引发川东暴雨的“鞍”型大尺度环流背景及西南涡发展的诊断验证

本文在已有研究基础之上,利用2004年9月1～6日川东地区暴雨过程的观测资料,从大尺度环流、水汽输送和温度平流,并利用湿位涡的垂直和水平分量（Pm1和Pm2）以及相当位温诊断分析并验证川东暴雨发生的＂鞍＂型大尺度环流背景特征以及西南涡发展的物理过程,其结果表明如下：（1）在此次暴雨发生期间,仍存在显著＂鞍＂型大尺度环流配置;（2）在＂鞍＂型场大尺度环流背景下,强西南气流绕流高原东侧直接进入四川盆地,而弱西南气流则绕流云贵高原输送进入四川盆地东部,受地形的阻挡和西伸的西太平洋副高的作用在四川盆地东部形成向北的急流辐合带,同时,由于两支气流输送着大量的水汽,暖湿空气在川东地区形成高温高湿的辐合区;（3）在＂鞍＂型场作用下,盆地上空的低层不断聚集季风气流输送的大量暖湿空气,而在高层有两股冷干空气侵入,从而导致了盆地内低涡系统强烈发展,由湿位涡的诊断表明了在暴雨发生期间,在四川盆地北部上空的高层不断有干空气入侵,引起了垂直对流不稳定,即Pm1〈0,并向盆地东北部发展,从而使此区域气旋性涡度不断加强,即低涡强烈发展;并且,在盆地上空低层暖湿空气相当位温的水平梯度对于西南低涡的发展和暴雨的发生同样起了重要作用,正的Pm2中心与暴雨发生区域有很好的一致性,这表明暴雨往往发生在高温高湿的强垂直不稳定区域;（4）＂鞍＂型场大尺度环流背景、孟加拉湾及南海水汽输送辐合、川北冷空气侵入,西南低涡发展是川东暴雨发生的共同特征。     

陕南一次暴雨天气过程的诊断分析

应用常规气象观测资料、NCEP（1°×1°）再分析资料和FY-2C气象卫星资料,对2007年7月28—29日发生在陕南丹凤的暴雨天气进行综合分析。结果表明：贝加尔湖的阻塞高压使得中高纬环流形势稳定,河套低涡、副高位置稳定少动,商洛处于稳定的东高西低的环流形势是本次暴雨的大尺度环流背景;低涡切变,低空西南急流为本次暴雨过程提供了充沛的水汽和能量条件,暴雨区上空存在着明显的水汽通量辐合中心,中层干冷空气由东北向下侵入暖气团,在雨区上空形成对流不稳定区。暴雨区上空900～300hPa都为正涡度区,为一深厚的气旋性涡旋,有利于对流的发展,雨区垂直运动发展旺盛且深厚,为大降雨提供了抬升条件。散度垂直分布从对流层低层到高层呈现辐合一辐散的双重结构,有利于对流的发生发展。     

一次台风远距离作用下的西南低涡大暴雨个例分析

利用2009年8月2—5日发生在川渝地区一次远距离台风暴雨的实况降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了远距离台风作用下的水汽和温湿能输送特征;利用25点平滑算子方法研究了台风"天鹅"对此次暴雨影响系统——西南低涡作用下的中尺度特征。结果表明,此次大暴雨过程是在有利的环流背景下发生的,东移的高空槽耦合了西南低涡,远距离的台风"天鹅"使得西南低涡在川渝地区长时间维持,台风"天鹅"倒槽对低涡系统暖湿结构具有重要作用;在台风倒槽偏东气流驱动下,其携带的水汽和能量与西南低空急流输送的暖湿水汽汇合,构建了输送到低值系统附近的水汽和能量通道,增强了强降水区水汽和能量积聚效应,这种积聚效应促使低涡系统物理结构的维持;在台风倒槽顶部偏东气流动力作用下,促使低涡系统中低层正涡度增强,进一步促使垂直涡度增长,对低涡系统动力结构维持起到积极作用,进而促使低涡系统长时间维持,最终导致长时间强降水的发生。     

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

四川一次持续性暴雨过程的水汽特征及多尺度系统影响分析

利用常规气象站和地面加密自动站气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料等,针对2018年7月8—11日四川盆地西部的一次持续性暴雨天气过程,从水汽条件、动力条件及多尺度系统等方面进行诊断分析。结果表明:(1)此次持续性暴雨过程是在有利的环流背景下发生的,西太平洋副热带高压西行并稳定维持,制约了中纬度高空槽的移动方向和速度,导致在四川盆地形成阻塞。与此同时,在台风"玛利亚"的逐步西行下,台风与西太副高之间的气压梯度增大,低空南风气流增强。(2)此次暴雨过程的充沛水汽主要来源于南海,强台风西侧的东北气流在西太副高南侧转为东南气流,并在西南低涡东南侧加强,形成明显的气流辐合,使得水汽迅速堆积。(3)多尺度系统之间的相互作用促使西南低涡生成发展,是此次持续性暴雨得以维持并在后期增强的一个主要原因,而西南低涡与台风之间西太副高西伸位置及强度决定了次级垂直环流的下沉支,进而约束暴雨的落区。     

天水92.6重大转折性天气分析

通过对环流调整、中尺度低涡演变、水汽和不稳定能量输送聚积及其三者的相互作用等分析,论述了转折性暴雨天气过程发生的条件。提出200hPa 高空急流、500hPa 西南气流和700hPa 偏南低空急流的有利配制,对暴雨的产生至关重要。     

新疆北部地区一次特大暴雪天气诊断分析

使用NCAR再分析资料,对新疆北部阿勒泰地区2000.11.20-24特大暴雪天气进行诊断分析,结果表明:500hPa极涡、贝加尔湖后部的东南气流、850hPa暖切变以及地面气旋的共同作用是产生新疆北部阿勒泰地区2000.11.20-24特大暴雪天气过程的环流背景条件。特大暴雪天气发生在较强的能量锋区、高湿区和水汽通量辐合区内。特大暴雪天气发生时,在阿勒泰地区上空形成一个由低层到高层强盛的动力性纬向垂直环流圈,为冷暖气流共同作用提供了持续不断的动力条件。正涡度的输送,使得阿勒泰地区上空的低值系统和锋区得以维持和加强。高空急流加强了特大暴雪天气的上升运动;低空偏南急流将巴尔喀什湖以南的高温高湿的不稳定大气源源不断地输送到阿勒泰地区上空,为特大暴雪天气提供了热力、水汽和不稳定能量的条件。     

秦巴山脉“4·23”区域性暴雨的若干异常特征

利用逐小时降水、雷达、FY-4A卫星等观测资料及ERA5逐时再分析资料,分析了2021年4月23日秦巴山脉大范围区域性暴雨过程的中尺度特征、水汽和环流异常特征,结果表明,该次暴雨过程范围大,多站降水量突破历史同期极值,且大巴山区出现了山地突发性暴雨事件。500 hPa秦巴山脉异常的“东高西低”环流形势维持使得青藏高原至陕西间的气压梯度力增大,中层西风气流增强。中低层多尺度天气系统的叠加作用是造成该次暴雨的背景动力条件,西南低涡前方的东南气流一方面与北侧偏东风形成的切变线为暴雨发生提供了环境场的辐合上升运动,另一方面将西南气流和偏南气流带来的水汽输送到秦巴山脉汇聚。同期近海台风和东北冷涡活动相关联的环流导致东北路径的水汽输送异常强(贡献达到30%),成为本次暴雨过程水汽来源的独特之处。与历史同期比,偏南通道和东北通道的水汽路径上比湿都是异常的正距平,说明暴雨期水汽来源丰沛。暴雨过程主要由西南低涡前方的一个中尺度对流系统活动造成,大巴山区迎风坡对气流的地形抬升与环境场偏南气流的辐合上升叠加,对流活动强,降水强度大且突发性强;而秦岭山区近地面是偏东风在山前辐合抬升,中层为西南引导气流的环境场...     

滇西北高原一次突发性特大暴雨过程水汽输送特征分析

针对滇西北高原华坪县一次突发性特大暴雨天气过程,采用常规计算及数值模拟方法,分析其水汽输送特征。结果表明:中南半岛热带低压及孟加拉湾低压稳定维持为暴雨区水汽输送通道建立提供较好的大尺度环境场;暴雨区存在两条水汽输送通道,孟加拉湾低压东侧偏南气流转向后形成的西南水汽输送与副热带高压南侧偏东气流转向后形成的西南水汽输送,其源地可追溯至南海、西太平洋、孟加拉湾、阿拉伯海等地;水汽输送及水汽辐合主要来自700hPa以下层,其中700hPa与850hPa水汽输送特征与整层水汽输送特征表现一致;数值模拟结果可较好再现暴雨区水汽输送特征,同时发现后向追踪时段内,暴雨区中低层水汽输送起始于该高度层之上,随暴雨发生时间临近水汽输送高度逐渐降低。     

2008年6月广东省连续性暴雨的成因

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析2008年6月12-18日广东省连续性暴雨过程的环流背景及成因。结果表明：在中纬短波槽和南支槽活跃的环流形势下,低层低涡切变线和西南急流引起的强烈上升运动是这次广东省连续性暴雨的触发因子。孟加拉湾和西北太平洋的2支水汽在南海汇合,持续向华南输送暖湿空气,并由经向风场辐合形成较强的水汽辐合中心。连续性暴雨期间,华南上空异常加热源有利于其西北侧低空异常气旋性环流的维持和广东省沿海地区西南急流的稳定存在。异常偏强的水汽输送辐合和大气热源加热是这次连续性暴雨得以维持的重要原因。     

我国东南海岸线分布对9216号台风暴雨增幅影响的数值研究

利用一个三重水平结构，双向嵌套的台风数值模式，以１９９２年８月２９日１２冒为初始场，根据模式中地形插值时遇到的问题，设计了实际海岩线与扩展海岸线两种方案，对９２１６号登陆台风及其暴雨进行了对比模拟试验。结果表明：地形动力抬升形成的对流陈水是台风暴雨增幅的一个重要原因。     

局地积云降水过程对云结构的影响

本文考虑了降水过程中水滴对空气的拖带作用和降温作用,并考虑到含水量变化时,由于水滴对空气拖带力的变化,而对垂直运动产生的反馈影响,导出了局地积云的运动方程、热力方程和含水量方程,并由此研究在降水过程中云中空气垂直运动、云内外温差和含水量结构的变化。计算结果指出,局地积云在降水过程的影响下,云中空气的垂直运动、云内外温差和含水量都要明显变小,并且很快地由下向上逐渐出现下沉运动,云也由下向上逐渐消散。计算结果与实际观测现象是基本相似的。本文共做了五个不同条件的个例数值计算,并由此分析比较了不同降水强度、不同稳定度、不同云中初始条件和不同云外环境所起的不同作用。     

亚洲夏季风各子系统主要变率相互关系初析

使用NCEP/NCAR再分析资料和CMAP月平均降水资料分析了亚洲夏季风各个子系统的相互关系。结果表明亚洲夏季风子系统之间存在显著相关。从同期强度变化可知,当东亚季风偏强时,大尺度亚洲季风、东南亚季风、南亚季风均偏弱,相关区域降水偏少;而同时大尺度亚洲季风偏强时,东南亚和南亚季风偏强,相关区域降水偏多;东南亚季风偏强时,南亚季风偏弱,南亚地区降水偏少;反之亦然。从不同周期强度变化可知各个子系统相关仍然显著。      

地球旋转向量水平分量对赤道β平面上波动的影响

文中利用合理的赤道 β平面近似方程组研究 β效应和地球旋转向量水平分量 (即Coriolis力分量 f*=2 Ω cosφ)共同作用下低纬度大气波动的特征。定性结果分析表明 ,若扰动与纬度有关 (混合 Rossby-重力波和 Rossby波 ) ,f*虽然不影响波动传播的频率特征 ,但修改其决定波动经向结构的振幅。如果扰动与纬度无关 (Kelvin波 ) ,则 f*的影响消失 ,这与 f*- f平面上波动的情况显然不同。     

气候系统性态行为复杂性的探索

用滑动t-检验方法(Moving t-tcst technique)对中国东部部分地区年降水量序列进行阶段分析,从各阶段气候性态频率分布特征得到启示．对气候系统性态行为的复杂性进行探索。提出气候系统性态行为的确定性与随机性份额比接近Fibonacci数(黄金分割比)的假设。用信息论的方法对气候变量的不确定性做了定量计算和分析，讨论了气候预测的局限性．提出气候预测(以年降水量为例)准确率的理论上限在中国北方可能为75％左右：在中国南方可能为80％左右。     

非绝热加热及地形动力作用下的大气环流长期演变过程

本文建立了一个理想的大气环流数值试验模式,其中简单地考虑了辐射、湍流、凝结加热及地形的动力作用。模式中放了两个陆地和两个海洋,海陆的影响由给定的下垫面温度表现出来。把方程组化成常微分方程组后,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求数值解。 首先,在非绝热加热的作用下,由静止大气开始经过40天就建立起基本气流。其次,在具有年周期的太阳辐射、下垫面温度及凝结加热的作用下,基本气流以年周期变化。扰动也有明显的年周期,夏季扰动振幅变小,冬季扰动振幅变大,而且海陆温度的季节变化能控制波数为2的超长波的进退。夏季温度槽位于海洋东部,冬季位于大陆东部。 最后,在数值试验中看到初始场的影响只有100天左右。     

气象资料三维化技术中的插值问题

通过对不同源气象资料及数字地理信息资料的插值，实现了不同气象资料与地理信息资料分辨率的协调；从而将多种信息叠加到一起，实现了多源资料的二维、三维仿真显示。这对于模拟真实的大气空间结构、理解地形及植被对大气运动的影响、辨识各种天气系统及多种信息的融合等有积极意义。     

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUBSYSTEMS OF THE ASIAN SUMMER MONSOON

In this study, the relationship between the subsystems of Asian summer monsoon is analyzed using U.S. National Centers for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research reanalysis and Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation monthly mean precipitation data. The results showed that there is significant correlation between the subsystems of Asian summer monsoon. The changes of intensity over the same period show that weak large-scale Asian monsoon, Southeast Asia monsoon and South Asian monsoon are associated with strong East Asian monsoon and decreasing rainfall in related areas. And when the large-scale Asian monsoon is strong, Southeast Asia and South Asia monsoons will be strong and precipitation will increase. While the Southeast Asia monsoon is strong, the South Asia monsoon is weak and the rainfall of South Asia is decreasing, and vice versa. The various subsystems are significantly correlated for all periods of intensity changes.     

日本东部附近海域海温异常对鄂霍次克海高压的影响

通过诊断分析和数值模拟,研究了初夏日本东部附近海域负的海温异常对6月鄂霍次克海地区阻塞高压的影响。首先,利用1951—2000年6月份的500hPa月平均位势高度资料计算了历年6月鄂霍次克海阻塞高压指数,并分析了它的变化规律。其次,对阻塞高压年和非阻塞高压年的500hPa位势高度及其异常进行合成和相关分析表明,阻塞高压年,鄂霍次克海地区存在明显的正高度异常,贝加尔湖附近为负高度异常,乌拉尔山附近为正异常,欧亚中高纬度地区纬向呈“ - ”型;日本东部为负高度异常,东亚呈偶极型。这种高度异常形势为鄂霍次克海阻塞形势的形成和维持提供了大尺度环流背景。对鄂霍次克海阻塞高压指数与同期北太平洋海温的分析结果表明,当鄂霍次克海阻塞高压活跃时,日本东部附近海域为明显的负海温异常。此外,对1998年6月的典型个例的分析也发现,当年强盛的阻塞形势维持时,日本东部附近存在强大的负海温异常。最后,设计假想的负海温异常试验,利用NCAR CAM3模式模拟了日本东部附近海域负的海温异常对初夏欧亚大气环流的影响。结果表明,在该地区5和6月加入较大负的海温异常后6月份鄂霍次克海地区500hPa会产生最大超过4dagpm的正位势高度异常并经检验显著,这种正的高度异常显然对鄂霍次克海阻塞高压的形成十分有利。     

凝结反馈对云层垂直发展影响的一个线性理论

根据小尺度垂直运动的线性分析,作者证明凝结反馈对云层的垂直发展有着很强的制约作用。这种制约作用在温度和湿度较大的情况下更为明显。作者引出了在凝结反馈作用下非定常运动中的频率公式和定常运动下的波速公式。这样,南方雨季中每次雨停时常常见到的云层迅速分层的现象得到了可能的理论解释。