一次高原强降雪过程三维对称不稳定数值模拟研究

利用一次较成功地模拟了“９７．１２”青藏高原东南部暴雪过程的ＭＭ５中尺度模式输出资料，　用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式，　对“９７．１２”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验。结果表明：　％ψ场和ｗ％场的三维配置在降雪发生前和发生初期与暴雪带基本一致，　说明非线性对称不稳定是这次高原暴雪启动的一种动力学机制。     

"96.1"高原暴雪过程三维条件性对称不稳定的数值研究

利用“96．1”青藏高原东北部暴雪过程的较成功的中尺度模拟的输出资料,用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式,对“96．1”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验。结果表明,ψ场和ω场的三维配置与切变线的演变过程相当一致,说明用三维基流中二维非线性对称不稳定可能能较好地描述SI在切变线东伸南移过程中所起的作用。     

"96.1"高原暴雪过程湿对称不稳定的数值研究

利用一次较成功的模拟了“９６．１”青藏高原东北部暴雪过程的ＭＭ４中尺度模式输出资料,根据条件对称不稳定（ＧＳＩ）的非线性理论判据对这次暴雪过程进行了诊断,结果表明,ＣＳＩ是“９６．１”暴雪发生和发展的一种动力机制。在诊断的基础上,用非线性对称不稳定和非纬向非平行期流对称不稳定模式对“９６．１”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验,结果指出：用两种方法进行数值模拟时,都会出现对称环流,不仅ψ场     

“96.1”高原暴雪过程横波型不稳定的数值研究

利用一次较成功地模拟了“96.1”青藏高原东北部暴雪过程的MM4中尺度模式输出资料, 用非线性横波型不稳定模式对“96.1”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验, 结果指出:横波型不稳定的分布和演变与暴雪切变线的发生发展过程相当一致, 说明横波型不稳定是这次暴雪过程的一种动力学机制.     

“96·1”暴雪线性对称不稳定的数值研究

根据条件对称不稳定（CSI）的线性理论判据和线性对称不稳定模式,对“96·1”暴雪过程进行了诊断分析和数值试验。结果表明：对称不稳定是这次暴雪发生发展的一个动力学机制。     

垂直-倾斜对流一体化参数化方案的实现及数值试验

在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,并引入MM5模式中.利用该方案对2008年1月28-29日发生在中国南方的一次暴雪过程和2005年"海棠"台风过程进行了数值模拟,模拟结果表明,此次暴雪过程在垂直方向主要表现对流稳定状态,但在对流层低层始终存在条件件对称不稳定层,并且当条件性对称不稳定区向高层发展时,伴随着强上升运动作为触发机制,引发条件性对称不稳定能量的释放,产生更多的对流降水,使模拟的总降水量与实况更加一致.条件性对称不稳定的发展加强与降雪强度、辐合辐散和上升运动变化一致,条件性对称不稳定是造成暴雪发展加强的主要机制之一.通过对"海棠"台风72 h的模拟表明,条件性对称不稳定主要发生在台风的低层,且其水平分布呈螺旋状结构.条件性对称不稳定效应对台风路径影响较小,但对台风强度影响较大,在模式中考虑垂直-倾斜对流一体化参数化方案后,与仅考虑垂直积云对流参数化方案相比,72 h模拟的平均台风中心最低气压降低了3 hPa,最大达8 hPa.在模式中考虑条件性对称不稳定的影响,可使模式台风中上层的暖心结构更加明显,上升运动和对流性降水增强,对流释放的更多凝结潜热使台风得到进一步加强.     

南海夏季风爆发前后扰动演变及其数值研究

以球面正压涡度方程为数学模型，建立了线性和非线性的数值积分模式，通过在模式中设置不同的基本流场和初始扰动场，研究基流和初始场对扰动发展的作用，揭示在球面正压大气中扰动发展的动力学机制。数值试验结果表明:在线性模式中，扰动的移动和发展与基流的分布有着很密切的关系，基流影响着扰动纬向传播的速度和方向； 在非线性模式中，当基流稳定时，扰动的移动以及传播与线性模式的结果相同，但与线性情况的最大区别在于，此时扰动能量的增长存在上限。同时发现，扰动的发展既依赖于基本气流的分布，也依赖初始扰动的结构；南海夏季风爆发前后的基本流场是正压不稳定的，且这种不稳定在季风爆发时达到最强，这可以成为季风爆发的动力学解释。     

波与基流相互作用下的对称不稳定中尺度环流的发展

通过建立包含扰动和基流方程组的数值模式，全面讨论了扰动与对称不稳定纬向基流的相互作用。研究表明：扰动与基流的相互作用表现为以下两个方面：(1)扰动改变了基流，而改变了的基流又对扰动有反馈作用；(2)扰动的平均输送同时也改变扰动自身的结构，从而影响扰动的发展。由对称不稳定基流激发的扰动倾斜环流使基流环境场发生的改变不利于对称不稳定的进一步发展；而由扰动的平均输送所产生的影响则有利于对称不稳定的进一步发展，并且后者的作用强于前者。     

“95.1”大雪的对称不稳定数值诊断分析

利用一次较成功地模拟了“９５．１”青藏高原东北部大雪过程的ＭＭ５中尺度模式输出资料,根据条件对称不稳定（ＣＳＩ）的非线性理论判 据对这次大雪过程进行了动力学诊断分析,结果表明,大雪的发生发展过程与σ＾２正值区的分布和演变非常一致,表明“９５．１”大雪是由明显的湿对称不稳定所致。     

"2003.1"黔东南暴雪天气过程的对称不稳定分析

采用对称不稳定判据,对发生在2003年1月5～6日一次罕见的黔东南暴雪天气过程进行了分析,结果表明：暴雪产生在对称不稳定大气中,低空急流促使对流层低层暖湿气流辐合上升,触发对称不稳定能量释放,产生暴雪天气。西南涡、横切变和暴雪区有向对称不稳定区移动的趋势。     

Development of an Integrated Vertical-Slantwise Convective Parameterization Scheme and Its Associated Numerical Experiments

An integrated vertical-slantwise convective parameterization scheme,based on the vertical Kuo-Anthes and the slantwise Nordeng convective parameterization schemes,is introduced into the MM5 model.By employing the MM5 model with the proposed scheme,numerical simulations of a snowstorm event that occurred over southern China on 28 29 January 2008 and of Typhoon Haitang (2005) are conducted.The results indicate that during the snowstorm event,the atmosphere was convectively stable in the vertical direction but with conditional symmetric instability (CSI) in the lower troposphere,and when the area of CSI developed and extended to upper levels,strong rising motion occurred and triggered the release of large amount of energy,producing enhanced convective precipitation with the total precipitation much closer to the observation.The development and strengthening of CSI corresponded to changes in the intensity of snowfall,convergence,and ascending motions of air,revealing that CSI was responsible for the initiation and growth of the snowstorm.The results from a 72-h explicit simulation of Typhoon Haitang indicate that CSI occurred mainly at lower levels with a well-defined spiral structure,and it tended to have a larger impact on the intensity of typhoon than on its track.The minimum pressure at the typhoon center for the 72-h runs with the integrated vertical-slantwise convective parameterization scheme was on average 3 hPa (maximum 8 hPa) lower than that from the runs with only the vertical cumulus parameterization scheme.Introducing the influence of CSI into the model has improved the warm core structure at the middle and upper levels of the typhoon,with stronger and persistent upward motions causing increased precipitation,and the latent heat released through convection in turn made the typhoon develop further.     

Simulation of snowstorm over the Yellow Sea using a mesoscale coupled model

This study aims to examine the favorable conditions for an ocean effect snowstorm across the Yellow Sea over the southwestern coast of Korea on 21 December 2005, using a coupled model with a Coupled Ocean/Atmosphere Mesoscale Prediction System as the atmospheric component and the Regional Ocean Modeling System as the oceanic component. Simulation of heavy snowfall event, which was 44.3 cm of snow accumulated in 24-hour, was performed to investigate the mesoscale structure, dynamics and development mechanisms in the snowstorm. As a result from 48-hour integration, the results of simulation showed that barotropic instability and turbulent heat fluxes played important roles in the formation of snowstorm. The enhanced surface diabatic heating was dominant in the latent heat flux, and eventually induced convective instability. An additional factor was the favorable condition of synoptic environment, accessing the cold air transport by the approach of the upper-level cold vortex over the warm ocean. Besides these factors, conditional symmetric instability (CSI) is a mechanism which can result in a heavy snowfall with sufficient moisture and upward vertical motion. A slantwise convection from the release of CSI could support a complex snowfall event with heavier than expected amounts. The result comparison between a coupled model and an uncoupled model supports that airsea coupling has an impact of decreasing of about 10% in a snowfall amount on the snowstorm.     

Development of an integrated vertical-slantwise convective parameterization scheme and its associated numerical experiments

An integrated vertical-slantwise convective parameterization scheme, based on the vertical Kuo-Anthes and the slantwise Nordeng convective parameterization schemes, is introduced into the MM5 model. By employing the MM5 model with the proposed scheme, numerical simulations of a snowstorm event that occurred over southern China on 28-29 January 2008 and of Typhoon Haitang (2005) are conducted. The results indicate that during the snowstorm event, the atmosphere was convectively stable in the vertical directi...     

"04.12"华北大到暴雪过程切变线的动力诊断

利用地面实测资料和MM5模式输出产品,对2004年12月20~22日发生在华北地区的大到暴雪天气过程的切变线进行了动力诊断分析,结果表明:此次暴雪过程与中尺度切变线的发展东移直接关联。涡度诊断表明:正涡度区的演变与切变线的发展、东移和北抬密切相关,正涡度区内“正涡度核”对预报强降雪的出现有先兆指示意义。涡度、散度垂直剖面图显示,涡度、散度场的空间配置极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持。湿相对位涡和涡度变率诊断揭示,涡度变率强度与中低空的条件对称不稳定密切相关;暴雪区上空从低层到高层存在的湿位涡负值中心是造成中低层涡度变率增大及暴雪增幅的重要原因之一;而涡度变率较涡度更能准确反映切变线发生发展的物理机制。     

阿勒泰山脉对新疆北部地区强暴雪过程影响的数值模拟研究

本文利用中尺度数值模式WRFV3.1对2010年1月6-8日新疆阿勒泰地区的强暴雪过程进行了敏感性数值模拟实验,来研究阿勒泰山脉地形对此次暴雪的影响。结果表明,阿勒泰地形对此次暴雪过程的形成和发展有明显的作用：（1）削减阿勒泰地区地形20%后,在阿勒泰山脉以西会导致降水减少,而在其以东则会导致降水增加;（2）对流层低层垂直速度的分布显示,在此次暴雪过程中,阿勒泰地区存在由于山脉地形引起的地形波,削减地形后会导致山脉地形波的强度减弱;（3）削减阿勒泰地区的地形后,在对流层低层700hPa,会出现气旋式环流增强的特征,而涡度场的表现则比较凌乱,同时也会对水汽场及云微物理量场产生影响。     

二维非静力平衡深厚湿倾斜对流数值模式设计与条件性对称不稳定数值试验

设计了一个宜于研究深厚湿倾斜对流运动的二维非弹性非静力平衡数值模式.模式采用非静力平衡条件、非常值湍流扩散系数,并具有最优协调分辨率,弥补了以往条件性对称不稳定数值研究中的诸多缺陷.数值试验表明:模式运行稳定可信且对深厚湿倾斜对流运动有较强的描述能力.在条件性对称不稳定条件下,扰动发展呈现为强倾斜环流特征,垂直速度场有狭窄的强倾斜上升运动,与倾斜上升运动相伴有倾斜云带发展.诊断分析表明:在扰动发展演化过程中,条件性对称不稳定演化为一种混合不稳定的形式存在.     

2008年初江苏暴雪天气的模拟分析

利用常规探测资料,分析2008年1月27—28日淮河以南的区域性暴雪天气过程发现:暴雪发生在巴尔喀什湖阻塞高压东侧不断补充南下的冷空气与低空的西南急流输送的暖湿空气相结合的背景条件下,中低层的气旋式环流及其东侧的暖式切变线是暴雪天气的主要影响系统。PSU/NCAR非静力原始方程中尺度模式MM5V3.6较好地模拟了暴雪过程。高分辨率的数值模拟资料显示:水汽通量散度和垂直运动的特征揭示了700 hPa以上的中层的大气运动是暴雪发生的关键;整层的气温均在0℃以下,为降雪提供了充分的气温条件。通过对位涡、湿位涡的诊断发现,冷空气由中层自北向南向低层楔入,导致暖湿气流加强了的垂直运动沿冷空气垫倾斜上升产生对称不稳定,中尺度的对称不稳定是这次暴雪天气的物理机制。