爬流和绕流对山地突发性暴雨的影响

利用ERA5再分析资料和融合降水数据,针对2018年5月21-22日发生在中国四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨,首先对其降水强度和天气概况进行相关分析,并且通过绕流和爬流方程,将流场分解为绕流和爬流分量,重点探讨地形对于过山气流的影响及其对降水的作用。研究表明:受欧亚中高纬低槽槽后西北气流引导冷空气南下和西南低涡东移的共同影响,在四川盆地西南部山区发生了一次强降水过程。此次降水范围较广、强度大并且降水时间集中,是一次典型的山地突发性暴雨事件。由于地形的阻挡作用,使得来自东北方向的气流发生旋转,产生绕流运动,在盆地内形成局地涡旋。同时盆地和盆周山地之间的地形高度差强迫过山气流产生爬流运动,导致垂直上升运动加强。在绕流与爬流的共同作用下,为此次突发性暴雨的发生发展提供了有利的流场条件。进一步分析得出地形区域内爬流分量略大于绕流分量,即气流对于山地屏障的地形适应以爬流运动为主,绕流运动次之,地形爬流产生的垂直上升运动与雨带的分布密切相关。     

气流输送对北京大气污染物体积分数的影响

利用HYSPLIT后向轨迹模式和2004年8月—2007年12月NCEP再分析气象资料,计算每天15:00抵达北京地区10、100和500m高度上的后向气流轨迹.对整个研究时段、采暖季和非采暖季期间的后向气流轨迹分别进行聚类分析,得到这3个时段到达北京地区的主要后向气流轨迹聚类.其中整个研究时段的后向气流轨迹分成3个聚类,采暖季和非采暖季的后向气流轨迹都分成5个聚类.结合各段时间中国科学院大气物理研究所观测的大气污染物体积分数资料,分析不同时段气流输送作用对北京主要大气污染物体积分数的影响.发现采暖季和非采暖季北京气体污染物体积分数高值主要集中在来自风速较小的西北方气流聚类.采暖季污染物体积分数低值主要出现在偏北方向风速较大的后向气流轨迹聚类.非采暖季污染物体积分数低值主要出现在偏北低速气流聚类和西北向高速气流轨迹聚类中.从各时段污染物最值分布情况可以看出:在风速较大的后向气流轨迹聚类影响下,北京的污染物体积分数较低;途经了较严重工业排放地带的后向气流轨迹聚类会使北京气体污染物体积分数显著增高.此外,虽然非采暖季的大气污染物分布与气流输送的影响基本符合,但各聚类污染物分布结果与气流输送作用的影响存在偏差.     

冬、 春季青藏高原东侧涡旋对特征及其对我国天气气候的影响

受高原地形影响, 低层西风气流在高原西侧分支, 从南北两侧绕流, 在高原东侧汇合, 并在南（北）侧形成定常的正（负）涡度带。本文利用NCEP/NCAR提供的1951-2004年再分析资料, 发现这两个涡度带在700 hPa上最明显, 常年存在一正一负两个对称的涡旋（下称“涡旋对”）, 且冬, 春季较强。根据各月涡旋对的位置及强度, 本文定义冬, 春季绕流指数为正\, 负涡旋对平均涡度之差, 定量地表征高原绕流作用的强弱, 绕流指数大则高原绕流作用强。结果表明, 1951-2004年中2/3的年份高原绕流作用春季强于冬季, 高原绕流作用不仅是高原大地形的动力作用造成的, 而且受到热力作用的影响。冬季绕流指数以年代际变化为主, 近50年冬季高原绕流作用有显著的增强趋势; 春季绕流指数年代际和年际变化均不明显。冬、 春季, 强高原绕流作用均有利于中高纬冷空气向我国北方输送, 使东北及新疆北部地区气温偏低。春季强高原绕流作用还有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送, 使西南、 华南部分地区气温偏高; 偏南暖湿气流和来自中高纬的偏北冷干气流在31°N附近辐合, 有利于江淮地区降水。无论冬\, 春季, 亚洲中纬度西风强度是影响高原绕流作用的重要因子。     

春季青藏高原绕流作用变化特征及其影响

受青藏高原地形影响,低层西风气流在高原西侧分支,从南北两侧绕流,于高原东侧汇合,在其边缘附近形成一正一负2个对称的涡旋（下称“涡旋对”）。文中利用NCEP／NCAR提供的1951—2004年再分析资料,研究发现涡旋对在700hPa上最明显。将700hPa正、负涡旋对平均涡度之差定义为春季绕流指数,可以定量地表征高原绕流作用强弱。研究还发现,1951—2004年春季绕流指数存在准18a、准10a、准4a的周期振荡,春季绕流指数能较好地反映高原绕流作用的强弱。利用全国160站1951—2004年气温和降水资料,研究春季绕流作用对中国天气气候的影响发现,强高原绕流作用不仅有利于中高纬冷空气向中国北方输送,使西北、东北部分地区春季气温偏低,而且也有利于冷空气绕高原南下,使江淮部分地区春季气温也偏低;同时也有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送,偏南暖湿气流和偏北冷干气流在32°N附近辐合偏强,有利于江淮地区春季降水偏多。此外,春季绕流指数对长江中下游及淮河流域夏季气温具有指示意义,当春季绕流指数偏强（弱）时,同年长江中下游及淮河流域夏季气温偏低（高）。     

气流过山运动的非线性浅水理论

用一个两层密度不同的流体所组成的非线性浅水模型讨论了过山气流的变化特征。结果表明：在背风坡下游,如果弗罗德数Ｆｒ大于１,则在不同的条件下将会出现波状的、水跃的以及“破裂”的气流,如果Ｆｒ小于１,将只会出现“破裂”气流;在山地上空,地形波关于地形分布是非对称的。     

阿尔卑斯山试验

阿尔卑斯山试验(ALPEX)是由全球大气研究计划的“气流越山及绕山”子计划演变来的,它也是全球大气试验计划(GARP)的最后一项大型野外试验。这项试验是由国际科学联盟理事会(ICSU)和世界气象组织共同发起并领导的,选定了阿尔卑斯山区作为试验场地。下面就有关试验的恪方面问题作一介绍。一、理论说明 1.山脉对大气具有直接和间接的影响,其直接的影响是使迎风气流在垂直和水平方向发生偏转,即使气流在不同位置和高度上发生减速和加速;其     

台风“鲇鱼”(1013)路径突变过程的成因分析

利用NCEP提供的GFS(Global Forecast System)再分析资料,对2010年西北太平洋最强台风“鲇鱼”(1013)路径突变的成因开展诊断分析,研究其影响系统、引导气流的演变特征等,并运用CPS(Cyclone Phase Space)方法对其生命史中的热力结构演变过程进行定量描述,重点分析路径突变前后各因子的变化。结果表明,“鲇鱼”移入南海后,冷空气南侵导致其热力结构发生变化,台风环流右侧较暖,此时引导气流微弱,“趋暖”运动占主导,首先引起路径向右偏转,随后引导气流转为西南气流并逐渐增强,在二者共同作用下,“鲇鱼”路径持续右转,逐渐向东北方向移动,完成路径突变。     

江西省区域霾天气过程典型个例分析

利用2011—2017年江西省基本气象观测资料,统计分析了江西省区域霾天气过程的时空分布特征,并选取典型个例进行天气学分析及模拟。结果表明:江西省区域霾天气过程的月、季变化特征明显,呈北多南少的空间分布特征。区域霾天气过程的天气形势可分为高压类、低压类和均压类,其中高压底部类出现次数最多。3个典型个例中江西地面分别处于高压底部、冷锋锋区和均压场,配合500 hPa高度层的平直西风气流、西北气流或西南气流控制,925 hPa高度层的反气旋控制,整层大气处于非常稳定的状态。江西中北部上空为弱的气流下沉区,相对湿度非常低,为逆温或中性层结。后向轨迹模拟显示,高压底部与冷锋锋区个例过程输送带均为西北路径,均压场个例过程污染物气团为西南气流输送。     

热带风暴“Bilis”(0604)暴雨增幅前后的水汽输送轨迹路径模拟

采用水平分辨率1°×1°的NCEP 再分析资料、1°×1°的NCEP GDAS资料和2.5°×2.5°的NOAA大气环流资料, 结合NOAA HYSPLIT v4.8轨迹模式对0604号热带风暴“Bilis”整个生命史的水汽输送特征进行模拟分析, 并分析了“Bilis”暴雨增幅前和增幅后的水汽输送轨迹及不同来源的水汽贡献。结果表明, “Bilis”整个活动过程中主要有四支水汽输送通道, 分别是源自索马里、孟加拉湾、120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽, 其中源自索马里和孟加拉湾的西南水汽输送(偏南水汽通道)占主导地位, 120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽是西南水汽随着“Bilis”环流逆时针旋转, 自环流中心东北侧进入雨区(东北水汽通道), 是低压环流与偏南风相互作用的结果。其中, 偏南通道水汽大部分输送到850 hPa以下的低层, 自环流北侧输入的水汽则主要输送到暴雨区上空850 hPa以上。对比暴雨增幅前后各通道的水汽贡献率发现, 孟加拉湾西南气流输送的低纬水汽对此次暴雨增幅的形成、发展起重要作用。     

在“鞍”型大尺度环流配置下西南低涡发展的物理过程及其对川东暴雨发生的作用

利用2005年7月6～9日川东地区暴雨过程的观测资料，从大尺度环流、水汽输送和温度平流，并利用湿位涡的垂直和水平分量(Pm1和Pm2）以及相当位温，分析诊断了此次暴雨发生的大尺度环流背景特征以及西南涡发展的物理过程, 其结果表明如下:(1)在此次暴雨发生期间，四川盆地北部由于受中高纬长波东移调整的影响, 不断有低压槽分裂出来并影响此地区, 在盆地的西南方向的孟加拉湾季风槽比较活跃, 南海季风向北输送由于受到西风输送的作用在四川盆地东南部也出现弱的横槽, 并且西太平洋副高西伸到四川盆地东部以及存在于高原中部的高压共同作用, 从而形成明显“鞍”型大尺度环流配置; (2)在此“鞍”型场大尺度环流背景下, 强西南气流绕流高原东侧直接进入四川盆地, 而弱西南气流则绕流云贵高原输送进入四川盆地东部, 受地形的阻挡和西伸的西太平洋副高的作用在四川盆地东部形成向北的急流辐合带, 同时, 由于两支气流输送着大量的水汽, 暖湿空气在川东地区形成高温高湿的辐合区; (3)在此“鞍”型场作用下, 盆地上空的低层不断聚集季风气流输送的大量暖湿空气, 而在高层有冷干空气侵入, 从而导致盆地内低涡系统强烈发展; (4) 由湿位涡的垂直分量和水平分量的诊断表明了在暴雨发生期间, 在四川盆地北部上空的高层不断有干空气入侵, 引起了垂直对流不稳定, 即Pm1<0, 并向盆地东北部发展, 从而使此区域气旋性涡度不断加强, 即低涡强烈发展; 并且, 在盆地上空低层暖湿空气相当位温的水平梯度对于西南低涡的发展和暴雨的发生同样起了重要作用, 正的Pm2中心与暴雨发生区域有很好的一致性, 这表明暴雨往往发生在高温高湿的强垂直不稳定区域。