四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究

利用NCEP1°×1°的资料研究了四川盆地一类持续性暴雨特征,结果表明：（1）在伴有西太平洋副热带高压西伸和其南侧有热带低压系统扰动的大气环流背景下,其水汽供应环流形势体现为东南气流输送,这主要与副高和热带低压系统相互扰动有关,而与大部分造成四川盆地暴雨的西南气流输送有差异。（2）局地涡度的变化对大尺度环流背景场的分布起到重要的作用,在副高西伸稳定的边缘,局地涡度变化为负,在槽区和热带低压扰动区域内,局地涡度变化为正,而局地涡度的正负变化,取决于涡度方程各项的变化大小,在850hPa上,雨区局地正涡度的增加可能与热带低压的局地正涡度输送有关,而这一过程可能主要山正涡度平流来完成。（3）局地正涡度变化范围和中心较好程度上对应着雨区的范围和中心,可以作为一个判断降水落区的预报要素来参考。     

四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究

利用NCEP 1°×1°的资料研究了四川盆地一类持续性暴雨特征,结果表明:(1)在伴有西太平洋副热带高压西伸和其南侧有热带低压系统扰动的大气环流背景下,其水汽供应环流形势体现为东南气流输送,这主要与副高和热带低压系统相互扰动有关,而与大部分造成四川盆地暴雨的西南气流输送有差异。(2)局地涡度的变化对大尺度环流背景场的分布起到重要的作用,在副高西伸稳定的边缘,局地涡度变化为负,在槽区和热带低压扰动区域内,局地涡度变化为正,而局地涡度的正负变化,取决于涡度方程各项的变化大小,在850hPa上,雨区局地正涡度的增加可能与热带低压的局地正涡度输送有关,而这一过程可能主要由正涡度平流来完成。(3)局地正涡度变化范围和中心较好程度上对应着雨区的范围和中心,可以作为一个判断降水落区的预报要素来参考。      

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

一次中低纬天气系统结合产生的暴雨过程分析

通过对影响山东的９５０５号热带气旋环流暴雨过程分析，指出了中低纬天气系统相结合对山东降水的作用。涡度分析表明，登陆后减弱的热带气旋环流移动路径，基本上与５００ｈＰａ场上正涡度轴线方向一致；暴雨区与正涡度中心右前方的正涡度区有较好的对应关系。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28-30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋式环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是：暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1〈0同时MPV2≥0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是：在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2≧0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。      

2009年豫南一次强暴雨过程的位涡方程诊断分析

利用中尺度WRF模式、NCEP/NCAR再分析格点资料及常规气象观测资料,对2009年8月28—30日河南省南部一次强暴雨过程进行中尺度数值模拟,借助模式输出的模拟数据计算位势涡度及位势涡度方程收支,并利用位涡收支方程对此次暴雨过程进行诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程的模拟效果较好,模拟暴雨强度及落区与实况较一致,位势涡度能够较好地反映此次暴雨过程的动力及热力特征。位涡异常高值区与暴雨中心有较好的对应关系,暴雨中心大致位于位涡高值中心东南侧。位涡收支方程中各收支项同样能够反映此次暴雨过程的动力、热力性质。暴雨发展过程中大气中低层位涡局地增加,位涡局地变化大值中心驿应暴雨中心。各收支项中,引起中低层位涡局地变化的贡献主要来源于潜热加热作用、水平平流作用、垂直输送作用及摩擦作用。其中潜热加热与水平平流作用对暴雨中低层正变位涡起正贡献作用,潜热加热作用有利于位涡局地增加,水平平流作用易于低层位涡向流场辐合区聚集,引起局地位涡增加;垂直输送及摩擦作用对中低层位涡变化表现为负贡献作用,垂直作用易于将中低层位涡向高层输送,使得低层位涡减小,高层位涡增加。在摩擦作用下,低层位涡被大量耗散,使得中低层位涡局地减小。     

中山市前汛期暴雨的环流系统分型及成因分析

针对中山市前汛期(4—6月)暴雨降水过程的环流形势场进行分型,对前汛期暴雨形成的动力、热力因子、水汽条件等进行分析。得出:中山市前汛期暴雨有5个主要环流类型,分别为华北槽型、高原东部槽型、南支槽型、西南低涡型以及热带系统型,出现天数最多的为南支槽型;在南支槽型和华北槽型中,高层均存在明显的辐散气流;200~850 h Pa相对涡度差小于零,高层负涡度、低层正涡度相配合为暴雨产生提供了所需的动力条件;暴雨区内低层水汽输送为暴雨的发生发展提供有利的水汽条件;高温高湿的大气层结,为暴雨形成提供有利的对流不稳定条件。     

亚——非季风区非绝热加热与夏季环流关系的诊断研究

基于热力适应理论,本文利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料对撒哈拉沙漠、青藏高原和孟加拉湾地区的非绝热加热与夏季环流进行了诊断研究。在非洲撒哈拉沙漠地区,以感热输送为主的加热仅局限于近地面层,边界层以上的大气则以辐射冷却占优势。因而除了边界层内存在着浅薄的正涡度和微弱的上升运动以外,整个对流层几乎都维持负涡度并盛行下沉运动。对于青藏高原地区,强大的表面感热通量引起的垂直扩散是近地面大气加热的主要分量,与大尺度上升运动相关的凝结潜热对低层大气的加热也有一定的贡献。长波辐射造成的对流层中、上层大气的冷却则主要由深对流潜热释放来补偿。夏季高原地区总非绝热加热是正值,且最大加热率出现在边界层内。低空大气辐合产生正涡度,而中、高层大气辐散伴有较强的负涡度。因而高原盛行上升运动,最大上升运动位于近地面层。夏季孟加拉湾地区的深对流凝结潜热释放远大于长波辐的冷却作用,因而整个对流层几乎都保持较强的非绝热加热。４００ｈＰａ层附近的最大加热率引起３００－４００ｈＰａ最强的上升运动。对流层上层是负涡度区,而中、低层为正涡度区。结果还表明,垂直和水平辐散环流与大气的热源和热汇区密切相联：在高层,辐散气流从热源区流向热汇区;在低层则相     

热力强迫对局地环流的扰动作用

用积分变换法求解了包含地面加热作用的二维不可压缩流体的Boussinesq方程组,得到一组描述地面加热作用激发的局地扰动流场的解析解,主要有垂直风、水平扰动风、扰动气压、扰动温度。进而用动力学分析的观点结合图形分析,定性讨论了热力强迫作用对局地环流的扰动作用,以及加热影响下各物理扰动场的空间分布及时间演变特征。     

赤道反气旋的合成结构和涡度收支

本文通过普查1979—1983年7—9月在10°S—15°N、90°E—140°E范围内的赤道反气旋活动情况,从中选出15个强度和范围较接近的赤道反气旋进行综合分析,得到它们的平均三维结构特征。结果表明,赤道反气旋是一个暖性的中低层系统。反气旋环流与涡度、散度及垂直运动有较好的配合。在赤道反气旋的低层,环流中心为负涡度区和辐散区,并与下沉运动区相对应,四周为正涡度和辐合区,以及上升运动区。高层正好相反。加热场与垂直运动场有较好的对应关系,中心区是干绝热下沉增温区。对涡度收支的计算表明,中低层有负涡度积累,上层有正涡度积累,局地涡度变化主要决定于散度项、平流项和垂直输送项。      

热力适应、过流、频散和副高II.水平非均匀加热与能量频散

利用位涡方程和热力适应原理，讨论了因非绝热加热的空间不均匀性导致的大气 动力特征的变化，进一步阐明了副热带地区的深对流凝结潜热加热的垂直非均匀性使副热带高压在中低空出现在热源区以东，在高空出现在热源区以西。在此基础上，深入研究了水平非均匀加热对大气环流的影响。结果表明加热区以北，虽然非绝热加热消失，但存在加热的水平梯度在西风环流的背景下在高低层造成深厚的负涡度强迫。因而高层热源北部边界附近的西风向南偏转进入加热区，造成加热区北部边界及其以北发生次级辐散；低层热源区的南风发生反气旋偏转，汇入加热区外的西风气流中，造成低层加热区北部边界及其以北发生次级辐合。结果该区域产生了垂直上升运动及负的涡度强迫源，对应着异常强烈的反气旋环流。该负涡度强迫源还通过能量频散，在西风带中以Rossby波的形式向中高纬传播，影响中高纬地区的异常环流型。     

热力适应、过流、频散和副高Ⅱ．水平非均匀加热与能量频散

利用位涡方程和热力适应原理，讨论了因非绝热加热的空间不均匀性导致的大气动力特征的变化，进一步阐明了副热带地区的深对流凝结潜热加热的垂直非均匀性使副热带高压中低空出现在低源区以东，在高空出现在热源区以西。在此基础上，深入研究了水平非均匀加热对大气环流的影响。结果表明加热区以北，虽然非绝热加热消失，但存在加热的水平梯度在西风环流的背景下在高低层造成深厚的负涡度强迫。因而高层热源北部边界附近的西风向南偏转进入加热区，造成加热区北部边界及其以北发生次级辐散；低层热源区的南风发生反气旋偏转，汇入加热区外的西风气流中，造成低层加热区北部边界及其以北发生次级辐合。结果该区域产生了垂直上升运动及负的涡度强迫源，对应着异常强烈的反气旋环流。该负涡强度迫源还通过能量散射，在西风带中以Rossby波的形式向中高纬传播，影响中高纬地区的异常环流型。     

Subseasonal Zonal Oscillation of the Western Pacific Subtropical High during Early Summer

This study examines the features and dynamical processes of subseasonal zonal oscillation of the western Pacific subtropical high (WPSH) during early summer, by performing a multivariate empirical orthogonal function (MVEOF) analysis on daily winds and a diagnosis on potential vorticity (PV) at 500 hPa for the period 1979–2016. The first MV-EOF mode is characterized by an anticyclonic anomaly occupying southeastern China to subtropical western North Pacific regions. It has a period of 10–25 days and represents zonal shift of the WPSH. When the WPSH stretches more westward, the South Asian high (SAH) extends more eastward. Above-normal precipitation is observed over the Yangtze–Huaihe River (YHR) basin. Suppressed convection with anomalous descending motion is located over the subtropical western North Pacific. The relative zonal movement of the SAH and the WPSH helps to establish an anomalous local vertical circulation of ascending motion with upper-level divergence over the YHR basin and descending motion with upper-level convergence over the subtropical western Pacific. The above local vertical circulation provides a dynamic condition for persistent rainfall over the YHR basin. An enhanced southwest flow over the WPSH’s western edge transports more moisture to eastern China, providing a necessary water vapor condition for the persistent rainfall over the YHR basin. A potential vorticity diagnosis reveals that anomalous diabatic heating is a main source for PV generation. The anomalous cooling over the subtropical western Pacific produces a local negative PV center at 500 hPa. The anomalous heating over the YHR basin generates a local positive PV center. The above south–north dipolar structure of PV anomaly along with the climatological southerly flow leads to northward advection of negative PV. These two processes are conducive to the WPSH’s westward extension. The vertical advection process is unfavorable to the westward extension but contributes to the eastward retreat of the WPSH.     

华南持续性强降水期间低频非绝热加热对低频环流的影响

利用站点降水资料和再分析资料针对华南地区5—8月的持续性强降水过程,分析了低频异常非绝热加热的时空分布特征及其对低频大气环流的可能反馈作用。得到如下结论:5—6月和7—8月华南持续性强降水期间10—30 d低频非绝热加热的演变特征有所不同,5—6月持续性强降水发生前低频非绝热加热大值区从30°N(107°—115°E)以北向南传播发展至华南地区,而在7—8月降水前非绝热加热大值区从中国南海中部向西北方向传播,并在降水最强盛期到达华南。异常环流型控制着持续性强降水的强度和位置,从而决定异常凝结潜热的演变特征。异常凝结潜热则是通过影响涡度倾向变化而对大气环流有一个反馈作用。对于发生在华南5—6月和7—8月的这2组持续性强降水过程,当降水处于发展阶段,在低频非绝热加热作用项和低频涡度平流项的共同作用下,华南上空中层存在显著的10—30 d低频正涡度倾向变化,有利于低频气旋式环流的进一步发展。非绝热加热作用项主要由加热率的垂直梯度决定,涡度平流项则与气候背景风场有密切关系。5—6月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项东侧,而7—8月持续性强降水期间涡度平流项位于非绝热加热项北侧。在持续性强降水的衰亡期,由于非绝热加热项和涡度平流项转为负值,华南被负涡度倾向变化控制,低频气旋式环流迅速消亡。     

Interannual Influences of the Surface Potential Vorticity Forcing over the Tibetan Plateau on East Asian Summer Rainfall

The influences of interannual surface potential vorticity forcing over the Tibetan Plateau (TP) on East Asian summer rainfall (EASR) and upper-level circulation are explored in this study. The results show that the interannual EASR and associated circulations are closely related to the surface potential vorticity negative uniform leading mode (PVNUM) over the TP. When the PVNUM is in the positive phase, more rainfall occurs in the Yangtze River valley, South Korea, Japan, and part of northern China, less rainfall occurs in southern China, and vice versa. A possible mechanism by which PVNUM affects EASR is proposed. Unstable air induced by the positive phase of PVNUM could stimulate significant upward motion and a lower-level anomalous cyclone over the TP. As a result, a dipole heating mode with anomalous cooling over the southwestern TP and anomalous heating over the southeastern TP is generated. Sensitivity experiment results regarding this dipole heating mode indicate that anomalous cooling over the southwestern TP leads to local and northeastern Asian negative height anomalies, while anomalous heating over the southeastern TP leads to local positive height anomalies. These results greatly resemble the realistic circulation pattern associated with EASR. Further analysis indicates that the anomalous water vapor transport associated with this anomalous circulation pattern is responsible for the anomalous EASR. Consequently, changes in surface potential vorticity forcing over the TP can induce changes in EASR.     

海洋性大陆区域加热异常与长江流域1998年夏季降水重大异常事件的联系

1998年夏季长江流域降水异常增多,发生了严重的洪涝灾害。本文利用1979-2011年的NCEP再分析月平均资料、Hadley中心的月平均海表温度资料和中国160站降水资料,分析了1998年夏季长江流域强降水的成因。结果表明：1998年夏季,印度尼西亚地区为非绝热加热正异常区,而其东北侧海域的非绝热加热为负异常或较小的正异常,由此形成了西南-东北向的异常加热梯度,使得印度尼西亚地区大气受到异常加热,低层辐合,高层辐散,而在热带西太平洋地区则为低层辐散,高层辐合,形成了西南-东北向垂直环流圈。热带西太平洋地区的低层异常辐散气流可作为异常涡度源,强迫出位于南海中国地区的反气旋性环流。同时,来自印度尼西亚北侧的扰动能量在南海地区辐合,有利于南海地区这一异常反气旋环流的维持。南海地区异常反气旋环流西北侧的西南气流,携带大量热带西太平洋及南海地区的水汽,输送到我国南方地区,并与控制中国东北地区的气旋性环流西南侧的西北气流交汇辐合于长江流域,有利于降水异常事件的产生。