三种温湿参数下昆明准静止锋锋面位置及锋生函数诊断的对比分析

针对2008年1~2月昆明准静止锋天气过程,讨论了位温、相当位温和广义位温三个温湿参数及其对应的锋生函数,对比分析结果表明:（1）广义位温因其湿度因子权重过大,不适用于分析以温度梯度定义的昆明准静止锋锋面位置和强度;（2）理想状态下的干大气位温和饱和大气相当位温仅与气压和温度有关,均能较好地反映大气温度场特征,适用于昆明准静止锋的分析,比较而言相当位温对温度锋区的描述更为显著;（3）用位温或相当位温计算锋生函数所得结果直接表达了因温度场变化导致的锋面生消状况,而用广义位温计算锋生函数所得结果同时包含温度锋生（消）和湿度锋生（消）两种情况,不能简洁地判断昆明准静止锋锋面生消状况。     

冬春季昆明准静止锋与云贵高原地形的关系

利用1961-2010年地面气象观测数据、2008年1月10日至2月15日和2013年12月10-20日ERA-Interim 0.125°×0.125°再分析数据以及DEM地形高度数据,研究了昆明准静止锋(Kunming Quasi-Stationary Front,KQSF)位置、云贵高原地形和锋面附近大气要素三者之间的关系。研究结果表明:(1)云贵高原以乌蒙山脉(103°E)分为东、西两部,云贵高原东部地区昆明准静止锋出现的频次为61.5%,西部地区出现频次为38.5%,大部分冷空气被阻挡在了云贵高原东部地区,仅有少部分较强冷空气能越过乌蒙山脉进入云贵高原西部,高原大地形对冷空气的阻滞作用显著;(2)昆明准静止锋的进退与锋面前后地面温压场关系有较好的相关性,锋后冷气团越强、锋前暖气团越弱,锋面位置越偏西,反之越偏东,其相关的显著性主要体现在云贵高原西部,而在高原东部地区,地形作用降低了锋面位置与温压场的相关性;(3)高原地形阻挡作用使冷空气移动速度缓慢甚至停滞而形成准静止锋,抬升作用使局地近地层形成顺时针的次级环流,导致逆温层的出现,一旦冷空气越过高原,抬升作用减弱,逆温层消失;(4)东西风零线能较好地描述锋面位置和冷气团厚度,体现了KQSF呈准南北向和云贵高原地区的冷空气由东向西路径特征;(5)锋后冷高压的位势高度可表示冷气团的厚度,在云贵高原东部锋面位置取决于冷气团的厚度,当锋面到达云贵高原西部后,地形的阻挡作用显著减弱和消失,锋面位置取决于冷暖气团之间势力的强弱对比。     

沙尘暴辐射强迫的锋生过程分析

本文利用锋面方程结合数值模式结果讨论了在沙尘辐射强迫下,影响锋生过程的物理机制,计算了不同的沙尘分布对这种锋生过程的影响。计算和分析结果表明:白天锋生主要是由非绝热加热和水平速度变形场共同产生的,垂直速度场对锋生的影响较弱,主要起锋消作用。水平温度梯度的平流对锋生(消)的影响都很小。晚上影响低层锋消的主要因子是非绝热加热项。 当沙尘降低时,沙尘辐射强迫的锋面强度和坡度都相应地减小。沙尘暴区中心上空的等熵混合层厚度也随之减少。     

冬季1月昆明准静止锋进退及维持的结构特征

利用地面气象观测资料、ERA-Interim再分析数据以及DEM地形数据,使用合成分析方法,从大气环流场、锋面附近要素场及锋生函数诊断场探讨了昆明准静止锋在西进、东退及维持时的结构特征。结果表明,当锋后低层到地面等温线呈"V"型分布,锋后正的次级环流相对深厚,锋面易西进;当锋后低层呈较深厚的逆温层且锋后正次级环流较浅薄,锋面易东退;当逆温层仅限于低层而近地面为冷中心,锋面易维持。东西风风速零线西端在锋面左侧,锋面易西进,反之锋面易东退;零线的位置与锋面基本重合,锋面易维持。垂直运动倾斜项在锋面西进时105°E附近迎风坡出现强烈的锋消现象,锋面东退和维持时出现弱锋生现象。水平辐散项产生的强锋生区在锋面左侧时,指示锋面西进;强锋生区在锋面右侧,且锋生现象很弱时,指示锋面东退;锋面维持时,强锋生区与锋区基本重合。水平变形项中切变变形起主要的锋生作用,而由于冷气团受迎风坡影响,导致伸缩变形在104°E以东的锋后区域产生较强的锋生现象。     

新疆山地锋面暴雨的锋生分析

本研究充分考虑新疆复杂地形效应及锋面暴雨区湿大气的凝结潜热加热：（1）发展了地形追随坐标下基于位温、相当位温、广义位温的热力学锋生函数和基于变形场的动力学锋生函数,阐述地形追随坐标下的锋生函数在研究复杂地形锋面过程的优势;（2）从锋生过程更本质的温湿度梯度增大过程角度讨论四种锋生的优劣势,发现广义位温锋生和变形锋生与降水过程有更好的对应关系;（3）借助新疆一次北天山到南天山的移动型锋面降水的WRF数值模拟,对广义位温锋生函数和变形锋生函数的主要强迫和对降水的作用进行诊断分析,结论表明动力学锋生在降水触发和减弱阶段有重要作用,由涡度散度变形的能量转换引起,热力学锋生主要作用于降水发展阶段,潜热加热是其主要强迫。实际应用中,近地层至中低对流层两类锋生的重叠区可指示未来降水移动方向。     

两次昆明准静止锋的对比分析

利用EAR5再分析气象数据,分析了两次昆明准静止锋天气过程的高低空环流形势、锋面结构、锋面位置、以及相关要素场等基本特征及其异同。结果表明：中高纬度地区阻塞形势的存在是昆明准静止锋形成的背景环流。当冷暖气团均强且势均力敌时,更有利于锋面的维持;冷空气较强时,锋面会向西移动,越过云贵高原地形的阻挡;反之,锋面则会向东移动。当锋面维持在高原地形东侧时,冷空气被地形阻挡时,锋面的移动缓慢,此时锋区最为明显。当锋面维持在地形东侧时,风场的最大水平切变、温度的最大水平梯度和相当位温的密集区,描述的锋面位置几乎相同。两次过程寒潮爆发时冷空气均只能维持到700hPa附近,且水平风场也均为600hPa以下的低空切变,说明昆明准静止锋为浅薄系统。昆明准静止锋与一般冷锋锋后不同,两次个例昆明准静止锋锋后低空为湿区,而锋前水汽是否充足则要看南支槽所处的位置。     

一次暴雪过程的锋生函数和急流—锋面次级环流分析

2008年1月25～28日一次远离地面准静止锋的锋后暴雪突破了武汉百年气象史的多项纪录。利用NCEP再分析资料、MICAPS常规观测资料和FY-2CTBB资料诊断分析了这次暴雪过程。结果表明,这次暴雪与华南准静止锋关系密切,锋生、锋消变化与降雪天气的出现和停止一致;锋生函数各项在不同时段对锋生、锋消的贡献不同;水平变形...     

滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析

利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料,对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下,出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明:在准静止锋背景下,贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州,不断积累对流有效位能;高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动,并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下,使得准静止锋活跃锋生,是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明,高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成,加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动,进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响:水平变形项范围越大则降雨强度越强,与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切,暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制,提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。     

南岭准静止锋附近加热场特征及其对锋面维持的作用

利用锋面客观分析资料计算分析了南岭准静止锋锋面附近加热场的分布特征及非绝热加热锋生（以下简称加热锋生）对锋面维持和锋面移动的作用。结果表明:大尺度凝结加热主要分布在锋区附近，在经向剖面上呈带状分布，并反映锋面结构的中尺度特征。加热的锋生作用不仅对锋面形成和维持是重要的，而且对锋面的移动与准静止也有重要作用。分析还表明，凝结加热的锋生作用不利于南岭静止锋水平稳定层的维持。     

华南局地锋生及对流系统发展的模拟分析研究

2009年3月28日一条东西向的锋面出现在华南25°N附近。伴随着锋面的活动,对流降水回波午后开始在广西的梧州附近发展,并在随后几小时向东移动,组织发展成为中尺度对流系统(MCS),为广东中西部及珠三角地区带来了雷暴、暴雨、冰雹等灾害天气。应用地面自动站、雷达回波、卫星云图以及NCEP-FNL再分析资料和WRF模式的模拟结果,对锋面暴雨形成的天气特征进行了诊断分析,考察了中尺度对流系统的发展演变过程及其与局地锋生的相互关系。结果表明,锋面对流系统形成发展于一个东西向水平尺度约200km的地面中尺度辐合线附近,对流起始发展于具有较大对流有效位能(CAPE)和较小对流抑制位能(CIN)的区域。伴随着对流的发展,锋面强度增强。锋生函数的计算发现,非绝热项和倾斜项分别在由对流引起的次级环流的上升运动支和下沉运动支起锋生作用,是引发中尺度锋生的主要影响因子。而相对来说,水平辐合项和形变项的作用却比较小。这与大尺度的锋生过程不同,中尺度锋生更主要的是由热力直接触发的非地转环流所驱动。涡度场的演变分析还发现,沿着850hPa锋区大的正涡度区与500hPa的强上升运动区对应良好,对流系统发展与中尺度锋生之间存在着类似于第二条件不稳定机制的相互作用,对流增强了锋生过程,锋面则对中尺度对流系统的发展起组织作用。中尺度锋生对对流组织发展的作用作为此类灾害天气形成的原因值得关注。     

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。     

地形的动力作用与冷锋锋生研究

本文建立了一个考虑天气尺度水平变形场的二维、滞弹性、非静力平衡锋生模式，对冷锋过山时的锋生锋消机制进行了数值研究，试验结果表明:当无地形影响时，由于变形场的锋生作用与摩擦等因子的锋消作用相互抵消，冷锋最终达到其强度的准定常状态；当考虑地形影响时，地形强迫环流与锋面环流相互作用，使得锋面强度在山前和山后发生变化，在冷锋开始爬坡时锋生，爬过半山腰后开始锋消，过山顶后锋面强度变化不明显或者有微弱锋生，到达山脚后开始强烈锋生，并在地形下游其强度达到最大；总之，冷锋在翻越山脉或从高原移到平原之后，锋面发展的强度比冷锋不遇到地形时的更大。     

地形对昆明准静止锋影响的数值模拟研究

利用2008年1月NCEP/NCAR全球1°×1°再分析资料和MM5中尺度数值模拟结果,分析研究了昆明准静止锋的结构和位置.结果表明:在中国南方地区持续、频繁受冷空气影响下,昆明准静止锋的形成和维持是高原地形的阻挡和特定天气系统配置共同作用的结果;通过对地形减半的敏感性数值试验,定量分析得到高原地形阻挡作用是昆明准静止锋形成和维持的必要条件.     

2008年初贵州冰冻天气锋生场诊断分析

利用常规气象观测资料、ECMWF模式和NCEP/NCAR资料,对2008年1—2月贵州省发生的持续时间长、强度强、范围广的冰冻天气进行大气环流形势和锋生函数诊断分析。结果表明:持续冰冻灾害天气过程是冷锋从东北、正北、西北方向移到贵州时产生的一种强烈锋生过程,且长时间稳定地维持在贵州;北半球中高纬度出现双阻型高压,使大气环流长时间稳定,北支、南支锋区偏南,极地冷空气不断补充南下影响到江南,滇黔静止锋不断锋生并长时间维持在贵州西部,南支槽前的西南气流对这次雨雪天气的产生和发展起着重要的作用;地形在冷空气移动过程中具有阻碍作用。因此,低层锋生的长期维持使南来的水汽受阻是产生此次冰冻灾害的重要物理机制。     

Evolution and Frontogenesis of an Imbalanced Flow —the Influence of Vapor Distribution and Orographic Forcing

1.InttoductionIftheinitialfieldsarenotingeostrophicbalance,theadjustmentandevolutionwilloccurinthestratifiedfluid,andthefrontogenesiswilloccurundersuitableconditions.ThisaspectwasfirstinvestigatedbyRossby(1938),followedbymanyscientists(Blumen,1972;Gill,1976,1982;VanHeijst,1985;BossandThompson,1985;On,1984,1986;McWilliams,1988;Middleton,1987;Glendening,1993;BlumenandWu,1995;WuandBlumen,1995;Grimshaw1998;Blumen,1998;etc.).Intheseresearches,theenergyconversionratioy=AEk/BE,isaninterestin…     

沙尘辐射强迫锋生过程的数值模拟

本文分别利用二和三维数值模式研究了沙尘暴辐射强迫的锋生过程和孤立的沙尘暴单体辐射加热对锋面环流系统的影响。结果表明:沙尘爆发时,沙尘辐射加热在大气低层导致锋生,在大气中层产生一明显的等熵位温层。水平速度场在沿锋面移动方向表现出明显的辐合(散)特征。晚上,沙尘辐射冷却导致大气低层锋消。 孤立的沙尘暴单体辐射加热在盛行风方向强迫出一个明显的垂直环流圈,它在白天较强,晚上较弱和反向。水平风场对沙尘的辐射强迫响应在不同高度上是不同的。     

Frontogenesis and cross frontal circulation in a strong summertime cold front

Summary The characteristics of a strong European summertime cold front are investigated using the wealth of synoptic observations, which were analysed by the dynamical initialization scheme of an operational meso-scale model. The study was also extended to forecasted fields.Cross-sections perpendicular to the front, covering a dormain of more than 2000 km in the horizontal and 10 km in the vertical direction, bring out the basic parameters (as potential temperature and the components of the geostrophic and ageostrophic wind vectors), the ageostrophic crossfrontal circulation and all cross-frontal frontogenesis terms.None of the many frontogenesis terms plays a dominant role, there is a concerted action of geostrophic and ageostrophic deformation and shear, of tilting and diabatic sources in producing a rather complex structure of total frontogenesis. The cross-sectional fields of all presented terms strongly underline the fact, that a front is not a line of discontinuity but a rather wide three-dimensional field phenomenon.With 12 Figures     

一次冬季锋面暴风雪天气过程的斜压边界层特征的观测分析

对STORM-FESTIOP17一次冬季锋面暴风雪天气过程的斜压边界层结构演变及特征进行了分析。发现：暖湿空气沿锋面抬升凝结成云，产生降水过程中释放的大量潜热显著增加锋两侧的水平温度差异，产生锋生。与锋生相伴，在锋前产生低空急流和高空急流。当锋生至最强时，锋两侧温差可达20K，锋前低空急流开始减弱，锋后低空急流增强，锋后冷平流开始主导锋两侧的环流系统。该冷平流削弱锋两侧的温度水平梯度，产生锋消作用。对这次锋面斜压对流边界层的湍流特征分析表明：在边界层之上切应力wv明显增大；湍能收支分析表明在边界层之上的风切变产生项很强，即大尺度天气系统有利于斜压对流边界层的发展，边界层内各量充分混合。这次冬季锋面暴风雪天气过程，冷锋前的低空南风急流从墨西哥湾携带来的充足水汽及锋区边界层大气的强斜压性是其产生的关键因子：冷锋过后，大尺度高空急流的作用更有利于对流边界层的充分发展。