东北太平洋一次强爆发性气旋发展的机制分析

使用FNL Analysis全球格点资料,对东北太平洋一次强爆发性气旋的特殊性进行了分析,发现气旋对其西北部低压系统的吸收合并是其爆发性发展过程中的典型特征,斜压强迫对其快速发展的作用较弱,与西北太平洋爆发性气旋的发展过程存在显著差异。同时,使用Zwack-Okossi诊断方程,从影响爆发性发展的动力和热力因子方面,对其发展机制作了深入的探讨。研究表明,正涡度平流、暖平流和非绝热加热的共同作用使气旋开始爆发性发展,由潜热释放导致的非绝热加热的贡献最大,非绝热加热是其快速发展的主导因子,其中正涡度平流贡献主要来自于中高层,暖平流的贡献主要来自于中低层和高层,而非绝热加热主要发生在中低层,这为东北太平洋爆发性气旋的发展机制提供了一个新的认识。     

一次高温天气过程分析

利用高空和地面观测资料分析了2011年6月7-8日焦作地区高温期间的环流形势特征,并对涡度场和垂直速度场进行了诊断分析.结果表明:高空稳定的西北气流造成的下沉运动是形成此次高温的主要原因,大气的干燥程度也是影响温度升高的原因;高空图上河套地区强盛暖脊,地面上暖低压形势,高空较强的暖平流是本次高温天气出现的有利条件;高空到近地面层深厚的负涡度系统对应的反气旋所伴随的整层持续下沉气流产生的绝热增温和晴空区辐射增温是这次高温天气形成的重要因素.此外气流沿太行山山坡下滑所产生的下沉增温效应对高温的产生起到了增幅作用.     

1998年青藏高原东部及其邻近地区大气热源与南海夏季风的关系

利用 1998年 5 8月南海季风试验期间的站点观测资料及NCEP再分析资料 ,计算了大气热源和水汽汇 ,并分析了南海季风爆发前后季风区对流层温度演变及其热力机制。结果表明 :南海夏季风的爆发与季风区对流层中高层南北温度梯度的逆转密切相关。南北温度梯度最先在孟加拉湾以东季风区发生逆转 ,半个月后在印度半岛及其以西地区逆转。季风爆发前中南半岛北部对流层中高层的迅速增温是由感热和潜热共同造成的 ,而华南及南海北部地区的增温则是由暖平流所致。 5、6月高原东部对流层中高层由非绝热加热造成的显著增温对东亚夏季风的北进和维持是非常重要的。 5、6月高原地区热源以感热为主 ;7、8月感热和潜热共同起作用     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究 Ⅲ:热力学诊断

利用NCEP/NCAR再分析资料从能量收支的角度探讨了气候平均状态下副热带高压形态变异和季节转换的物理机制。在考察温度场和加热场季节变化的基础上 ,发现中国江南地区春季降水所形成的非绝热加热源非常显著 ,该热源对后期亚洲季节转换有影响。副热带高压脊面附近经向温度梯度反转取决于温度脊所在纬度位置的变化。温度脊北移是由脊轴北侧的增温率大于脊轴附近的增温率而造成的。热力学方程诊断结果表明 ,亚洲各季风区 (孟加拉湾、南海和南亚 )季节转换的热力机制不同。导致孟加拉湾温度脊显著北跳的主要因素在季风爆发初期是经向暖平流 ,爆发以后是下沉运动 ;引起南海地区经向温度梯度反转的因素有经向暖平流、纬向暖平流和江南地区的非绝热加热 ,特别是经向暖平流的贡献更大 ;造成南亚季风区经向温度梯度逆转的原因是下沉增温。     

用Zwack-Okossi方程对一次爆发性气旋的诊断分析

利用ECMWF资料作初始场,MM4模式输出的结果和Zwack-Okossi方程作诊断工具,对1981年12月20～21日生成在西北太平洋的一次爆发性气旋进行了数值试验和诊断分析。得到气旋的爆发性发展主要是由正涡度平流和非地转场激发,其中涡度平流对气旋发展贡献最大,温度平流的影响则较小,两者主要是在对流层高层起作用,而非地转场则在对流层低层起主要作用。由水汽造成的非绝热加热对本次爆发性气旋的生成影响不大,积云对流潜热的反馈作用更小。另外次天气尺度系统对爆发性气旋形成贡献较小。     

热带气旋外围环流影响下深圳高温的定量估算

利用NCEP再分析资料提供的风、湿度、垂直速度等资料及深圳地面观测数据,分析热带气旋外围环流造成深圳高温的原因。基于热力学能量方程,估算各因子的增温率和增温比例。结果表明:非绝热加热项是深圳高温的热量基础,增温比例为90.2%,平均增温率为0.83℃·h~(-1),假设8:00-14:00时增温率不变,计算出平均情况下,非绝热加热项使14时温度比08时增加5.0℃。其次湿度减小引起的增温、气流下沉增温、暖平流是深圳出现高温的重要因素,各自的增温比例分别为7.6%、3.8%、7.0%,总的增温率为0.17℃·h~(-1),计算出平均情况下,这3项可使14时温度比08时增加1.12℃。即热带气旋外围环流影响下,非绝热加热项对增温贡献最大,其中由于空气相对湿度小,定压比热减小,增温贡献较大;空气干绝热下沉增温使局地温度升高,但贡献较小;暖平流使局地温度的升高,贡献较大。     

亚洲夏季风建立前后对流层温度场演变特征及其热力成因

对１９９６年亚洲夏季风爆发前后（３～６月）印度及南海季风区对流层温度演变特征及其热力成因作了比较分析。结果表明：印度和南海夏季风的爆发与各季风区对流层中上层南北温差逆转密切相关,而南北温差逆转是由１０～３０°Ｎ之间纬度带对流层的季节性增暖引起的。夏季风爆发前期,南海季风区的增温主要由暖平流及非绝热加热过程（主要为凝结潜热）共同作用所致。春季在印度季风区大陆上空存在显著的下沉绝热增温,使得对流层中上层的增温率比华南大陆及邻近地区上空的增温率显著得多。但印度季风区冬末春初的南北温差（南暖北冷）也非常明显,以至该地区对流层中上层增暖到引起南北温差发生逆转的时间较迟,而南海季风区对流层中层南北温差发生逆转的时间相对要早,因而印度夏季风比南海夏季风迟爆发。     

春夏季节转换前北亚平稳增温过程的热力学特征

本文利用1958～2019年日本气象厅逐日再分析资料（JRA-55）,基于热力学方程,详细研究了北亚地区春夏季节转换前（第19至28候）平稳增温过程的热力学特征。结果表明,气候温度平流和非绝热加热有相反的变化趋势,它们先后主导着北亚春夏季节转换前的温度变化。在第22候之前,绝热的气候温度平流主导着北亚地区的增暖过程。但随着欧亚大陆中高纬度上的非绝热加热逐步增强,气候温度平流逐渐变为冷平流,使得非绝热加热成为主导项。线性斜压模式结果表明,非绝热加热除直接加热局地大气外,它还会在北亚地区强迫出气旋式环流异常和上升运动,从而引导着原位于新地岛附近的低压系统向北亚地区移动,进而在水平和垂直方向上引起绝热的冷平流。该冷平流部分抵消了非绝热的加热作用,最终在北亚地区形成平稳的增温过程。     

用Zwack-Okossi方程对一次爆发性气旋的诊断分析

利用ＥＣＭＷＦ资料作初始场,ＭＭ４模式输出的结果和Ｚｗ ａｃｋ－ Ｏｋｏｓｓｉ方程作诊断工具,对１９８１年１２月２０～２１日生成在西北太平洋的一次爆发性气旋进行了数值试验和诊断分析。得到：气旋的爆发性发展主要是由正涡度平流和非地转场激发,其中涡度平流对气旋发展贡献最大,温度平流的影响则较小,两者主要是在对流层高层起作用,而非地转场则在对流层低层起主要作用。由水汽造成的非绝热加热对本次爆发性气旋的生成影响不大,积云对流潜热的反馈作用更小。另外次天气尺度系统对爆发性气旋形成贡献较小     

2018年1月北大西洋上一个具有“T”型锋面结构的超强爆发性气旋的分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的0.5°×0.5° ERA-Interim再分析资料，麦迪逊-威斯康星大学气象卫星研究所（CIMSS）提供的地球静止环境业务卫星（GOES-EAST）红外卫星云图和天气预报模式（WRF）的模拟结果，对2018年1月3—6日发生在北大西洋上的一个具有“T”型（T-bone）锋面结构的超强爆发性气旋进行分析。该爆发性气旋在较暖的湾流上空生成，沿海表面温度大值区向东北方向快速移动，生成后6 h内爆发性发展，24 h中心气压降低48.7 hPa。高空槽加深、涡度平流加强和低层较强的大气斜压性为气旋快速发展提供了有利的环流背景场。由于气旋发展迅速，低层相对涡度急剧增大，低压中心南部来自西北方向的干冷空气随气旋式环流快速向东推进，与东南暖湿气流汇合，锋生作用较强。较暖的洋面对西北冷空气的加热作用使得交汇的冷、暖空气温度梯度较小。减弱东移的冷锋与暖锋逐渐形成近似垂直的“T”型结构。用Zwack-Okossi方程诊断分析表明，非绝热加热、温度平流和正涡度平流是该爆发性气旋发展的主要影响因子。气旋初始爆发阶段，西北冷空气进入温暖的洋面，海洋对上层大气感热输送和潜热释放较强，非绝热加热对气旋快速发展有较大贡献。气旋进一步发展，“T”型锋面结构显著，温度平流净贡献较大，对气旋的发展和维持起重要作用。      

Recent Increased Warming of the Alaskan Marine Arctic Due to Midlatitude Linkages

Alaskan Arctic waters have participated in hemispheric-wide Arctic warming over the last two decades at over two times the rate of global warming. During 2008–13, this relative warming occurred only north of the Bering Strait and the atmospheric Arctic front that forms a north–south thermal barrier. This front separates the southeastern Bering Sea temperatures from Arctic air masses. Model projections show that future temperatures in the Chukchi and Beaufort seas continue to warm at a rate greater than the global rate, reaching a change of +4℃ by 2040 relative to the 1981–2010 mean. Offshore at 74°N, climate models project the open water duration season to increase from a current average of three months to five months by 2040. These rates are occasionally enhanced by midlatitude connections. Beginning in August 2014, additional Arctic warming was initiated due to increased SST anomalies in the North Pacific and associated shifts to southerly winds over Alaska, especially in winter 2015–16. While global warming and equatorial teleconnections are implicated in North Pacific SSTs, the ending of the 2014–16 North Pacific warm event demonstrates the importance of internal, chaotic atmospheric natural variability on weather conditions in any given year. Impacts from global warming on Alaskan Arctic temperature increases and sea-ice and snow loss, with occasional North Pacific support, are projected to continue to propagate through the marine ecosystem in the foreseeable future. The ecological and societal consequences of such changes show a radical departure from the current Arctic environment.     

贵州铜仁一次罕见暴雪过程分析

本文将利用常规探测资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,对2018年12月29～30日铜仁市暴雪过程的环流形势特征与成因进行分析,结果表明：此次暴雪过程发生在高空南支槽、多波动槽东移、700hPa西南暖湿急流输送及850hPa东北回流冷垫的环流背景下,表现出持续时间长、范围广、强度大、积雪深的特征;强降雪阶段对流层低层有来自孟湾的源源不断的水汽输送,湿层厚度增强,且有较强的水汽辐合;700hPa较强的垂直上升运动及对流层中低层较强的垂直风切变利于暴雪天气的发生;强降雪时刻暴雪区800hPa以上位于高层冷平流、低层暖平流的叠加区域,为不稳定大气;此次降雪具有对流性和持续性特征,雷达反射率回波云团具有列车效应。     

西南地区冬季气温年代际变化及可能成因分析

利用西南地区1970—2015年气象台站逐月气温资料,结合NCEP/NCAR再分析资料等,分析了西南地区冬季气温的年代际变化特征,并探讨了其年代际转折的可能物理机制。结果表明,西南地区冬季气温于1990年代前期发生暖突变。夏季热带西太平洋海温关键区（120~160 °E,10 °S~20 °N）与西南地区冬季气温在同时期发生暖突变,由于大气对海洋变暖的响应,在其西北侧激发了异常的气旋式环流,这种准GILL态使得西南地区恰好处于偏东偏南的暖湿气流中,配合西风急流偏强偏北,东亚大槽浅薄,不利于冷空气南下,西太副高偏强偏西使西南地区受下沉气流控制增温,并处于暖平流影响下,造成西南地区冬季年代际变暖。      

青藏高原地表位涡密度强迫对2008年1月中国南方降水过程的影响Ⅰ:资料分析

位涡外部源汇是驱动大气环流的原动力。文中详细介绍了地表位涡制造和位涡密度强迫的联系,讨论了不同坐标系中位涡密度方程的特点及其在应用中应当注意的问题。还以2008年初南方低温雨雪冰冻灾害为例,探讨了青藏高原地表位涡密度强迫及东传对下游地区对流性天气发生的影响,拟由此揭示青藏高原位涡密度强迫激发中国东部激烈天气发生的一种新机制。伴随着青藏高原地表正位涡密度的东传,下游地区对流层中高层出现纬向正绝对涡度平流,气旋性环流增强,从而促使低空南风发展,为南方地区提供充沛的水汽条件。另外,南风的增强有利于低空经向负绝对涡度平流的加强,从而使南方地区高、低空形成绝对涡度平流随高度增大的大尺度环流背景,有利于上升运动的发展。上升运动的加强又促进低空南风气流的增强,使高、低空绝对涡度平流随高度增大的环流背景进一步增强,最终导致降水的产生。      

2015/2016年冬季北极涛动异常活动及其对我国气温的影响

2015/2016年冬季,北极涛动(AO)季内变化特征明显。2015年12月,AO处在正位相,而到了2016年1月AO突然由正位相转为强负位相,导致极区冷空气南下,北半球和我国气温由暖转冷。AO由正位相转为负位相主要与北大西洋强风暴活动有关。2015年12月末,北大西洋上空有一气旋式强风暴出现,强风暴东侧西南气流将北大西洋上空大量的暖湿空气带向北极,导致北极气温迅速升高。北极气温迅速升高使得极区的位势高度场由偏低转为偏高,是导致AO由12月的正位相转为1月负位相的主要原因。     

渤海冷空气大风过程中3次风速波动的原因分析

根据FY-2G卫星遥感监测资料、常规气象观测资料和NCEP逐6h1°×1°再分析资料,分析2014年12月31日至2015年1月1日渤海大风过程中风速的3次波动特征以及影响系统,并对大风期间物理量进行了诊断分析,揭示了冷空气影响过程中渤海大风的突增以及波动性成因。结果表明:当冷空气影响渤海时,冷暖空气对比使低空锋区迅速加强,风力突增明显。大风期间高层深厚的冷平流自上而下形成了一条西北东南向后倾式的冷平流传输通道,平流分3次传送到底层对应着大风期间的3次波动峰值。整个过程动量下传起了重要的作用,下沉气流的径向度越大,高层下沉运动越强,对应地面的风速越大。     

Oscillation of Surface PM<Subscript>2.5</Subscript> Concentration Resulting from an Alternation of Easterly and Southerly Winds in Beijing: Mechanisms and Implications

We used simultaneous measurements of surface PM_2.5 concentration and vertical profiles of aerosol concentration, temperature, and humidity, together with regional air quality model simulations, to study an episode of aerosol pollution in Beijing from 15 to 19 November 2016. The potential effects of easterly and southerly winds on the surface concentrations and vertical profiles of the PM_2.5 pollution were investigated. Favorable easterly winds produced strong upward motion and were able to transport the PM_2.5 pollution at the surface to the upper levels of the atmosphere. The amount of surface PM_2.5 pollution transported by the easterly winds was determined by the strength and height of the upward motion produced by the easterly winds and the initial height of the upward wind. A greater amount of PM_2.5 pollution was transported to upper levels of the atmosphere by upward winds with a lower initial height. The pollutants were diluted by easterly winds from clean ocean air masses. The inversion layer was destroyed by the easterly winds and the surface pollutants and warm air masses were then lifted to the upper levels of the atmosphere, where they re-established a multi-layer inversion. This region of inversion was strengthened by the southerly winds, increasing the severity of pollution. A vortex was produced by southerly winds that led to the convergence of air along the Taihang Mountains. Pollutants were transported from southern–central Hebei Province to Beijing in the boundary layer. Warm advection associated with the southerly winds intensified the inversion produced by the easterly winds and a more stable boundary layer was formed. The layer with high PM_2.5 concentration became dee-per with persistent southerly winds of a certain depth. The polluted air masses then rose over the northern Taihang Mountains to the northern mountainous regions of Hebei Province.     

一场突发性局地大暴雨触发作用的分析和探讨

利用多种非常规高时空分辨率观测资料并结合ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料,分析了2019年6月2日长春市区的一场突发性局地大暴雨的中尺度特征,结果发现,低层或高层冷中心、暖湿气流和冷池出流三者之间不同的相互作用是该过程两段不同强度降水产生的根本原因：第一时段降水较强,并伴有强雷电和冰雹,700 hPa附近较弱冷中心在低层偏南风急流作用下北移至长春站北部并叠加在高层强冷中心之下,其下沉气流在边界层顶附近受该处降水形成的冷池和冷锋后部冷平流阻挡向南回流,冷池出流强度增强并在长春站附近迫使强暖湿气流抬升,长春站上空层结不稳定性加强,当上游对流云团东移至该地时强烈发展,回波强度超过60 dBZ,后向传播作用形成东西向线状对流,列车效应显著;第二时段降水相对较弱,仅伴有雷电,长春上空中低层仍为暖平流控制,高层冷空气继续加强并南压,其下沉气流在边界层顶附近受低层急流作用向北辐散,冷平流较强并与第一阶段强降水产生的冷池出流(较弱冷平流)在长春站附近辐合,迫使其低层相对较暖的气团抬升,700 hPa以下转为垂直上升运动,对流云团移至该处再次发展并与周围对流云团合并形成线状对...     

江淮地区夏季高温事件与北极冷异常的动力联系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析和相关分析,研究了2010年、2013年及2016年夏季江淮地区高温事件发生时,大气环流异常的主要特征及其与北极冷异常的可能联系。结果表明:这3年江淮地区夏季高温事件发生频次明显偏高,期间江淮地区500 hPa位势高度为正异常,对流层中低层平均温度为暖异常,整个对流层和平流层纬向风减弱;而北极500 hPa高度为负异常,对流层中低层平均温度异常偏冷,纬向风明显加强。因此,江淮地区高温事件与对流层纬向风存在密切联系,在东亚中低纬度地区呈负相关,而在北极呈正相关。东亚中低纬度地区对流层西风减弱抑制对流活动,地面吸收太阳短波辐射增加,进而有利于高温事件发生。     

莱州湾西北与山东半岛北部强海效应降雪个例分析

利用常规资料、NCEP再分析资料和加密自动站资料对2011年12月8日莱州湾西岸一次强海效应降雪过程进行了诊断分析。结果表明:此地的海效应降雪与山东半岛北部的海效应降雪都是在适宜的背景场、有利的海气温差及较强的低空冷平流等基本条件下发生的。但是具体到风场配置、海气温差强度、水汽分布及动力、热力条件等方面存在着差异。在这次过程中,900 hPa以上为西北风,以下维持持续的东北风,是造成此次强海效应降雪的主要原因。这种风场结构与半岛北部的高、低空均要求西北风不同。结合物理量场的诊断分析认为,莱州湾西岸的海效应降雪与山东半岛北部的同属于浅对流降雪。本次过程中900 hPa以下存在上升运动、水汽辐合中心、不稳定层结和大的海气温差,近地层的切变线触发了不稳定能量的释放。强降雪区出现在1000 hPa相当位温暖舌的区域,暖舌的位置与山东半岛北部发生强海效应降雪时的不同,前者在莱州湾,后者在半岛北部沿海。从云图上看,冷流低云在海面上表现为一条条顺气流方向的云线,云的个体呈细胞状,接近陆地时,由于海陆下垫面的差异使得云层加厚,云的走向发生偏转,降雪加大。