低空急流的不稳定性及其对暴雨的触发作用

本文分析了1972年7月2—3日一次长江流域低空急流的过程,这次低空急流发生在江淮气旋的暖区之中。在低空急流左侧有雷暴和暴雨发生。发现这支低空急流有独特的三维流场结构。指出它是一支极不稳定的气流:在急流轴的左前方有一个Ri数负值区,这正是低层最不稳定的地区。低空急流具有很强的超地转特性,非地转最强时,暴雨发生。这时急流中出现很强的风速脉动,这种脉动的传播对于中尺度低涡及雨团的发生起着触发的作用。以后气压场向流场调整,重新达到地转平衡,这时暴雨也就仃止。     

梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟

利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致:02—08时增强,14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡,导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强,降水增强;而白天由于边界层混合摩擦力增大,致使西南低空急流减弱或消失,降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征,而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成:白天边界层混合强,风为次地转;而夜间边界层混合消失,气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转      

准平衡次天气尺度低空急流附近的地转偏差

本文讨论了在ε≡(1/(f_0T))～10~(-1/2)的情况下。次天气尺度非地转风场的性质和特点,指出,较强的非绝热热源导致的低层降压,其等变高线与等高线不相重合是造成低空急流中显著超地转特征的主要原因。加热场的铅直分布则导致低空急流下方的超热成风特征。也分析了除加热场外其它因素的作用。三个重要因素——潜热、动量平流和对流摩擦一致强迫在低空急流左侧形成强辐合。     

塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程中的差异

本文利用1981～2020年南疆台站降水资料和欧洲中心ERA5再分析资料,统计分析了塔里木东风低空急流与南疆降水的关系,通过合成分析,从动热力条件、水汽输送和超地转特性等方面对比分析了塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程（即“空急流”过程）中的差异。结果表明：（1）塔里木东风低空急流对南疆暴雨有重要作用,随着降水等级的增强和强降水范围的增大,塔里木东风低空急流的出现比例迅速增多,南疆一半以上的大雨和暴雨日中都伴有塔里木东风低空急流,塔里木东风低空急流在南疆大范围暴雨过程中的出现率高达85.0%。（2）塔里木东风低空急流在南疆暴雨中向西部推进的更远,东风层更厚,并在南疆西部与偏西气流形成一个持久的东西风辐合带;在“空急流”过程中,塔里木盆地中部出现一支较强的偏北气流,切断了塔里木东风低空急流的西伸,使其主要维持在南疆东部,其东风层厚度也较南疆暴雨中略低。（3）与我国季风区“空急流”不同,塔里木东风低空急流的“空急流”具有较大的不稳定性,与南疆暴雨过程中的塔里木东风低空急流一样都具有超地转特性。（4）与塔里木东风低空急流相联系的偏东水汽输送路径是南疆暴雨过程的主要水汽输送通道,而偏西路...     

低空急流发生、发展的数值试验(Ⅱ)——动力学分析

本文对一次低空急流过程的数值模拟结果作了动力学分析,着重讨论了急流区的环流结构及积云对流对其发生、发展的影响。主要结果为:低空急流区有一对横向非地转二级环流,它是低空急流发展的一个重要条件;强频散的低空急流与积云对流造成的静力不稳定场耦合,诱发出不稳定的中尺度重力惯性波,通过Wave—CISK机制引导到低空急流与二级环流的发展;低空急流发展过程中的非地转特征和二级环流都是重力惯性波发展的产物。     

次天气尺度低空急流的形成

本文指出次天气尺度低空急流的超地转特征主要是由变压风叠加在地转风场上所致。并且高层辐散引起低层辐合,上下层质量调整是造成低层出现变压风的一个重要原因。明确了暴雨对急流反馈的直接效果就是增加其变压风.通过一个实例的诊断分析,对上述观点进行了验证。     

低空急流超地转特征与暴雨反馈作用的研究

应用动力学分析方法,对低空急流超地转特征的形成机理和暴雨的反馈作用进行了理论研究,结果表明:压能场作功(—·▽E)大于位能场作功(—·▽φ)是低空急流超地形形成和维持的重要原因。暴雨的反馈作用通过激发一个不平衡增量促使上升运动加大来加强暴雨过程本身。     

大气中的内边界效应与洛基山东侧的低空急流的形成

通过对洛基山东侧低空急流的成因的分析,提出了内边界效应的概念。指出近地层大气柱在地转偏差的推动下,在两个相向倾斜的界面间发生压缩辐合是北美低空急流形成的根本原因。低空急流的日变化,低空急流发生的时空特点均是由内边界效应决定的。     

皖北一次特大暴雨过程中边界层急流日变化特征 及其对暴雨形成的影响分析

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明:特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^-1,强降水主要发生在急流快速增强的时段;急流前部的边界层辐合线是对流的触发因子,强降水落区位于急流核前部。急流为对流系统加强提供水汽和能量,且边界层急流和雷暴高压对峙使对流系统稳定少动,在对流系统西侧激发新的对流单体,有利于特大暴雨的发生;此次过程中天气系统的影响时间主要决定了强降水的落区,而边界层急流的日变化决定了强降水发生的时间段;边界层急流在夜间具有超地转特征,午后具有次地转特征,地转偏差和水平平流作用是导致夜间边界层急流增强的主要原因。     

急流加速产生的高空锋生和低空锋生

本文用数值模拟方法证实了曾庆存提出的一种锋生机制,即高空急流加速或高空动量输入通过地转适应过程造成高空锋生.我们采用二维非弹性数值模式模拟了五种急流加速分布产生的锋生过程:三个低空锋生,分别由中尺度地面、中尺度低空和次天气尺度低空急流加速产生;二个高空锋生,分别由高空次天气尺度和天气尺度急流加速产生.模拟的结果表明:(1)通过地转适应产生的位温梯度的大小依赖于急流的空间结构以及Rossby变形半径和急流扰动尺度的比值,比值越大,适应锋生越强.(2)在相同的尺度条件下急流加速产生的高空锋生比低空锋生更强.(3)地转适应过程将加速的高空急流动量向下层传输,使锋区变陡并向对流层中、下层延伸,这种对流层高低层的非地转耦合可能是低空急流形成的另一种机制.(4)在模拟的五个过程中急流振荡的主频率约是惯性频率的1.7倍.