爆发性发展台风附近次级环流的诊断分析

利用原始方程模式的Sawyer－Eliassen次级环流方程，对由5个爆发性发展的台风所合成的要素场进行了次级环流的诊断．结果表明，在各强迫项中，地转形变和非绝热加热强迫作用较大．大尺度加热主要加强中低层环沈，对流加热则主要加强中高层环流．台风爆发性发展前后，动力强迫和热力强迫的相对重要性不同．在台风爆发性发展时，非绝热加热强迫的相对重要性明显加大。     

大气热力强迫和动力强迫的调配及平均经圈环流的仿真模拟

通过研究平均经围环流（ＭＭＣ）及其所受的内外强迫作用的相互配置，指出对ＭＭＣ的热力和动力强迫满足确定的调配率。这一调配率受大气内在的斜压性、静力稳定度及绝对涡度制约。利用辐射加热和凝结加热参数化方案，结合欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）的分析资料，对１月份平均经围环流进行数值仿真模拟。结果表明，热带对流加热可以形成双层Ｈａｄｌｅｙ环流结构；涡动动量输送对双Ｈａｄｌｅｙ环流的形成也有一定影响。中高纬度的ＭＭＣ则主要由外动量强迫及大气的动量和热量输送特征决定。     

一次冬季暴雪过程锋生次级环流的诊断分析

利用Ｓａｗｙｅｒ－Ｅｌｉａｓｓｅｎ次级环流方程讨论了一次冬季暴雪过程中由地转强迫、非地转强迫以及非绝热加热和总的强迫所引起的次级环流，并指出南北方和上下层次级环流的有利配置对暴雪的形成起了促进作用。     

“93.5”黑风暴发展结构和不同模式分辨率的数值试验

1993年5月4～6日在我国西北部地区发生了一次“黑风暴”。用改进的MM1和高分辨PBL参数化及40 km细网格控制试验能基本上模拟出“93.5”黑风暴的结构和演变。模拟结果表明，黑风暴发展时段，在PBL内与一个中尺度气旋性强涡旋相伴，在对流层内与一个垂直涡柱相伴。这个伸展至对流层顶的涡柱下（上）半部是与低（高）空强烈辐合（辐散）入（外）流相伴的气旋（反气旋）性涡柱。该黑风暴结构不同于一般锋面结构，其主要判别是:界面坡度陡，θe水平梯度大，斜压性强，PBL内暖心明显。该暖心结构与下垫面剧烈热力强迫有关。不     

局地环流与大气边界层湍流相互作用的数值研究

本文建立了一个二维定常大气中尺度数值模式，并用该模式讨论了由下垫面粗糙分布非均匀（局地动力强迫）和温度分布非均匀（局地热力强迫）而产生的局地大气环流与大气边界层湍流的相互作用。结果指出：下垫面存在温度分布非均匀时运动方程中的湍流交换项与水平气压梯项一样可促使局地热力环境的形成，由粗糙度分布非均匀强迫产生的局地环流与由下垫面温度分布非均匀强迫产和的局地热力环流间的非线笥相互作用是通过湍流交换实现的。     

一次冬季暴雪过程生次级环流的诊断分析

利用Ｓａｗｙｅｒ－Ｅｌｉａｓｓｅｎ次级环流方程讨论了一次冬季暴雪过程中由地转强迫，非地转强迫以及非绝热加热和总的强迫所引起的次级环流，并指出南北方和上下层次级环流的有利配置暴雪的形成起了促进作用。     

经圈环流对定常波传播的影响

在一般斜压大气中，基本气流中包含经圈环流时，定常波传播不仅能穿过东风带，而且明显增强。在基流含有经圈环流的情况下，北半球中纬度地形强迫可引起低纬大气的显著响应，这表明经圈环流在中低纬定常响应的相互联系中起着重要作用；北半球中纬度热力强迫可产生类似北半球夏季季风环流的波列分布，这说明经圈环流在夏季季风环流的形成中起着一定的作用；在赤道东太平洋加热强迫情况下，在冬半球可引起ＰＮＡ型的定常波传播波列，而在夏半球却没有明显的ＰＮＡ特征。这表明经圈环流对冬、夏半球的定常波传播路径有着显著的影响。     

青藏高原东北侧干旱的数值试验

用谱方法（Ｔ４２）求解半球球面无辐散正压涡度方程,采用实际的干旱环流资料,分别在有地形和无地形的情况下,求出其对应的干旱环流型的强迫场,模拟了在强迫场的作用下干旱环流的形成、维持情况及在强迫场消失后干旱环流型的崩溃情况。结果表明：（１）强迫场在干旱环流型的形成、维持及崩溃过程中起重要作用;（２）青藏高原的存在使其东北侧干旱形成和崩溃均加快。     

内蒙古中西部黑风暴形成的大尺度环流过程

文章通过对1957－1996年37次区域性黑风暴高空和地面环流形势的分析研究,归纳出形成黑风暴的3种环流型及其特征,给出了黑风暴的预报思路和着眼的天气学条件,可供黑风暴业务预报作参考。     

山东半岛一次强降雪过程的中尺度特征

利用非静力平衡模式MM5V3．6对2005年12月3日影响山东半岛的一次强降雪过程进行数值模拟,对其中中尺度重力波（MGW）的特征进行分析。并且通过非线性平衡方程（NBE）对高分辨率模式数据进行诊断分析,较详细地说明了非平衡流的出现而引起的地转适应过程以及地形强迫对重力波产生和发展的作用,和它们对强降雪过程的影响。研究表明：这次强降雪过程中的中尺度重力波波长约为100km。相速约20m／s;在有利的大尺度环流形势下,太行山的地形强迫与非平衡流是其产生的首要机制,而冬季海陆热力差异形成的海洋的热力作用也是造成区域性强降雪的一个重要原因。非线性平衡方程（NBE）对于非平衡流的诊断在确定波动产生区域方面有比较好的指示作用;通过对波动的结构以及维持机制的分析,这次过程中的中尺度重力波符合波导条件和Wave-CISK理论框架,波动能够从环境场中得到足够的能量从而维持相当长时间,从而造成这次罕见的连续性强降雪过程。     

基于雷达资料四维变分同化和三维云模式对一次超级单体风暴发展维持热动力机制的模拟分析

利用三维云尺度数值模式和雷达资料快速更新循环四维变分同化(4DVar)技术,对京津冀地区一次强降水超级单体风暴发展演变的热动力机制进行了数值模拟和结果分析,并结合雷达、加密探空和自动站资料,揭示了快速变化的近风暴大气环境及风暴自身的热动力三维特征对超级单体形成、发展和演变的影响.雷达回波观测分析表明,这是一次由多单体合...     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对 2 0 0 1年 4月 6～ 8日由蒙古气旋强烈发展触发的内蒙古地区强沙尘暴天气过程进行了分析研究。结果表明 :在这次“锋面气旋型”沙尘暴过程中 ,气旋冷锋是该天气系统引发沙尘暴的主要因素 ,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。影响沙尘暴的天气因素中 ,地面大风形成主要源于气旋发展和锋后强冷平流 ,高空动量的有效下传则是另一重要原因。高空急流加强及其形成的次级环流使高空动量下传到对流层中层 ,其下方形成深厚混合层使这一动量继续下传到地面 ,是高空动量有效下传的机制。“混合层”可以从本质上反映有利沙尘暴形成的大气层结特征 ,其强度和高度很大程度决定沙尘暴的强弱。这次过程深厚混合层的形成是深厚干对流和强沙尘暴产生的主要原因。而它的形成则是长时间地面加热的结果 ,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流作用对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献 ,其作用程度与地形分布密切相关。地面热通量试验证明地面加热不仅对冷锋过境产生的上升运动强度具有直接影响 ,也影响混合层形成和高空动量下传 ,并因此影响沙尘暴强度。     

影响三大洲的北非强沙尘暴动力机制WRF-chem模拟与分析北大核心

基于WRF-chem模式对北非2018年3月下旬的典型强沙尘暴过程进行模拟,分析了此次强沙尘发生季节、持续时间、局地特征以及传输路径的关键动力系统与动力机制。鉴于起沙是沙尘暴发生的关键点之一,并且起沙主要取决于风力和下垫面沙源性质,本文测试了三种起沙参数化方案的影响,并将模拟结果与卫星MODIS监测及其再分析资料MERRA-2进行了对比,又经系列统计方法检验。结果显示,宏观思路的起沙方案GOCART比AFWA和UoC两种起沙方案更适合此次大尺度强沙尘暴数值模拟(锋面跨度接近60个经度)。综合沙尘暴关键系统的动力机制分析和数值模拟结果显示,强沙尘暴关键系统为深厚的西风槽、沙尘冷锋锋面和锋后的地面高压反气旋。北非中部深厚的西风槽为后倾槽,该系统稳定,造成沙尘暴持续时间长。沙尘暴锋后反气旋中的下沉气流抑制了扬沙向高层扩散,造成低层能见度恶劣。沙尘锋区结合了动力、热动力以及湿热动力不稳定,因此锋区风力大,地面沙尘驱动力强。而西风槽和强大反气旋依托环流形势,提供了沙尘传输到三大洲的长途输送力。     

2001年春季中国北方沙尘暴的环流动力结构分析

通过对2001年春季中国北方5次沙尘暴的高度场，涡度场，散度场和风场的分析，研究了沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明，在5次沙尘暴强盛期有相似的环流动力结构特征。在沙尘暴强盛期的高度场上，蒙古国有深厚的低值系统，乌拉尔高压发展，其间的强气压梯度是沙尘暴的动力源；低值系统有正涡度中心支持，外围是负涡度区，其间有强涡度梯度带；低值中心伴随有低层辐合高层辐散的垂直结构，易于发生近地面大风和上升气流，有利于地面起沙上扬，形成沙尘暴，大风区与强涡度梯度带一致，强风带切变形成的涡度输送有利于加强低值系统，进而增强风场。     

Dynamical effects of environmental vertical wind shear on tropical cyclone motion, structure, and intensity

Summary A series of numerical experiments on an f plane are conducted using the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model, version 3 (MM5) to investigate how environmental vertical wind shear affects the motion, structure, and intensity of a tropical cyclone. The results show that a tropical cyclone has a motion component perpendicular to the vertical shear vector, first to the right of the shear and then to the left. An initially axisymmetric, upright tropical cyclone vortex develops a downshear tilt and wavenumber-one asymmetry when embedded in environmental vertical wind shear. In both small-moderate shears, a storm weakens slightly compared to that in a quiescent environment. The circulation centers between 300 hPa and the surface varies from 20 km to over 80 km. The secondary circulation becomes quite asymmetric about the surface cyclone center. As a result, convection on the upshear-right quadrant diminishes, limiting the upward heat transport in the eyewall and thus lowering the warm core and leading to a weakening of the storm. In strong vertical shear (above 12 m s⁻¹), the vertical tilt exceeds 160 km in 48 h of simulation and the secondary circulation on the upshear side is completely destroyed with low-level outflow. The axisymmetric component of eyewall convection weakens remarkably and becomes much less penetrative. As a result, the warm core becomes weak and appears at lower levels and the storm weakens rapidly accordingly. This up-down weakening mechanism discussed in this study is different from those previously discussed. It emphasizes the penetrative role of eyewall convection in transporting heat from the ocean to the mid-upper troposphere, maintaining the warm core structure of the tropical cyclone. The vertical shear is found negative to eyewall penetrative convection.     

冷涡背景下华北平原一次弓形回波致灾大风过程分析

为了提高对弓形回波致灾大风环境演变和致灾机理的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,研究了2020年6月25日华北平原夜间弓形回波的风暴环境演变特征及地面致灾大风的成因机制。结果表明：此次过程发生在高空冷涡背景下,华北平原处于中层干冷气流与低层西南暖湿气流叠加区域,因此有利于强对流天气的发生;对流风暴演变可归结为“超级单体-弓形回波-逗点回波”三个阶段,风暴环境逐渐从中等强度的对流有效位能和深层风垂直切变向弱的对流有效位能和强的风垂直切变演变;超级单体阶段,探空曲线呈“X”型分布,负浮力效应为地面大风的产生做主要贡献,动量下传和冷池密度流的作用为辅;弓形回波阶段,由于低层暖平流和地面辐射降温的共同作用,近地面出现较强逆温,850—500 hPa垂直温度直减率增大,负浮力、动量下传和冷池密度流作用均较前一阶段明显加强,导致地面13级致灾大风的形成;逗点回波阶段,850—700 hPa的干层减弱,负浮力作用与超级单体阶段相当,动量下传和冷池密度流作用与弓形回波阶段相当,造成地面大风的形成。最后给出本次弓形回波环境演变和致灾机理的物理模型。     

The relationship between the Spring Asian Atmospheric circulation and the previous winter Northern Hemisphere annular mode

Summary By using the NCEP/NCAR reanalysis data, the Northern Hemisphere annular mode index (NAMI), China dust storm frequency data and China’s 160-station monthly precipitation data, the relationship between the previous winter (December–February) Northern Hemisphere annular mode (NAM) and the following spring (March–May) Asian atmospheric circulation is examined statistically in this study. Results demonstrate that the relationship between the spring Asian atmospheric circulation and the previous winter NAM is more significant on decadal time scales than on interannual time scales. There are significant negative correlations between the previous winter NAM and the spring temperature in what is almost a troposphere over Northwest China. There is a significant positive correlation between the winter NAMI and following spring geopotential height field over the Mongolian Plateau and Middle Siberia (MPMS) at the upper level. The positive correlation coefficients center moves to the south with the level from high to low. At lower level the high correlation coefficients center is located over the North China. There is a significant negative correlation between the winter NAMI and the surface horizontal wind intensity in the following spring for Northwest China on decadal timescales. The results suggest that a strong NAM in winter is followed by a negative temperature anomaly and a positive anomaly of the spring 500 hPa geopotential height over the MPMS, while at the same time the spring anomaly of the southeast wind is experienced in the surface layer in Northwest China, implying that the intensity of the northwest wind tends to weaken, and vice versa. This circulation pattern can affect the change of the spring dust storm frequency in Northwest China on decadal time scales.     

一次罕见的左移超级单体风暴的特征

利用白山多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料,对2012年7月2日发生在吉林省南部的一次左移超级单体风暴进行了研究。结果发现,此次天气过程发生在深厚东北冷涡的东南象限、超强高空急流核附近的北侧,且低空风垂直切变不强、对流有效位能不大;低空有较强的暖平流,并存在一个西南—东北走向的风切变区;低空辐合、高空辐散、位于露点锋附近以及高空急流核的存在为有利于的对流发展的重要因素。在风暴发生发展过程中,始终有一个中-β尺度反气旋环流(尺度为120 km)相伴随,其旋转半径由高到低逐渐增加并在东南偏南方向被拉伸为椭圆型结构,风暴发生在该环流的西北象限的西南偏南气流之中,并具有钩状回波、弱回波区、反中气旋等超级单体所具有的特征。反中气旋出现在对流风暴发展的旺盛期,旋转半径从低层到高层逐渐增加。在风暴经过地区出现了冰雹、强降温、瞬时大风等天气现象和气象灾害。     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

“浣熊”强度变化的环境背景和卫星观测分析

利用实况观测定位和强度资料、NCEP的1°×1°全球最终分析资料、NOAA周平均1°×1°海温再分析资料和FY卫星水汽图像,分析台风浣熊(0801)的环境背景条件和内核结构演变与强度变化的关系.结果表明:(1)环境风垂直切变增大至10m·s~(-1)左右与南海北部海表温度逐步减小导致最大可能强度不断降低是"浣熊"快速发展过程中断并减弱的重要外部条件;(2)卫星水汽图像显示内核结构存在眼壁破裂和复原现象,该现象精确地反映其强度变化.眼壁破裂(复原)过程导致"浣熊"减弱(增强).