大范围持续暴雪过程中多种影响系统的对比分析

持续48 h的大范围雨转暴雪天气先后影响了陕西、山西、河北、北京、天津、辽宁等地,华北地区降雪量15—30 mm。此次过程中地面影响系统复杂,有华北锢囚锋、江淮气旋、北路冷锋。利用准地转理论、凝结函数法、垂直剖面分析和常规观测资料、GFS 0.5°×0.5°再分析资料等,对比分析了华北锢囚锋和江淮气旋在降雪量和降水效率、水汽和动力条件、垂直结构等方面的特征和差异,并描述了多种地面影响系统的演变和相互作用。结果表明:（1）在降雪量和效率上,华北锢囚锋降雪量小于江淮气旋,华北锢囚锋主要影响华北西部,降雪持续24 h,江淮气旋主要影响华北中东部,降雪持续30 h;降水前半段华北锢囚锋降水效率为0.76,江淮气旋为0.58,降水后半段两者均为1.5。（2）在水汽条件上,华北锢囚锋明显弱于江淮气旋,华北锢囚锋水汽通道在700 hPa上,来自西南地区,而江淮气旋在700和850 hPa上,来自西南地区和东海;华北锢囚锋水汽含量中心和水汽辐合中心主要集中在近地面层锢囚锋附近,而江淮气旋在800—600 hPa气旋北侧偏南气流里。（3）在动力条件上,华北锢囚锋明显弱于江淮气旋,华北锢囚锋南段涡度平流垂直微差项起主要作用,北段温度平流拉普拉斯项起主要作用,江淮气旋温度平流的拉普拉斯项和涡度平流的垂直微差项均起到重要作用。（4）在垂直结构上,江淮气旋锢囚时为冷式锢囚,并有北路冷锋楔入其暖锋下面,强度明显强于华北锢囚锋。（5）在演变和相互作用上,江淮气旋的北上减弱了华北锢囚锋;北路冷锋对随江淮气旋北上的暖湿气流起到“冷垫”抬升作用。      

1979—2018年江淮气旋时空分布特征

利用MICAPS地面观测资料和中央气象台历史天气图资料,对1979—2018年的585个江淮气旋进行了时空分布特征的研究,发现江淮气旋的发生次数年变化有长、中、短多周期共存,月分布在4—6月（暖季）最多,10—12月（冷季）最少;江淮气旋发生的最集中区域为鄱阳湖盆地和洞庭湖盆地,其次在淮河上游和大别山东北侧,空间分布大值区随环流的季节变化出现一定的南北偏移。利用ERA-Interim月平均再分析资料分析冷、暖季天气背景发现,暖季孟加拉湾存在深厚南支槽,低空西南急流输送暖湿气流,使水汽通量在江淮流域及上游辐合;江淮流域处于暖季锋生正值中心,且位于高空急流入口区右侧,有利于暖季江淮气旋生成。冷季仅在700 hPa的孟加拉湾北侧有浅槽,850 hPa为高压脊,江淮地区为冷平流控制,低空急流不明显,对水汽的输送弱;江淮流域锋生正值区不连续且上游为锋消区,高空急流轴偏南,气象条件不利于江淮气旋生成。从动力和水汽条件上,暖季均比冷季更有利于江淮气旋的发生。     

一次江淮气旋的模拟和海洋敏感试验

运用中尺度WRFV3.0模式,对2009年4月19日00时-22日00时期间的一次江淮气旋进行了数值模拟(控制试验CTR)研究,得出在CTR中江淮气旋的路径和发展趋势总体上比较理想,为此进一步设计海洋属性敏感试验,探讨海洋属性对江淮气旋的路径和强度的影响.结果表明:当海洋属性修改成陆地属性后,江淮气旋路径向东南偏移,入海后,偏离程度增大;气旋强度在大别山附近稍有增强,入海后强度减弱.气旋中心南侧的偏南气流、气旋前部的水汽辐合区和强对流有效位能,以及气旋中心附近的强潜热能,均有利于江淮气旋发展.     

辽宁省特大暴风雪(雨)极端天气个例诊断分析

利用常规观测资料、T213物理量产品,结合分析FY-2C水汽图像,对2007年3月3～5日辽宁省特大暴风雪（雨）极端天气事件的环流背景、影响系统及成因进行了诊断分析。结果表明：①这次极端天气事件发生在前期北半球环流呈现高指数特征,全国大部分地区异常偏暖的背景下,暴雪（雨）伴随大风和剧烈降温天气;②江淮气旋是主要影响系统;高层正涡度平流及低层暖平流的共同作用是江淮气旋生成和发展的主要原因;③低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雪（雨）形成的动力机制;④江淮气旋生成在高层副热带西风急流和极锋急流之间,在从副热带急流出口区北侧移向极锋急流入口区南侧,低空西南风急流左侧移向左前方过程中强烈发展;⑤干侵入是气旋进一步发展的重要特征;⑥低空西南风和东南风急流向暴雪（雨）区提供了丰沛的水汽,暴雪（雨）发生在850hPaθsc暖湿舌里,降水性质与850hPa温度有直接关系;⑦剧烈降温发生在长波槽发展东移引导极地冷空气南下,地面形成强冷高压形势下,强烈发展的气旋以及与强冷高压之间的强气压梯度造成强风天气。     

梅雨锋云系的结构特征及其成因分析

利用逐时卫星遥感观测资料和地面测站的降水资料，分析了江淮流域2003年6月22～26日暴雨过程中梅雨锋云系的演变、结构特征和形成原因。结果表明，梅雨锋云系为一条TBB的低值带，稳定少动，其上分布着中尺度对流系统（MCS），而中尺度对流系统是由不同尺度、不同强度．的对流单体（包括中β和中γ尺度对流单体）组成的，从而使得梅雨锋云系产生不均匀的降水分布（包括时间上和空间上）。在该暴雨过程中，梅雨锋云系充分体现了中尺度对流系统中所包括的3类组织结构形式。梅雨锋云系与中高纬度云系或热带辐合带云系之间的相互作用与暴雨过程关系密切，梅雨锋云系的维持和发展与强大的黄淮气旋云系直接相关，它是江淮流域上空冷暖气流交汇的结果。     

旋转风螺旋度及其在暴雨演变过程中的作用

利用中尺度有限区域模式ＭＭ４对１９９１年７月５－６日的江淮梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果可靠的基础上,用模式输出的细多格动力协调资料,根据螺旋度理论分析了这次过程中的暴雨演变以及对流层低层的中尺度低涡及地面气旋发生发展的原因。结果表明,正在旋转风螺旋度大值中心及其演变较好地应和反映了暴雨中心及造成暴雨的中尺度涡旋的发生益及演变,较大的螺旋度值是暴雨及低层中尺度低涡和地面气旋系统发生发展的     

2017年苏南一次特大暴雨高分辨率模拟及特征分析

利用高分辨率（水平3 km）数值模式，结合FNL分析及预报场资料、地面加密自动站观测资料和多普勒雷达资料，对2017年6月9—10日苏南一次因江淮气旋沿切变线东移造成的特大暴雨过程进行研究。首先对模式模拟结果做了降水、风场等多方面的验证，随后利用模拟结果和观测资料对该特大暴雨过程的对流系统结构及其发展维持机制进行分析。结果表明：（1） 高分辨率模式能较客观地反映该暴雨过程诸多大气参数的演变。（2） 特大暴雨过程中锋面气旋东移且倾斜发展，深对流中心维持在气旋的东南方向，该中尺度对流系统的发生发展与锋面气旋的上述演变密切相关。（3） 特大暴雨过程中相应的对流处于旺盛阶段时，大气不稳定能量持续释放，中层为相对较高的假相当位温区，即明显的暖心结构，垂直上升运动最强，且其南北两侧均有下沉气流，形成中尺度次级环流，维持强对流不断发展。（4） 超低空急流的持续增强，沿低层切变线上不断有γ中尺度涡旋生成和足够的低层辐合区厚度是导致这次特大暴雨过程的关键因素。     

一次江淮气旋及其中尺度系统的数值模拟

本文在十一层原始方程模式中引入Fritsch-Chappell一维云模式，对1982年5月12日江淮气旋上中尺度系统进行了模拟试验，分析表明:Fritsch-Chappell一维云模式对深厚积云的考虑细致合理，比郭晓岚积云参数化方案优越，它能模拟出中尺度系统的一些特征。通过数值计算发现:中尺度江淮气旋是对流层低层的天气系统，气压场上具有中尺度低压的某些特征；对流天气的出现，使得中尺度江淮气旋得到发展，但这种发展有一个变化过程，在对流发展加强时，对流引起的动量变化以及下沉气流造成的低层冷却作用，使其有一个暂时的减弱过程，当对流运动趋于减弱时，气旋才得以发展。     

2018年1月北大西洋上一个具有“T”型锋面结构的超强爆发性气旋的分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的0.5°×0.5° ERA-Interim再分析资料，麦迪逊-威斯康星大学气象卫星研究所（CIMSS）提供的地球静止环境业务卫星（GOES-EAST）红外卫星云图和天气预报模式（WRF）的模拟结果，对2018年1月3—6日发生在北大西洋上的一个具有“T”型（T-bone）锋面结构的超强爆发性气旋进行分析。该爆发性气旋在较暖的湾流上空生成，沿海表面温度大值区向东北方向快速移动，生成后6 h内爆发性发展，24 h中心气压降低48.7 hPa。高空槽加深、涡度平流加强和低层较强的大气斜压性为气旋快速发展提供了有利的环流背景场。由于气旋发展迅速，低层相对涡度急剧增大，低压中心南部来自西北方向的干冷空气随气旋式环流快速向东推进，与东南暖湿气流汇合，锋生作用较强。较暖的洋面对西北冷空气的加热作用使得交汇的冷、暖空气温度梯度较小。减弱东移的冷锋与暖锋逐渐形成近似垂直的“T”型结构。用Zwack-Okossi方程诊断分析表明，非绝热加热、温度平流和正涡度平流是该爆发性气旋发展的主要影响因子。气旋初始爆发阶段，西北冷空气进入温暖的洋面，海洋对上层大气感热输送和潜热释放较强，非绝热加热对气旋快速发展有较大贡献。气旋进一步发展，“T”型锋面结构显著，温度平流净贡献较大，对气旋的发展和维持起重要作用。      

“7·22”长江中游暴雨中尺度系统的数值模拟与分析

利用中尺度暴雨模式较成功地模拟了2002年7月22～23日发生在长江中游的暴雨中尺度天气系统，结合地面加密和常规观测资料对暴雨中尺度天气系统进行了较为详细的分析。结果表明：(1)大别山西侧的暴雨由中α尺度切变线上中β尺度低涡造成，湘鄂交界地带的暴雨由切变线上气旋性扰动造成。(2)高空槽前的正涡度平流为暴雨中尺度系统形成提供了启动机制：在正涡度平流的作用下，对流层中低层降压产生变压风辐合造成上升运动，低层暖湿气流抬升促使对流不稳定能量爆发形成局地对流产生暴雨。     

A study of formation and development of one kind of cyclone on the mei-yu (Baiu) front

The paper presents one diagnosis of baroclinity and the coupling of jets during the developing process of a cyclone that occurred on the mei-yu (Baiu) front around the end of the second stage of the mei-yu (Baiu)in 1998. Results have shown that: (1) The advantageous changes of upper-level large-scale circulation caused the appearance and maintenance of the coupling between the upper-level jet (ULJ) and lower-level jet (LLJ) over the cyclone‘s area. The coupling of jets in this case possesses some different characteristics from previous cases. Moreover, the coupling between the ULJ and LLJ caused the intensification of both lower-level convergence and upper-level divergence, which was favorable for the development of this cyclone. (2) From the analysis of the voricity budget, the role of lower-level convergence in the development of the cyclone was emphasized. Divergent wind in the lower troposphere was a direct contributor to the development of the cyclone. (3) During the development of the cyclone, cold air and warm air were_active over the cyclone‘s domain. Although this cyclone occurred at the mei-yu (Baiu) front, its development assumed baroclinity to a certain extent, which was just the main difference between this kind of cyclone and the first kind of low which is usually barotropic (or quasi-barotropic). (4) In recent years, studies on mei-yu front lows have paid more attention to the lower troposphere. In this paper, the analysis of the energy budget further supports this point: the certain effect of baroclinity forcing in the upper troposphere on mei-yu front lows cannot be ignored.     

A Diagnostic Study of Moist Potential Vorticity Generation in an Extratropical Cyclone

ＡＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＳｔｕｄｙｏｆＭｏｉｓｔＰｏｔｅｎｔｉａｌＶｏｒｔｉｃｉｔｙＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎａｎＥｘｔｒａｔｒｏｐｉｃａｌＣｙｃｌｏｎｅ①ＺｕｏｈａｏＣａｏａｎｄＧ．Ｗ．Ｋ．ＭｏｒｅＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ,Ｕｎｉｖｅｒｓ...     

A diagnostic study of moist potential vorticity generation in an extratropical cyclone

Moist potential voracity (MPV) and Its generation may be important in the development of mesoscale structures such as rainbands within cyclones. In an adiabatic and frictionless flow, MPV generation is possible if the flow is three-dimensional and the air is unsaturated. Moist potential vorticity can be generated through the combined effects of gradients in the potential temperature and moisture fields. The diagnosis of MPV generation in an extratropical cy-clone was performed with the ECMWF objectively analyzed fields for a system that developed during February 1992. It was found that at various stages during the development of the cyclone, negative MPV was generated: at the north end of the cold front; along the occluded front and the cold front; and in the region of the warm core. This pattern of negative MPV generation is in excellent agreement with the predictions of previous theoretical and numerical studies. After the cyclone ceased to deepen, the region of negative MPV generated in the cyclone was horizontally adverted in-to a saturated area. The area of negative MPV generated both along the occluded front in this case study and in the region of the bent-back warm front in a numerical simulation showed a mesoscale structure with a width of about 200-500 km. It was found that the intrusion of moist or dry air into baroclinic zones was important for MPV genera-tion. In addition, baroclinicity increase (adjacent to the area of condensation) in the regions of high moisture gra-dients led to significant MPV production.     

一次滇中暴雨中尺度对流系统特征分析

应用MICAPS常规资料、FY-2卫星观测资料及昆明CINRAD-CC雷达回波资料,将诊断分析与探测资料相结合综合分析了2003年7月21日滇中暴雨过程的中尺度对流系统特征,指出：500、700hPa高低层冷暖平流的配置、500hPa低槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的大尺度环境背景;高能高湿的不稳定能量、低层辐合、强的垂直风切疫的存在,利于强对流形成并诱发中尺度对流系统MCS;多普勒雷达上强风暴的发展,与暴雨区范围及强弱对应;多普勒速度图显示,中尺度涡旋、中尺度辐合线、逆风区等多个中尺度系统,是此次滇中强对流暴雨产生的直接影响系统。     

江淮地区暖区飑线中尺度观测研究

本文依据地面、高空常规资料,华东中尺度天气试验加密资料,地面温、压、湿、风、降水自记及卫星、雷达资料,对1983年4月27日晚至28日晨的江淮地区暖区飑线进行分析,揭示了飑线的一些有意思的特征。分析表明,飑线经大别山东侧自西向东传播,接近低空西南风急流轴时,对流强度发生变化;飑线过境有短时增温、伴有降性阵水特征;飑线的地面气压由β尺度的飑前中低压、飑后中高压及紧随其后的对称中低压组成。由空间结构分析看到飑前有自近地层开始的暖湿入流,飑后有来自对流层中高层的下沉气流等特征。将其和热带及美国的中纬度飑线比较发现,这次暖区飑线的气压场、温度场、风场及天气分布与经典飑线有差异,与热带及美国中纬度飑线也有区别,我们认为这是副热带地区暖区飑线的特点。     

1991年梅雨期中冷空气活动的个例分析

通过对1991年7月4—6日江淮地区大暴雨过程中冷空气的轨迹分析表明，来自西北方向的冷空气造成了冷暖空气在长江流域的对峙和高原东侧50hPa槽的发展，后者又进而促使了梅雨锋上的气旋发展。     

弱垂直风切变下台前飑线不同发展阶段的热、动力特征分析

以2014年7月18日09号超强台风"威马逊"影响期间,发生在湘赣地区的一次台前飑线过程为例,讨论了在垂直风切变明显弱于中纬度飑线情况下台前飑线的生成与发展机制。研究表明:1)在飑线初生阶段,弱垂直风切变与较弱冷池相平衡使得飑线垂直发展,其前部上干冷下暖湿的不稳定环境条件是其发展加强的热力因素;台风倒槽右侧风向水平切变、飑线前侧的阵风锋是其发展的动力条件。2)在飑线成熟阶段,飑线后侧的地面冷池范围变大、强度变强,导致飑线前方的水汽及能量补给减弱;同时飑线后部中层干冷空气入侵加强,飑线上升气流向冷池方向倾斜,垂直抬升条件减弱,不利于台前飑线的发展维持。成熟阶段的这两个特点表明台前飑线由盛转衰。3)在飑线消散阶段,由于飑线远离台风,台风的影响减弱,导致台前飑线水汽和动力条件不足,从而消亡。     

一次冬季江淮气旋逗点云区的雷达回波和气流结构分析

2016年2月12—13日,受冷空气和江淮气旋暖锋锋生影响,山东出现一次极端暴雨雪天气过程,全省有42个站的降水突破同期历史记录。采用多种观测以及WRF模式模拟的热力学变量,基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLIT v4.9),分析了气旋逗点云区云系的演变特征、降水不同阶段气旋逗点云区气流结构和轨迹特征。结果表明:(1)江淮气旋逗点云区由4条带状回波合并发展形成,气旋形成后降水回波呈气旋式旋转、拉长,形成多条中尺度强降水带。(2)降雨阶段气旋逗点头从下到上主要由来自东海、黄海、日本海或内陆的边界层气团,来自中国南海和中南半岛的暖湿气团以及来自西亚和东欧的干冷气团组成。气旋逗点头内有3个降水区:北部和南部暖湿气团浅薄、层结稳定,为层状云降水区;中部暖湿气团深厚,中高层有条件性不稳定发展,为深厚的对流云降水区。气旋逗点头中南部的干冷空气来自高层的西亚气团,而剖面北部有来自中层(即青藏高原东部气团)的干冷空气,气团明显变性,对降水贡献大。(3)降雪阶段气旋逗点头从下到上主要由西伯利亚气团、东海气团、南海气团和孟加拉湾气团叠置而成。气旋逗点头西部层状降水区分两部分:北部为降雪区,南部为降雨区。降雪与降雨阶段的明显差别是冷湿的东海气团下面是否有西伯利亚冷气团。降雪区西伯利亚气团上空东海气团深厚,南海气团浅薄;降雨区南海气团深厚,东海气团浅薄。      

NUMERICAL SIMULATION OF THE GENERATION OF MESOSCALE CONVECTTVE SYSTEMS IN LARGE－SCALE ENVIRONMENT

The generation of mesoscale convective systems is simulated by a 7-level primitive equation model. The large-scale parts of observed, data at 1200 Z June 11, 1983, which are obtained by low-pass filter, are used as the initial data. The results show that the generation of mesoscale convective systems can be simulated from fields of meteorological variables on the large-scale background. When the low-level south-west jet stream is very moist, mesoscale convective systems can develop ahead of the wind speed maximum in the warm sector of Jiang-Huai (Changjiang-Huaihe Rivers) cyclone, where the potential stability tends to remain negative. Furthermore, they are similar to the mesoscale convective complex (MCC), which appears frequently in the central part of the United States during the warm season (March to September), in dynamical and thermal structure, distribution of precipitation and the process of generation and development.     

Rapid development of arctic cyclone in June 2008 simulated by the cloud resolving global model NICAM

In this study, we conducted a numerical simulation of a rapid development of an arctic cyclone (AC) that appeared in June 2008 using a cloud resolving global model, Nonhydrostatic ICosahedral Atmospheric Model (NICAM). We investigated the three dimensional structure and intensification mechanism of the simulated AC that developed to the minimum sea level pressure of 971 hPa in the model. According to the result, the AC indicates a barotropic structure with a warm core in the lower stratosphere and a cold core in the troposphere. The development of the AC is accompanied by an intense mesoscale cyclone (MC) showing baroclinic structure with a marked local arctic front. The upper level warm core of the AC is formed by an adiabatic heating associated with the downdraft in the lower stratosphere. The rapid development of the AC is caused by the combination of the intensification of the upper level warm core and the merging with the baroclinically growing MC in the lower level. The merging of the AC and MC and the vertical vortex coupling with the upper air polar vortex are the most important mechanisms for the rapid development of the arctic cyclone.