两次引发辽宁暴雪过程低涡的动力发展机制

应用NCEP FNL分析资料,从动力学角度对2015年初辽宁地区两次低涡暴雪过程(简称"2.16"和"2.25"过程)的形成机制进行分析。结果表明:两次过程共同特点是850 hPa附近有低涡生成或加强,低涡是暴雪引发的直接原因。两次过程促使低涡生成的正涡度变率增大原因存在差异,"2.16"、"2.25"过程中对正涡度变率贡献最大的强迫项分别是散度项和涡度垂直输送项。500 hPa低涡东移,冷平流使得涡底部高空槽加深,槽前正涡度平流加强,差动涡度平流增大使得上升运动发展,导致850 hPa高度附近辐合增强是"2.16"过程正涡度变率增长、低涡生成的动力机制。强烈上升运动,对低层正涡度垂直输送,则是"2.25"过程850 hPa附近低涡形成和加强的动力机制。     

一次东北南部特大暴雪的动力机制分析

应用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2007年3月3—4日东北南部特大暴雪的动力机制,结果表明:850 h Pa低涡切变线附近对应着强降雪中心,其辐合抬升作用最明显,是本次过程的主要影响系统和成功预报的关键;涡度变率更能准确反映出暴雪切变线生成、发展的物理机制,且对于强降雪中心的位置和强度变化具有一定的预报意义;在涡度变率的各影响项中,700~900 h Pa正涡度区的强辐合项是正涡度倾向的主要强迫源,低层涡度增加,在强上升运动的作用下向上输送,使系统发展,从动力机制上进一步说明本次过程中主要影响系统的作用;涡度变率中绝对涡度平流项与各层高空槽移动或强度变化有关,反映了暴雪过程中各高度影响系统的垂直结构变化;而扭转项在低层一直产生负贡献,说明上升运动在水平方向的不均匀形成负涡度倾向,不利于系统的发展。     

山西中部一次暴雪天气过程分析

利用常规气象观测资料和NCEP全球再分析资料,对2013年4月19日出现在山西中部的一次暴雪天气过程进行了综合分析。结果表明:高原槽、低空低涡切变线、地面回流以及河套气旋等的共同存在为暴雪天气提供了有利的流型配置;700 h Pa西南急流、850 h Pa偏东南急流和925 h Pa偏东急流为此次暴雪天气提供了强的水汽输送和补充;500 h Pa偏西北急流和850 h Pa偏东北强气流耦合加强,且高层正涡度输送以及低层辐合、高层辐散的倾斜垂直结构使得上升运动加强,触发低层不稳定能量释放,导致暴雪天气的发生。低层和近地层温度变化、0℃层高度下降、逆温层增厚以及垂直风切变加大是判断此次降水过程相态变化和降雪强度增强的重要指标。     

"96.1"暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断Ⅰ: 涡度和涡度变率诊断

利用引入三相云显式降水方案后改进和发展的中尺度模式(MM4)模拟输出资料, 对"96.1"高原暴雪切变线发生、发展的结构进行了运动学和动力学诊断.涡度场演变指出, 高原上局地涡度中心和涡度带的生成和发展不仅与暴雪切变线的形成和发展密切相关, 而且有预测切变线生成的先兆意义; 涡度场、散度场、垂直速度场与相当位温场的剖面结构诊断表明, 运动场和热力场的相互配置与耦合关系极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持; 涡度变率诊断结果指出, 涡度正变率中心带初生于暴雪切变线附近, 其时空演变与切变线生成和发展相伴的正涡度中心带垂直结构及演变基本一致.在对涡度变率贡献的诸因子中, 非线性相互作用涡度变率的相对数值最大; 时间平均涡度变率的贡献次之; 与强波扰气流有关的扰动涡度变率贡献最小.在总涡度变率的诸强迫项中, 散度项贡献最大; 水平涡度平流项次之; 垂直涡度输送项和扭转项的贡献相反, 基本上互相抵消.     

引发黑龙江省暴雪爆发性气旋个例动力分析

利用气象站综合观测资料和NCEP FNL的1°×1°再分析资料,分析了2013年11月25日黑龙江省大暴雪的环流特征和气旋爆发性增长过程;在此基础上,对涡度平流、高低空急流的分布特征和垂直结构及湿位涡的正压项和斜压项对气旋爆发性增长的贡献进行了深入细致的研究,探索此次爆发性气旋发展的动力学机制.结果表明:此次黑龙江省暴雪过程地面气旋中心位于槽前最大正涡度平流区下方,正涡度平流使等压面降低,地面减压,气旋获得发展.地面气旋始终位于南支高空急流核左前方和北支高空急流核右后方,两支高空急流的动力作用均引起强辐散.高、低空急流耦合的区域,使高层强辐散和低层强辐合叠置,加强了气旋中心附近的上升运动,从而使气旋和降雪的强度得到加强.气旋在强斜压大气中获得爆发性增长,气旋的爆发与湿位涡的分布和演变关系密切,高层正湿位涡下传,使低层湿位涡增大,气旋获得发展;当高层ξmpv1线趋于准水平状态时,正湿位涡下传造成低层湿位涡发展结束,气旋发展停止并逐渐减弱.大气湿斜压性增加可引起垂直涡度的显著增加,促使气旋爆发性增长,垂直涡度的变化滞后于湿斜压性的变化.     

2013年四川盆地三次持续性暴雨过程的环流形势和物理成因分析

利用常规探空和地面自动站观测资料、卫星红外云图TBB和NCEP再分析资料,对2013年6~7月发生在四川盆地的3次持续性暴雨过程进行了大尺度环流背景及物理成因分析。分析结果表明:500h Pa贝加尔湖、鄂霍次克海地区的高压脊起到阻塞作用,利于西伯利亚到巴尔喀什湖附近的深厚低槽稳定分裂短波东南移,槽前持续的正涡度平流向四川盆地输送孕育低层中小尺度系统发生发展,700h Pa西南涡是造成3次暴雨的直接影响系统,其活动对强降水落区有重要作用;850h Pa暖平流维持,在暖平流梯度大值区触发中尺度对流系统产生强降水,暖平流越强降水越强;孟加拉湾的西南暖湿季风气流持续向四川盆地输送水汽和热量,使能量在释放后快速重建,并有适宜的动力环境条件使水汽聚集、辐合和垂直上升,强降水得到持续;700h Pa持续的西南急流在向北加强的过程中南北风分量形成的辐合有利于低层切变线南侧、急流左侧区域的辐合加强,配合高层辐散的抽吸机制,是3次过程强降水持续的又一重要因素。     

东北冷涡发展过程的位涡收支分析

从位涡收支的角度对一次东北冷涡发展过程进行了诊断分析,研究了位涡趋势方程中各趋势项对冷涡发展的贡献。结果表明,在对流层低层东北冷涡的发展过程中,非绝热加热率、水平平流位涡以及非平流的位涡趋势对低层位涡的增强做正贡献,有利于低层冷涡的发展,也充分说明了非绝热加热对低层冷涡的发展所起的重要作用;而垂直平流位涡刚好相反,对低层位涡的增强做负贡献,不利于低层冷涡的发展。从垂直结构看,水平平流位涡主要是在对流层低层和高层对位涡发展有正贡献;而垂直平流位涡是在中层促使位涡增强;非平流引起的位涡变化主要是在低层;由平流和非平流引起的总位涡趋势增大,促使冷涡加强发展。     

2009年2月辽宁一次暴雪过程动力条件诊断

应用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2009年2月12—13日辽宁暴雪过程的主要影响系统（850 hPa切变线）进行动力诊断并研究其演变特征。结果表明：辽宁中西部切变线东南侧、江淮气旋顶部暖锋附近对应强降雪中心;切变线与正涡度区相对应,正涡度带合并、发展并向偏东方向移动,影响切变线的加深发展和东移;850 hPa正涡度中心先于强降雪出现,具有一定预报意义;正涡度带及其中心的生成与发展的动力机制主要受总涡源的影响,涡度变率较涡度更能提前并准确地反映暴雪切变线生成、发展的物理过程;涡度垂直输送和绝对涡度的散度效应对于正变涡的贡献显著,而绝对涡度的散度效应是正涡度变率的主要强迫源;正变涡的减弱主要来自扭转项,抑制了系统的发展。     

"04.12"华北大到暴雪过程切变线的动力诊断

利用地面实测资料和MM5模式输出产品,对2004年12月20~22日发生在华北地区的大到暴雪天气过程的切变线进行了动力诊断分析,结果表明:此次暴雪过程与中尺度切变线的发展东移直接关联。涡度诊断表明:正涡度区的演变与切变线的发展、东移和北抬密切相关,正涡度区内“正涡度核”对预报强降雪的出现有先兆指示意义。涡度、散度垂直剖面图显示,涡度、散度场的空间配置极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持。湿相对位涡和涡度变率诊断揭示,涡度变率强度与中低空的条件对称不稳定密切相关;暴雪区上空从低层到高层存在的湿位涡负值中心是造成中低层涡度变率增大及暴雪增幅的重要原因之一;而涡度变率较涡度更能准确反映切变线发生发展的物理机制。     

一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

高原涡与西南涡相互作用暴雨天气过程的诊断分析

利用动力诊断方法,对2008年7月20~22日高原低涡与低层西南低涡相互作用引发西南低涡强烈发展和四川大面积特大暴雨天气发生机理进行了诊断分析。分析表明：高原涡与西南涡涡心之间的纬向距离在5个纬度的时候,两者上升气流都在500 hPa以下,当两者继续东移,在经向上耦合的时候,二者同时得到发展,西南涡中心的上升气流达到300 hPa,而高原涡中心的上升气流突破200 hPa;西南涡在低层出现初期,在一定程度上制约了高原涡的发展,随着两者在经向方向发生耦合,上下涡度平流不同造成垂直差动,将激发500 hPa以下的上升运动与气旋性涡度加强,使得500 hPa与700 hPa涡心正涡度值的增大近1倍。并且涡前的正涡度变率使得高原涡发展并东移,待垂直耦合后,高原涡与盆地涡相互强迫作用促使气流上升运动加强也是导致高原低涡与西南低涡共同发展的一种机制。     

2009年初冬河套地区暴雪天气过程诊断分析

利用常规资料、新一代天气雷达和自动站资料,对2009年初冬发生在河套地区的暴雪天气过程进行分析,结果表明:稳定深厚的极地冷涡不断分裂冷空气南下,促使高空槽强烈发展,为暴雪的发生提供了动力条件.高中层槽前西南气流与低层东南、偏东气流为暴雪的发生提供水汽条件.中低层负散度、正涡度,高层正散度、负涡度的分布有利于暴雪的发生和发展.逆温层和高能舌的存在为暴雪的发生储备了潜在能量.风向随高度顺转,风速随高度增大的垂直切变有利于暴雪的发生和发展.     

2009年初冬河套地区暴雪天气过程诊断分析

利用常规资料、新一代天气雷达和自动站资料,对2009年初冬发生在河套地区的暴雪天气过程进行分析,结果表明:稳定深厚的极地冷涡不断分裂冷空气南下,促使高空槽强烈发展,为暴雪的发生提供了动力条件。高中层槽前西南气流与低层东南、偏东气流为暴雪的发生提供水汽条件。中低层负散度、正涡度,高层正散度、负涡度的分布有利于暴雪的发生和发展。逆温层和高能舌的存在为暴雪的发生储备了潜在能量。风向随高度顺转,风速随高度增加的垂直切变有利于暴雪的发生和发展。     

2015年肇庆开汛暴雨环境条件和雷达风廓线产品特征分析

利用常规观测资料、Micaps资料、NCEP 1°×1°再分析资料和雷达风廓线资料,对2015年肇庆市开汛暴雨过程的环境条件及雷达风廓线产品特征进行分析。结果表明:暴雨发生在200 h Pa高空气流分流区、700 h Pa显著西南气流前方、850 h Pa切变线以南风速辐合区、925 h Pa风场辐合区和地面锋面低槽的重叠区域。暴雨发生前伴随着CAPE值激增,在大气层结极不稳定条件下,西南暖湿气流北上在广东中部地区辐合汇聚,为暴雨提供大量水汽和不稳定能量。暴雨过程低层气旋式涡度和高层反气旋式涡度使得低层辐合和高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动。暴雨期间雷达风廓线资料直观地显示了中小尺度系统引起的风场变化,中层波动对应过程中的几个强降水时段。当上空处于中层西风波动槽前时,西南暖湿气流层次深厚,降水加强;当6 km以上高度西北气流向下发展时,降水处于减弱阶段。     

98.8松嫩流域一次东北冷涡暴雨的数值模拟初步分析

利用MM5中尺度非静力模式对1998年8月8~9日松嫩流域的东北冷涡切变型暴雨过程进行了数值模拟和对比试验。结果表明, MM5能够对此次过程进行较成功的模拟; 同时发现, 此次过程首先由高层强的正涡度平流触发, 低涡区强降水的产生是由于高低空急流的耦合。其中, 高空急流的作用强烈而短暂, 低空急流的作用较为持久, 强度稍弱。阻高前部下沉气流形成的中层偏东干冷气流是切变形成的关键, 它与偏南气流在对流层中层形成的风向切变是产生上升运动的主要强迫机制。减弱阻高使其底部偏东气流减弱及后部偏南气流在高层减弱、低层增强, 导致降水减弱, 并使系统位置偏东、偏南。西北路冷空气增强使低涡和切变北侧高层偏南气流增强、低层偏南气流减弱, 导致降水强度增强、尺度增大。     

一次河北大暴雨的华北低涡结构和涡度收支分析

利用Micaps系统下常规资料、云图资料和NCEP全球再分析资料,对2004年7月11-12日发生在河北省中南部的一次局地大暴雨个例进行了诊断分析。结果表明：200hPa西风槽、500hPa华北低涡和中低层偏东风,是这场暴雨的直接影响系统,该过程中的华北低涡为低层冷心、高层暖心结构,具有随高度向西北倾斜的特征,涡度场特征明显。暴雨区对应着深厚的正涡度区,散度场结构零乱,非高层辐散、低层辐合的配置,暴雨区上空上升运动较强。冷空气来源于500hPa以下的东北地区,水汽的源地来自渤海,低层偏东风可能是暴雨区所需水汽的主要携带者。水平涡度平流项和水平涡度辐散项作用相反,水平涡度辐散项对总涡度起直接作用且为正贡献,而垂直平流项对总涡度贡献比较小。     

2003年夏季梅雨期一次强气旋发展的位涡诊断分析

通过位涡诊断和回推轨迹分析, 对2003年夏季梅雨期间一次强江淮气旋的发展过程进行了研究。结果表明: 气旋发展初期, 非绝热加热在气旋的低层发展中起了主要作用, 随后由于高层水平平流的增强, 通过垂直平流使高低层大值位涡耦合在一起, 从而使气旋迅速发展。从中、 高、 低层对位涡柱形成所起的作用来看, 低层主要是非绝热加热, 中层是垂直平流, 而高层主要是水平平流; 从构成气旋的气流来说, 在气旋迅速发展阶段, 低层主要以西南暖湿气流为主, 高层 (500 hPa以上) 主要以沿急流轴下降的高层干冷气流和对流层底层流向气旋东北部并迅速上升的暖湿气流为主。高低层冷暖空气的相互作用主要发生在600 hPa及以上层次, 因凝结加热引起的垂直运动通过垂直平流可能在冷暖气流相互作用和上下大位涡的垂直耦合中发挥了重要作用。     

一次暴雨过程的动力诊断

应用常规观测资料及NCEP再分析资料,对2008年5月21日福建中部地区暴雨成因进行诊断分析。结果表明:此次强降水位于水汽通量散度平流项与散度项辐合配置较好区域;高层较强涡度平流促进福建中部地区上升运动;差动假相当位温平流增强大气不稳定度,促进垂直上升运动;低层水平运动锋生中心的位置和强度与未来6h降水中心位置和强度较为一致。     

由台风低压倒槽引发的山东暴雨过程研究

2004年8月26-28日发生在山东省的大到暴雨过程主要是由"艾莉"台风减弱的低压和西风带冷空气远距离相互作用造成的,台风倒槽的发展与低空东南气流的加强及台风低压外围热量和动量的向北输送密切相关.采用双向三重嵌套网格非静力模式MM5对这一过程进行了数值模拟,研究了台风倒槽的中尺度结构特征,并通过涡度收支探讨了台风倒槽及中尺度低涡发生发展的物理过程.结果表明,强降水是在台风倒槽顶部强风中心与弱风中心之间的强辐合作用下触发的,台风倒槽的增强和中尺度低涡的形成是低空急流及其动力作用的结果,降水的非绝热加热也起着重要作用.涡度方程的收支诊断表明,对流层低层的散度项、对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者,在同一等压面上散度项和水平平流项的作用是相反的.对流层中层铅直输送项的贡献为正,扭转项为负贡献,涡度变化的总趋势是它们相互作用的净结果.等压面上相对涡度的变化趋势并不是均匀的,中尺度低涡的东南象限相对涡度局地变化较强,这是强降水发生在此的重要原因.低层正涡度的增加是由水平辐合引起的,而高层正涡度的增加是涡度由低层向高层垂直输送的结果.因此台风倒槽的发展和中尺度低涡的形成主要是由于低层的涡度制造,另一方面来自中低层涡度的垂直输送.     

2012年7月内蒙古极端降水事件及成因

2012年7月下旬内蒙古中部出现罕见的极端降水事件(简称"7·27"暴雨)。利用NCEP再分析资料、常规观测和精细化监测等资料分析了"7·27"暴雨成因。结果表明:(1)贝加尔湖低涡异于常年。巴尔喀什湖到鄂霍茨克海为阻塞高压,其底部横槽加深生成贝加尔湖低涡。低涡内有冷空气活动,在对流层低层及地面激发出低涡和气旋。(2)该过程的中尺度特征明显。地面中尺度切变线不断新生、稳定维持,形成多个中尺度雨带。高空β中尺度对流云团不断新生、合并加强,形成对流复合体M CS。河套西北部、河套南部、锡林郭勒盟中西部三个暴雨区均是中尺度对流复合体M CS发展的结果。(3)垂直方向上,暴雨发生前到暴雨期从地面至700 h Pa的大气比湿达10~22 g·kg-1,且850~700 h Pa水汽垂直输送达到最强;水平方向上,南风风力辐合,末端到达45°N以北,河套南部地区为"水汽汇"。(4)对流层高层大气涡旋运动是该过程的直接诱因。大气涡旋运动由200 h Pa向700 h Pa传播,正涡度平流在700 h Pa到200 h Pa随高度增加,高层水平辐散、低层补偿辐合,大气强迫上升产生暴雨。(5)对流层中层持续"干侵入",低层持续的暖湿输送,大气不稳定能量不断重建,这是极端暴雨过程的热力机制。(6)随着全球气候变暖,亚洲夏季风加强,来自孟加拉湾和南海的水汽向东亚副热带地区输送加强,水汽输送进一步向北扩展到我国华北内陆地区,是"7·27"暴雨过程的重要原因。