热带气旋外围环流中次天气尺度系统及其与天气尺度系统相互作用的诊断分析

本文应用带通滤波的方法,分离出热带气旋外围环流中的天气尺度和次天气尺度系统。发现热带气旋外围强降水与低层次天气尺度系统的辐合关系相当密切。文中还计算了两种尺度系统间的动能和涡度转换。得出:在650hPa以上基本上是天气尺度系统向次天气尺度系统提供动能,在650hPa以下基本上是次天气尺度系统向天气尺度系统提供动能,整层积分的结果是天气尺度系统向次天气尺度系统提供动能。在900hPa和400hPa之间的涡度转换为次天气尺度系统向天气尺度系统转换,即涡度转换的结果是使得次天气尺度系统气旋性减弱,天气尺度系统气旋性增强。900hPa以下和400hPa以上则相反。整层积分的结果是次天气尺度系统向天气尺度系统提供正涡度。      

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

东北低压爆发性发展过程的诊断分析

本文对一次东北低压的快速强烈发展过程做了扰动动能、扰动有效位能及涡度收支平衡分析。结果表明:1.气旋爆发性发展前后,扰动动能的产生项变化剧烈,是主要的扰动动能源。气旋爆发性发展前期,以斜压过程为主,而在爆发期,由正压过程制造的扰动动能也有大量增加,同样是不可忽视的,且这时扰动动能通过系统边界与外界的交换很小。2.扰动有效位能在气旋强烈发展前有大幅度增长,由潜热释放造成的扰动有效位能的产生数值很小,平均有效位能向扰动有效位能的转换是扰动有效位能的主要来源。3.在气旋的爆发期,对流层中层及上层的涡度变化最为显著,涡度平衡中,散度项对对流层中下层正涡度的增长贡献最大,而网格尺度及次网格尺度的垂直输送项和涡度平流项对中上层正涡度的迅速增加有着重要意义。     

登陆热带气旋维持的次天气尺度环流特征

971 1 (Winnie)和 94 0 6 (Tim)是 2个在中国登陆后长久维持 (2～ 3d)并产生严重降水的热带气旋。在深入内陆过程中 ,Winnie变性并再次加强为一个温带气旋 ,Tim则衰减消亡。采用移动坐标以及云顶亮温 (TBB)和常规资料 ,对它们在陆上维持期间的次天气尺度环流特征及其与次天气尺度系统之间的相互作用进行对比分析和诊断。结果表明 :(1 )Winnie和Tim登陆过程中具有螺旋波状的次天气尺度云系 ,这种螺旋波结构有利于热带气旋的维持。陆上维持后期 ,Winnie的螺旋云系继续维持并有所加强 ,Tim的螺旋云系趋于零散、消亡。Winnie的螺旋波特征比Tim明显 ,因而维持更长时间 ;(2 )热带气旋次天气尺度环流也具有环绕热带气旋中心的明显波动特征 ,此波动结构能否维持与热带气旋活动的天气尺度背景密切相关。在与西风槽相互作用过程中 ,Winnie的次天气尺度波动结构维持 ,而Tim的次天气尺度波动结构遭到破坏 ;(3)作为登陆后长久维持热带气旋 ,Winnie和Tim均从次天气环流中获得正涡度 ,有助于维持其气旋性环流 ,但Winnie获得的正涡度比Tim明显的大。此外 ,Winnie从次天气尺度环流中获得动能补充 ,Tim则只有次天气尺度环流对其动能的耗散。因此 ,陆上维持后期Winnie再度发展而Tim逐渐消亡     

热带气旋登陆维持和迅速消亡的诊断研究

采用动态合成方法, 对登陆后长久维持热带气旋(LTC)和迅速衰亡热带气旋(STC)的涡度、动能、热量和水汽的收支平衡进行计算和对比分析.结果表明: (1)LTC在陆上长久维持过程中, 其低层正涡度衰减缓慢并保持一定强度.STC登陆后正涡度减弱较快.(2)热带气旋登陆后涡度的收支主要取决于水平散度项、平流项和剩余项.散度项使LTC低层正涡度增加, 高层减少, 平流项和剩余项则使其低层涡度减弱, 高层涡度增加.总体而言, LTC自高层获得正涡度的补充, STC则没有获得环境正涡度.(3)低层, 摩擦耗散使LTC动能减少, 但动能通量辐合可补充部分动能而减缓衰减.中高层, LTC登陆后36～60 h动能收大于支, 动能的增加一部分来自于斜压动能制造, 一部分来自于次网格尺度.STC有类似的动能耗散, 却无动能补充.(4)LTC登陆后保持一定强度, 并从外界获得热量和水汽补充来支持积云对流发展, 而积云对流对LTC的维持具有正反馈作用.STC登陆后没有这一过程.     

理想热带气旋增强过程中的多尺度涡度收支特征分析

基于中尺度WRF模式,研究了无背景气流环境假设条件下理想热带气旋中低层大气多尺度涡旋运动的发展演变特征。精确的尺度分离是基于傅里叶变换实现的,且原始涡度场被划分为三个尺度范围:系统尺度(大于150 km)、中间尺度(50~150 km)、对流尺度(小于50 km)。研究结果表明:热带气旋的非轴对称本质主要是由于中间尺度和对流尺度上的运动造成的,且中间尺度涡度演变特征与热带气旋增强的阶段性有很好的对应关系,尤其是其快速增强阶段;全尺度涡度收支特征主要表现为两两抵消效应:STR/HAD和TIL/VAD,且前者的净贡献明显强于后者;系统尺度涡度收支特征与全尺度基本一致,但中间尺度涡度收支表现出明显不同特征:积分70 h之前,各收支项均表现出了与系统尺度相反的贡献,之后,各收支项的符号转变与系统尺度相同,但收支项净贡献明显大于系统尺度。总的来说,水平分辨率5 km下模拟的理想热带气旋的快速增强主要与中间尺度上STR/HAD净贡献的快速增长有关。此外,进一步研究了特定时段中间尺度涡度收支项的空间演变,结果表明:在热带气旋增强阶段,各收支项均在涡旋内核的轴对称化中有不可忽视的作用,且TIL在中心负涡度异常衰退、最终变为正涡度过程中起主导作用。      

导致甘肃输电线路舞动的蒙古气旋的形成及增风机理研究

受一次向东南方向移动蒙古气旋强风的影响,2020年4月18日甘肃省白银市的高压输电线路出现了严重的舞动,这造成了该地区的输电线路跳闸事故.基于0.5度逐小时分辨率的ERA5再分析数据,本文研究了这次蒙古气旋及其强风的形成机理.涡度收支的结果表明,辐合相关的垂直伸展以及垂直运动向上的正涡度输送是本次蒙古气旋形成的主因,而倾斜项的负涡度制造以及从气旋中心区域向外的正涡度输送在一定程度上不利于蒙古气旋的形成.动能收支的结果表明,蒙古气旋所伴随的风场主要由于气压梯度力的做功而迅速增强.与我国西北部其它的典型强风事件不同的是在本次事件中,未发现显著的来自于对流层高层的动量下传现象,垂直的动能输送在本次事件中仅对强风的形成有些许的促进作用.此外,水平风场对动能的输送作用使得蒙古气旋大风区的动能存在向外的净输出,这对蒙古气旋强风的生成有一定的延缓作用.     

导致甘肃输电线路舞动的蒙古气旋的形成及增风机理研究（英文）

受一次向东南方向移动蒙古气旋强风的影响,2020年4月18日甘肃省白银市的高压输电线路出现了严重的舞动,这造成了该地区的输电线路跳闸事故.基于0.5度逐小时分辨率的ERA5再分析数据,本文研究了这次蒙古气旋及其强风的形成机理.涡度收支的结果表明,辐合相关的垂直伸展以及垂直运动向上的正涡度输送是本次蒙古气旋形成的主因,而倾斜项的负涡度制造以及从气旋中心区域向外的正涡度输送在一定程度上不利于蒙古气旋的形成.动能收支的结果表明,蒙古气旋所伴随的风场主要由于气压梯度力的做功而迅速增强.与我国西北部其它的典型强风事件不同的是在本次事件中,未发现显著的来自于对流层高层的动量下传现象,垂直的动能输送在本次事件中仅对强风的形成有些许的促进作用.此外,水平风场对动能的输送作用使得蒙古气旋大风区的动能存在向外的净输出,这对蒙古气旋强风的生成有一定的延缓作用.     

陆地摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的模拟研究

采用准地转正压涡度方程模式，对地形强迫和陆地摩擦作用下登陆热带气旋的路径和强度进行了模拟研究。模拟结果表明：在考虑地形摩擦耗散作用时，热带气旋可能出现路径的突然偏折；在热带气旋强度比较弱而陆地摩擦作用比较强的情况下，热带气旋路径容易发生突然偏折，且其强度的突然变化不明显；陆地摩擦作用可能是造成登陆前后热带气旋路径突然偏折的一个重要因素。     

一次伴有高原低涡和热带气旋活动的持续性暴雨过程分析

为了进一步考察持续性暴雨发生机制,针对2010年7月下旬川、陕、甘地区的一次持续暴雨过程,应用MICAPS资料,FY-2E辐射亮温资料,TRMM卫星降水资料,NCEP每6 h 1°×1°分辨率的分析资料,主要分析了暴雨发生的环流背景,暴雨直接影响系统-高原低涡、热带气旋、中尺度对流系统、冷暖平流等对持续性暴雨的影响。结果表明:(1)本次持续性暴雨过程发生在对流层高层南亚高压由纬向型转为经向型,对流层中层副热带高压东退西进,热带气旋登陆西行,高原低涡东移受阻,中尺度对流系统不断生消的有利条件下。(2)高原低涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓,涡区切变流场加强,正涡度平流输送使低涡加强与维持。(3)低涡为暴雨发生提供了有利的抬升条件,使降水期间涡区呈现较强的正涡度和辐合上升运动,降水最大值出现时间对应辐合上升运动最强时,降水过程中对流层中低层为垂直正螺旋度,有利于低涡系统维持和降水持续,垂直正螺旋度大值区及出现时间对强降水发生及落区有一定的指示性。(4)对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累,同时也使暴雨区中尺度对流系统生肖不断,降水得以发生和持续。     

Two modes of the silk road pattern and their interannual variability simulated by LASG/IAP AGCM SAMIL2.0

In this study, two modes of the Silk Road pattern were investigated using NCEP2 reanalysis data and the simulation produced by Spectral Atmospheric Circulation Model of IAP LASG, Version 2 (SAMIL2.0) that was forced by SST observation data. The horizontal distribution of both modes were reasonably reproduced by the simulation, with a pattern correlation coefficient of 0.63 for the first mode and 0.62 for the second mode. The wave train was maintained by barotropic energy conversion (denoted as CK) and baroclinic energy conversion (denoted as CP) from the mean flow. The distribution of CK was dominated by its meridional component (CK _y ) in both modes. When integrated spatially, CK _y was more efficient than its zonal component (CK _x ) in the first mode but less in the second mode. The distribution and efficiency of CK were not captured well by SAMIL2.0. However, the model performed reasonably well at reproducing the distribution and efficiency of CP in both modes. Because CP is more efficient than CK, the spatial patterns of the Silk Road pattern were well reproduced. Interestingly, the temporal phase of the second mode was well captured by a single-member simulation. However, further analysis of other ensemble runs demonstrated that the successful reproduction of the temporal phase was a result of internal variability rather than a signal of SST forcing. The analysis shows that the observed temporal variations of both CP and CK were poorly reproduced, leading to the low accuracy of the temporal phase of the Silk Road pattern in the simulation.     

转移概率预报方法及其应用

采用转移概率方法及最大概率预报原理,分析研究了新疆阿克苏市１９５４￣１９９５年霜冻初、终日期及月降水量等随机时间序列状态之间的转换规律,结合各序列状态的初始分布,建立预报模型,并对１９９６￣１９９９年各项目进行预测。结果表明,该方法预报效果较好,适用性强,具有良好的应用前景。     

植被对夜间温度场的影响

发展了一维非定常大气边界层模式，模拟了植被下垫面情况下夜间温度场的分布特点，并与裸地下垫面的夜间温度场作对比，定量研究了植被对夜间温度随高度分布的影响。     

利用气象卫星资料估算全球作物总产研究

以美国为例,利用1996～2000年每旬的全球植被指数卫星遥感资料,计算出每年耕地上作物生长季内的总NPP（Net Primary Production）。农作物总产是耕地上总NPP的一部分,根据NPP与作物总产的关系,确定作物的产量转换系数,然后利用当年耕地的总NPP值来估算当年作物的总产。通过研究表明,该方法的预测精度较高,可操作性强,能够投入业务应用。     

E 601B型蒸发器与小型蒸发器测值对比分析

通过塔城国家基准站1985-2001年非冰期（4-10月）E-601B型与小型蒸发器逐月蒸发量对比观测数据及塔城水文站2009-2011年3年冰期（11月至次年3月）冰面蒸发对比观测数据,应用比值法和多元线性回归方法,计算了两种蒸发量之间的折算系数.结果表明：小型蒸发器蒸发量与E-601B型蒸发器蒸发量存在很好的线性相关关系,相关系数非冰期为0.877,冰期为0.924;折算系数非冰期为0.596,冰期为0.349,为有效利用长序列、单站点小型蒸发器观测资料提供了依据.     

单块积云对环境大气能量的转换和输送

本文建立了一个二维弹性积云数值模式,利用西太平洋考察的平均探空资料,采用能量学方法,讨论单块积云对环境大气能量的转换和传输,为积云参数化提供依据。 文中计算了积云发展演变过程中各种形式的能量的变化。结果表明在云演变过程中释放的凝结潜热是积云发展的主要能量来源,但积云对大尺度的反馈主要不是凝结潜热直接加热大气,而是通过对流及蒸发等过程使积云对流影响的整个区域内大气位势不稳定减小,而离云较远的地区层结变得更不稳定。     

乌苏E-601B型蒸发与小型蒸发折算系数分析

分析了乌苏站1998～2001年（4～10月）E-601B型与小型蒸发器4年蒸发量对比观测资料,运用统计方法进行了相关性研究,并应用比值法和多元线性回归方法,得出了两种蒸发量之间的折算系数,计算出了乌苏站1971～1997年4～10月逐月E－601B型蒸发量估算值,为当地的气候研究和气象服务提供重要依据。     

青岛冬半年降水相态统计分析及判别方法研究

通过对2006—2015年青岛冬半年不同相态降水的统计分析得出,青岛冬半年纯雨日数1月最少,纯雪日数2月最多,12月和1月是雨夹雪及雨雪转换日数占当月降水日数比例最高的两个月。通过个例分析表明,雨雪转换过程多与冷空气入侵相联系。温度场和风场条件能较好地反映出雨雪转换的特征,降温和风向转换在850 hPa以下层更为明显。探空资料分析表明,850 hPa、925 hPa、1 000 hPa和地面气温对不同相态降水都有很好的指示意义,越低层指示性越好。0 ℃层高度对不同相态降水同样具有指示意义,100～500 m高度是雨雪转换的关键高度层;以不同高度层气温为指标确定出青岛冬半年降水相态预报判别指标。     

Model Simulations on the Variability of Particulate MSA to Non-Sea-Salt Sulfate Ratio in the Marine Environment

A box model was constructed to investigate connections between the particulate MSA to non-sea-salt sulfate ratio, R, and DMS chemistry in a clean marine boundary layer. The simulations demonstrated that R varies widely with particle size, which must be taken into account when interpreting field measurements or comparing them with each other. In addition to DMS gas-phase chemistry, R in the submicron size range was shown to be sensitive to the factors dictating sulfate production via cloud processing, to the removal of SO₂ from the boundary layer by dry deposition and sea-salt oxidation, to the entrainment of SO₂ from the free troposphere, to the relative concentration of sub- and supermicron particles, and to meteorology. Three potential explanations for the increase of R toward high-latitudes during the summer were found: larger MSA yields from DMS oxidation at high latitudes, larger DMSO yields from DMS oxidation followed by the conversion of DMSO to MSA at high latitudes, or lower ambient H₂O₂ concentrations at high latitudes leading to less efficient sulfate production in clouds. Possible reasons for the large seasonal amplitude of R at mid and high latitudes include seasonal changes in the partitioning of DMS oxidation to the OH and NO₃ initiated pathways, seasonal changes in the concentration of species participating the DMS-OH reaction pathway, or the existence of a SO₂ source other than DMS oxidation in the marine boundary layer. Even small anthropogenic perturbations were shown to have a potential to alter the MSA to non-sea-salt sulfate ratio.     

华北平原回流天气综合形势特征分析

随着探测手段的发展,越来越多的探测资料可以提供给数值天气预报.为了更有效地将这些不同格式的探测资料融合同化为常规物理量,为预报员提供更加直观的中尺度分析场以及为数值模式提供包含丰富中尺度信息的初始场,引进美国的局地分析预报系统LAPS(Local Analysis and Prediction System).介绍了该系统处理资料的原理、方法.初步试验结果表明,对LAPS系统的局地化比较成功,可以融合T213或NCEP、多普勒雷达、云导风、探空及自动站等多种资料,为预报员提供更好的预报依据.