1996年江苏梅雨期暴雨与500hPa高度场波谱特征分析

本文利用EC北半球500hPa5* 5网格点资料,计算了1996年梅雨期80°N-25°N各纬度带上波谱参数Ik、平均纬向动能Eu(k)、平均经向动能Ev(k)和角动量输送Jk。结果表明,梅雨期内中高纬度超长波向长波调整,且这种调整涉及到较低纬度上发生长波调整或长波增长,江苏就有一次暴雨过程发生。这种波的调整在动能场上表现为长波经、纬向动能迅速增长,扰动加强。另外,副热带角动量南北输送的转换和向南输送的明显增长,对暴雨发生有重要作用。     

一次中亚低涡中期过程的能量学特征

中亚低涡是中期时间尺度（4天以上）的对流层深厚切断低压系统,也是造成新疆暴雨（雪）、持续低温天气的重要影响系统之一,对其形成、维持和减弱的能量特征还不十分清楚。利用美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）2.5°×2.5°逐日再分析资料和有限区域能量循环方程,对1996年7月10—20日造成新疆区域两次暴雨过程的中亚低涡系统进行分析,以揭示低涡持续活动11天的能量循环和转换特征。分析结果表明,中亚低涡活动具有明显的阶段性能量学特征。这次低涡发展和减弱过程处于斜压不稳定状态,扰动动能来源于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,且两者作用相当,它们使得低涡快速发展,同时区域内部非绝热加热制造的一部分扰动有效位能向外输出,在减弱期扰动有效位能向外输出大于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,因此低涡逐渐减弱。低涡成熟期处于正压不稳定状态,系统内部的能量转换很小,扰动动能来自于外界扰动位能输入,支出项为向开放边界的扰动动能输出。低涡过程各个时期纬向平均动能向扰动动能的转换都很小,即正压不稳定造成的能量转换较弱。低涡活动过程中,在对流层中、高层扰动动能很强,表明中亚低涡是主要在对流层中、高层活动的天气尺度系统,低涡内部的能量转换及其与外界的能量输送主要发生在中、高层,扰动位能和扰动动能的变化很好地反映低涡的强度变化和发展阶段,且能量的垂直输送对低涡系统的发展也有一定促进作用。     

一次东北冷涡发展过程中的能量学研究

对一次典型的东北冷涡过程做了能量学分析。结果表明,东北冷涡活动具有鲜明的阶段性能量学特征。东北冷涡发展之前,各种能量之间的转换很小,边界通量也处于正负相间的振荡状态。早期发展阶段,扰动动能边界通量作用是至关重要的。随着非绝热加热制造扰动有效位能和扰动有效位能向扰动动能转换的大幅度增长,以及外界扰动动能的大量输送和纬向平均动能向扰动动能转换的明显加强,导致了东北冷涡的强烈发展,即这一时期区域内部的能量过程也同样十分重要。东北冷涡的减弱是从有大量扰动动能转换成纬向平均动能开始的,随后加上扰动有效位能向扰动动能转换以及边界通量作用的减弱,使得冷涡逐渐衰亡。     

浙江区域性暴雨过程的纬圈谱特征及其中期预报

暴雨的成因相当复杂。一次区域性暴雨从酝酿到发生的整个过程,实质上是大气低层水汽输送,幅合上升导致对流不稳定能量释放的过程。低层大气运动与一定的大气环流背景相关联,因此,大气环流的调整转换往往是暴雨发生的先兆。这些先兆可以成为暴雨中期预报的着眼点。本文试用谐谱天气分析的方法,从大气环流的谐波参数谱变化分析大气超长波及长波演变与浙江暴雨过程的关系,并进一步寻求暴雨过程中期预报的依据。     

春夏季节过渡期间北半球500百帕能量变化的波谱分析和研究

本文利用1972-1982年5月初-7月底春夏季节过渡期间北半球500百帕高度资料计算有关能量谱、角动量输送谱和扰动动能向平均动能转换率谱,分析了大气环流由春到夏季节过渡期间能量谱变化特征及过渡前后特征差异,并揭示了它们与初夏中期主要天气过程-梅雨天气过程的关系。结果表明由春到夏季节过渡前后,对流层中层扰动动能谱和大气波能密度均有显著变化,大气波能密度值有个急剧减弱过程,经向扰动动能集中的波数由超长波向长波转移,55、45、35°N角动量输送平均辐散也有明显转折,这些是春夏二种不同流型在能量学上的基本差异点。对流层中层扰动动能向平均动能转换率谱在季节过渡前后也有显著不同:过渡前高纬强于中纬;而过渡后中纬转换明显增强,并大大超过高纬。大气环流由春到夏的季节过渡,一般由一次或二次长波急剧发展来完成。在大型环流转变上对应为一次副热带高压明显北跳加强及西风带迅速北撒减弱,在天气表现形式上江淮流域对应为梅雨这种大型天气过程的出现。      

不同纬度大气谐波的相互作用和寒潮天气

通过利用500毫巴波谱资料及超长波、长波合成波资料,分析了1980年3月21—27日我国江南地区一次寒潮天气的波谱演变过程。结果表明:这是一次北半球中高纬波数为3的超长波的急速增幅过程,而3波的发展主要是极区1波向南活动的影响。在寒潮后期连阴雨持续期间,中纬度以2波占优势;同时在低纬地区维持5波流型,形成高原南支西风波槽稳定的背景。 中高纬和极区超长波变化 分析这次大尺度环流过程,可以看出超长波的相互作用不仅发生在同一纬度带内,而且与不同纬度带间波动能量的侧向交换有密切关系,这种作用造成这次超长波形势的转换和调整,引起寒潮的爆发。下面将重点讨论1980年3月中、下旬超长波的波谱演变过     

能谱分析在暴雨中期预报中的应用

本文分析了我省暴雨天气发生前期５００ｈＰａ扰动动能、角动量输送谱的演变特征，指出暴雨天气发生前扰动动能在长波（４～６波）有一高能中心形成，而角动量输送在中纬度有强烈的辐合中心，并建立了暴雨天气的中期能谱预报模型。     

基于波谱方法的湖北冬季两次长持续低温雨雪天气分析

使用NCEP资料,利用波谱方法,分析了湖北省1954年12月26日至1955年1月18日和2008年1月11日至2月1日两次长持续低温雨雪天气过程的物理量波谱演变。结果发现:(1)40°N纬圈优势波由4波转2波且纬向动能高值区位于35°N时,有利于湖北省维持低温雨雪天气;(2)低温雨雪过程开始前,高纬和低纬分别有纬向动能高值区,过程结束前,35°N纬向扰动动能高值中心或北跳或南移;(3)低温雨雪过程开始前,30°—35°N的长波角动量先辐合,超长波角动量后辐合,过程开始后,35°—55°N负的超长波角动量转正。     

一九八六年前汛期暴雨的中期波谱特征分析

本文主要从中期的角度出发,分析了今 年我区前汛期4-6月暴雨过程的中期波谱 特征,指出40°N纬圈上长波(4-7波)和 超长波(1-3波)的活动及演变特征与我 区中期暴雨过程的关系,从中提供有意义的 中期预报线索。 一、暴雨过程概况 今年4-6月我区共出现暴雨过程15 次,其中4月4次,5月6次,6月5次,见(表一)的统计结果。从表一的结果看: 较明显的暴雨过程有5次,分别出现在4月 30日-5月2日,5月10-12日,5月26-     

一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究II.实际应用

本文利用中国自动站与CMORPH（Climate Prediction Center Morphing technique for the production of global precipitation estimates）融合的逐时降水量0.1°网格数据集资料挑选出一次典型的梅雨锋暴雨个例,运用WRF中小尺度模式进行模拟,对模拟得到的高分辨率结果进行Barnes滤波,最后将滤波结果代入动能和位能方程中,目的是定量地分析各个尺度能量的变化以及它们之间的相互作用对暴雨强度的影响。研究发现:模式模拟的降水过程和强度与实况较为吻合,推导的能量方程适用于这次暴雨过程。三种尺度能量之间的相互作用包含了各种跨尺度能量的相互作用。在整个暴雨过程中,跨尺度之间的斜压能量转换包括位能向动能的能量转换和动能向位能的能量转换。同尺度之间的斜压能量转换总是单向的,且量值较大,动能的强度主要靠位能向动能的能量转换来维持。斜压能量转换的多少影响着暴雨的强弱。大尺度斜压能量转换在中高层比较强,中尺度斜压能量转换在低层较强,尤以β中小尺度系统变化最为显著,β中小尺度系统扰动是影响暴雨强度的关键系统。风切变的大小影响各尺度动能之间的能量转换。温度或位温梯度的大小影响各尺度位能之间的能量转换。位能与动能之间的能量转换主要与各尺度垂直速度和温度的垂直分布有关,暖空气上升冷空气下沉是各个尺度位能向动能转换的主要过程。     

汉江流域暴雨的Eliassen-Palm通量特征及潜势预报

利用1980—2018年ERA-Interim全球再分析资料,对汉江上游汉中地区暴雨过程纬向风场及瞬变波活动Eliassen-Palm(下简称EP)通量特征进行诊断分析。结果表明:(1)尝试将瞬变波EP通量特征分析应用到汉江流域典型暴雨过程动力特征研究中,天气尺度瞬变波EP通量的辐散可以表征天气尺度扰动的强迫作用,根据热成风原理,角动量和热量的沉积耗散会进一步影响纬向环流的变化。大气中高层瞬变波活动特征可作为提前量反映汉江流域暴雨的发生。(2)暴雨发生前,30°N附近200 hPa有纬向风减速中心,对应200 hPa为EP通量辐散区,EP通量辐散区扩展加强有利于暴雨的发生,这种大气波动的垂直分布特征及其变化对暴雨发生有指示意义。     

不同纬度天气尺度扰动影响2020年夏季梅汛期降水的数值模拟

利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6,研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响。观测分析表明:2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动,在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传。在此基础上,设计改变不同纬度天气尺度扰动(10 d)输入的侧边界敏感性试验。数值模拟结果表明:从平均环流来看,当中高纬西北侧边界的天气尺度扰动减弱时,大气平均环流动能向天气尺度扰动动能转换的位置发生北移,影响副高北侧纬向西风带北移,使得梅雨期降水中心从长江中下游地区北移到淮河流域;从时间演变来看,当去除中高纬西北侧边界的天气尺度扰动时,850 hPa上E矢量散度南传减弱,低纬纬向风异常能够向北传播。纬向风异常产生的涡度变化有利于副热带高压北抬,使得雨带可以较早北抬到34°N以北,标志江淮地区出梅。低纬南侧边界的天气尺度扰动减弱时,梅雨期降水略有增强,但对雨带的进退影响较小。因此,观测和数值模拟结果表明,2020年夏季梅雨期降水强度和雨带的维持主要与中高纬度天气尺度扰动异常密切相关,中国北部尤其中国西北部到巴尔喀什湖地区天气尺度扰动偏强且南传是此次梅雨强度偏强和雨带维持的重要原因。     

许昌麦播期降水500hPa能谱分析

分析许昌麦播期间１８例较强降水天气过程的角动量输送及动能转换率的中期变化特征发现．超长波在过程前１２天及前７～３天时段内，在６０°Ｎ一直维持向南的能量输送；相应地，长波在３０°Ｎ的前１２天和前５天时段内，则分别有持续向北的能量输送，且长波在前８～５天时段内，在５０～６０°Ｎ范围内，平均动能向扰动动能的转换率最大。对５例弱降水过程的能谱特征分析发现，只是在过程前７天以前反映为一向南的能量输送．尔后就转为向北的能量输送，且长波的动能转换率变化快，形成不了较强降水的中尺度系统。     

“2010.09.21”罕见冷式切变线暴雨的异常环流特征

利用常规气象观测资料、数值预报产品,对2010年9月21日发生在内蒙古中西部的罕见冷式切变线区域性暴雨过程的异常环流特征进行了分析。分析表明:本次暴雨的发生与大气环流异常有关。欧亚中高纬西风带持续呈两槽一脊形势,亚洲中高纬度盛行纬向西风气流;东亚中低纬西太平洋副热带高压和南亚高压偏北偏强,热带低纬超强台风凡亚比在我国登陆,因此不同纬度环流系统的整体异常及其相互作用是本次暴雨发生的关键。     

北半球月平均100毫巴超长波的气候特征

北半球100毫巴月平均图实质上是超长波(驻波)合成图,绝大部分纬圈的1、2波占绝对优势;100毫巴超长波随季节调整的范围是准常定的,而超长波在中高纬度调整的方向与中低纬相反;在中高纬与中低纬之间有一个狭窄的过渡带。沿纬圈的100毫巴位势高度廓线的季节变化与该纬圈近似的拔海高度廓线的配合很一致。     

动能空间尺度分解及其在高原切变线的分析应用

应用NCEP FNL(1°×1°)全球分析资料和动能的空间尺度分解方法,对2014年8月25—27日一次高原切变线过程进行了能量诊断分析。结果表明:低层扰动动能的增幅与高原切变线的发生发展密切相关,在切变线的生成阶段至成熟阶段,扰动动能增加为切变线的发生发展提供了能量保障;平均动能变化大体与扰动动能呈相反趋势,在切变线生成阶段和发展阶段,中低层平均动能随时间减小。在影响动能变化的各因子中,斜压转换项贡献最大;在切变线生成阶段,低层平均动能与扰动动能间的转换对扰动动能变化影响明显。背景场和扰动场的相互作用使得扰动动能增大而平均动能减小,构成动能的降尺度串级,这种能量串级转换有利于中尺度的高原切变线生成。     

登陆台风动能平衡和转换的诊断

对一次登陆台风及其外围暴雨和环境的动能平衡以及天气尺度动能与中尺度扰动动能的转换进行了诊断分析，指出摩擦消耗和动能的水平输出是台风的主要能汇。台风消亡期间，外围暴雨区动能增大，动能制造项Ｇｋ是暴雨区的主要能源。Ｇｋ的增大可能与天气尺度动能转换成中尺度扰动引起暴雨的发展相联系。     

热带大气运动的长波和超长波(二)

本文对热带湿大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L_1～10~4公里,经向扰动尺度L_2～10~6公里)和经向超长波(L_1～10~3公里,L_2～10~4公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与干大气一样为正压无辐散运动;但对于长波和经向超长波,它们的运动特征与干大气有着巨大的差别,在这类运动中,位势部分、辐散辐合和垂直气流相当重要,而且重力内波波速大大变慢,因而可以认定混合的Rossby-重力波是热带长波和经向超长波的一个重要特性。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。从而证实了谢义炳教授最近提出的空气温度对大气运动有重要影响的观点。同时,在假定基本气流U=0的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,证实了上述尺度分析的结果是正确的。     

华东地区台风暴雨的诊断研究

本文利用一个空间滤波器将物理量分解为天气尺度和次天气尺度,以两个路径相似但环流形势不同的台风暴雨作为例子,对不同尺度的环流及其动能平衡进行诊断研究,结果表明:中、低纬环流系统能否进行相互作用是决定台风暴雨强度和范围的一个重要条件。在8209号台风过程中,这种相互作用是明显的,因而,8209号台风暴雨的强度和范围均显著大于8304号台风。同时,8209号台风暴雨的能量过程突出地反映在次天气尺度的动能场上,相反,在8304号台风过程中,以天气尺度的能量过程为主要的能量特征。本文还特别指出,不能简单地认为登陆台风是一个动能的“准封闭系统”,在8209号台风过程中,台风从中、低层向外输出的次天气尺度动能是造成台风环流之外暴雨的一个重要物理过程。     

“96.8”暴雨过程的尺度分离动能方程的诊断

用尺度分离的动能平衡方程,对1996年8月3～5日华北地区台风暴雨过程雨区内的动能制造和转换进行诊断。结果表明:动能在暴雨发展过程逐渐减小,动能转换项也是逐渐减小的。暴雨发生前,尺度相互作用制造项GKMS起最重要的作用,大尺度动能制造项次之,中尺度动能制造项消耗少量的动能;暴雨发生时,尺度相互作用和天气尺度运动仍制造动能,只是比发生前明显减少,中尺度运动由消耗动能转变为制造动能,动能转换主要来源于低层且数值明显减少;暴雨发生后,动能制造项数值仍为正,此时天气尺度动能制造最重要,但数值比前两阶段小,动能的转换主要出现于高层。可见,此次暴雨过程总动能的制造项一直为正,主要出现于高层,只是其制造量逐渐减小;动能转换是从低层向高层进行的,水平转换项起主要作用,是一种尺度减小的动能转换过程。