梅雨暴雨的涡度平衡与积云对流

应用天气尺度运动,讨论梅雨期间暴雨区内的涡度平衡。在对流层下层有一个涡度的积累,对流层上层有涡度的亏损。积云对流在涡度平衡中起重要作用。给出了一个基于一维定常积云模式的对流涡度参数化方案,并和天气尺度运动的计算结果作了比较。     

长江流域雨带形势下的一次低涡暴雨天气过程分析

对发生在嘉陵江到渠江流域的一次西南低涡暴雨天气过程的结构分析表明:本次过程属于长江流域季风雨芾形势下中～α尺度雨带中的中～β尺度雨团;与其对应的中小尺度初始扰动同次天气尺度低涡、切变线和急流核的形成有关;并利用中尺度扰动的对称不稳定理论诊断扰动波包的发展,指出了热成风偏差和对流不稳定局地变率在暴雨形成中的作用.     

长江流域雨带形势下的一次低涡暴雨天气过程分析

对发生在嘉陵江到渠江流域的一次西南低涡暴雨天气过程的结构分析表明：本次过程属于长江流域季风雨带形势下中－α尺度雨带中的－β尺度雨团；与其对应的中小尺度初始扰动同次天气尺度低涡、切变线和急流核的形成有关；并利用中尺度扰动的对称不稳定理论诊断扰动波包的发展，指出了热成风偏差和对流不稳定局地变率在暴雨形成中的作用。     

论江淮气旋生成的一种机制

本文从理论上探讨了夏季江淮气旋生成的一种机制。理论分析和理论计算说明,江淮气旋的生成是积云对流与天气尺度的气旋性扰动间正反馈的结果,其机理类似于热带海洋上台风的形成。较深厚的积云对流所造成的凝结加热和涡度混合是气旋生成的主要原因。没有积云活动,仅仅是大尺度凝结加热不大可能促成这种气旋的生成。     

环境场作用与西南低涡移动的初步分析

本文将西南低涡视为迭加在环境场上的一个扰动,把考虑环境场和非绝热作用下的次天气尺度扰动方程组写在一个简单斜压两层模式上,根据西南低涡的特点对方程组作一些近似处理,导得了反映低层(700hPa)西南低涡移动特征的移矢诊断方程。由此分析了影响西南低涡移动的主要因子,得出了一些定性结果。最后,利用移矢诊断方程作了低涡移动的实例计算分析,其结果与实况比较一致。     

初生阶段西南涡发展与消亡的物理机制

采用涡旋运动稳定性方法,结合大尺度环境场和积云对流潜热释放,研究初生西南涡发展与消亡的物理机制。结果表明:（1）在稳定层结和不稳定层结条件下,当大气扰动频率超过对应的临界频率时,初生西南涡均可以维持并向成熟涡转变;当大气扰动频率未超过临界频率时,初生西南涡要么因频散而消亡,要么在维持一段时间的纯涡结构后消亡,不能发展为成熟西南涡。（2）初生阶段,大尺度场的辐合辐散是西南涡发展和消亡的主要因素,辐合才有可能使得初生西南涡发展,辐散只能导致初生西南涡消亡;小尺度的潜热加热则决定着稳定层结下的扰动临界频率,进而影响稳定层结下初生西南涡的发展及向成熟西南涡的转变。      

华南中尺度暴雨数值预报的不确定性与集合预报试验

利用非静力MM5模式,分析了不同积云对流参数化方案对华南暖区暴雨数值预报的不确定性影响,进行了中尺度暴雨模式扰动集合预报试验。不同对流参数化方案的对流凝结加热引起不同的局地温度扰动,通过大气内部的热力动力过程,导致垂直速度的差异,进而影响网格尺度和次网格尺度降水时间、地点和强度。后续降水再通过凝结潜热释放形成新的扰动源。不同积云对流参数化方案还可引起扰动源能量传播方式不同,最终使模拟大气的动力和热力结构有差异。针对物理过程的不确定性,使用两种模式扰动方法构造集合预报扰动模式,第一种方法是随机组合不同积云对流参数化方案和边界层方案,第二种方法是扰动Grell积云对流参数化方案中主要参数振幅。集合预报结果表明,第一种方法的集合预报效果优于第二种方法,仅扰动参数振幅值似乎还不足以反映华南暴雨预报的不确定性。单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定,集合产品能给华南暴雨过程提供更有用价值的指导预报,具有较高的应用价值。     

初始扰动对积云发生发展影响的数值模拟

利用完全弹性三维冰雹云模式,模拟研究了初始扰动对积云发生发展的影响。模拟结果表明,对流发生层结条件满足的情况下,不同初始扰动会导致云不同的发生发展。扰动中心位温偏差大小适当,仅增加扰动厚度或降低扰动中心高度均能使积云发展更快、强度更大;适当减小水平扰动半径能促使积云提前发展,但会导致对流强度减弱;而增大扰动中心位温偏差,不但能增加对流强度,还能促使积云提前发展。     

梅雨静止锋积云群整体属性的诊断研究

本文利用积云群整体诊断模式，对一次梅雨静止锋暴雨过程的积云对流活动进行研究，计算了质量通量、云内温度、比湿、液态水等积云属性，讨论了云中凝结蒸发过程以及对流能量输送特征。结果表明，梅雨积云质量通量比热带扰动大，但积云的发展高度不及热带深厚对流；积云群的降水效率约为50％；潜热在对流能量铅直输送中占显著地位，其量值远大于热带扰动中的对流活动。     

湿位涡守恒条件下西南涡的发展

运用高分辨率数值预报模式 (HIRLAM)模拟了一次中国西南地区在多种活跃天气系统影响下 ,西南涡的发展过程。分析了东亚季风、青藏高压、地形等多种尺度与不同高低空环流形势配合以及在湿位涡守恒条件下对流发展时 ,潜热及不稳定能量的释放 ,对中尺度涡旋和强对流发生发展的作用 ,探讨了西南涡和局地降水增强与消亡的成因与理论 ,并具有实用意义     

西南低涡Ekman层流场特征分析

本文利用大气边界模式，对1979年7月24－25日的一次西南低涡暴雨进行了Ekman层的流场分析。在理论计算的前提下，通过加入有限的实测风资料进行动力学调整，不仅在Ekman层中能较好地模拟出高层（850，700hPa）气旋环流特征，且发现西南低涡笔星边界层具有中尺度扰动的特征。在整个气旋环流中有局部的反气旋环流出现，这是850，700hPa 天气图上得不到的，且与边界层诊断分析相符合。     

南海地区中层气旋生成的斜压不稳定与CISK机制

本文所用的动力学模型是在给定切变基本流情况下,加进积云加热效应。结果表明斜压不稳定扰动的临界波长,因积云加热作用而明显变短,当积云加热达每天3.5度时,扰动发展的尺度和中层气旋的尺度是吻合的。在本文的后一部份,考察了积云对流的摩擦作用,结果也得出扰动的不稳定性,但一般而言,积云摩擦对扰动是起阻尼作用的,当摩擦造成的次级环流产生不稳定的加热效应时,摩擦可促进不稳定发展。      

积云团对大气层结影响的模拟研究

文中设计了一个二维完全弹性的积云团数值模式 .模式中考虑了水平均一和时间定常的大尺度抬升速度的影响 .大度抬升速度只对热力学方程和水汽守恒方程有影响 .积云团的启动方式采用冷池和随机扰动相结合的方法 .文中对一个给定温湿层结和大尺度抬升速度情况下 ,就不同扰动结构、水平环境切变、模式区域大小和冷池强度等进行了 1 1个模拟试验 .结果表明 ,在不同扰动结构、是否有水平环境风切变、模式区域不同以及不同云型谱时 ,给定温湿层结和大尺度抬升速度下的积云团活动使得温湿层结向着同一温湿层结调整 .这说明大气由于积云团活动达到准平衡状态 ,这个准平衡状态主要依赖于初始温湿层结和大尺度抬升速度 .这与 Betts积云参数化方案的假设相一致 .     

增长模在热带地区发展的分析研究

利用T63L9全球谱模式对制作集合预报的增长模繁殖法(BGM)在热带地区的适用性进行研究,分析了在热带地区扰动增长的机理。设计与物理过程、积云对流参数化方案及湿物理过程有关的3个敏感性试验及1个控制试验。为了讨论不同物理过程对BGM生成扰动的影响,定义扰动动能变化率对试验结果进行分析。结果表明:在热带地区积云对流强盛区内风场扰动能够快速增长。扰动增长机制在热带地区与中高纬地区有本质区别,热带地区扰动的发展主要受物理过程的作用,其中模式积云对流及湿物理过程对扰动中快速增长的部分起着至关重要的作用。中高纬地区扰动发展与背景场的斜压不稳定有关。     

梅雨期间次天气尺度扰动的动能平衡

计算了梅雨期间产生暴雨的次天气尺度扰动的动能分布及其乎衡。结果表明:1)在动能计算中不能略去风的散度部分;2)暴雨期间,扰动向周围大气输送动能;3)旋转风的动能产生率为负值,散度风在对流层下层和上层产生动能,两者之和仍是消耗动能。这样,次网格尺度对流在动能平衡中起着重要的作用。即在条件性不稳定的大气中,发展起来的温对流是湿斜压大气中重要的一种过程。上述结果有助于了解扰动的机制和改进数值模式的设计。     

西北太平洋爆发性气旋的诊断分析

本文对一年中26个西北太平洋爆发性气旋形成的大尺度条件做了统计研究。结果表明:海洋上空大气层结的不稳定、高空急流出口区北侧的动力辐散,冬季副高位置偏北时其西侧的强暖平流以及中低层的强斜压区等都是气旋急剧发展的有利因素。 另外,本文利用完全的ω-方程和Sawyer-Eliassen次级环流方程对1983年1月6—9日发生在西北太平洋上的一次爆发性气旋做了诊断分析,得到:(1)大尺度加热是使气旋强烈发展的主要物理因子;积云对流加热也是重要的物理因子。(2)温度平流是使前两者起作用的先决因子,它对气旋的初期发展起了某种启动作用。     

SIMULATION OF BOUNDARY LAYER EFFECTS ON A HEAVY RAINFALL EVENT CAUSED BY A MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM OVER THE YELLOW RIVER MIDSTREAM AREA

A heavy rainfall event caused by a mesoscale convective system (MCS), which occurred over the Yellow River midstream area during 7–9 July 2016, was analyzed using observational, high-resolution satellite, NCEP/NCAR reanalysis, and numerical simulation data. This heavy rainfall event was caused by one mesoscale convective complex (MCC) and five MCSs successively. The MCC rainstorm occurred when southwesterly winds strengthened into a jet. The MCS rainstorms occurred when low-level wind fields weakened, but their easterly components in the lower and boundary layers increased continuously. Numerical analysis revealed that there were obvious differences between the MCC and MCS rainstorms, including their three-dimensional airflow structure, disturbances in wind fields and vapor distributions, and characteristics of energy conversion and propagation. Formation of the MCC was related to southerly conveyed water vapor and energy to the north, with obvious water vapor exchange between the free atmosphere and the boundary layer. Continuous regeneration and development of the MCSs mainly relied on maintenance of an upward extension of a positive water vapor disturbance. The MCC rainstorm was triggered by large range of convergent ascending motion caused by a southerly jet, and easterly disturbance within the boundary layer. While a southerly fluctuation and easterly disturbance in the boundary layer were important triggers of the MCS rainstorms. Maintenance and development of the MCC and MCSs were linked to secondary circulation, resulting from convergence of Ekman non-equilibrium flow in the boundary layer. Both intensity and motion of the convergence centers in MCC and MCS cases were different. Clearly, sub-synoptic scale systems in the middle troposphere played a leading role in determining precipitation distribution during this event. Although mesoscale systems triggered by the sub-synoptic scale system induced the heavy rainfall, small-scale disturbances within the boundary layer determined its intensity and location.     

“6·30”川渝特大暴雨过程中西南低涡发展机制模拟分析

利用地面加密自动站、NCEP(1°×1°)再分析及WRF-ARW数值模拟资料,对造成2013年6月29日至7月1日川渝地区特大暴雨过程的西南低涡的演变特征及热动力机制进行了诊断分析。此次特大暴雨过程分为三个阶段,其中与西南低涡发展相关的第二阶段为主要降雨时段。结果表明:(1)西南低涡生成后,呈现增强-减弱-再次增强的波动性演变特征,在6月30日上午和夜间分别经历了两次显著的涡度发展过程,并在第二次发展过程中达到最强。(2)低空辐合是西南低涡最主要的涡源,由低空辐合导致的正涡度增加近乎贯穿于整个西南低涡的生命史。在西南低涡的第二次发展过程中,中层辐合和涡度的垂直输送显著增强,也是西南低涡的重要涡源。(3)负值非平衡动力强迫激发了低空辐合的增长,在非平衡动力强迫的各项中,位势高度的拉普拉斯项为非平衡动力强迫提供了主要的负贡献来源。(4)非绝热加热先于西南低涡而增强,两者间的正反馈作用可能是西南低涡波动性发展的重要机制。在关闭了微物理过程中的潜热和地面潜热及感热通量的敏感性试验中,西南低涡及降雨的模拟均有不同程度的减弱。     

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