河西走廊“2010.04.24”特强沙尘暴特征分析

利用全天空成像仪、地面、高空气象观测资料、数值模式资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2010年4月24日甘肃河西走廊的特强沙尘暴过程进行了分析。结果表明,从观测到沙尘至天空完全被沙尘遮蔽,仅仅只有2.5min;中西伯利亚—新疆北部的偏北大风携带着极地强冷空气入侵,造成了甘肃河西走廊的特强沙尘暴。进一步的分析还表明,沙尘区域上空存在一个西风急流中心,其高度在200-250hPa之间,沙尘暴爆发时,风速增大到40m.s-1,高度降低,范围扩大。由急流中心向地面伸展的最大风速带将高空动量向下传播,引发了河西走廊的沙尘暴;南北风的变化主要发生在250hPa以下,最大中心高度均位于400hPa附近,北风前锋到达之处,沙尘暴爆发;冷空气爆发时,首先造成地面气温的急剧下降,其次是700hPa和500hPa气温下降;地面热低压的强烈发展,一方面使气压梯度加大,另一方面导致边界层对流不稳定,二者的作用都增强了沙尘暴的强度。     

中尺度自适应模式对西北地区一次沙尘暴物理量场诊断分析

利用中尺度自适应模式,以实况资料作初始场,重点对西北地区“2000.4.12”的强沙尘暴的物理量场进行了数值模拟,结果表明:在沙尘暴爆发期间存在一个次级垂直环流,上升区位于锋前的中尺度低压后部,下沉区位于锋后冷高压前部;高空急流对沙尘暴发生区有很好的指示作用,强沙尘暴发生在200hPa高空急流入口区右侧、700hPa正涡度中心附近下方、次级环流的上升运动区内;高空急流发生变异时,导致对流层中下部锋区加强和大气层结不稳定,为沙尘暴的产生提供了有力的大尺度环流背景。     

吐鲁番2001年4月7～8日特强沙尘暴天气分析

对吐鲁番2001年4月7～8日出现的特强沙尘暴天气进行了分析,指出强锋区、地面冷锋是强沙尘暴形成的大尺度天气背景,高空急流和槽前正涡度平流提供了动力条件,低层强辐合上升运动和大气热力不稳定激发了沙尘暴的形成,沙化的地表是形成这场沙尘暴的重要条件。     

我国东北地区暴雪形成机理的个例研究

应用NCEP资料分析了2000年1月1-2日发生在我国东北地区的一次暴雪过程。研究表明：这次暴雪发生在两槽两脊的大尺度环流背景下，是高空西风急流和低空西南风急流上下耦合作用的结果。高空急流提供动力不稳定条件，低空急流是暴雪区水汽的提供者和对流不稳定能量释放的触发者；暴雪区还具备上冷下暖热力不稳定条件，暴雪区是北支锋区南压的结果。暴雪区的对流不稳定高度位于850hPa，湿位涡负值中心与暴雪区有较好的对应关系，由于低空急流对湿位涡的输送，使得暴雪区条件性对称不稳定加强，有利于暴雪的形成。     

高低空急流耦合对长江中游强暴雨形成的机理研究

对1998-07-22T08-14发生于武汉附近的一次强暴雨过程的分析发现,这次强暴雨发生于南方暖区与北方冷空气脱离的孤立系统中,副热带经圈环流上升支是暴雨发生的大尺度背景场,它的低空入流和高空出流对大尺度雨区的生成与维持具有重要作用.边界层南风急流、低空西风急流和高空西风急流上下的耦合作用是强暴雨发生的重要原因.925hPa上边界层偏南风急流是暴雨区所需水汽的最大提供者和暴雨区对流不稳定能量释放的触发者,850hPa上低空偏西风急流的主要作用是建立和维持了暴雨区中低空的对流不稳定,200hPa上中纬高空西风急流的主要作用是建立和维持了暴雨区高空的条件对称不稳定,三者上下耦合使得中低空对流上升运动得以向上发展和加强,从而产生强暴雨.     

"02.6"陕南大暴雨的结构及成因分析

通过诊断分析发现:(1)“02.6”强降水与6月上旬越赤道气流和季风爆发密切相关,携带大量水汽的偏南气流与冷空气于6月8日交汇在西北地区东部,导致了这次强降水的发生;(2)与暴雨区相联系,存在横越低空急流的经向垂直环流,暴雨区处于该垂直环流的上升支;(3)偏南和偏东气流水汽通道在西北地区东部交汇,水汽的辐合积聚主要在对流层低层和行星边界层内完成;(4)整层的视热源高值区在暴雨区附近呈东北—西南向分布,与切变线走向非常一致,降水产生的凝结潜热释放是强降水区大气的主要热源。同时,在大尺度上升运动区中低层存在一个条件对称不稳定建立的机制,使得在暴雨区,既存在深厚的热力不稳定机制,又存在水汽输入机制和热力不稳定的触发机制,从而形成强暴雨。     

准噶尔盆地南缘一次强沙尘暴成因分析

利用常规观测资料和T6390场预报资料,对2009年4月13日发生在准噶尔盆地南缘石河子垦区一次强沙尘暴进行了天气成因分析。结果表明,这次强沙尘暴是西北路径较强冷空气引发的锋后偏西大风沙尘暴天气过程。前期持续高温少雨为沙尘暴的发生提供了有利的热力条件和一定的物质基础。西西伯利亚冷槽的斜压性结构使其强烈发展,为沙尘暴的发生提供了动力条件。而西西伯利亚冷槽的垂直结构强迫出一支下沉气流,为沙尘暴的发生提供了动量下传机制。高低空急流导致对流层中下部锋区加强和大气层结不稳定,为沙尘暴的产生提供了有利的中尺度条件。干暖舌的形成和维持对沙尘暴的发生以及落区有很好的指示性。沙尘暴发生在地面冷锋后部、冷高压前部以及3h变压、变温最大处和低空气流辐散的地区。准噶尔盆地南缘的特殊地形和流沙为沙尘暴形成提供了有利的地理环境。     

物理量场配置对豫中地区暴雨落区的影响分析

利用常规探空和地面观测资料以及NCEP 1°×1°6 h再分析资料,对2007年7月4-6日发生在河南中部的一次暴雨过程的环流背景和物理量场进行了诊断分析,重点分析了物理量场配置对豫中地区暴雨落区的影响.结果表明:稳定的西太平洋副热带高压、对流层中层低槽和低空切变线是造成这次暴雨过程的主要影响系统;低空西南急流为强降水的发生提供了充沛的水汽和不稳定能量,暴雨区位于急流出口区北侧,南风分量对降水强度的影响较大;深厚的中低层气旋性辐合、高层反气旋辐散触发了不稳定能量的快速释放;强降水落区与深厚的上升运动有着较好的对应关系.     

高低空急流耦合对长江中游强暴雨形成的机理研究

对1998－07－22T08－14发生于武汉附近的一次强暴雨过程的分析发现，这次强暴雨发生于南方暖区与北方冷空气脱离的孤立系统中，副热带经圈环流上升支是暴雨发生的大尺度背景场，它的低空入流和高空出流对大尺度雨区的生成与维持具有重要作用。边界层南风急流、低空西风急流和高空西风急流上下的耦合作用理强暴雨发生的重要原因。925hPa上边界层偏南风急流是暴雨区所需水汽的最大提供者和暴雨区对流不稳定能量释放的触发者，850hPa上低空偏西风急流的主要作用是建立和维持了暴雨区中低空的对流不稳定，200hPa上中纬高空西风急流的主要作用是建立和维持了暴雨区高空的条件对称不稳定，三者上下耦合使得中低空对流上升运动得以向上发展和加强，从而产生强暴雨。     

"2003.1"黔东南暴雪天气过程的对称不稳定分析

采用对称不稳定判据,对发生在2003年1月5～6日一次罕见的黔东南暴雪天气过程进行了分析,结果表明：暴雪产生在对称不稳定大气中,低空急流促使对流层低层暖湿气流辐合上升,触发对称不稳定能量释放,产生暴雪天气。西南涡、横切变和暴雪区有向对称不稳定区移动的趋势。     

非保守系统中的对称不稳定 II. 弱加热的强迫作用

对非保守系统中的对称不稳定问题进行了研究。这里是该文的第二部分,主要讨论弱加热的强迫作用。研究结果表明,采用Wave-CISK方法考虑弱加热的影响时,发现中高层加热只对一个较为狭窄的短波段扰动具有增长作用,而对其它波长较长的扰动则反而起到衰减作用。中低层加热能够提高波长较长的扰动之增长率,但会削减波长较短扰动的增长率。此外,由于潜热加热作用而新产生的大部分模态都偏向南（即暖区）传播,随着最高加热层次的降低,这种偏向更为明显,但也有向冷区传播的情况。     

一次夏季冷锋后暴雨的形成机制探析

利用常规观测资料,卫星、雷达及NCEP再分析资料,对2013年7月9日山西太原至河北石家庄一带的暴雨成因分析表明:(1)山西太原附近的暴雨发生在持续性层云弱降水持续6 h之后,层云中镶嵌积云并伴有弱雷电活动,暴雨区位于地面冷锋北侧低层冷区中,距离地面锋面120 km以上,极易漏报;(2)850 hPa东北风显著增强,低层假相当位温小的干冷空气随东北风向西南方向伸展,低层稳定层持续增厚,不稳定区位于稳定的边界层之上,强降水由高架对流造成;低层东北风和高层西南风同时增强,锋区斜压性显著增强,锋面抬升加强,锋面抬升和与500 hPa西南气流相伴的干平流使得锋区上空大气层结由近中性的绝对稳定转化为位势不稳定,锋区抬升使得位势不稳定转化为条件性不稳定;(3)午后河北中西部大气层结绝对稳定,石家庄雷达监测到其附近数条平行于热成风方向的水平尺度几十千米的对流云带是由条件性对称不稳定导致的倾斜对流。     

"049"川渝暴雨的Q矢量与湿位涡分析

采用NCEP/NCAR再分析资料对"049"暴雨过程的准地转Q矢量及湿位涡进行诊断分析,揭示了暴雨期准地转Q矢量散度场、涡度场以及锋生函数的分布特征以及与暴雨之间的时空配置关系,指出了Q矢量散度与垂直运动有很好的配置关系,低层Q矢量辐合有利于上升运动的发展和维持,Q矢量对此次暴雨过程具有一定作用;暴雨区对流层中低层的对流不稳定与条件性对称不稳定对此次暴雨过程起了关键作用,而且很可能是中尺度对流系统发生发展的重要条件之一.     

二维非静力平衡深厚湿倾斜对流数值模式设计与条件性对称不稳定数值试验

设计了一个宜于研究深厚湿倾斜对流运动的二维非弹性非静力平衡数值模式.模式采用非静力平衡条件、非常值湍流扩散系数,并具有最优协调分辨率,弥补了以往条件性对称不稳定数值研究中的诸多缺陷.数值试验表明:模式运行稳定可信且对深厚湿倾斜对流运动有较强的描述能力.在条件性对称不稳定条件下,扰动发展呈现为强倾斜环流特征,垂直速度场有狭窄的强倾斜上升运动,与倾斜上升运动相伴有倾斜云带发展.诊断分析表明:在扰动发展演化过程中,条件性对称不稳定演化为一种混合不稳定的形式存在.     

一次华北锋面带状降水过程中的对流-对称不稳定诊断分析

本文用GRAPES_Meso中尺度区域模式模拟了2015年8月2—4日的一次华北锋面带状降水过程,在模拟结果与实况比较吻合的情况下,用高分辨率模式输出资料对降水过程中的对流稳定度、惯性稳定度和条件性对称不稳定(CSI)进行了分析,并诊断出降水过程中的条件性对称不稳定区域。个例分析的结果表明:(1)带状降水过程中CSI的发展伴随着对流不稳定的减弱和惯性不稳定的增强。(2)根据不稳定量的变化情况,把降水过程分为3个阶段:在第一个阶段,降水区域上空-?θ_e/?p0,降水主要受对流不稳定的影响;在第二个阶段,对流不稳定、惯性不稳定与CSI发展增强,此阶段的降水受3种不稳定量的影响;在第三个阶段,3种不稳定能量均逐渐减弱,但仍然影响着降水的持续。(3)发展旺盛阶段的CSI在平面上呈带状分布,与雨带、对流不稳定区域平行,在剖面上CSI主要活跃在对流层低层。(4)用湿位涡结合对流稳定度与惯性稳定度诊断CSI区域的方法比M-θ_e剖面图方法更准确有效。     

东亚春季强冷锋结构及其动力学诊断研究 II. 动力学诊断研究

在本文第I部分对东亚春季强冷锋结构进行分析的基础上，第II部分对该锋面的增强过程作了动力学诊断的研究。通过研究发现:(1)从27日08时至28日20时（北京时，下同），该冷锋处于加强阶段，锋生函数的计算显示，最大锋生区出现在对流层中层，各项的量级相同，但以倾斜项的数值为大；(2)在锋生区的南侧发现有很明显的条件对称不稳定（CSI）区域，这有利于倾斜的对流上升运动的发展，提供了一个较好的强对流系统发展的环境，对冷锋中尺度雨带的形成，CSI的激发可能有重要的作用，然而东亚春季强冷锋的CSI与北美“典型”的CSI有较明显的不同；(3)本例与Hoskins-Bretherton（HB）的理论模型所进行的比较表明，HB模型的结果可说明实际观测到的锋区的基本特征。然而，理论模型中，可能由于采用半地转假设所限，对锋后的一支下沉气流描写较弱，而这支气流对强烈天气的发展可能有重要意义。     

一次高原强降雪过程三维对称不稳定数值模拟研究

利用一次较成功地模拟了"95.1"青藏高原暴雪过程的MM5中尺度模式输出资料,用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式,对"95.1"暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验,结果表明:ψ场和w场的三维配置在降雪发生初期和发展过程中与暴雪带基本一致,说明非线性对称不稳定是这次高原暴雪启动的一种动力学机制。     

塔里木盆地东北缘一次强对流天气过程中的阵风锋特征研究

利用地面自动站逐小时观测、多普勒天气雷达及WRF模式高分辨率数值模拟,分析2016年7月塔里木盆地东北缘一次强对流天气过程中的阵风锋特征。结果表明,阵风锋前沿较强的辐合抬升运动不断触发多个对流单体,其中大部分单体与其后方的对流系统合并且进一步发展,使得强对流天气不断发展和维持。在对流系统快速发展阶段,阵风锋前沿水平风的垂直切变造成湿位涡的斜压分量显著增强,从而增强局地的条件对称不稳定,为对流系统的发展和维持提供了重要的不稳定能量。不稳定能量释放需要的锋生强迫作用主要是由阵风锋前方的辐合辐散项和倾斜项决定,而阵风锋前沿附近的水平形变项及其上方的非绝热加热项提供相对较弱的贡献。     

闽西南地区一次高架雷暴中尺度特征分析

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、闪电定位仪资料、福建龙岩双偏振多普勒天气雷达资料,分析了2020年春季闽西南地区的一次强对流过程。结果表明,此次过程发生在地面锋线北侧冷区内,属于典型的高架雷暴过程,产生的灾害性天气包括冰雹、短时强降水、高山站雷雨大风。500 hPa冷平流、850 hPa暖湿平流、925 hPa闽西南地区的假相当位温高能舌为高架雷暴的发生发展提供了有利的环境条件。探空显示逆温层深厚且逆温层顶温度高,暖湿气流沿着锋面被强迫抬升,至逆温层之上饱和假相当位温随高度递减,存在显著的条件不稳定,对流得到快速发展。雷达分析表明,本次高架雷暴冰雹回波自低层快速倾斜向上发展,具有发展快、强度强、降雹时间长的特征。其双偏振参数演变特征与基于地面抬升的雷暴基本一致,降雹阶段表现为CC谷、Z_DR接近零、K_DP小于零。降雹前回波单体中存在强Z_DR和K_DP柱,可以作为冰雹预报的参考,提前量达到半小时。     

一次暴雨与特大暴雪并存的华北强降水过程分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对2012年11月3—4日华北地区产生大范围雨雪天气的成因和降水相态进行分析。结果表明:深厚的低涡和地面气旋是本次过程的直接影响系统,东南风低空急流带来东部海上的充沛水汽,使得暴雨雪区整层大气可降水量远高于当月平均值;低涡和气旋等低层辐合系统与高空辐散叠置,为强雨雪天气提供了持久强烈的上升运动,暴雨区、暴雪区分别为对流不稳定、条件性对称不稳定大气层结,而锋生作用更有利于暴雪产生;雪花形成和增长的环境条件与雪花下降过程是否融化在判断降水相态方面同等重要,二者兼具才能保证地面降雪的出现。