TRMM揭示的南海不同回波顶高对流系统的季节变化特征

采用TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)降水和云特征数据集,对南海2001年1月至2012年3月不同回波顶高对流系统的垂直结构、表面降雨率、数量时空分布的季节变化进行统计分析。结果表明:①浅对流、较深对流、深对流大于20dBz的回波区分别分布在4～8km、4～10km、4～14km之间;浅对流20dBz回波顶高的频率峰值为9km;冬季,较深对流、深对流20dBz回波顶高的频率峰值分别为13km、14.5km,其余季节偏高分别为14.5km、16km。②较深对流和深对流是南海地区面积平均降雨率较强的2种主要的降水系统;夏秋两季,较深对流的降雨率大于深对流;冬春两季,深对流的降雨率大于较深对流。③较深对流、深对流出现频次最少的季节为冬季,浅对流则为春季。④浅对流偏向于出现在12°N以南;深对流偏向于出现在12°N以北;较深对流在冬春季节集中在12°N以南,夏秋季节横贯南海。⑤夏秋两季在南海北部出现气旋性辐合上升的差异中心,南海中南部的西南水汽输送差异与700hPa以下水汽的辐合差异,是较深对流在夏秋两季比冬春两季带来更强降雨率的主要原因。     

垂直对流与倾斜对流相互作用的数值试验

1.引言对称不稳定性("倾斜对流")在大气中起一定作用的看法是有道理的.除理论研究外,Emanuel和他的同事已观测到部分中纬度斜压系统对于倾斜对流来说是中性的,即θ_e(相当位温)和M(总动量)面相互平行.认为在水平温度梯度存在的情况下只要有垂直对流作用就能使大气稳定到倾斜对流,这是没有道理的,其实倾斜对流本身必定出现,并在垂直对流消失之处取而代之.较为合理的观点是认为这些并不是两种互不相关的现象,而是一种较普遍现象的两种情况.     

北半球夏季西太平洋上大尺度对流活动的季节突变

利用静止气象卫星红外辐射等效黑体温度和欧洲中期天气 １９８０年到１９８９年１０年间的全球分析资料，研究了西太平洋上大尺度对流活动和风场季节变化。特别说明了７月下旬西太平洋２０°Ｎ，１５０°Ｅ附近大尺度对流活动突然北多的现象。增强的对流活动正好对应于该地的气旋性环充，气旋的南侧为西风带，北侧为东风带。     

2007—2013年夏季江淮地区MCS和MCV与暴雨关系的统计特征

利用FY-2D逐时T_BB资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2007-2013年夏季(6-8月)江淮地区暴雨和大暴雨日的MCS和MCV进行普查,将MCS分为圆状的MCC和MβCCS以及带状的PECS和MβECS,并根据MCV能否激发新的对流将其分为发展型和不发展型。结果表明:夏季江淮地区由MCS造成的暴雨和大暴雨日占总天数的74.3%。追踪产生暴雨的65次MCS过程中,带状MCS所占比例明显大于圆状MCS;MCS多生成于江淮中东部的陆地上,以向东-东北和南-东南移动为主,其移动距离集中在1~5个经纬距。暴雨和大暴雨日中出现的MCV主要位于对流层中低层,且多出现在MCS的西侧和北侧;PECS和MβECS比MCC更易衍生MCV过程,未出现MβCCS伴随的MCV个例。不同类型MCS衍生出的MCV厚度差异很小,MCV的厚度与其类型、对应暴雨日的等级无明显关系。6-8月,MCV发生的次数递减,MCV多发生于午后14时左右,夜间到凌晨很少生成。由MCS引发的大暴雨日中,有MCV出现的天数占61.5%,明显较暴雨日高,大暴雨日中出现的MCV多数都能引发"二次对流"。     

北京地区两条线状对流相继下山发展的边界层条件对比研究

利用北京地区稠密的观测资料和变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)再分析资料,分析了2017年7月7日相继影响北京地区并造成短时强降水、大风、小冰雹等的两条线状对流活动。两条对流均生成于北京西北的河北张家口山区,且在山脚和平原地区继续发展,但其边界层条件是不同的,第二条对流带在第一条影响后的冷垫上发展。结果表明:平原及山脚一带较好的热力、动力条件,包括高温高湿的边界层环境、低层环境风场与对流带前侧冷池出流形成的辐合,为第一条对流带在下山过程中快速组织化发展形成飑线提供了有利条件。飑线发展强盛阶段,冷池的发展与环境低层垂直风切变达到平衡,冷池前沿自地面至1.5 km高度处形成强辐合区,上升运动呈近乎垂直的形态。第二条对流带在前一条飑线形成的冷垫上继续发展,形成暖季高架对流,虽然风暴上升运动呈倾斜状且强度有所减弱,但是强回波(≥45 dBz)面积未减。一方面,第二条对流带受前一条飑线能量方面的抑制;但另一方面,两条对流带在合适的距离下,低层流场形成辐合,尤其是在第二条对流带的冷池与前一条飑线形成的冷垫靠近叠加以后低层辐合进一步加强,第二条对流带回波继续北上。本例高架对流发展的能量来源主要为边界层以上层结不稳定的大气,可能伴随在第一条飑线过境后由偏南暖湿气流带来的边界层以上对流能量重建过程。所以,在强对流短时临近预报业务中,需要综合考虑热力、动力等多重因素,而VDRAS快速更新同化的再分析资料可以提供有效参考。     

对流温度含义阐释及部分示意图隐含悖论成因分析与预报应用

分析和预报局地对流时常用到对流温度,对流凝结高度常被用于估计局地对流云的云底高度。对流温度和对流凝结高度用于局地对流分析时存在一定的前提,且其蕴含的物理意义非常丰富。论文剖析了几本较为经典的气象专业书籍中对流温度概念图示,指出其中隐含的悖论,包括与大气稳定度基本常识相悖、违反大气能量学理论、以及与物理量本身含义明显抵触。进一步阐释构图不够严谨、对对流温度含义理解不完全到位是出现这种悖论的根本原因。并构造了物理意义清晰、气象基本理论更为合理的对流温度示意图。利用观测资料,分析了北京夏季对流云的发生频数和生成时间,尝试用对流温度预报局地对流云的生成,用对流凝结高度预报局地对流云云底高度。结果表明,对流温度在局地对流云的预报中具有一定的指示意义,对流凝结高度能在一定程度上反映出局地对流云的云底高度。如果将最高温度不低于对流温度1℃作为判定能否产生对流云的一个标准,临界成功指数达到45%。     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压（简称副高）西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明：副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层（700 hPa以下）的对称不稳定区,700～500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700～500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层（750 hPa以下）锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500～800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

一个直接考虑大涡、小涡作用的大气对流边界层模式

本文建立了一个大气对流边界层模式,构造此模式时,假设对流边界层中水平动量和热量在垂直方向上的湍流输送、扩散是由大涡与小涡组成的系统完成的。文中,用此模式作了一实例模拟,计算结果表明:模拟的结果与实测的结果相当一致。     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压(简称副高)西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明:副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层(700 hPa以下)的对称不稳定区,700~500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700~500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层(750 hPa以下)锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500~800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

盛夏午后对流性天气预警技术

利用气象信息综合处理分析平台（ＭＩＣＡＰＳ）对基本资料进行和加工处理,运用天气图,物理量场,卫星云图和雷达回波资料,制作盛夏午后对流性天气的临近预报,通过警报网,无线寻呼和１６８信息台（或１２１）开展不同时效的预警服务,由于有效地改进了对流性天气预制作流程与发布方式,在１９９６年和１９９７年夏季预报服务实践检验中,效果较好。     

动力和能量参数在强对流天气预报中的应用研究

较强的热力不稳定和适宜的动力环境是强对流发展的基础 ,造成灾害的强对流一般是一种深厚对流 ,深对流指数和对流有效位能可反映对流上升运动的潜势和强度 ,对流有效位能还隐含地反映了对流层大气总体垂直热力结构。下沉对流有效位能和大风指数反映了对流下沉运动和下击暴流潜势 ,对流下沉和中层干空气的入侵高度、干燥程度及对流层中下层的稳定度和湿度有关。强风暴特别是超级单体一般都具有很高的螺旋性 ,高螺旋度有利于风暴生命的维持 ,而风暴相对螺旋度则对风暴发生及风暴类型有一定的预示。粗里查逊数反映了对流能量和环境场动力之间的平衡关系 ,能量螺旋度指数反映了动力和能量对强对流天气发展的共同效应 ,它们都综合了动力和热力两方面的因子 ,对强风暴及其类型的预报有指示意义。风暴强度指数和瑞士雷暴指数成功地把动力和对流能量参数结合起来 ,在实际研究和业务工作中这种方法值得借鉴。随着高分辨率中尺度和风暴模式的发展 ,模式输出的对流动力和能量参数将有广泛的应用前景。     

舟曲泥石流天气过程中云团合并的卫星观测

利用极轨和静止气象卫星红外云图资料,对2010年8月7日甘肃舟曲发生的特大泥石流天气过程中出现的对流云合并现象进行分析。从卫星监测结果来看,多个对流单体合并而成的中尺度对流系统,在发展过程中产生了局地强降水,从而引发了特大泥石流灾害。整个过程中有5个阶段出现了合并现象:首先,多个对流单体合并形成中尺度对流系统; 在中尺度对流系统的发展和维持过程中,3个阶段出现了新旧对流系统的合并; 在系统即将消散的阶段又出现了两个强中心的合并。合并过程不仅促成中尺度对流系统的生成,使得云体增强发展,而且为对流系统维持补充了能量,使系统生命史延长。另外,在5个阶段的合并过程中,合并机制可以归结为内部动力结构变化和外致碰撞合并两大类。其中,在系统形成阶段,外致碰撞合并是主要机制; 而在发展维持阶段,包括气压梯度力、辐合抬升、下沉-上升环流加强等在内的内部动力结构变化影响是发生合并的主要原因。     

对流有效位能垂直分布作用的评价

对流有效位能（ＣＡＰＥ）与评价大气对流潜力的标准的不稳定指数,例如抬升指数（ＬＩ）,只有中等程度的相关,这是由于ＬＩ仅反映单层的浮力,而ＣＡＰＥ反映了积分厚度和浮力。将ＣＡＰＥ值降以积分厚度,使其正规化,得到一个指数（ＮＣＡＰＥ）,它与厚度无关,是一种方便的求气块平均浮力的方法。正规化有效地区别了ＣＡＰＥ类似而其浮力不同,积分厚度不同的环境。而且由于ＣＡＰＥ的垂直分地对流上升气流的强度可能有很大的     

作为热机的自然对流∶CAPE理论

在许多行星上，不断有热量供给地面，且热量也不断通过大气向太空发出红外辐射。由于在高压区是热源不是热汇，因此，该系统能够做机械功。大气对流是可以在此系统中运转的自然浮力、垂直速度及其覆盖区域。在对流热机一次循环期间，来自地面层（热源，热区）的热，其中一部分被报废到空间自由对流层（热汇，冷区），并从那里辐射到太空，其余部分变为机械功。此机械功用于克服机械耗散维持对流运动上。最终，机械能耗尽，转变成热能     

对流边界层中泡状结构的大涡模拟研究

本文提出“连续垂直运动区”的概念，对边界层中的对流泡状运动进行了重新定义。由此将对流边界层划分为上升泡区、下沉泡区和环境气流区，并利用大涡模拟提供的对流边界层数值模拟结果研究这种泡状运动的结构。研究结果较好地解释了一些有关泡状运动结构方面的似乎相互矛盾的观测事实，并揭示了对流泡状运动的一些新的特征。     

鲁中生成中尺度对流复合体的环境条件分析

结合１９９６年７月３０日鲁中地区中尺度对流复合体的诊断分析，对盛夏鲁中生成ＭＣＣ的条件，进行了分析探讨。指出；鲁中ＭＣＣ产生在西太平洋热带高压西北部边缘潜在不稳定区内的东西向切变，静止锋附近。低空暖湿的偏南气流，在静止锋上被强迫抬升，引起中尺度对流云图不断新生，合并，是ＭＣＣ生成的主要机制之一。     

一次引发强降水的热带低压对流云团的多尺度特征分析

利用每10分种一次地面自动站常规观测资料，以及每5分钟一次多普勒天气雷达和每小时一次卫星等非常规资料，对一次造成上海地区特大暴雨的热带低压对流云团的多尺度特征进行分析，取得主要结果：（1） 本次暴雨过程由三次强降水造成，每次强降水都由?和?中尺度雨团构成，表明引发强降水的热带低压对流云团内部的多尺度特征；（2） 热带低压对流云团在上海地区的维持和加强是由其移动方向右后侧的?和?中尺度对流单体不断新生、发展和合并的结果，这一过程对应于雷达强回波带的新生、发展和合并现象；（3） 自动站风场分析出中尺度辐合线的位置和强度与中尺度雨团的落区和强度对应，雷达基本反射率和径向风资料进一步证实了气流辐合区是对流单体生成的区域。     

一次中尺度对流系统分析

应用卫星云图、雷达回波、地面加密观测和各种常规资料,分析了１９９６年７月１日在黄海北部￣山东半岛发生的一次中尺度强对流天气过程。高空冷温度槽和低空、地面增温产生的不稳定能量是强对流体系形成的系统;中尺度辐合线、中气旋、近地层加热不均匀性、海陆风的辐合抬升等促进了强对流天气发生;对流云团的并合加强,产生异乎异常的能量,是该系统加强和发怅的重要条件;云团呈准静止状态是产生暴雨和长时间降雹的主要原因「。