在“鞍”型大尺度环流配置下西南低涡发展的物理过程及其对川东暴雨发生的作用

利用2005年7月6～9日川东地区暴雨过程的观测资料，从大尺度环流、水汽输送和温度平流，并利用湿位涡的垂直和水平分量(Pm1和Pm2）以及相当位温，分析诊断了此次暴雨发生的大尺度环流背景特征以及西南涡发展的物理过程, 其结果表明如下:(1)在此次暴雨发生期间，四川盆地北部由于受中高纬长波东移调整的影响, 不断有低压槽分裂出来并影响此地区, 在盆地的西南方向的孟加拉湾季风槽比较活跃, 南海季风向北输送由于受到西风输送的作用在四川盆地东南部也出现弱的横槽, 并且西太平洋副高西伸到四川盆地东部以及存在于高原中部的高压共同作用, 从而形成明显“鞍”型大尺度环流配置; (2)在此“鞍”型场大尺度环流背景下, 强西南气流绕流高原东侧直接进入四川盆地, 而弱西南气流则绕流云贵高原输送进入四川盆地东部, 受地形的阻挡和西伸的西太平洋副高的作用在四川盆地东部形成向北的急流辐合带, 同时, 由于两支气流输送着大量的水汽, 暖湿空气在川东地区形成高温高湿的辐合区; (3)在此“鞍”型场作用下, 盆地上空的低层不断聚集季风气流输送的大量暖湿空气, 而在高层有冷干空气侵入, 从而导致盆地内低涡系统强烈发展; (4) 由湿位涡的垂直分量和水平分量的诊断表明了在暴雨发生期间, 在四川盆地北部上空的高层不断有干空气入侵, 引起了垂直对流不稳定, 即Pm1<0, 并向盆地东北部发展, 从而使此区域气旋性涡度不断加强, 即低涡强烈发展; 并且, 在盆地上空低层暖湿空气相当位温的水平梯度对于西南低涡的发展和暴雨的发生同样起了重要作用, 正的Pm2中心与暴雨发生区域有很好的一致性, 这表明暴雨往往发生在高温高湿的强垂直不稳定区域。     

一次区域性大暴雨过程中尺度诊断分析

利用实况降水、FY-2C资料、实时探空、NECP/NCAR再分析资料对2009年8月2—5日川渝地区大暴雨过程主要环流系统、水汽输送特征,以及湿位涡和垂直螺旋度演变特征进行了诊断分析。结果表明：此次强降水环流背景是高空槽东移,耦合了＂天鹅＂台风动力阻塞维持在川渝地区的西南低涡,南侵的冷空气和西南急流输送的暖湿气流交汇,形成明显的气旋性辐合,导致不断有中小尺度对流系统的生成、发展,且降水过程中一直维持较好的水汽输送条件;湿位涡对本次降水落区有较好的指示意义,由于强降水湿位涡负值中心上空的大尺度下沉气流、强上升气流的倾斜程度和最大锋生强迫区的位置和强度,强降水落区（重庆西部）位于负值中心（四川盆地）暖气流一侧;垂直螺旋度发展演变与暴雨有着密切的关系,当螺旋度等值线密集（稀疏）时,强降水发生（减弱或结束）,且暴雨发生时,总是伴随着高（低）空正（负）垂直螺旋度的耦合发生。     

1002号台风对四川盆地大暴雨的影响分析

利用逐日NCEP再分析常规观测资料、逐小时自动站资料和卫星云图资料,对2010年7月14—18日发生在四川盆地的大暴雨天气过程进行诊断分析,重点探讨了台风活动对大尺度环流背景、西南低涡形成与维持、水汽及能量输送的作用。结果表明:(1) 本次暴雨是在副热带高压、台风、西南低涡等多个不同尺度系统相互作用下发生的;(2) 台风环流东侧偏南气流和副高西侧偏南气流长时间的融合贯通,一方面有利于“鞍”型场大尺度环流背景稳定和低层西南涡的发展及维持;另一方面两支气流叠加构成输送带,将低纬大量水汽和热量向暴雨区上空输送,有利于暴雨区上空水汽的积聚及形成高能不稳定区;冷暖空气交绥于暴雨区,促使不稳定能量释放,形成大暴雨天气。      

1998年7月河套气旋强烈发展时的暴雨过程分析

采用位涡理论对1998年7月4—7日的一次河套气旋强烈发展中的暴雨过程进行分析。结果表明:此次夏季河套气旋的强烈发展是在高层正位涡平流和低层暖平流的共同作用下产生的。高空双急流结构产生的强烈辐散加强了低层辐合，有利于气旋的加强。强降水出现在河套气旋强烈发展过程中，是由高层冷空气与季风涌带来的西南暖湿气流辐合而引起的大尺度降水过程。在这次气旋强烈发展过程中，对流层低层到中上层均出现强的上升气流，使得南方深厚的暖湿空气不断随西南风流入暴雨区上空。暴雨发生时，华北地区处于地面Ω型的θ_se高能舌之中，其上空500 hPa存在一个由大尺度动力强迫形成的东北—西南向的非地转湿 Q 矢量辐合带，对流云带与 Q 矢量辐合中心有非常好的对应关系。     

1981—2000年四川夏季暴雨大尺度环流背景特征

利用四川盆地及周边地区1981—2000年逐日降雨量资料和ECMWF逐日4次再分析资料,合成分析近20 a发生在四川夏季的22次典型暴雨过程的大尺度环流背景特征。结果表明,四川夏季暴雨的发生具有显著的轴向分布性和区域移动性特征。西伸的西太平洋副热带高压、北上东进的伊朗高压及高原东部的弱高压、活跃的孟加拉低压和影响四川北部的中高纬长波分裂的低压槽共同作用形成了四川暴雨发生阶段的特殊的＂鞍＂型大尺度环流背景。在＂鞍＂型大尺度环流背景下,有利于西南支孟加拉湾水汽和南海水汽输送在四川盆地形成低层辐合,同时在高层形成西南—东北的轴向急流辐合带,水汽输送散度负的大值区即为暴雨发生的主要落区。此外,四川北部在两高压相夹下,有利于高纬度大尺度的两高一脊环流调整产生的弱槽携带冷空气影响四川盆地,形成高层弱冷干与低层强暖湿的强垂直对流不稳定。对比40 a四川夏季平均环流可知,导致四川夏季暴雨发生的＂鞍＂型大尺度环流背景特征极为显著,具体表现为：西太平洋副热带高压西伸到110°E附近,青藏高原西侧伊朗高压偏北、青藏高原高层南压高压偏东,而高原低层有弱高压,四川北部冷槽显著偏南。     

2004年9月2～6日川渝持续性暴雨过程初步分析

2004年9月初,四川省东北部和重庆地区出现了大范围的持续性暴雨和大暴雨天气过程。对这次暴雨过程的持续性原因及其与低涡的关系诊断分析结果表明,(1)8月底从孟加拉湾向东北传播的西南季风的低频振荡使大量来自热带洋面的暖湿空气向四川盆地输送,从青藏高原不断有短波槽东移到盆地上空,使干冷空气和暖湿气流不断在盆地的东部交汇,为持续性暴雨的发生提供了稳定的环流背景和充足的水汽;(2)中尺度对流云团的强烈发展导致强降雨的发生,当中尺度对流系统合并发展为中α尺度低涡后,低涡的发展引起更强的辐合上升运动,为暴雨的持续发生提供了持续的上升运动和有利的中尺度环境场;(3)对流层低层的暖平流和对流层中层的正涡度平流的维持使低涡持续发展。     

2013年四川盆地三次持续性暴雨过程的环流形势和物理成因分析

利用常规探空和地面自动站观测资料、卫星红外云图TBB和NCEP再分析资料,对2013年6~7月发生在四川盆地的3次持续性暴雨过程进行了大尺度环流背景及物理成因分析。分析结果表明:500h Pa贝加尔湖、鄂霍次克海地区的高压脊起到阻塞作用,利于西伯利亚到巴尔喀什湖附近的深厚低槽稳定分裂短波东南移,槽前持续的正涡度平流向四川盆地输送孕育低层中小尺度系统发生发展,700h Pa西南涡是造成3次暴雨的直接影响系统,其活动对强降水落区有重要作用;850h Pa暖平流维持,在暖平流梯度大值区触发中尺度对流系统产生强降水,暖平流越强降水越强;孟加拉湾的西南暖湿季风气流持续向四川盆地输送水汽和热量,使能量在释放后快速重建,并有适宜的动力环境条件使水汽聚集、辐合和垂直上升,强降水得到持续;700h Pa持续的西南急流在向北加强的过程中南北风分量形成的辐合有利于低层切变线南侧、急流左侧区域的辐合加强,配合高层辐散的抽吸机制,是3次过程强降水持续的又一重要因素。     

干侵入对陕西“2008.07.21”暴雨过程的影响分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2008年7月21日发生在陕西西南部一次暴雨过程的大尺度环流背景和水汽条件,运用相对湿度、风矢量、湿位涡和垂直涡度等多种物理量场,研究了该暴雨过程中干侵入的机制和特征,以及对暴雨发生、发展和维持的影响.结果表明,此次强降水过程是在高空槽和低空气旋的有利形势下产生的.水汽主要来源于孟加拉湾,持续的高层辐散、低层辐合的环流配置保证了低层源源不断的水汽辐合并抬升凝结,有利于转化为降水.受高空低槽发展东移的影响,干侵入在垂直层次上表现为由对流层中高层向低层的注入,水平方向上主要表现为由西向东的侵入,其中在103°E以西地区存在较强的下沉运动是干侵入的载体.应用湿位涡与倾斜涡度发展理论分析表明,当对流层中高层具有高值位涡的干空气侵入到低层时,由于湿位涡守恒特性,引起倾斜涡度发展,进而导致低层垂直涡度的急剧发展,有利于上升运动将水汽向上层输送,冷暖空气相遇,产生此次暴雨过程.     

高强度降水过程形成和发展的一种机制分析

应用Sawyer-Eliassen次级方程诊断分析了一次高强度降水过程中的湿球位涡场，结合诊断结果探讨了高强度暴雨形成和发展的原因。分析表明：条件性对称不稳定是这次强降水发生的不稳定机制之一由强盛的西南低空急流输送的水汽在雨区低层辐合，地转动量近似下的锋生强迫形成的锋面次级环流促使暖湿空气向上输送，使聚集在其内的不稳定能量得以释放，导致强降水发生。     

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

NUMERICAL SIMULATION OF THE GENERATION OF MESOSCALE CONVECTTVE SYSTEMS IN LARGE－SCALE ENVIRONMENT

The generation of mesoscale convective systems is simulated by a 7-level primitive equation model. The large-scale parts of observed, data at 1200 Z June 11, 1983, which are obtained by low-pass filter, are used as the initial data. The results show that the generation of mesoscale convective systems can be simulated from fields of meteorological variables on the large-scale background. When the low-level south-west jet stream is very moist, mesoscale convective systems can develop ahead of the wind speed maximum in the warm sector of Jiang-Huai (Changjiang-Huaihe Rivers) cyclone, where the potential stability tends to remain negative. Furthermore, they are similar to the mesoscale convective complex (MCC), which appears frequently in the central part of the United States during the warm season (March to September), in dynamical and thermal structure, distribution of precipitation and the process of generation and development.     

梧州副高边缘午后局地性短时雷暴大风潜势预报初步

对2007年5~9月当梧州处于500hPa副热带高压边缘时午后出现的多次短时雷暴大风天气进行分析,利用的地面、探空资料和T-lnP图,初步做出梧州处于副热带高压边缘时午后易出现短时雷暴大风潜势预报的预报指标。     

A Review of Potential Vorticity and its Possible Application in the moist Atmospheric Flow

Potential vorticity (PV) has been served as a powerful and useful dynamic tracer for the understanding of the large-scale dynamics and synoptic variations in the atmosphere and oceans. Significant progress has been made on the application of PV. In recent decades there has been a substantial amount of work done on PV in a general moist atmosphere. In this paper PV and the generalized moist potential vorticity (GMPV) and their application in the tropical cyclones and mesoscale meteorological field are reviewed. The GMPV is derived for a real atmosphere (neither totally dry nor saturated) by introducing a generalized potential temperature instead of the potential temperature or equivalent potential temperature. Such a generalization can depict the moist effect on PV anomaly in the non-uniformly saturated atmosphere. A new convective vorticity vector (CVV) is introduced in connection with GMPV in order to diagnose the development of tropical deep convections.     

Modulation of monthly precipitation patterns over East China by the Pacific Decadal Oscillation

Previous studies suggest that the Pacific Decadal Oscillation (PDO) modulates annual and summer precipitation patterns over East China. In this study, the effect of the PDO on monthly precipitation anomalies over this region is investigated. The new results show that the effect is month-dependent. The well-known North–South dipole patterns of annual precipitation are dominated by the July–August precipitation. In other months, the corresponding patterns vary in strength, position, and even shape. For example, the May and June precipitation patterns show opposite signs to the July–August or annual mean patterns, whereas the September–December monthly precipitation anomalies show a triple pattern. Monthly precipitation patterns over East China are largely determined by large-scale moisture transport controlled by atmospheric circulation. The PDO affects East China precipitation patterns by modulating the large-scale circulation pattern.     

气候变化对东北地区作物生产潜力影响的研究

利用作物生长动态统计方法,计算和分析了5～9月气温和降水变化对东北地区水稻、玉米、大豆3种主要作物生产潜力的影响,建立了各站气温、降水与作物生产潜力的关系式,并用来评估气温和降水变化对当年作物产量的影响,还讨论了未来气候变化对东北地区作物生产潜力的可能影响。     

“神舟七号”飞船主着陆场区强对流天气的大尺度环流特征

利用NCEP 1°×1°再分析资料,研究2008年8—9月内蒙主着陆场区强对流天气形成的气候背景和大尺度环流特征,结果表明：前期赤道西太平洋海表温度、欧亚和青藏高原积雪与河套以北地区降水关系密切。极涡中心8月位于东半球、9月位于西半球,是场区前期降水偏多和后期气温偏高的原因之一。欧亚经、纬向环流的偏强,有利于南北方冷暖空气的交汇。副高异常偏强偏西及活跃的印缅槽为场区提供了充沛的水汽和强对流天气必要的扰动能量。中低层偏南风距平和偏北风距平在淮河以北地区汇合与长时间维持,是场区降水异常和强对流偏多的主要原因。     

“珍珠”（0601）异常急翘路径和内核结构变化的诊断分析及数值研究

使用FY2卫星TBB资料、NCEP最终分析资料(1°×1°)和中尺度模式WRF,对0601号强台风"珍珠"的"急翘"异常转向路径和内核结构变化进行诊断分析和数值模拟。结果表明:"珍珠"移向变化与环境引导气流和位涡倾向1波分量正异常有关,"急翘"前12小时,环境引导气流向北偏转,位涡倾向1波分量正异常对应着"珍珠"移动方向变化;内核非对称结构发展与环境风垂直切变演变有关,垂直切变使得涡旋倾斜,涡旋倾斜方向出现较强的上升运动,导致"珍珠"内核偏南象限对流活动较强。     

决策树方法在一次历史异常雷电活动中的预报能力检验

利用ncep1°×1°再分析资料和四川闪电定位仪监测网的监测资料,基于四川雷电潜势预报决策树的三类预报因子,针对2008年9月22～25日四川盆地西北部连续性雷电活动过程,重点分析了连续性雷电活动的环流背景和主要天气影响系统、热力结构特征、动力结构特征,检验了基于决策树方法筛选出的雷电潜势预报因子对连续性雷电活动的预报能力.结果表明：1）“9·23”连续性雷暴天气过程存在对流性雷暴以及副高和地面冷空气共同作用下形成的雷暴时段.雷暴区内始终存在着高能不稳定的热力条件,具有“对流层中低层正涡度、对流层高层负涡度”的典型雷暴动力结构.2）雷电潜势预报决策树的三大类预报因子能较好地预报本次雷电活动.     

2004年与2006年7~9月西北太平洋上空大尺度环流场与天气尺度波动的差别及其对热带气旋生成的影响

2004年和2006年是西北太平洋热带气旋(TC)活动具有明显差别的两年,2004年TC的生成位置主要位于西北太平洋的中东部上空,而2006年的TC主要生成在西北太平洋西部与中国南海.本文利用JTWC(Joint Typhoon Warning Center)热带气旋最佳路径数据、NCEP-DOE AMIP-II再分析资料和NOAA的OLR资料分析并比较了2004年与2006年7~9月西北太平洋上空大尺度环境要素场及天气尺度波动对TC生成的作用.分析结果表明:2004年7~9月与2006年7~9月西北太平洋上空季风槽的平均位置没有明显的区别,但是形态有着显著的差异.2004年季风槽的槽线不明显,在西北太平洋中部呈现一显著的气旋式环流;而2006年季风槽的槽线非常明显,槽线南北两侧呈现平直的水平气流,具有明显的水平切变特征.2004年和2006年对流层低层的相对涡度、高层辐散和垂直风切变具有明显的纬向分布差异,这是这两年TC生成的位置具有明显差异的重要原因之 一.并且,本文还分析对比了2004年以及2006年7~9月西北太平洋上空3~8 d周期的天气尺度波动的活 动,其结果表明:2004年和2006年TC的生成大多数与天气尺度波列的活动有关.2004年的天气尺度波列强度比较强,其活动的位置位于西北太平洋中、东侧上空;而2006年西北太平洋上空的天气尺度波列相对较弱,主要活动于中国南海和西北太平洋西部.纬向基本气流的切变与辐合所引起的瞬变扰动动能倾向的水平分布差异是天气尺度波动活动具有以上差异的重要原因.因此,西北太平洋大尺度环境场与天气尺度波动活动的区别共同造成了2004年7~9月的TC生成位置偏东、而2006年7~9月TC的生成位置偏西.