夏季青藏高原低涡结构的动力学研究

应用卫星云图资料分析了两例夏季青藏高原低涡发展过程及其结构演变,揭示出高原低涡结构特征的若干观测事实。在此基础上借鉴研究类热带气旋低涡的方法,将暖性青藏高原低涡视为受加热和摩擦强迫作用,且满足热成风平衡的轴对称涡旋系统,通过求解柱坐标系中的线性化涡旋模式,得出边界层动力作用下低涡的流函数解,重点讨论了地面热源强迫和边界层动力"抽吸泵"对高原低涡流场结构的作用。研究认为,由于边界层加热和摩擦的共同作用,高原低涡的温度场呈暖心结构。热源强迫的边界层低涡的散度场存在一个动力变性高度,该高度的位置与边界层顶高度有关。通过边界层动力抽吸作用,当边界层顶有气旋性涡度时,能引起边界层低涡的水平辐合运动和随高度增强的上升运动,并可加强低涡的切向流场;如果低涡的中心区域为"内冷外热"型加热分布,则热源强迫的低涡中心区域下层为辐散气流和随时间减弱的切向流场,上层为辐合气流和随时间增强的切向流场,并伴有下沉运动,从而有利于形成涡眼(或空心)结构,在卫星云图上表现为低涡中心为少云(或无云)区,即这类高原低涡具有与台风类似的眼结构,因而可视为类热带气旋涡旋的新例证。最后通过高原低涡的简化模型对低涡所含的波动进行了分析和讨论,结果表明:高原低涡中既含有涡旋Rossby波,又含有惯性重力波,即低涡波动呈现涡旋Rossby-惯性重力混合波特征。     

高原低涡结构特征模拟与诊断的初步研究

利用二重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5对2005年7月28—29日的一次高原低涡过程进行了数值模拟,并利用模拟结果对此次低涡的结构进行了初步分析。结果表明．-MM5模式对此次低涡过程有较好的模拟能力,模拟出的位势高度场分布和涡度场结构与实况基本吻合。此次高原低涡具有同热带气旋相似的涡眼（空心）结构和暖心结构。在流场上,高原低涡在涡眼区下层表现为辐散下沉运动,上层为辐合上升运动;而在涡心四周下层表现为辐合上升运动,上层为辐散下沉运动;在涡度场上,高原低涡下层为正涡度区,上层为负涡度区。     

高原低涡结构特征模拟与诊断的初步研究

利用二重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5对2005年7月28—29日的一次高原低涡过程进行了数值模拟,并利用模拟结果对此次低涡的结构进行了初步分析。结果表明：MM5模式对此次低涡过程有较好的模拟能力,模拟出的位势高度场分布和涡度场结构与实况基本吻合。此次高原低涡具有同热带气旋相似的涡眼（空心）结构和暖心结构。在流场上,高原低涡在涡眼区下层表现为辐散下沉运动,上层为辐合上升运动;而在涡心四周下层表现为辐合上升运动,上层为辐散下沉运动;在涡度场上,高原低涡下层为正涡度区,上层为负涡度区。     

凝结潜热在高原涡东移发展不同阶段作用的初步研究

为探讨潜热加热对高原涡发展的作用并加深对水汽与高原涡垂直结构及发展变化关系的认识。应用NCEP(1°×1°)再分析资料,通过大气热源诊断计算,分析2005年5月1~4日和2005年6月23~28日两次高原涡的垂直结构及生命史特征。通过比湿、涡度、Q2等诊断量的对比分析发现:高原涡在东移发展过程中,涡柱内水汽含量上升、涡度明显加强,水汽、涡度上传明显,两者在垂直方向的大值中心有较好的同步性。高原涡未下坡前,水汽通过凝结释放潜热的方式加热大气,高原涡暖中心结构明显。高原涡下坡过程中,其涡度和垂直速度均整层陡增,高原涡区域水汽含量下降,潜热加热作用减弱,暖中心结构消失。因此,大气中水汽的含量和垂直分布状况直接影响凝结潜热作用的发挥,凝结潜热对高原涡发展作用主要表现在高原涡下坡前和下坡后期,是高原涡下坡后是否继续东移发展的重要影响因素。     

热源强迫的非线性惯性重力内波及其应用

利用动力学分析中的相平面方法,由z坐标系下的非绝热大气运动方程组导出了与非线性惯性重力内波有关的KdV方程,然后利用直接积分法得到两类有天气意义的孤立波解.初步建立了孤立波解与高原低涡的联系,进一步从理论上论证了高原低涡具有与热带气旋类低涡类似的涡眼和暖心结构的特征.     

成都地区一次暴雨诊断分析

针对2012年8月16~19日成都地区出现短时、局地暴雨、特大暴雨的异常强降水天气,利用常规气象资料、1°×1°NCEP再分析资料和客观物理量场、卫星云图等资料,对造成此次强降水主要集中在成都地区西部沿山一带的原因进行了分析。分析得出:在有利的环流背景下,中小尺度系统发生发展和演变是这次暴雨产生的直接原因;中低层维持偏南气流,暖湿气流西进北抬,低空急流为这次暴雨提供了大量的水汽和不稳定能量;中低空的水平风切变不仅为暴雨提供了强烈的辐合上升运动,同时对水汽的水平辐合和垂直输送非常有利;另外,强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相连相关。     

一次西南低涡过程中强降水云系的特征分析

为了方便研究西南低涡伴随产生的云系空间特征,尝试使用TRMM卫星数据,结合NCEP再分析资料和常规观测资料,对2010年7月23日至24日发生在四川盆地内的一次西南低涡过程进行分析。结果表明,23日18Z受高原涡和台风的气流影响,四川盆地处于"鞍"型气压场内,西南低涡在该地区产生,至24日18Z有强降水在绵阳至广元一带出现。在这过程中,低层的偏南气流补充和水汽辐合倾斜上升,对低涡有加强作用。研究强降水产生时刻西南低涡降水云系的水平、垂直特征,显示云系发展出中尺度对流复合体,云系东南侧对流较强,并与云顶亮温梯度递减大值区、水汽辐合中心和对流云降水区三者相关。强降水云系顶部窄小,中部宽大,5km至近地面表现为倒梯形结构。低涡云系7至5km高度层对应层云上部的弱回波区,亮温-72℃的云系在7-10km高度包含有大量冰粒子。不同云顶亮温的云系内,最大降水率呈现三段阶梯状分布,亮温-68℃的云系表现出集中化和接地的特点,亮温-68℃至-60℃的云系在5km以下垂直分布均匀。云顶亮温越低,其内部最大降水出现的高度越低,且平均降水高度同最大降水出现高度的差距越大,西南低涡云系垂直特征与热对流有不同,低涡出现时需要关注云顶亮温-60℃的对流云。     

湖南“6.19＂暴雨过程的中尺度特征分析

针对2010年6月19～20日湖南一次大范围暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2E卫星TBB资料、NCEP1°×1°格点资料及WRF模式输出的高分辨率资料,采用数值模拟和诊断分析相结合的方法,综合分析了此次暴雨过程.结果表明：东移短波槽及低层低涡是此次暴雨的主要影响系统;卫星资料分析显示,α中尺度对流云团前部不断有β中尺度扰动分裂和发展;WRF模式模拟结果表明,此次大范围暴雨过程是多尺度系统影响的结果,在有利的大尺度环流背景下,激发了中小尺度对流系统的活动,导致强降水带中出现了多个中尺度扰动和与此对应的中尺度雨团有组织的活动,是暴雨发生的主要原因;中尺度雨团对应着强上升气流柱、正涡度柱和低层强辐合、高层强辐散的散度结构.     

西南低涡结构及潜热加热分析

本文通过对一次西南低涡暴雨过程进行诊断分析,讨论了西南低涡的结构及潜热加热对该低涡的影响。指出:在西南低涡发展过程中伴随着低层辐合、上升运动以及水汽通量辐合的加强,此时潜热加热的垂直分布有利于低涡发展;水汽辐合最强超前于西南低涡最强盛阶段。     

成都一次有西南涡参与的区域性暴雨天气过程分析

为探讨西南涡对成都地区暴雨天气的影响,利用自动站降水观测资料、台站探空资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2013年6月7日出现在成都地区的区域性暴雨天气过程从影响系统、溃变理论等方面进行了分析,结果表明,此次过程的影响系统为高原低值系统、西南涡、副热带高压外围584线稳定共同作用造成;云图资料分析表明,最强降水时段出现在西南低涡旺盛期,与强降水中心位置也有很好的对应关系;从物理量场分析得出高低空次级环流结构造成了成都地区西部较强的降水;从溃变分析可以看出,珔V-3θ图具有明显的暴雨结构特征,上干下湿的层结非常有利于对流的发展,加之大气不稳定能量较高是造成成都地区西部沿山出现强降水的主要原因。     

青藏高原上中尺度对流系统东移传播成因

运用1998年夏季日本静止气象卫星探测反演出的红外辐射亮温资料,对青藏高原上的中尺度对流系统(MCSs)进行了自动追踪,进而对移出高原的MCSs进行了分类,在此基础上,运用空间数据挖掘中的决策树方法得到了东移出高原的MCSs与其环境物理量场之间的关系,结果表明,在400hPa上,当MCSs的中心位置位于100°E附近时,移出高原且向东南方向移动的MCSs仅与该等压面上的高度和温度有关;而向东北方向移动的MCSs仅与高度和假相当位温有关;此外,移出高原且方向向东的MCSs主要决定于等压面高度、散度、涡度和假相当位温这4个物理量值。在500hPa上,位于东经104°E以西且最终移出高原的MCSs,决定其是否移向东北方向的环境物理量因素为K指数和水汽通量散度,而影响其向东南及东方向移动的因素则较多。     

成都“2008.9.24”暴雨的中尺度数值模拟

为了更好的研究四川成都地区2008年9月23日～25日强降水天气的物理机制,利用中尺度天气预报模式(Weather Research Forecast,WRF)模拟了此次过程,并结合FY-2号C星云图资料,对过程的发生、发展过程进行分析后发现,此次暴雨过程为低层弱低压辐合,同时台风"黑格比"登陆后带来大量水汽,并借助西伸的西太平洋副高源源不断的向四川盆地输送,另外存在来自南方孟加拉湾水汽的持续供应,对流云团形成于地面低压与西伸副高的交界处,并沿着副高边缘由西南向东北移动,雨带分布在副高边缘气压梯度大的地方,模拟结果与观测事实基本相符。利用WRF模式模拟暴雨产生的环流形势,配合卫星云图,能进一步揭示暴雨产生的物理机制,可作为深化暴雨研究的有效手段。     

藏东南多依弄巴流域冰湖溃决危险性评价

冰湖溃决灾害是指冰湖坝体突然破坏引发溃决洪水或溃决泥石流的现象,对下游人类活动和自然环境造成严重影响。近年来,藏东南地区冰川快速退缩,冰湖数量和规模显著增加,冰湖溃决事件广泛发生。基于1995-2021年多时相Landsat系列遥感影像、Sentinel-2A遥感影像,结合RAMMS水文动力学模型方法,对藏东南地区多依弄巴流域内冰湖、冰川进行动态变化分析,模拟冰崩危险体触发冰湖溃决和冰湖溃决泥石流的演进过程,根据泥石流模拟中的流速和流深对冰湖溃决可能影响的区域进行危险性分区。结果表明:流域内冰川面积由1995年的14.05 km2退缩为2021年的9.43 km2,年均退缩率约为0.15 km2/a。流域内共发育3处冰崩危险体,均可能触发冰湖溃决。潜在危险冰湖在全溃情况下,溃决泥石流会冲出沟口堵塞然乌湖湖口和帕隆藏布主河道,对下游居民和道路造成影响,影响范围约4.05 km2,其中高危险性区域约2.55 km2。危险性评价结果可为多依弄巴流域未来土地利用规划和防灾减灾提供依据,也能为藏东南地区冰湖溃决型泥石流危险评估提供参考。      

湘中一次大暴雨天气的综合诊断分析

利用NCEP的1°×1°再分析资料、FY-2E逐小时TBB资料以及常规气象观测资料,对湘中地区2010年5月12—13日大暴雨过程的环流形势、物理量场以及中尺度系统进行综合分析,试图从多角度揭示这次大暴雨天气的成因。结果表明：高空南支槽,中低层切变以及地面冷空气是这次大暴雨天气过程的主要影响系统;低空急流作为暖湿气流的载体,为暴雨的产生提供了充足的能量条件和水汽条件;冷空气侵入高能不稳定的暖湿气团,是触发暴雨不稳定能量释放的热力机制;z-螺旋度的空间分布能反映暴雨发生时大气的动力特征,中低层强辐合,高层强辐散与低层正涡度的空间结构,有利于高低层形成“抽吸作用”,从而使上升运动得到发展和加强,为暴雨的产生提供有利的动力条件;高分辨率的云顶亮温TBB资料对降水的强度及落区有很好的指示意义。     

季风影响下的青藏高原上空甲烷、水汽及云的变化

为进一步了解季风对于水汽及其它大气成分的输送作用,利用美国Aqua卫星上AIRS反演的甲烷（CH4）和MODIS反演的水汽、云高和云量等卫星观测资料,分析了2003至2010年中国青藏高原上空CH4、水汽和云在季风期间的变化及其与季风指数的关系。研究发现：夏季（6月至9月）高原上空水汽、云量和云顶高度的变化与季风指数有很好的相关;在强对流影响下,输送到高原上空的水汽增多,引起云量增多,云顶高度增加,而向上输送的甲烷引起高原上空CH4浓度增加,并在青藏高压强大的反气旋的阻塞下CH4不断积累,在季风期的后半程维持一个高值,但最大值出现在8月底至9月初,比季风指数的峰值晚近一个月。随着季风减退和青藏高压的消失,甲烷的高值快速消失。由此可见,夏季青藏高原的强对流输送无疑是甲烷高值形成的主要动力机制之一。cH4作为一种长寿命的温室气体,有潜力作为一种示踪气体来帮助研究季风和季风期间高原上空强大的反气旋动力机制的变化。