2007年夏季中国大陆85°E以东的异常天气与气候——中国科学院大气物理研究所2007年汛期降水预测的总结

对中国科学院大气物理研究所2007年的夏季(6~8月)降水预测进行检验,结果表明,3月底的预测与实况有一定差异,6月的预测有所改进。简要讨论了2007年夏季的主要降水过程及其成因。2007年夏季华南、长江中下游和淮河流域先后出现梅雨锋强降水,6月中旬和8月中旬出现两次Rossby波列的下游发展效应,引起陕甘宁一次强降水以及加强了圣帕台风引起的强降水。7月上中旬出现高压脊发展后,下游小低槽强烈斜压发展过程引起淮河出现致洪暴雨以及济南暴雨灾害。7月中下旬,由于阻高南侧的3次高空槽切断过程,造成重庆地区以及山西和豫西的暴雨灾害。在东亚季风区,夏季大气季节内振荡很显著,而且对降水的时空分布有重要影响。由于短期气候预测对夏季风季节内变化的预测还是一个难点,这给汛期降水的可预报性带来了限制。     

一次梅雨锋暴雨中尺度系统发展的动力机制分析

应用常规资料、TBB资料和NCEP分析资料,对2007年7月25日发生在湘黔边境的一次梅雨锋大暴雨天气过程进行了分析.结果表明:深厚的高空低槽和副热带高压稳定维持,有利于冷暖空气的辐合和梅雨锋的长时间维持.梅雨锋上不断有中小尺度对流系统产生,这些中小尺度对流系统在受到大尺度强迫作用和梅雨锋自身的强迫抬升作用而发展增强并长时间维持,在暴雨区形成强烈的降水.暴雨区上空具有低层辐合、高层辐散的结构特征,低层的辐合使得涡度往中上层输送,这种耦合形势有利于垂直上升运动和暴雨的维持.积云对流释放的凝结潜热加热对流层中上层大气,引起梅雨锋锋生,维持和促进了垂直上升运动和对流活动.     

2008年冬季准静止锋与1998年夏季梅雨锋的异同

通过对比2008年1月出现在华南的冬季准静止锋和1998年6-7月出现在江淮流域的夏季梅雨锋得出如下结论:(1)2008年冬季静止锋和1998年夏季梅雨锋的阻塞形势和暖湿气流来源基本一致.(2)锋生作用均在低层较为明显,但锋生结构不同.2008年冬季静止锋锋生较强,坡度较小,高度到达对流层中上层;1998年夏季梅雨锋锋生较弱,锋区主要集中在800 hPa以下.2008年降水主要发生在静止锋北侧,1998年夏季降水则主要发生在锋区附近.(3)影响锋生的要素不同.2008年静止锋锋生为温度、湿度、风场的共同作用;而1998年静止锋锋生主要为湿度和风场的影响,温度场几乎没有对其产生影响.(4)降水机制不同,2008年1月的冰雪天气为静止锋锋面抬升和高低空急流的耦合抬升共同作用所致,而1998年夏季的梅雨是由低层不稳定的触发、高低空急流的耦合抬升共同作用造成的.     

一次梅雨期暴雨与中层锋生、β中尺度小高压的关系

利用实况资料和中尺度WRF模式对2007年7月9—10日一次江淮梅雨期暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。结果表明,此次过程中,在雨带的北部有β中尺度小高压的维持及破坏过程。在小高压维持时,暴雨相对较小,被破坏时,降水加强,同时中层有明显的锋生过程。β中尺度高压产生与消失的原因与高空急流的非地转质量调整有关。小高压存在时有利于梅雨锋切变线的维持,但其南部的偏东气流,没有为暴雨提供较强的辐合场,且阻挡了北方的冷空气南下,因此不利于强降水的产生。当其减弱消失时,使得北方的动量直接指向暴雨区,有利于辐合上升运动的加强,从而强降水发展加强。最强锋生、降水以及有效位能出现在小高压被破坏后。利用锋生函数计算得出,暴雨时,中层的水平辐散项与变形项对锋生的影响明显。通过湿位涡的计算发现其对低层锋生和降水的预报有着一定的指示和预报意义。     

梅雨锋暴雨数值模拟中地形的作用

通过WRF模式对2003年7月9日至10日梅雨锋暴雨天气过程在有、无地形情况下数值模拟的结果的分析,探讨了地形对梅雨锋暴雨的影响。研究表明:在有地形的模拟中,模拟的结果较好地再现了梅雨锋降水过程、主要影响系统和梅雨锋的结构;而无地形的模拟中,模拟的雨带偏南,强降水范围偏大,降水系统偏南。地形对梅雨锋暴雨的作用是由于地形减弱了北方冷空气的强度。     

梅雨锋上的三类暴雨

根据观测分析研究,概括出长江流域梅雨锋上主要有三类暴雨:梅雨锋上β中尺度的对流性暴雨、梅雨锋东部(115°E以东)的初生气旋暴雨、梅雨锋西端深厚高空低压槽前部的持续性强暴雨.第一类暴雨局地性特征明显,其范围一般小于300 km,暴雨的瞬时强度大,暴雨发生所需的强上升运动由局地强的对流有效位能(CAPE)释放的浮力抬升引起.第二类和第三类暴雨的共同点在于都有明显的大尺度强迫过程,大尺度的动力强迫使持续暴雨所需的垂直上升运动得以维持.后两类暴雨的数值预报效果较第一类的好,比梅雨锋上β中尺度暴雨预报更容易掌握.     

2010年长江中游梅雨期β中尺度系统环境特征的分析

利用常规观测、地面和高空加密、红外卫星TBB、多普勒雷达反射率和NCEP再分析等资料,对2010年7月8-14日长江中游地区持续性暴雨过程进行了分析。结果表明,副热带高压脊线稳定地维持在23°-24°N之间,500hPa贝加尔湖西部大槽不断有小波动向中纬度地区东传,冷暖气流在长江中游地区交汇和青藏高原东侧东传的低值系统为暴雨的发生和持续提供了有利的环境条件。梅雨期南风活动呈现出明显的日变化,使得降水也有周期性和日变化特征。梅雨期间有多个中尺度对流系统MC-Ss活动,对应地面风场有中尺度辐合线、中尺度涡旋环流及气流汇合中心的辐合区。强降水发生前,大气层结表现为位势不稳定,为降水的发生积累不稳定能量;临近强降水发生时,大气层结表现为深厚的湿中性层结;在降水即将结束时,大气层结转为弱稳定,空气柱水汽减少、变干,暴雨期间大气层结的结构特征对暴雨业务预报具有一定的指示意义。持续性暴雨过程中对流层有明显的锋区,锋前上升运动有利于中尺度对流系统的发生、发展;锋区附近的锋生作用与强降水密切相关,锋生函数计算结果表明,水平形变对锋生作用的贡献最大。     

一次梅雨暴雨过程的双峰结构分析

对2007年7月7～9日的一次梅雨暴雨的分析,发现这次暴雨与梅雨期间的双锋面结构有关.在暴雨区的两侧由于梅雨锋与副热带锋共同作用,形成了典型的双锋面结构,梅雨双锋的出现使暴雨强度大大加强.分析表明,此次降水过程的双锋结构经历了4个阶段的演变过程,通过湿位涡分析发现双锋结构可导致倾斜涡度发展使中低层涡度加大,有利于降水发展.在各种类型的暴雨过程中在副热带锋区和梅雨锋区均有倾斜涡度发展,S形态的双锋结构两类锋区的共同作用不明显,但其他类的双锋结构则有两支锋区的共同作用.     

梅雨锋气旋暴雨的 Q 矢量分析：个例研究

文中对修改的Q矢量(Q*)进行转化、处理后,所得Q矢量(记为QN矢量)与准地转Q矢量具有类似的计算表达式,但其完全用实际风场资料进行计算.结合1991年7月5日20:00-6日20:00 BST的一次典型江淮梅雨锋气旋暴雨过程比较分析表明,QN矢量诊断能力较准地转Q矢量优越,且700 hPa QN矢量散度辐合场对同时期地面降水场的水平分布特征具有较好指示作用.将QN矢量沿以等高线为参照线的自然坐标系进行分解(简称为PG分解),所得各项QNalst矢量(沿流伸展项)、QNcurv矢量(曲率项)、QNshdv矢量(切变平流项)及QNcrst矢量(穿流伸展项)具有明确物理意义.对1991年7月5日20:00-6日20:00 BST此次江淮梅雨锋气旋暴雨过程进行QN矢量PG分解研究表明,QN矢量PG分解可以揭示出天气现象过程中"总"的QN矢量(即QN矢量)难以揭示的潜在物理机制.具体地讲,在梅雨锋气旋不同阶段,QNalst矢量散度场的水平分布特征都与总QN矢量散度场相似,其散度辐合场在总QN矢量散度辐合场中都占有较大比例,对总QN矢量散度对垂直运动产生的激发与强迫作用贡献大,对梅雨锋气旋引发降水的发生始终都起着主要的促进强迫作用.QNcurv矢量在整个梅雨锋气旋暴雨演变过程中,对降水发生的促进作用逐渐减小,直至起到抑制作用.QNshdv矢量对降水发生的促进作用则随着梅雨锋气旋发生发展而明显增强,但随着梅雨锋气旋的东移衰亡,其对降水发生的促进作用迅速减弱,直至对降水的发生基本无影响.对于QNcrst矢量来讲,其在梅雨锋气旋的发生发展及强盛阶段对降水的发生基本不起作用,但在梅雨锋气旋衰亡阶段其对降水发生起着主要促进作用.另外,在梅雨锋气旋发生发展及强盛时期,QNalst矢量与QNcurv矢量、QNshdv矢量与QNcrst矢量的散度水平分布特征相似,只不过强度上存在差异,但无明显相互抵消现象,而在梅雨锋气旋衰亡阶段就不同了,QNalst矢量与QNcurv矢量、QNshdv矢量与QNcrst矢量的散度水平分布特征基本相反,且存在明显的相互抵消现象.可见,通过QN矢量PG分解可以揭示出梅雨锋气旋不同阶段降水的强迫因子是不同的.     

2007年汛期淮河流域致洪暴雨的雨情和水情特征分析

利用2007年6月19日～7月23日淮河流域167个测站逐日降水观测资料,对2007年汛期淮河流域致洪暴雨的雨情和水情特征进行分析,并与2003年历史同期进行了比较。结果表明:2007年汛期淮河流域持续性强降水天气集中于6月19日~7月23日,期间共经历了10次暴雨过程, 2007年总降水量和水位都超过2003年同期,2007年淮河流域洪水期间王家坝上游的面雨量大于2003年,下游的面雨量和2003年持平。2007年汛期淮河流域雨情的重要特点是:雨带稳定,前期强降水过程的降雨中心基本上出现在淮河支流分布比较密集的淮北地区和上游地区,致使淮河流域底水明显增加,是后期强降水导致全流域性洪水的主要原因。造成淮河流域降水稳定持续的重要原因是副高稳定、位置偏南,冷空气活动频繁等。       

2014年4月22日新疆寒潮天气过程锋面结构演变特征分析

中亚是寒潮强冷空气爆发的关键区,天山陡峭高大地形阻挡了冷气团前锋面系统的东移南下的移动,呈准静止状态,在中亚强天气中扮演着重要角色,目前研究不多。本文选取2014年4月22日08时开始北疆发生大风降温,南疆发生强沙尘暴的一次寒潮天气过程,利用常规气象观测数据和分辨率为1o×1o的NCEP再分析资料,分析了这次寒潮天气锋面过程的500 hPa天气形势和地面气压场形势;计算了和锋面密切相关的冷暖平流、温度梯度和锋生函数;分析了三个物理量在水平面以及西北东南向的垂直剖面上的三维立体结构和演变特征。研究表明： 500 hPa东欧脊在暖平流作用下快速发展,西西伯利亚槽在冷平流作用下加强并东移南下。受其影响,中亚地区地面图上锋面气旋发展旺盛,地面冷锋在东移过程中遇到平均海拔高度3000m的天山高大陡峭地形,温度梯度增大,产生较强的锋生。该锋面在对流层中下层的水平面图上表现为等位温线沿天山密集分布,位温梯度很大;在垂直剖面上,在天山位置表现为锋生,等位温线变为准垂直分布,梯度增大,宽度变窄。     

梅雨锋结构的数值模拟

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的全程四维同化模拟结果,深入分析梅雨锋结构的时空不均匀变化特征及其与低涡降水强度的密切关系。结果表明,梅雨锋呈现明显的中层锋和边界层锋两段锋的特征,中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键,中层锋的加强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通,有利于梅雨锋降水的加强,强降水并不出现于中层锋区最强的时段,而是发生于大范围锋区强度达峰值之后约16—24 h。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。组成低空急流的中低层u,v分量呈现不同的分布和演变特征,强南风中心位于900—800 hPa,呈明显的低空急流状特征,贴近暴雨区还可能出现较小尺度的急流;而强西风中心出现于中层锋前700—500 hPa,表现为高空强西风区沿锋区上界的向下延伸;低空南风急流通常与总变形同时加强。强锋段的锋前饱和高湿高能气柱、锋前中低层急流状南风区和中层西风均匀大值区等要素场呈现高度组织化的特征。梅雨锋的低层特性,如辐合、锋区强度、总变形和南风分量及降水强度等要素呈现显著的中尺度扰动特征,有明显的日变化且受长江中下游中尺度地形影响,扰动特征有随时间上传的趋势。     

STRUCTURAL FEATURES OF THE MEIYU FRONT SYSTEM*

A new subtropical front near the periphery of the West Pacific subtropical anticyclone is found,which is never revealed in previous studies.The coupling of the subtropical front and Meiyu front forms a Meiyu front system (MFS) and is the most direct synoptic system for the Meiyu precipitation along the Mid-lower Reaches of Yangtze River (MRYR) in China.In this paper.The detailed structural features and cloud features of the MFS in 1998 and 1999 are analyzed,which manifests that the MFS is an objective phenomenon over the period of Meiyu along MRYR and the Southwest Japan.Generally.the subtropical front is mainly located between 850 hPa and 500 hPa.The moist southwest monsoon is transported in the passageway between the Meiyu front and the subtropical front.The vertical motion ascends in the passageway and descends on both sides of the MFS,forming the MFS's secondary circulation.A lower TBB band indicated that obvious convective activities are also located in the passageway of MFS.The horizontal wind of MFS is vertically asymmetric.     

STRUCTURAL FEATURES OF THE MEIYU FRONT SYSTEM

A new subtropical front near the periphery of the West Pacific subtropical anticyclone isfound,which is never revealed in previous studies.The coupling of the subtropical front andMeiyu front forms a Meiyu front system (MFS) and is the most direct synoptic system for theMeiyu precipitation along the Mid-lower Reaches of Yangtze River (MRYR) in China.In thispaper.The detailed structural features and cloud features of the MFS in 1998 and 1999 areanalyzed,which manifests that the MFS is an objective phenomenon over the period of Meiyu alongMRYR and the Southwest Japan.Generally.the subtropical front is mainly located between 850hPa and 500 hPa.The moist southwest monsoon is transported in the passageway between theMeiyu front and the subtropical front.The vertical motion ascends in the passageway and descendson both sides of the MFS.forming the MFS's secondary circulation.A lower TBB band indicatedthat obvious convective activities are also located in the passageway of MFS.The horizontal windof MFS is vertically asymmetric.     

一次典型梅雨锋锋面结构分析

1999年梅雨期在长江中下游维持着一条典型的梅雨锋 ,锋面和梅雨雨带呈东西走向 ,从中国的四川省一直延伸到日本。锋面两侧的温度及湿度对比明显 ,并且其上有数个中间尺度的低涡沿梅雨锋依次向东移动发展 ,在长江中下游造成严重的梅雨暴雨和洪涝。文中分析了 1999年这次典型梅雨锋的锋面结构。结果表明 ,从温度场看 ,由于梅雨区对流和降水的显著发展 ,梅雨锋的低层温度对比几近消失 ,其中上部仍具有典型的上宽下窄的锋面结构 ,锋面随高度向北倾斜。在低层经向温度场呈现复杂的暖 -冷 -暖的结构 ,即北部华北平原为地面感热加热造成的相对较暖的变性极地大陆气团 ,中间为冷空气南下和降水冷却造成的相对较冷的梅雨区 ,南部是相对较暖的热带海洋气团。在这种温度场下 ,由北部低层变性暖气团与梅雨区偏冷空气形成了明显的温度对比区 ,文中定义这个区域为梅雨赤道锋。因而 ,在低层东亚梅雨区的锋区结构由梅雨赤道锋和减弱的梅雨锋构成。在 6 0 0hPa以上前者消失 ,只有单一的极锋型的梅雨锋结构。在此分析的基础上文中给出了东亚梅雨期锋面结构模型图。另外还指出 ,从假相当位温场分析 ,主要表现出梅雨区的深厚对流。降雨引起了高θse带及其南北高θse梯度区 ,其北侧高θse梯度区大致相当于梅雨锋 ,而南侧高θs     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

Atypical occlusion process caused by the merger of a sea-breeze front and gust front

An atypical occlusion process that occurred in North China on 14 July 2011 is studied based on both observations and a real-data Weather Research and Forecasting (WRF) model simulation. The results show that this atypical occlusion process was significantly different from the traditional, synoptic-scale occlusion process that occurs within extratropical cyclones. It was caused by the merger of two cold-type mesoscale fronts. One of the fronts developed from the gust front of convective storms, while the other was a sea-breeze front. As the two fronts moved towards each other, the warm air between them was squeezed and separated from the surface. An atypical occluded front was formed when the two fronts merged, with the warm air forced aloft. This kind of occlusion is termed a "merger" process, different from the well-known "catch-up" and "wrap-up" processes. Moreover, local convection was found to be enhanced during the merger process, with severe convective weather produced in the merger area.     

ENSO发展年与衰减年夏季环境要素对热带气旋生成频数变化的贡献

利用中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)最佳路径数据集和欧洲中期天气预报中心的ERA再分析资料,分析了El Ni?o-South Oscillation (ENSO)发展年与衰减年西北太平洋(Western North Pacific,WNP)夏季(6—8月)总TC生成频数(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)及其区域性特征,通过潜在生成指数(Genesis Potential Index,GPI)定量诊断各环境要素对TCGF变化的贡献。结果表明,西北太平洋TCGF总数异常在ENSO各位相并不显著,但其东南象限和西部的TCGF异常存在明显差异。在ENSO各位相,GPI异常的空间分布与TCGF异常的空间型相似。同一区域,各环境要素对TCGF异常的贡献不同,反映了ENSO不同位相影响TC生成变化的机理存在差异。WNP东南部(SEWNP)是对ENSO较敏感的区域,El Ni?o发展年,中东太平洋异常增暖激发的Rossby波西传导致SEWNP受异常正涡度环流控制,涡度对TCGF增加的贡献最大;El Ni?o衰减年,西北太平洋出现低层异常反气旋,其东侧异常东北气流将湿度相对较低的水汽输送至SEWNP,相对湿度降低导致TCGF显著减少。La Ni?a发展年,绝对涡度减小和垂直风切变增加对TCGF减少都有影响。WNP西部仅在La Ni?a衰减年出现TCGF显著负异常,低层绝对涡度减小的贡献最大,因为季风槽减弱,抑制了南海附近的TC生成。      

一次强华北冷涡的分析

对１９９５年６月３０日－７月１日华北高空冷涡的强降水过程作了详细分析，探讨了冷锅演变的物理量场分布特征及其云系变化与降水的对应关系，为日常业务预报提供了一些启示。     

一次罕见的飑线天气过程分析

从天气形势、气象要素、卫星云图及雷达回波等方面分析了2001年4月28日出现在江西境内，沿浙赣铁路线一带的大风、陆龙卷、冰雹等强对流天气的形成机制，指出这是一次典型的飑线天气过程，其触发机制为：弱冷锋、低空急流、露点锋及地形的共同作用。