梅雨锋上引发暴雨的低压动力学研究

对1998年"二度梅"结束前后长江中下游地区准静止锋上一次气旋发生发展过程进行了涡度收支的诊断分析.结果表明:(1)风场(尤其是辐散风场)对该气旋发生发展有重要影响;(2)低层辐合场是直接决定气旋发生发展的动力因子,它导致低层正涡度制造,对气旋的发展起直接作用;(3)涡度平流上正下负的配置和水汽凝结潜热释放,通过影响上升运动及低层辐合对地面气旋的发展起间接作用.在系列研究工作的基础上,提出了梅雨锋上第二类气旋(低压)的概念模型.     

热成风适应原理在大雪短期分析预报应用中的某些尝试

本文在解剖吉林省10月份八次大雪过程基础上,应用陈秋士的关于热成风适应理论分析了降雪系统的斜压不稳定发展过程,指出平直锋区上非热成风的产生,可能是气旋暖锋锋生的根本动力原因,锋区入口区是锋生不可缺少的特定环境场;还应用三层压准地转模式对暖锋锋生特大降雪搞了数值预报试验。     

暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究

本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明,雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果;一些新的物理量,如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时,波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。     

江淮气旋发生发展中尺度系统特征数值模拟研究

本文应用中尺度模式MM5对发生在江淮流域的气旋进行了数值模拟，并用模式输出的高时空分辨率、动力协调资料、HUBEX试验期间的加密观测资料进行江淮气旋的中尺度诊断研究。结果表明：从大尺度角度看，江淮气旋的生成可分为静止锋上的波动和倒槽锋生两种类型，但从中尺度角度分析，它们具有如下共同特点：（1）它们的生成源地均在大别山西侧，大别山地形均使得气旋发展增强，移速减慢。（2）在发展阶段，700hPa层以下的温压场的斜压结构是气旋发展的重要因素，当冷平流与暖平流呈现西北－东南的偶极子型时，气旋发展；当冷暖平流偶极子呈东西型时，气旋发展进入成熟期。（3）气旋中的中尺度雨带与Wave-CISK湿条件对称不稳定区有密切关系，辐合上升区出现在气旋暖锋前部和冷锋后部50－100km范围内。     

北京“7.21”暴雨过程中变形场引起的锋生与倾斜涡度发展诊断分析

从变形场驱动锋生及通过锋生引起倾斜涡度发展的角度对变形场在北京“7.21”暴雨发生、发展过程中的可能作用机制进行了初步探讨。诊断结果发现：北京地区降水产生时,变形向量与等位温线走向一致或有较小夹角,北京地区有较强的变形场局地锋生过程。锋生函数分析发现,变形项对引发暴雨的低层锋生有重要贡献。锋生能够引发大气动力、热力结构的调整,伴随大气锋生过程的高空急流加强和转竖使得北京地区处于高空急流入口区右侧的辐散区中,其带动低层空气辐合,有助于暴雨的加强维持。分析还发现,“7.21”暴雨过程中,垂直涡度存在爆发性发展,尤其是锋面降水阶段,而大气斜压度的增长趋势与垂直涡度增长趋势十分一致。分析全型涡度方程中与变形场有关的斜压度个别变化项发现,与变形场相关的垂直涡度驱动项异常正值区与垂直涡度爆发性增长区相对应,表明变形场在北京“7.21”暴雨过程中对垂直涡度发展有重要贡献。基于变形场沿其压缩轴方向气流汇合的特点,进一步分析了加入水汽作用的水汽通量变形场与暴雨发生、发展的关系。分析结果发现,低层水汽通量变形场的正值区与暴雨具有很强的相关,且水汽通量变形场包含两部分,一部分为比湿平流,其对未来暴雨区位置有很好的指示意义;一部分为变形场项,其对水汽通量变形场分布起主要贡献。     

新疆山地锋面暴雨的锋生分析

本研究充分考虑新疆复杂地形效应及锋面暴雨区湿大气的凝结潜热加热：（1）发展了地形追随坐标下基于位温、相当位温、广义位温的热力学锋生函数和基于变形场的动力学锋生函数,阐述地形追随坐标下的锋生函数在研究复杂地形锋面过程的优势;（2）从锋生过程更本质的温湿度梯度增大过程角度讨论四种锋生的优劣势,发现广义位温锋生和变形锋生与降水过程有更好的对应关系;（3）借助新疆一次北天山到南天山的移动型锋面降水的WRF数值模拟,对广义位温锋生函数和变形锋生函数的主要强迫和对降水的作用进行诊断分析,结论表明动力学锋生在降水触发和减弱阶段有重要作用,由涡度散度变形的能量转换引起,热力学锋生主要作用于降水发展阶段,潜热加热是其主要强迫。实际应用中,近地层至中低对流层两类锋生的重叠区可指示未来降水移动方向。     

地形的动力作用与冷锋锋生研究

本文建立了一个考虑天气尺度水平变形场的二维、滞弹性、非静力平衡锋生模式，对冷锋过山时的锋生锋消机制进行了数值研究，试验结果表明:当无地形影响时，由于变形场的锋生作用与摩擦等因子的锋消作用相互抵消，冷锋最终达到其强度的准定常状态；当考虑地形影响时，地形强迫环流与锋面环流相互作用，使得锋面强度在山前和山后发生变化，在冷锋开始爬坡时锋生，爬过半山腰后开始锋消，过山顶后锋面强度变化不明显或者有微弱锋生，到达山脚后开始强烈锋生，并在地形下游其强度达到最大；总之，冷锋在翻越山脉或从高原移到平原之后，锋面发展的强度比冷锋不遇到地形时的更大。     

变形场锋生条件下斜压锋区上对称波包的发展

文中用 WKBJ方法讨论了叠加在 Hoskins- Bretherton( 1 972 )变形场锋生模型背景上对称斜压波包的发展问题。在锋区斜压气流对称稳定的条件下 ( F2 N2 - M2 =q>0 ) ,大尺度变形场强迫、锋生环流的作用及锋生过程引起的稳定度参数 ( F2 ,N2 ,M2 )的个别变化也会对对称扰动的发展产生作用 ,变形场锋生和锋区环流的上升支下方有利于对称扰动发展 ,而锋区附近非地转垂直切变和稳定度参数的变化对扰动的影响则与对称扰动的结构有关。     

锋生过程对扰动发展的影响

本文用WKBJ方法讨论了叠加在Hoskins-Bretherton［1］]锋生模型背景上的小扰动发展问题。考虑了大尺度变形场、锋区斜压气流及锋生环流对扰动发展的作用，发现锋生过程有利于与锋平行的中小尺度扰动发展，而锋消则有利于沿锋传播的横波型扰动发展。     

一次引发华北和北京沙尘暴天气的快速发展气旋的诊断研究

对造成2000年4月5～7日华北大范围严重沙尘天气、产生大风的蒙古气旋快速发展过程进行了研究.气旋发展初期和发展成熟期温度平流均为气旋发展的主要因子,涡度平流也起了作用,但较温度平流作用弱且随气旋的发展而减弱.斜压作用开始出现在低层且位于气旋的后部,气旋发展开始时气旋区高低空并没有很强的锋生,但到气旋发展到最强时,对流层高空锋生区叠加在低层锋区上气旋周围的斜压作用增强,这对于有效位能的释放、动能的制造及气旋的加深有很大作用.此外,斜压强迫诱发出强烈的非地转风;对流层顶出现较深的"下陷",显示出冷空气的快速下沉及高低空系统之间存在明显的相互作用;水汽和潜热释放的作用不明显;揭示出该气旋发生发展机制不但与挪威学派的温带气旋模型有较大差别,而且与Petterssen的A、B类气旋发展、我国夏半年降水的江淮气旋和西南涡等低压系统亦不相同.     

引发北方沙尘暴天气快速发展气旋的数值模拟研究

使用非静力中尺度模式,对2000年4月5～7日引发北方沙尘暴大风天气的蒙古气旋快速发生发展过程做了48 h的预报试验,发现含全物理过程时,该模式基本可再现出大尺度背景场演变和蒙古气旋快速发展的过程;气旋发展前期冷暖空气相当活跃,有很强的斜压性,锋生函数辐散项对气旋的发展作用最大;对流层高层的位涡大值区在向下向东传递过程中,中低层出现气旋快速发展,气旋达最强盛时,对流层中形成一个上下贯通的垂直涡柱;对流层顶"下陷",高层位涡大值区(即高空冷涡低槽的发展)与低层锋区出现相互作用,这可能是导致斜压扰动发展及气旋初始生成的重要机制;潜热释放在本次气旋发生发展过程中作用不显著.这与梅雨锋上低压(扰动)等系统的情况有很大差别.     

关于苏联的平流动力分析法在东亚应用的几个问题

自从第一次全国气象技术会议后,苏联的平流动力分析法已开始在国内各预告单位陆续应用起来.中央气象台的预报工作同志在学习苏联的号召下,首先学习平流动力的理论部份,並以“锋生与高空变形场的改变、“气旋与反气旋的发生与发展”、“变压变高的平流动力理论与应用”等书为主要参考文件,同时,我们在日常天气讨论或预告工作中将学习所得的一些规则结合实况试用.     

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

变形场锋生对0108登陆台风温带变性和暴雨形成作用的诊断分析

文中利用MM5模式对0108(桃芝)台风温带变性特征及暴雨的发生发展机制进行了诊断分析。分析表明0108(桃芝)台风登陆后其大风区向外扩展,中心区以外的气压仍有下降。由于锋面的斜压作用其温度场结构发生了明显变化,由对称的暖心结构演变为半暖半冷的温带气旋非对称结构,相对应的高度场、流场特征亦表现出非对称结构。通过计算变形向量、锋生函数及非地转风的分布,发现在锋生函数中变形项所起作用比散度项和倾斜项要早、要大,对台风温带变性有重要的作用。而锋生结果加强了风场的非地转性并强迫出锋面垂直次级环流,造成强烈的辐合上升运动,引起台风暴雨的增幅。     

地形对两湖气旋发展影响的数值试验

本文运用中尺度η坐标暴雨模式，并采用常规报文资料获得初始场，运用包络地形方法获得模式所需的地形资料，对1999年5月16日-17日两湖气旋个例进行了数值模拟和敏感性试验，结果表明，该模式对两湖气旋的发生发展有较强的模拟能力，对两湖气旋过程的降水场和形势场的模拟较好，模式对暴雨有较强的模拟能力，敏感性试验表明两湖地区中尺度地形对两湖气旋的生成，发展有重要作用。     

2007年梅雨锋降水的大尺度特征分析

2007年6-7月在华南、长江中下游以及淮河流域先后出现东西走向静止锋暴雨,引起粤东和淮河流域洪涝灾害.分析了这3个地区静止锋暴雨的动力学、热力学结构的异同点.2007年7月引起淮河洪涝的主要强降水是7月8-9日的暴雨,分析了引起这场强暴雨的大气环流特征以及梅雨锋深厚的锋生过程和气旋生成过程.主要结论为:(1)华南前汛期降水、长江梅雨期降水以及淮河强降水出现时东西向静止锋在动力学和热力学的结构相同,可通称为"梅雨锋".(2)2007年淮河静止锋暴雨的出现,是由于中国东部上空有深厚高空槽发展,诱导梅雨锋上气旋生成过程和深厚的锋生过程.气旋生成过程和锋生过程使梅雨锋上出现强烈的上升运动,形成了致洪暴雨.     

沙尘暴辐射强迫的锋生过程分析

本文利用锋面方程结合数值模式结果讨论了在沙尘辐射强迫下,影响锋生过程的物理机制,计算了不同的沙尘分布对这种锋生过程的影响。计算和分析结果表明:白天锋生主要是由非绝热加热和水平速度变形场共同产生的,垂直速度场对锋生的影响较弱,主要起锋消作用。水平温度梯度的平流对锋生(消)的影响都很小。晚上影响低层锋消的主要因子是非绝热加热项。 当沙尘降低时,沙尘辐射强迫的锋面强度和坡度都相应地减小。沙尘暴区中心上空的等熵混合层厚度也随之减少。     

冷涡内部中尺度变形场的多普勒雷达观测和分析

2005年4月20日,哈尔滨新一代天气雷达观测到东北冷涡内部具有中尺度的变形场结构,即在雷达速度图上,存在两负两正且互为准对称的现象.在变形场中通常会引起锋生效应,而雷达观测具有高时空分辨率,可以及时发现这种中尺度的变形场.本文应用实时雷达资料,配合卫星云图及常规资料场,对该次过程进行分析.说明变形场在冷涡发展的过程中起到了重要作用.     

登陆台风变性发展与消亡的对比分析

本文对0421(海马)和0311(环高)台风登陆后不同的演变过程进行了对比分析。分析表明,虽然两次台风登陆的时间和路径都很相似,但是由于环境场的形势的不同,特别是北方冷空气情况的不同,一个变性发展成为温带气旋,给江苏地区带来了大面积的降水,另一个直接减弱消失,仅在登陆点附近产生了一些降水。通过讨论锋生函数各项的性质和计算其主要项的分布特征,对变性过程进行了研究,发现台风变性初期其锋生函数中变形项起主要作用。锋生结果造成强烈的辐合上升运动,引起台风暴雨的增幅。     

典型梅雨暴雨系统的云系及其相互作用

利用GOES-9红外云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了2003年6月29日～7月12日长江中下游一次典型梅雨期间暴雨系统的云系成员及其相互作用.结果表明:(1)梅雨暴雨系统的云系成员主要有四个,它们是梅雨锋云系、西风带短波槽云系、青藏高原东移扰动云系和季风云涌.这些云系成员都可以影响到梅雨锋云系的形状和强度,对梅雨锋云系的建立或重建都起到重要的作用.(2)梅雨云系成员是相应的天气系统相互作用的产物,副热带高压决定梅雨锋云系的位置,因此也决定了暴雨发生的区域.适当强度的高空槽可以诱生梅雨气旋,产生锋面气旋暴雨.高原东移扰动云系如果受高原槽的引导可以移出高原,同时也诱生西南低涡并移出四川盆地,高空槽和低涡共同作用造成了沿途暴雨.季风云涌在副高东退的情况下,就有可能北上和梅雨锋云系连在一起.不同的云系成员和梅雨锋云系相互作用的结果形成不同的云系分布.