新疆冰雹天气过程的基本特征

通过对新疆39a冰雹天气资料的普查，得到76次系统性冰雹天气过程和1279次局地冰雹天气过程，局地冰雹天气的发生远远多于系统性雹天气。冰雹天气过程与地形密切相关，主要发生在山区，冰雹天气以1天为主，多发生于夏季，系统性冰雹天气均由中尺度高压造成。     

陕西中部一次强风暴天气过程分析

用天气图、地面中尺度风场、雷达回波资料分析了2002-07—02发生在陕西中部一次强风暴天气的形成机制，指出这是一次由中空低涡造成的强风暴天气过程，表现为多个局地涡旋、对流单体合并发展，造成局地强对流天气。     

山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析

对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析,并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟,对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程,结果表明：此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强,在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中,强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体;在弱高空辐散场下,从地表延伸至500 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子,其时空演变特征与中尺度云团变化一致,与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展,低涡南部有暖湿气流入流,北部有干冷气流流入,比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布,是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布;低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用,导致强垂直运动发展并维持,是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。     

长江中游复杂地形和盛夏局地大暴雨

本文利用武汉WSR-81S数字化天气雷达资料和其它中尺度气象资料分析了1987年8月18日相继发生在长江中游复杂地形区域的两场短历时局地特大暴雨的中尺度演变过程。在没有明显的次天气尺度上升运动直接启动和组织的情况下,两场局地大暴雨暴发的时间和地点都取决于边界层中尺度风场强辐合的出现。复杂地形对边界层气流的热力和机械的综合作用,在一定的大尺度气流背景下,形成有规律的中尺度近地面风场系统。它表现得相对定常并有一定的日变化,当来自临近地区的中尺度对流系统移近时,对流降水中产生的中尺度气流(例如飑锋)参加到由地形影响形成的中尺度边界层流场系统中,便在某些特定地点构成强的辐合。在这类辐合区中心的偏北一侧发展起强大而移动缓慢的复合单体或超级单体,带来局地大暴雨。山谷风环流、平原-山脉环流对盛夏局地暴雨的影响应受到重视。     

新疆冰雹天气的气候特征分析

根据1961～1999年新疆90个气象观测站的地面观测资料，统计分析了新疆冰雹的时空分布特征，并以分钟为单位给出冰雹的日变化和持续时间。新疆冰雹主要出现在西部和中部山区，集中出现在4～10月。降雹一般出现在下午，傍晚是高峰期，有60％的冰雹持续时间在6分钟以内。进一步普查39年冰雹天气资料，得到76次系统性冰雹天气过程和1279次局地冰雹天气过程，局地冰雹天气过程的发生远远多于系统性冰雹天气过程。冰雹天气过程与地形密切相关，主要发生在山区。冰雹天气过程以1天为主，多发生于夏季，系统性冰雹天气过程均由中尺度高压造成。     

西南涡区域暴雨的中尺度滤波分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,采用Barnes带通滤波器,对2010年7月14-18日以及2012年7月3-5日西南涡引发的暴雨天气过程进行了中尺度滤波分析。结果表明,选取恰当的滤波参数,Barnes带通滤波器能够选出含西南涡在内的中尺度天气系统。对西南涡发生、发展、分裂和东移4个阶段的流场进行中尺度滤波分析发现,中尺度滤波可以更好地刻画西南区域的中尺度环流特征。对滤波后资料的螺旋度诊断计算表明,螺旋度的大值区有利于强对流系统以及低涡生成和发展。局地垂直螺旋度的正、负值中心分布可以较好地反映降水落区,雨区发生在局地垂直螺旋度正、负中心之间的梯度大值东侧;降水强度的变化与积分垂直螺旋度量值的变化对应较好。垂直局地螺旋度和积分垂直螺旋度对暴雨的落区和强弱变化有很好的指示意义。     

城市热岛与海风锋叠加作用对一次局地强降水的影响

利用常规观测资料、天津255 m气象塔资料、多普勒雷达资料和VDRAS反演资料及中尺度TJ WRF模式输出资料,对2010年8月16日天津城区出现的一次局地强降水过程进行分析,重点分析了城市热岛与海风锋叠加作用对此次局地强降水的触发机制。结果表明：此次局地强降水发生在低层槽后弱的反环流条件下,具有明显的γ中尺度对流降水特征;城市热岛效应能造成局地的热力不均匀,这对形成地面中尺度辐合线非常有利。海风锋由岸边向市区移动中与中尺度辐合线相遇,能激发局地不稳定能量的释放,从而产生强对流天气。城市热岛对海风锋的移动有明显阻挡作用;当海风锋移到城市热岛效应明显区域附近时,其后侧气流会出现明显分支绕流和爬升现象,而且两者相遇处的辐合上升运动会迅速加强,这为该地不稳定能量的释放及雷暴的发生发展提供了有利的动力热力条件。中尺度TJ WRF模式可以很好地模拟出这一现象。     

急流次级环流对局地持续强风暴天气的作用

利用天气图、雷达回波和地面风场资料对1994年6月28日陕西中部发生的一次罕见的长时间局地大风、冰雹、暴雨天气进行诊断分析。结果表明：这次过程出现在500hPa槽前和700hPa低涡暖式切变线附近；强风暴发生在高空急流入口区右侧辐散和低空急流左前侧辐合重叠区，与地面中尺度气旋活动紧密相关；证实了地面中尺度气旋是由高低空急流耦合产生的次级环流引起，次级环流控制着中尺度系统发展变化。     

一次辽宁南部局地大暴雨中尺度系统分析

利用常规天气图资料和红外卫星云图、多普勒天气雷达、自动观测站等资料，对2003年8月22日辽宁南部局地大暴雨过程进行了分析。结果表明：前期11号台风倒槽与副热带高压后部之间的偏南急流携带了大量的能量和水汽北上，当低空和地面有中尺度系统生成并发展时。触发了局地大暴雨的发生。     

2003-06-29暴雨过程条件性对称不稳定分析

利用中尺度模式MM5的部分产品，采用二元法，对2003年6月29-30日淮河流域上游暴雨天气过程中的条件性对称不稳定（CSI）进行了诊断分析，结果表明：此次过程中CSI区出现在对流层中上层，CSI区与对流稳定性大气层结条件下的强降水天气有很好的对应关系；利用MM5输出产品对物理量进行诊断分析，能够较好地解释局地强降水出现的物理机制。     

Numerical Simulation of Fluxes Generated by Inhomogeneities of the Underlying Surface over the Jinta Oasisin Northwestern China

Using land-use types derived from satellite remote sensing data collected by the EOS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (EOS/MODIS), the mesoscale and turbulent fluxes generated by inhomogeneities of the underlying surface over the Jinta Oasis, northwestern China, were simulated using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS4.4). The results indicate that mesoscale circulation generated by land-surface inhomogeneities over the Jinta Oasis is more important than turbulence. Vertical heat fluxes and water vapor are transported to higher levels by mesoscale circulation. Mesoscale circulation also produces mesoscale synoptic systems and prevents water vapor over the oasis from running off. Mesoscale circulation transports moisture to higher atmospheric levels as the land-surface moisture over the oasis increases, favoring the formation of clouds, which sometimes leads to rainfall. Large-scale wind speed has a significant impact on mesoscale heat fluxes. During the active phase of mesoscale circulation, the stronger large-scale winds are associated with small mesoscale fluxes; however, background wind seems to intensify the turbulent sensible heat flux and turbulent latent heat flux. If the area of oasis is enlarged properly, mesoscale circulation will be able to transport moisture to higher levels, favoring the formation of rainfall in the oasis and protecting its "cold island" effect. The impact of irrigation on rainfall is important, and increasing irrigation across the oasis is necessary to protect the oasis.     

Turbulent fluxes over inhomogeneous landscape

Mesoscale surface turbulent fluxes over a complex terrain surrounded by oceans have been investigated using a 3-D numerical mesoscale model, under conditions with and without synoptic flows. The study indicated that under synoptically calm condition, the allocation and intensity of mesoscale surface turbulent fluxes (MSTFs) were greatly impacted by the thermally forced mesoscale circulation (TFMC) over mesoscale heterogeneous landscape. The max-imum values of sensible (Hs) and latent (LE) heat fluxes were located over the convergent zones and considerably im-pacted by the soil wetness (M), but did not depend strongly on the atmospheric background thermal stability (β0). The simulated results suggested that the sensible heat flux was closely proportional to the square of wind speed in the surface layer. By the action of synoptic flow, the allocation of LE was shifted to downwind, its intensity increased.     

一次局地大暴雨过程的数值模拟和诊断分析

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2002年8月15-16日发生在江苏启东附近的一次局地大暴雨过程进行了数值模拟,较好地模拟出了本次过程的暴雨中心落区和降水量,以及相关的中尺度系统的发生、发展过程.探讨了中尺度涡旋、局地环流对这次暴雨过程的影响,结果表明,中尺度涡旋对暴雨的发生起了至关重要的作用,局地环流的存在,也有利于降水的发生.     

北京地区一次强沙尘天气过程的中尺度通量特征

应用大气所325 m铁塔的湍流资料和梯度资料,对2003年3月20～23日影响北京的一次强沙尘天气过程的中尺度通量和湍流通量进行了分析,结果表明:冷空气的影响是从上层开始的.沙尘爆发前,边界层有强逆温存在,动量以中尺度输送为主,湍流很弱.沙尘爆发时,向下的湍流动量通量明显加大.湍流动量通量是沙尘沉降的主要原因,但沙尘爆发前的中尺度过程不能忽略.沙尘爆发前后,感热通量均以小尺度的湍流输送为主,中尺度输送不明显.     

中尺度数值模拟中的边界层多尺度湍流参数化方案

该文在多尺度湍流理论的研究成果基础上, 将边界层湍流风谱与平均量的梯度相联系, 建立了边界层多尺度湍流参数化子模式, 之后放入MM5模式中进行了个例模拟研究, 并与MM5模式附带的M RF边界层参数化、Blackadar高分辨率边界层参数化的模拟结果进行比较和分析。结果表明, 多尺度湍流理论能够反映出实际大气边界层中热量垂直输送的规律, 将其用于中尺度数值预报模式的边界层物理过程参数化是可行的; 多尺度湍流参数化在地表层和边界层内各个层次上都着重考虑含能量最大的涡的作用以及水平热力不均匀性的影响, 因此在地形和下垫面比较复杂的区域, 对中尺度天气系统的模拟有进一步发展的前景。     

2004年7月10日北京局地暴雨数值模拟分析

利用中尺度数值模拟结果,对2004年7月10日北京局地暴雨的中尺度系统的结构特征及其发生发展的原因进行了初步分析,结果表明:MCS在对流层中低层表现为中尺度辐合线和低压,在其发展强盛阶段,具有低层辐合、高层辐散的高、低空最佳配置以及暴雨区上空垂直上升运动强烈发展的结构特征;暴雨发生前,地表感热、潜热通量等边界层非绝热过程造成气温升高、气压下降、湿度增大,影响对流层中低层风场的分布,对暴雨的发生发展起了重要的作用.     

Observations of fluxes over heterogeneous surfaces

This study analyzes data collected from repeated aircraft runs 30 m over alternating regions of irrigated and dry nonirrigated surfaces, each region on the order of 10 km across, during the California Ozone Deposition Experiment (CODE). After studying the scale dependence of the flow, the variables and their fluxes are decomposed into means for sublegs defined in terms of irrigated and nonirrigated regions and deviations from such subleg means. Since the repeated runs were flown over the same track, compositing the eight flight legs for each of the two days allows partial isolation of the influences of surface heterogeneity and transient mesoscale motions.A variance analysis is carried out to quantify the relative importance of surface heterogeneity and transient mesoscale motions on the variability of the turbulence fluxes. The momentum and ozone fluxes are more influenced by transient mesoscale motions while fluxes of heat, moisture and carbon dioxide are more influenced by surface heterogeneity. The momentum field is also influenced by a quasi-stationary mesoscale front and larger scale velocity gradients.For the present case, the mesoscale modulation of the turbulent flux is numerically more important than the direct mesoscale flux. This spatial modulation of the turbulent fluxes leads to extra Reynolds terms which act to reduce the area-averaged turbulent momentum flux and enhance the area-averaged turbulent heat flux.     

局地环流与大气边界层湍流相互作用的数值研究

本文建立了一个二维定常大气中尺度数值模式，并用该模式讨论了由下垫面粗糙分布非均匀（局地动力强迫）和温度分布非均匀（局地热力强迫）而产生的局地大气环流与大气边界层湍流的相互作用。结果指出：下垫面存在温度分布非均匀时运动方程中的湍流交换项与水平气压梯项一样可促使局地热力环境的形成，由粗糙度分布非均匀强迫产生的局地环流与由下垫面温度分布非均匀强迫产和的局地热力环流间的非线笥相互作用是通过湍流交换实现的。     

鄱阳湖地区复杂地表条件下一次强降水过程的近地面边界层特征

使用鄱阳湖北部70 m气象塔湍流和梯度观测数据,分析了2011年6月6日夜间一次暴雨过程中近地面边界层特征.结果表明,此次过程是在高空低槽和西南急流的天气背景下,受鄱阳湖复杂地表影响产生的局地性强降水.强降水发生前受东南暖平流影响,近地面边界层中水汽累积,不稳定性增加;强降水过程中,近地层感热、潜热通量迅速增加,同时,近地面层湍流动量通量下传和水平输送增加,鄱阳湖的水汽输送加强降水强度.另外,强降水过程中,近地面湍流动能迅速增大并达到最大值,而平均动能的增大发生在强降水结束后,表明地表作用明显,近地面边界层的湍流场为暴雨提供动力条件.尺度分析表明,强降水前,中尺度动量通量占主要地位,降水过程中湍流动量通量显著加强.     

局地地形、地表特征对上海暴雨过程影响的研究

作者在对2001年8月5~6日上海地区一场特大暴雨的诊断分析与数值模拟研究中确知,停滞在上海的热带低压及在其内发生、发展起来的中尺度对流云团是造成此次暴雨的直接天气系统。暴雨过程中,非常规观测资料及高分辨率暴雨数值模拟结果的分析对于揭示热带低压内暴雨中尺度系统的结构及发展演变的时空连续性具有重要作用。但同时也意识到,对于造成暴雨的各尺度系统的发生、发展,特别是造成局地突发性强降水的暴雨中尺度系统,某些物理过程的影响是不可忽视的。这些物理过程或独立影响着暴雨中尺度系统的发展,或相互作用、相互制约,共同影响着暴雨中尺度系统的发展。为此,作者在此次暴雨过程较成功的数值模拟研究基础上,对上海附近山脉地形及上海地区地表状况等可能影响暴雨中尺度系统发展的物理过程进行了模拟试验研究,结果表明,上海及其周边地区局地山脉地形和上海地区的地表分布特征虽不是造成此次局地突发性强暴雨的直接原因,但明显影响着暴雨系统的移动、停滞、发展和加强。上海以西的莫干山、天目山在热带低压东移过程中对于气流具有一定阻挡作用,有利于暖湿气流的聚集及热带低压移速的减慢。但若山脉过高且热带低压移至非平原地带,则来自西南的暖湿气流会受阻而汇集在莫干山至杭州湾一带,这样在相对强的偏西气流作用下,热带低压的移向就会出现变化。另外,上海局地地表城市化特征的加强使得城市近地层空气的暖干特性效应和城区上风方风速辐合,并由此引起暴雨系统内中尺度动力、热力特征出现变化,这值得在局地暴雨强度预报中加以关注。局地城市地表特征是城市暴雨灾害不容忽视的影响因素。