8月中旬,17—23时和02—08时最易发生,南部山区较北部平原地区更易发生,且雨强更大。低槽冷锋型出现最多,水汽和动力条件充足,层结曲线中上层具有喇叭口型结构,对流有效位能呈瘦高状,平均值为1 370 J·kg-1,对流由冷锋触发（有时存在暖区对流）,强降水范围最广;副热带高压边缘型水汽充沛,对流有效位能呈粗胖状,平均值为2 400 J·kg-1,对流由底层的动力系统触发,局地性和突发性强,强降水分布不均匀;低涡切变线型具有夜雨性,水汽较充沛,动力条件一般,对流有效位能平均值为607 J·kg-1。低槽冷锋型和低涡切变线型平均雨强较大,副热带高压边缘型持续时间较长,低槽冷锋型能够产生平均雨强异常大或持续时间较长的过程,因此易出现极端降水事件。带状回波出现最多,主要由低槽冷锋型产生,块状回波主要由副热带高压边缘型产生,分布零散,絮状回波主要由低涡切变线型产生,强度较弱。强回波主要集中在中低层,回波整体质心偏低,呈现热带降水型特征。10次形成列车效应的过程中有7次由带状回波或短带回波的后向传播形成,另外3次由尺度较大的絮状回波形成,其持续时间和平均降水量是其余过程的两倍。     

河南一次大范围强风暴天气特征综合分析

利用常规和加密实时探测资料,对河南一次大范围强风暴天气过程进行了综合分析,结果表明:这是一次东北冷涡稳定维持,河南受强西北气流影响下的一次大范围强对流天气.高空冷平流,近地面层有暖中心,大的对流有效位能是强风暴天气发生的不稳定层结条件;地面辐合线后东路弱冷空气扩散是强天气的触发机制.中等到强的垂直风切变有利于对流风暴的...     

中纬度夏季一次深厚对流过程的数值模拟研究:高空热力层结和风切变影响

针对一次发生在中纬度夏季的深厚对流过程进行的数值模拟研究的结果,引入一个较详细描述深厚对流状态下云微物理过程的参数化方案,对一个有限差分三维非静力弹性大气数值模式进行了改进.数值模拟得到了与天气雷达观测一致的结果.结果还显示,对于这次穿透高度超过了对流层顶的深厚对流过程,与高空斜压扰动有关的上对流层弱稳定热力层结对系统的维持起到了重要的作用.另外,还发现强烈的对流发展到对流层顶的高度时,受上曳体的驱动,在对流层顶附近的稳定层结中产生浮力性的扰动;它们与风切变相结合,进而对系统的水平移动产生控制作用.     

盛夏两次冷涡强对流天气过程分析

利用地面、高空、雷达、自动站资料和NCEP产品对2019年7月2日和2019年8月28日,出现在白山市的强对流天气的背景和演变进行分析总结.分析结果表明,两次强对流天气过程都是受东北冷涡影响,属于典型的高空冷平流强迫型;高空冷平流起着主导作用,冷平流产生静力不稳定层结,利于对流发展,同时冷平流使0℃层和-20℃层较低,...     

冷涡背景下苏北地区连续两次强对流天气过程对比分析

利用地面观测资料、天气雷达资料和ECMWF-ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料,主要从环境条件和触发机制两个方面,对2019年6月8日（简称过程A）、9日（简称过程B）影响江苏省北部的两次冷涡型强对流天气过程进行了对比分析。结果表明： 过程A是由暖湿气流引起的短时强降水伴随雷暴大风的湿对流天气;过程B则是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流天气。过程A,由暖湿气流形成强对流不稳定层结,垂直风切变强度一般,湿层深厚,有利于短时强降水的发生;过程B,中高层的较强干冷平流叠加在低层暖湿平流上而形成强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹的发生。两次天气过程的触发机制都是地面辐合线。过程A的预报重点为水汽条件和来自上游的对流系统与当地地面辐合线的耦合;过程B的预报重点为大气的不稳定度和冷涡后部冷空气的干侵入与地面辐合线的耦合。     

关中秋季飑线天气成因和中尺度特征分析

利用MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料和卫星云图、宝鸡多普勒雷达资料,对陕西关中2010年9月3日和2013年9月12日两次飑线天气过程(下分别简称"9·3"过程、"9·12"过程)的环境场和形成机制及中尺度特征进行了分析。结果表明:两次过程天气背景和机制不同,"9·3"过程为槽前型,其中层干侵入致使对流不稳定发展、低涡切变提供了初始上升运动和较强的水汽辐合,地面上雷暴高压形成的切变线是飑线的触发机制和组织发展系统;"9·12"过程为槽后型,高层干冷平流的侵入加强了对流不稳定层结,水汽辐合偏弱,地面干线是强对流的触发机制。两次过程中尺度系统特征明显,卫星云图上为对流单体合并为中β尺度云团;雷达图上为雷暴单体弥合为带状回波,进而出现弓形回波,弓形回波中存在中层径向辐合对应的强回波核;强回波的三体散射是出现冰雹天气的主要特征。     

非静力平衡层结大气中的重力惯性波和惯性对流

本文根据一些新的流体力学实验结果及某些天气事实,建立了一个非静力平衡条件下旋转地球大气中重力惯性波和惯性对流的理论模型,并分别求出它在稳定层结,中性层结及不稳定层结三种情况下的点源扰动函数形式的解。 分析解的性质得知,中性及弱不稳定大气中可以激发一种主要由地球旋转惯性决定的大幅度垂直速度振动,其周期大于(至少等于)地球在该纬度的惯性周期2π/f。这也许能说明文献[1]所发现的那种准周期性惯性对流的某些动力性质。在稳定层结流体中,地球旋转参数对流体重力振荡的频率影响不大,层结越稳定,越类似于单纯的重力振荡,只有在层结接近中性时,f对重力振荡的频率修正作用才明显起来。 最后给出不同纬度处不稳定层结大气中所能产生的惯性对流的最大临界尺度。     

2011年6月湖南两次暴雨过程的中尺度特征对比分析

利用常规观测资料、卫星、雷达资料以及NCEP再分析资料、LAPS局地分析资料,对2011年6月湖南两次暴雨过程的中尺度特征进行对比分析。结果表明：两次过程均属于湖南盛夏低涡冷槽型暴雨过程,但中尺度特征、降水性质和环境条件有差异。“6.09暴雨”由一个及地的β中尺度低涡产生,过程期间低涡稳定少动,卫星云图上表现为一个发展强烈的中尺度对流云团,雷达回波前期为窄型带状积云降水回波,后期逐渐转变为积层混合云降水回波;而“6.13暴雨”影响系统为中尺度切变线,切变线维持时间长,移动缓慢,卫星云图上是一条长时间维持的对流云带,雷达回波为积层混合云降水回波。水汽输送通道的建立和中低层水汽的大量集中为中尺度对流系统的发展提供了有利的环境条件,暴雨发生在锋前高温高湿的不稳定层结和强上升运动区域中,锋区的动力强迫上升运动加强了低层能量和水汽的往上输送。两次过程中尺度对流系统均具有深厚的垂直环流结构,“6.09暴雨”湘东北特大暴雨区是一支近乎垂直的深厚上升气流,南北两侧有明显的补偿下沉气流,而“6.13暴雨”湘中暴雨区垂直上升运动是倾斜向上的,只有南侧存在补偿下沉气流。     

黑龙江西北气流型冰雹天气成因分析

本文对2016年黑龙江省6月发生的2次较为典型的西北气流型冰雹天气过程进行了对比分析。发现两次冰雹天气过程具有相似的天气形势及对流不稳定层结条件。地面均有风的辐合,低层存在露点锋且风垂直切变大,有利于风暴的组织发展,弥补了西北气流形势下动力抬升条件的不足。局地山区和狭管地带的地形抬升作用也对降雹起到了重要的作用。     

渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程的资料诊断分析

利用多普勒雷达资料和地面自动站以及再分析资料对近年来7次典型的渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程进行了分析。资料分析显示对流系统正面碰撞海风锋时(偏东西向碰撞)得到显著发展,而追赶碰撞海风锋时(偏南北向)则没有明显加强。海风锋移动沿途近地面出现明显的降温和风切变可以帮助判断海风锋的移动位置。高层稳定的偏西风有利于引导对流系统与西进海风锋发生正面碰撞。而低层的风场辐合则有利于碰撞过程中对流运动的发生,同时副高西北侧的水汽输送为降水的形成提供了有利条件。渤海湾地区地形的热力效应形成的低层偏中性层结有利于对流运动的发生,另外,在高空偏西风环境下地形可能对与海风锋碰撞的对流系统的触发或加强有促进作用。     

小尺度对流的发展和环境间相互作用的一个近似分析

本文应用一个近似的模式,分析了大气中小尺度对流发展时和环境(平均运动)间的非线性相互作用。分析结果指出,对流除在不稳定和中性稳定层结条件下可以发展外,在稳定层结条件下也可以得到发展,并且扰动的振幅最后均趋于有限值。同时,由于扰动的发展,大气的平均状态也要发生改变,不论开始时大气的层结如何,最后均趋向于中性,而大气的平均风速最后一般都要减小。     

商洛一次局地暴雨诊断分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY2E卫星资料、商洛多普勒雷达资料,从环流背景、水汽、动力条件和不稳定机制等方面对2014年7月28日发生在商洛局地性较强的一次短时暴雨过程进行分析。结果表明:这次短时暴雨过程天气的影响系统主要为短波槽、副热带高压与热低压。低层850hPa副高西侧暖湿气流北上为暴雨发生发展提供了有利的水汽条件。对流层中高层涡旋运动增强带动低层上升运动发展加强,为对流天气的进一步发展提供了动力条件。短波槽后西北干冷气流与低层偏南暖湿气流形成不稳定层结,加之中低层对流不稳定层结加强,CAPE值及低层湿度显著增大,抬升凝结高度与自由对流高度降低,因此在较低的抬升条件下,触发了此次对流性天气。卫星云图和雷达图上表现为中尺度系统,生命期短,发生发展速度快。强降水主要发生在对流云团强中心西北侧TBB梯度大值区。     

盛夏一次地面冷锋过境引发局地大暴雨的成因分析

利用常规观测资料、风廓线雷达和变分多普勒天气雷达分析系统(VDRAS)反演资料,从大气环流形势、垂直结构特征和对流发生发展机制等方面,对2017年7月21日地面冷锋后华北地区发生的一次局地大暴雨过程成因进行探讨。结果表明:(1)局地大暴雨发生在副热带高压北抬、低层回流冷空气侵入的背景下,暴雨区位于地面冷锋后约300 km的冷空气一侧,850 hPa低空切变线是主要的影响系统。(2)在低层回流冷空气作用下850 hPa以下表现为环境温度直减率小于湿绝热递减率(γγ_s)的稳定层结;同时受副热带高压北抬影响,700—500 hPa层结不稳定性加强,不稳定层结位于边界层稳定层结之上,具有冷区“高架对流”特征。(3)低层冷垫对应下沉运动,暖湿气流上升运动位于冷垫之上,1.4 km高度附近的中尺度辐合线对高架对流的触发起到了重要作用。(4)带状中尺度对流系统东移缓慢,并呈现明显的后向传播和列车效应特征,是导致降水持续时间长并造成局地大暴雨的主要原因。