三类沙尘暴过程环流特征和动力结构对比分析

利用地面、高空气象观测资料、NCEP再分析资料等对冷锋、蒙古气旋、高压底部倒槽型3类天气过程的大尺度环流、动力和热力结构特征进行了对比分析。结果表明,从大尺度环流特征来看,冷锋型、蒙古气旋型均在高纬地区形成尺度较大的槽涡,槽涡底部出现低槽分离并向南发展,在中纬度诱发地面冷锋及蒙古气旋,其差异在于蒙古气旋过程中往往在中纬度对流层中低层形成切断低涡;蒙古冷高压底部倒槽型过程中,中高纬度为脊前西北气流,中纬度蒙古冷高压与向北发展的倒槽在中纬度相遇形成准静止锋,并在其南侧诱发沙尘暴。从动力、热力结构来看,冷锋型、蒙古气旋型在对流层中低层均呈现典型的斜压结构,冷锋型过程锋区异常陡立,700 hPa以下近于垂直,上升运动呈倾斜形态,并在对流层中低层形成高值中心;蒙古气旋型过程中,气旋区形成8~10个纬距上升气柱,贯穿整个对流层;蒙古冷高压底部倒槽型过程中,沿经向700 hPa以上形成南北风的明显交汇,而在其下方形成南侧沙尘区上升、北侧高压区下沉的垂直正环流。     

青海省都兰县2012年6月5日大到暴雨天气过程分析

通过对青海省都兰县一次大到暴雨过程的天气形势、物理量场等资料的分析。结果表明:北槽南涡是此次降水过程的主要环流形式,高原低槽的发展加深,在柴达木盆地至海西东部形成572低涡,辐合明显,一方面构成青海典型的强降水环流形势,另一方面有利于西南和东南两支水汽的输送,为都兰大雨的发生提供了充沛的水汽来源,加之北部横槽分裂的小槽影响,造成都兰大到暴雨天气。对流层中低层辐合、高层辐散和高湿度区以及强烈的垂直上升运动的维持是产生这次大到暴雨天气过程的主要原因。     

引发四川盆地东部暴雨的西南低涡结构特征研究

利用1951-2008年四川盆地(27°-32°N,105°-110°E)54个地面气象观测站网监测的日雨量资料,分析了四川盆地东部暴雨发生的气候特征。结果表明,四川盆地东部暴雨(或伴有雷雨大风、冰雹大风等)多发生在6-9月,川东北和渝东北是单站暴雨的高发区,重庆西部是大范围暴雨的多发区;引发四川盆地东部(宜宾、南充和重庆西部)暴雨的主要天气系统是西南低涡。对2007-2010年6次西南低涡暴雨过程进行了合成分析,分析表明,西南低涡热力结构特征具有200hPa存在明显增暖现象,对流层中低层则由暖转冷;西南低涡初期大气对流性不稳定明显;西南低涡动力结构特征具有200hPa西风急流在36°N附近,500hPa低槽东移,槽前正涡度加强,从对流层底垂直伸展到300hPa以上,正涡度中心随高度向西倾斜,850～500hPa平均正涡度大值区与低涡中心对应,对流层中低层北风大值区与南风大值区在低涡中心附近形成强水平风切变,同时低涡中心附近的垂直风切变也较明显。促使西南低涡发展的水汽主要来自南海,低空急流由南向北输送水汽,将对流层低层到大气边界层内的水汽输送到低涡中心附近。西南低涡发生、发展过程中在红外卫星云图上具有MCC等中-α尺度特征,发展强盛的西南低涡在多普勒天气雷达回波上有"列车效应"和中气旋特征。     

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析.结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景.TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展.与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流人口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动.对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态.湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义.暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动.锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动.     

两次高原低涡东移特征及发展机制动力诊断

应用NCEP再分析资料,进行物理量计算,并结合地面和探空气象资料以及卫星探测资料,从动力学角度分析2008年7月19-22日和2007年7月29日-8月1日两次高原低涡东移特征及演变机制,获得低涡东移发展或减弱的一些特征和机理认识.研究结果表明,低涡东移过程中,正涡度东传特征明显.低涡东移过高原后呈维持加强趋势,表现为低涡过高原前,深厚的正涡度层配合深厚的上升运动,以及对流层中低层较强的辐合;低涡过高原后,正涡度强度增加,对流层中低层的辐合、上升运动增大,对流层中高层的辐散增加.而低涡东移后呈减弱趋势,表现为正涡度强度、垂直上升速度较东移发展低涡要弱;低涡过高原后,正涡度强度减弱,整层的辐合上升运动减弱明显.低涡东移过高原,与低涡发展密切相关的正涡度带的维持、发展或减弱的动力机制主要受控于总涡源的发生、发展与减弱.辐合辐散流场维持发展,对总涡源有较大影响,对低涡维持发展有重要作用;地形的动力作用使其大地形后的背风坡更易低涡发展;涡区附近及以北盛行偏北气流有利于低涡发展;垂直涡度输送不利于对流层中低层低涡加强.分析还表明,冷空气触发大气不稳定能量释放,是低涡发展的重要机制;冷暖卒气交汇导致辐合流场的维持和加强,是低涡得以维持和加强的重要因素.     

三都县一次特大致洪暴雨成因分析

利用常规天气图、物理量场和雷达回波等资料,对2006-06-26三都水族自治县的特大致洪暴雨天气过程进行综合分析.结果表明:此次特大暴雨过程的发生与500 hPa两高切变、中低层(低涡)切变和地面中尺度辐合线的共同作用密切相关.中低层偏南气流维持时间长、西南低空急流的建立和维持、对流层中低层辐合、高层辐散以及喇叭口地形的强化作用为特大暴雨的产生提供了充足的水汽、大量不稳定能量和持久的动力条件.     

“7.20”华北特大暴雨过程中低涡发展演变机制研究

利用中国地面加密自动站观测资料、北京地区雷达探测资料、NCEP （1°×1°） FNL资料、ECMWF ERA Interim （0.125°×0.125°）逐日再分析资料等,对造成2016年7月19-20日华北极端暴雨中的低涡系统发展演变的结构特征和加强机制进行了研究。华北地区这次特大暴雨过程出现了3个阶段降水,其中与低涡系统强烈发展对应的第2阶段降水是本次华北暴雨过程的主要降水阶段。针对该低涡的分析表明：（1）850 hPa以西南低涡为中心的低压带中,在河南西北部新生低涡系统,并且其在向华北地区移动过程中显著加强,该低涡系统在空间结构上,从倾斜涡柱逐渐发展成近乎直立的、贯穿整个对流层的深厚低涡系统;（2）中低层低涡系统快速发展过程与高低空系统构成耦合作用有关：低层低涡系统显著加强之前,对流层上层（300-200 hPa）首先出现高空槽异常加深并向南发展,该高空槽发展的开始阶段与其本身冷暖平流造成的斜压发展过程对应;而后,随着高纬度平流层高位涡沿等熵面向南运动,造成华北地区对流层上层涡度增强,形成正位涡异常区;当这一正位涡异常区叠加在对流层中低层锋区上空时,造成对流层中低层气旋快速发展并向下伸展,诱发河南西北部的新生气旋;低涡系统的发展进一步强化了低空暖平流,促使低空气旋向东北方向发展"移动"（本质上是暖平流前端造成的气旋发展）,这一动力学过程反过来使高层的涡度增强;这一正反馈过程形成的耦合环流不仅造成了整个涡度柱强度增强,而且垂直结构上逐渐由倾斜涡柱演变为近乎于直立的涡柱;（3）随着低涡系统增强,极大地加强了垂直上升运动并触发了对流,形成大范围的强降水,大量的凝结潜热释放,造成了低层低涡系统在强降水开始阶段的快速发展和增强;20日00时（世界时）以后,虽然对流活动显著减弱,但低涡系统的加深维持了大范围强降水过程的持续。强降水与低涡发展的正反馈过程是这次华北暴雨得以长时间维持的重要机制之一,这一过程形成的持续性潜热释放也是对流层中上层低涡系统热力结构发生改变的重要原因。     

一次典型蒙古气旋沙尘暴的对流层顶演变及沙尘垂直输送特征

利用高分辨率中尺度数值模拟结果,对一次蒙古气旋沙尘暴过程的对流层顶折叠和沙尘对流层-平流层输送特征进行分析研究。结果发现:本次过程蒙古气旋的发展由对流层中低层斜压强迫引发,对流层中高层高空位涡下传是蒙古气旋发展的另一影响因素。蒙古气旋发展阶段,对流层中高层为低压槽,对流层顶折叠呈漏斗状;随着蒙古气旋的成熟及高空切断低涡的形成,对流层顶折叠变为双漏斗状,位置偏于低涡区南侧,分别位于低槽槽线中段和低涡中心附近。之后的气旋减弱阶段,对流层顶折叠逐渐与低涡区趋于重合。高空急流位于漏斗状对流层顶折叠区南支附近,当对流层顶折叠加强时,高空急流核向下拉伸,反之,高空急流核则趋于水平。对流层顶折叠呈漏斗状的气旋发展阶段,对流层-平流层输送气流位于漏斗东侧、北侧,即气旋暖区螺旋上升气流,位置越偏东、偏北,输送气流的强度和范围越大;气旋成熟阶段,对流层顶折叠呈双漏斗状(经向)和平直带状(纬向),低涡中心附近的准垂直上升气流、低涡中心以东的低涡区偏南上升气流、以及低涡前部槽前强上升气流均产生明显的对流层-平流层输送。气旋减弱阶段,偏南上升气流、准垂直上升气流导致的对流层-平流层输送明显减弱,低涡东北象限偏东气流则能够形成不可逆的对流层-平流层输送。     

“04.6”湘西北特大致洪暴雨形成机理分析

对湖南省西部和北部的一次特大致洪暴雨过程综合分析得出：此次特大暴雨过程的发生与对流层中低层西南急流和亚欧大陆上空维持阻塞形势密切相关。阻塞形势的维持，使得对流层中低层两个冷涡稳定少动，从而形成了东北向干冷气流，其与西南暖湿气流在湘西北地区上空形成一条东北西南向的切变线。切变线上生成的深厚的中尺度气旋的演变、发展，是特大暴雨产生的根本原因。对流层中层涡度、Q矢量散度及345K等熵面上位势涡度的由南向北发展与强降水区由南向北发展有较好的对应关系，可作为暴雨预报指标。超强散度柱、强涡度柱和陡立深厚θse，耦合结构是垂直上升动力和暴雨产生和持续的重要动力机制。     

湿位涡在陕西一次强对流天气中的应用分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、云顶亮温资料,对2006年6月24—25日陕西强对流天气过程分析,结果表明：高空低槽、中低层切变线是这次强对流天气的主要影响系统,中尺度对流云团是造成此次强对流天气的直接原因。强对流发生前,近地面存在逆温层。强对流发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,对流层高低层湿位涡“正负区垂直叠加”的配置是强对流天气发展的有利形势。强对流天气发生在低层湿位涡正压项等值线密集的零线附近及湿斜压项的正值区。     

川藏地区雷暴大风活动特征和环境因子对比

利用2010—2017年中国气象局重要天气报、地面观测和探空资料以及欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料,对川藏地区雷暴大风的活动特征、环境因子和环流形势进行统计分析,并对其中高原（海拔高度不低于1 km）和盆地（海拔高度低于1 km）区域雷暴大风活动进行对比。结果表明:川藏高原区域雷暴大风频次呈5—6月和9月双峰型分布,主要发生在午后;盆地区域主要发生在夏季,午后和夜间均较活跃。高原站雷暴大风年平均频次约为2次/站,在雷暴和大风中分别约占4.5%和8%。盆地站年平均频次仅为0.4次/站,雷暴中仅占1.5%,但在大风中约占60%。高原站雷暴大风的中低层环境温度递减率较大,一般呈上湿下干的逆湿垂直结构;而盆地站雷暴大风通常具有上干下湿的垂直结构。分别对5—6月和9月高原站雷暴大风两个峰值时段的环流形势进行合成分析,发现5—6月受高空西风槽影响,中层有弱冷平流侵入,高层位于高空急流入口区右侧,环境垂直风切变较大;而9月受副热带高压边缘影响,中高层较干,低层暖湿气流明显。这些均有利于雷暴大风发生。     

长波的垂直結构和它的移动与发展的关系

本文利用线性两层模式討論了对流层上部和下部扰动的发展和移动,以及它們之間相互关系。有以下主要結果: 1.一般常用的“溫度波落后于气压波,扰动发展”这一規則,对于超长波(波长大于10000公里)只适用于对流层上部,对于波长为7000公里左右的长波自对流层中部以上皆可应用,对于較短的长波整个对流层皆可应用。 2。当槽线或脊线随高度向西傾斜时,扰动的上层发展,下层阻尼;向东傾斜时,上层阻尼,下层发展;当时,上下层同时发展. 3.溫度波和高度波的移速可以不同,甚至方向可以相反;无論在上层或下层,当脊移进輻散区或槽移进輻合区时,扰动发展;当脊移进輻合区或槽移进輻散区时,扰动阻尼. 4.扰动的振幅和移速随时間而变,它不仅决定于基本流場的参数和扰动的波长,同时决定于扰动本身的上下結构. 5.周期性变化的稳定波在发展时期,其振幅的发展一天可达两倍半以上.因此日常所观測到的环流的巨大变化是否都属于一般所謂的西风带不稳定的現象值得深入研究.     

青藏高原高空流型对西太平洋台风路径影响的诊断分析

利用观测研究,动力诊断分析等手段,从上下游效应、中低纬相互作用的角度来探讨青藏高原高空天气系统的变化与西太平洋台风运动两者之间的关系。1970~1995年25年间的统计结果表明,青藏高原高空流型与台风路径有如下关系:高原高空500 hPa为低值系统控制时,有利于台风西行;反之,高原高空500 hPa为高压时,近海台风往往转向。动力诊断分析的结果揭示了高原上空系统影响下游系统的物理机制,即高原上游扰动动能的传递使得下游的槽发展,并进一步影响台风的引导气流。高原脊的存在,使得涡动动能的输送通道偏北;高原上为槽时,涡动动能的输送通道偏南。高原槽前的南风和台风东侧南风将低纬度的低位涡输入副热带高压,有利于副热带高压的发展,影响台风运动,体现了中低纬相互作用对天气系统的影响。     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

5—6月东北冷涡持续活动及强度特征

利用1960—2012年5—6月NCEP/NCAR逐日再分析资料,基于冷涡经典定义,采取客观识别方法检索东北冷涡活动过程,根据东北冷涡活动时空变化特征给出东北冷涡持续活动过程标准, 通过冷涡强度指数进行定量化分析,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强对应5月乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和6月鄂霍次克海阻塞高压活动频繁。通过强弱指数年合成,得到6月强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征; 高层存在冷中心,低层有冷空气活动,中高层西风带呈明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈东北高、西南低的偶极子阻塞形势;弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。     

2013年6月23日江淮地区梅雨锋暴雨的发展和维持机制

利用WRF模式对2013年6月23日江淮地区的梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,并利用模式输出的细网格资料进行诊断分析。结果表明：地面梅雨锋、高低空急流耦合、低层辐合高层辐散以及中层短波槽的配置有利于暴雨的发生发展;暴雨主要由两个中尺度对流系统的发展、维持、合并造成;低层辐合、高层辐散为暴雨提供了动力条件;高温高湿环境为暴雨提供水汽及热力条件。水汽及凝结潜热的诊断分析表明,高空槽的抽吸作用与潜热反馈的配合表现为两个方面,一是向中层输送水汽,使最大凝结发生在中层,加强低层的正涡度中心,二是向高层输送源源不断的热量,避免凝结潜热在中层堆积,有利于不稳定形势和上升运动的维持,从而影响中尺度对流系统的移动和发展。     

2019年长江中下游伏秋连旱的异常特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及实况观测资料,分析了2019年中国长江中下游地区伏秋连续干旱期间的降水、温度及大气环流异常特征。结果表明：此次干旱具有持续时间长、降水偏少严重、气温较历史同期明显偏高、高温日数明显偏多等极端性特点。西太平洋副热带高压偏强,位置相对偏西、偏北,是形成长江中下游伏秋连旱的最主要原因;南亚高压东伸及负涡度向东输送,利于副热带高压西伸,长江中下游地区始终位于东亚副热带西风急流出口区右侧、对流层中高层负涡度的叠加作用区,使得垂直方向上的下沉辐散得到显著增强;自乌拉尔山至贝加尔湖高压脊形成的"高压坝",偏弱的极涡和东亚大槽等异常中高纬环流形势稳定维持,使得西风带中的气旋性扰动不易影响到副热带地区,利于西太平洋副热带高压的稳定及干旱的维持;频繁的热带系统活动,使得副热带高压在热带对流加热区以北的负涡度作用下得以进一步加强,并且导致对流层低层西南气流、越赤道气流和东南气流等三支气流在向北的输送路径上发生改变,并使长江中下游地区水汽辐合偏弱,使干旱得以维持。     

2001—2010年大连地区暴雪天气与雷达回波特征分析

利用2001—2010年大连市7个市区县观测站冬季降水资料、常规观测资料和大连新一代天气雷达（CINRAD/SC型）回波资料,对发生在此期间8次暴雪过程环流形势分析的基础上,对雷达回波特征进行分析。结果表明：造成大连地区暴雪天气的环流形势,在500 hPa高空上多与东亚大槽建立前自中国华北伸向黄淮地区的高空槽有关,在地面上则与经华北南部和江（黄）淮地区东移或北上气旋（倒槽）与北方南下冷高压在大连附近交绥有关。雷达回波速度场以＂暖式切变＂型最多;该类型的降水强度,随南北气流的增强、风切变的增大和切变层在边界层和对流层低层的抬升与暖平流的匹配而加强;随西南气流在边界层和对流层低层减弱与冷平流的出现而减弱。研究结果可为预报冬季暴雪天气提供参考。     

2012年7月中旬一次安徽梅雨锋暴雨过程的干侵入分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,着重对2012年7月13—14日发生在安徽中南部的一次梅雨锋暴雨过程中干侵入的特征及作用机制进行了诊断分析。结果表明,此次强降水是在高空低槽和低空冷式切变线共同作用下产生的。暴雨过程中,从对流层高层到低层有明显的干侵入。在整个对流层上均存在干侵入,但是对流层中高层较强,低层较弱,干侵入主要来自对流层中高层。高低空急流耦合产生次级环流,其正环流圈下沉支为干冷空气侵入提供了动力条件。低湿、高位涡的干冷空气具有沿假相当位温密集带（即锋面）下传的特征。     

台风“温比亚”（1818）造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料（0.25°×0.25°）,对2018年18号台风“温比亚”及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现：1）此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2）“温比亚”缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3）冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4）此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5）对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生“列车效应”,也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。