一次暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR分辨率为1°×1°再分析资料和气象台实测降水资料及TRMM 3 h降水资料,采用WRF中尺度数值模式,对2010年7月22日发生在黄河流域中游南部的一次暴雨过程进行了数值模拟及诊断分析。结果表明：WRF模式能较为成功的模拟出本次暴雨过程。此次暴雨在大尺度环流形势上,是由于西太平洋副热带高压与河套低压槽的共同影响产生的;来自印度洋、中国南海的大量水汽输送为暴雨提供了充足的水汽来源。处于200 hPa的高空急流,由于地转调整激发出了中尺度重力波,使用散度场、云水分布,能够确定中尺度重力波的存在和移动方向。在利用模拟资料分析重力波对甘肃省东部地区暴雨产生的原因时得出：高空急流中产生的中尺度重力波与低层大气对中尺度重力波的吸收作用,共同导致了该地暴雨的发生。由高空急流风向和非线性平衡方程的数值分布情况,可以提前判断中尺度重力波发生的区域和移动方向,从而能够提前对暴雨可能发生的区域和时间作出预报。     

AREM模式对“04·08”豫中大暴雨的数值模拟和诊断分析

利用中尺度有限区域数值模式AREM,对2004年8月4日豫中一次大暴雨过程进行数值模拟和诊断分析。模拟结果表明：暴雨中心位于河南省中南部,中心强度达200 mm;高空冷平流南下,地面冷空气入侵,中低层有较强的辐合气流。模拟的暴雨落区与实况相一致,但中心强度较实况151 mm略大;模拟的环流形势也与实况环流形势一致。对模拟物理量诊断分析结果表明,在有利的垂直速度、散度场和比湿条件下,暴雨区中低空存在明显的水汽辐合,且水汽辐合区位于700 hPa及以下,强水汽辐合区位于900 hPa附近,从低层到高层较强的水汽辐合,暴雨区的水汽充分辐合上升,是造成此次大暴雨天气的主要原因。     

四川盆地一次暴雨过程的初步分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、结合多种数值预报产品对2007年7月27-29日发生在四川盆地的大范围暴雨过程进行了分析。结果表明：这次暴雨环流不同于四川盆地常见的四种基本类型,主要表现为500hPa中高纬度为两槽一脊并在贝加尔湖南侧伴有大范围阻塞高压,西太平洋副热带高压588线西端位于114°E附近,同时河套附近的冷涡为此次降水的发生补充了冷空气。大气低层伴有西南低涡,云南、贵州、四川一带维持一支8-12m／s的西南急流;高层辐散、低层辐合的垂直配置及暴雨区维持的垂直环流是此次暴雨发生的动力条件;暴雨区的降水中心变化,与垂直环流的上升区域位置变化有密切关系：欧洲数值预报产品对此次暴雨发生的环流形势预报效果较好,具有很好的预报参考价值,但数值预报产品对降水量级的预报误差较大。     

两次不同类型西北暴雨对比分析

应用6小时累积雨量地面降水实况资料、FNL资料以及TBB资料并结合西北地区的实际情况来对比分析发生在西北的两种不同类型的暴雨过程。研究表明,两次过程在环流形势场上有很大差异,主要表现在400hPa西太平洋副热带高压位置的不同,2007年降水的副高主体位于海上,在内陆存在一个高压系统,而2010年降水的副高已挺近大陆内部;200hPa高度上,2007年的降水位于高空急流带中,2010年降水区域位于高空急流带的南侧,辐散强度更大。其次,两次暴雨过程发生的水汽条件、垂直运动条件、大气层结稳定度等物理条件也有明显不同,2010年的暴雨在降水期间其垂直运动更加剧烈,大气层结也更加的不稳定,这些导致了两次暴雨过程在强度、持续时间上的差异。     

春夏季青藏高原积雪对中国夏末秋初 降水的影响及其可能机制

本文首先利用最大协方差分析方法,探讨青藏高原积雪与中国降水之间的联系,发现中国夏末秋初（8～10月,简称ASO）降水与前期及同期高原积雪有着显著联系,当春夏季青藏高原西部多雪时,其后ASO中国长江及其以南地区多雨,而东部沿海的狭长区域少雨。进一步引入最大响应估计等方法,研究中国区域降水对高原积雪异常的响应及其可能的物理机制,结果表明,冬春季高原多雪异常可持续到夏季,并通过改变地表热力状况,导致ASO南亚高压减弱,同时在高、低空激发出两支波列:高层200 hPa波列沿中高纬西风急流传播,自高原经蒙古到达日本呈现明显的“负—正—负”位势高度异常传播,日本上空为气旋性异常环流;低层850 hPa波列起于高原,经孟加拉湾至中国南海,沿着西南气流传播,导致台湾附近的反气旋性异常环流,其西侧的偏南气流,将南海丰富的水汽输送至中国南部湖南、广西;而高层中心位于日本的气旋性异常环流西侧的偏北气流利于北方天气尺度扰动向南移动,它们为长江中下游及其以南地区多雨提供了有利条件。进一步计算定常波波数也表明,高层西风急流与低层西南季风气流作为波导,有利于高原上空的扰动沿着高、低空2支通道向东传播。由于东部沿海浙江、福建为正位势高度异常区,低层反气旋性异常环流则抑制了该区域的降水。     

一次中期天气过程的大气环流空间结构分析

2004年 7月 1～11日黑龙江省出现了长达 11d的降水天气,对处于严重干旱状态的黑龙江省,尤其是齐齐哈尔、大庆、佳木斯的重旱区,无疑是一场喜雨,解除了大部分旱区的旱情.对产生这次降水天气的大气环流空间结构、演变特征进行了分析,发现能够出现长时间降水的主要原因是高空极地冷空气积聚能量于贝加尔湖附近,然后东移至黑龙江省和吉林省处成为冷涡,并少动,从而造成该区域的长时间降水天气.而低空流场、地面气压场有三次低压系统与高空冷涡配合,其中有两次低压系统是从海上加强后,亻并入冷涡的.环流场的垂直结构还反应了 100 hPa以下的各层均为一致性的低涡系统,尤其是 500hPa～ 200hPa之间,这表明该次系统是深厚稳定的,这样深厚稳定的系统是持续多水的根本原因.从 1～ 10个波的能量释放、动能、角动量变化分析,对黑龙江省这次降水有突出贡献的波是 4波和 8波.     

一次积层混合云降水不同尺度结构的数值模拟

利用中尺度数值模式WRF-ARW（V3.2）对2009年4月18-19日发生在张家口地区的一次积层混合云降水进行了模拟,并结合观测资料从不同尺度对这次降水过程进行了对比分析.结果表明：700 hPa西风槽、850 hPa低涡是影响这次降水的主要天气系统,来自南方的暖湿空气和西北内蒙古低涡带来的水汽是这次降水的主要水汽来源,两股水汽在张家口附近低层出现了大尺度辐合,有利于该地区云系的发展、降水的形成;降水云系呈东北-西南向带状分布,带长约1 000 km,带宽300km,在大片的云带中分布着很多个小的高值中心,中心区域一般在几十千米;结合雷达回波可以看到在均匀的回波层中镶嵌着柱状对流回波,具有典型的积层混合云降水回波特征;沿着雷达回波做剖面,发现云中云水含量分布无论是水平方向还是垂直方向都是不均匀的,雨水的大值中心与上层的霰、雪的大值中心相对应,中心水平范围在1020 km.     

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响.分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200 hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征.梅雨期,200 hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义.梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度.进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域.当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域.因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响.     

云南汛期旱涝特征及成因分析

通过Z指数和旋转经验正交函数(REOF)分析等对云南省汛期(5~10月)降水作旱涝等级划分、型态分布和旱涝时空分布特征研究,发现云南省各地汛期降水具有一致性,1980年代以来,汛期旱涝有更频繁发生的趋势,东、西部和东南部地区为云南省全省旱涝多发区。对比分析了云南旱涝年的大气环流特征,发现两者显著差异:涝年500 hPa位势高度距平亚洲区域自西向东为“- -”波列结构,云南北部低槽活跃,反映出有强冷空气活动的环流背景,伊朗高压及青藏高压活跃,利于与副热带高压形成“两高辐合”的强降水形势;低层850 hPa水汽输送和OLR场特征揭示出低纬度热带海洋具有强烈的水汽输送机制;旱年则反之。并讨论了导致云南汛期旱涝的热带强迫源区主要位于孟加拉湾、南海—西太平洋,可能机制是热带强迫所激发的大尺度准定常波列的传播。     

华北“7.20”特大暴雨多尺度特征分析

利用华北地区248个加密气象观测站资料、FY-2G黑体亮温TBB、邢台站探空资料、华北地区多普勒雷达资料、欧洲中心（ECMWF）0.25°×0.25°和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,对2016年7月19—21日一场特大暴雨进行多尺度特征分析。结果表明：200 hPa南亚高压系统呈东西带状分布,500 hPa为“东高西低”环流背景,鄂霍茨克海附近闭合高压下游阻挡效应使上游系统移速缓慢,华北长时间处于深槽之中,环流形势利于产生稳定经向型暴雨;通过高低层流场对比发现,高空急流入口区右侧与低空急流出口区左侧重叠区为最强降水区域,降水大值区均位于太行山及燕山山脉迎风坡;垂直方向上,垂直上升运动中心介于散度辐合中心与辐散中心之间,剧烈的抽吸效应将水汽输送至高层,冷暖气流交汇及水汽上升过程凝结潜热释放导致对流系统迅速发展。河北地区稳定的深厚气旋是本次暴雨的关键系统,19日石家庄地区强对流单体（>45 dBz）存在时间超过20 h。MCS影响范围广、特殊山脉地形作用、系统停留时间较长等原因造成累积降水量增大,是本次暴雨与“7.21”北京特大暴雨相比的突出特点之一。     

2017年6月上旬江苏南部一次极端暴雨过程分析

从环流形势、弱冷空气影响、大气稳定度、水汽收支等方面分析了2017年6月上旬江苏南部的一次极端暴雨过程,并与该区域同期其他暴雨事件进行了对比。结果表明,暴雨区位于加强的200 hPa西风急流入口区的右侧,偏强的副热带高压西北侧的西南气流与东北冷涡西南侧的西北气流交汇及850 hPa异常的风场切变是造成本次强降水过程的重要条件,中层弱的干冷空气入侵对降水有增幅作用,32.5°N附近江苏西部冷平流和冷锋锋生强度明显强于东部,造成江苏南部西侧降水强于东侧。暴雨区存在明显的条件性对称不稳定,水汽水平辐合强度、垂直输送强度、总的水汽辐合强度和垂直上升运动及潜热加热强度为其他年份同期暴雨过程的3倍,极端性明显。此外,本次过程中气旋的移动路径易导致江苏南部地区出现强降水。     

江西春季降水异常的环流特征及其对ENSO事件的响应

利用江西省83个气象观测站1961—2018年春季(3—5月)逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对江西春季降水异常的大气环流特征及其对ENSO事件的响应进行了研究。结果表明:江西春季降水异常偏多年,中层500 hPa中高纬地区受欧亚型环流(EU型)影响,乌拉尔山附近阻塞高压系统活动频繁,贝加尔湖地区低槽偏强,西太平洋副热带高压(简称西太副高,下同)偏强,有利于北方冷空气南下并与偏南暖湿气流在江西上空交汇;低层850 hPa菲律宾以东西太平洋地区为异常反气旋环流控制,造成南海水汽向江西地区输送加强。而江西春季降水异常偏少年,其环流特征表现则与之相反。ENSO是影响江西春季降水的重要强迫信号,厄尔尼诺(拉尼娜)衰减年,春季东亚地区低层850 hPa西太副高偏强(弱),有(不)利南海上空水汽向江西地区输送,低层辐合(辐散)和高层200 hPa辐散(辐合)形成的动力抬升条件是造成江西地区降水偏多(少)的主要原因。     

新疆夏季两例塔什干低涡天气过程对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,对新疆夏季两次塔什干低涡天气过程进行对比分析,从天气尺度环流系统配置、动力和水汽输送的角度探讨造成南疆不同降水强度的塔什干低涡特征差异。结果表明:当南亚高压中心位于70°E,南疆位于200 hPa急流轴出口辐散区,500 hPa塔什干低涡东移携带强西南气流时,700 hPa盆地有显著东风急流,偏西地区中低层切变辐合长时间维持,同时通过接力输送的阿拉伯海水汽与中低层东风急流携带的水汽强烈辐合,导致大范围暴雨,高层正MPV1、负MPV2向下伸展,中低层不稳定性、斜压性增强,配合700 hPa以下负MPV1、正MPV2激发垂直涡度增长,对流性降水加强;当南亚高压中心始终维持偏东(90°E),南疆位于200 hPa急流轴上,500 hPa里海脊和新疆东部高压脊势力相当时,塔什干低涡减弱为槽影响南疆,700 hPa南疆盆地东风气流弱且位置偏西,南疆地区无明显高层辐散、中低层切变辐合,不利于垂直上升运动的发展和水汽的集中辐合,难以造成显著降水。     

西太平洋暖池海温分布型及其与东亚大气环流的关系

采用海温资料和NCEP/NCAR 49 a再分析的高度场、风场资料,利用EOF、合成分析方法,研究了夏季暖池SSTA的时空演变,结果显示:夏季暖池SSTA具有整体一致性分布和南北区域的反对称分布两种空间分布型。根据这两种分布型划分了夏季暖池海温正、负异常年,分析了相应年份的风场环流特征,结果表明:SSTA为一致性分布时,暖异常年850 hPa暖池区上空有一反气旋偏差环流,副热带地区西风和低纬度地区东风都得到加强,200 hPa南亚上空为一反气旋偏差环流,沃克环流得到加强;冷异常年则相反。当SSTA为南北反对称分布时,北暖南冷年850 hPa暖池区上空为一反气旋偏差环流,15°N附近东风气流和赤道附近西风气流增强,200 hPa反气旋偏差环流中心移到东亚大陆上空,长江中下游地区为上升气流,降水明显增多,华北地区为下沉气流,降水减少;冷异常年则相反。     

北方麦收期间连阴雨天气环流特征

利用1980-2004年5月下旬至6月中旬北方麦收区30个代表站降水实况资料，连阴雨期间亚欧范围500hPa逐日形势图和500hPa高度平均图等，分析总结了近25年来北方麦收期间连阴雨的天气气候和环流形势特征；对北方麦收期间出现的连阴雨天气过程与环流形势和影响系统的关系进行初步探讨，确定连阴雨天气的概念模型。分析表明，阻塞高压形势且贝加尔湖附近伴有冷涡是造成连阴雨天气最主要的环流特征；在500hPa地转风υ场上，麦收区多处于南北风交界处；长连阴雨期间，850hPa东亚地区中低纬度盛行南风为主要特征。     

华南暖区暴雨的一种低层重力波触发机制

利用观测资料和高时空分辨率区域数值模式,对华南一次锋前暖区暴雨进行了分析和数值模拟.结果表明,锋区和暖 区逐时降水呈波列状分布,锋区和暖区 850 hPa散度在各区降水开始之前1～2 h出现剧烈振动,暖区振动比锋区约晚1h;降水时锋区和暖区间各点850 hPa逐时散度增量也呈明显的波状分布.小波分析证实锋区和暖区存在周期相同且差半个位相的波动,波动的特性属于重力波.进一步分析发现,在暖区暴雨发生之前3 h左右,锋区到暖区之间存在一非常浅薄的低层稳定层,位于950～850 hPa之间.这一浅薄稳定层的存在满足重力波传播的条件,使锋区对流激发的低层重力波沿稳定层从锋区向暖区传播,激发了暖区低层的上升运动,并触发暖区中、低层不稳定能量的释放,导致暖区暴雨的发生.     

江淮气旋暖锋上多条对流带的组织结构及成因分析

利用ARW-WRF模式对2014年7月4日12时—5日06时发生在安徽中南部的一次由江淮气旋引发的强降水过程进行模拟,得到暖锋上雨带的雷达回波结构,与实况有较好的一致性。对气旋暖锋上出现的多个小对流带的结构与成因进行了分析,发现暖锋小对流带的高度模拟和实况均在300 hPa以下,其生命史约2～3 h,最长100 km,宽10 km,带与带间距50～100 km,均随高度向东南方向倾斜。其环流特征为对流区东部从低层到高层多对应暖空气上升;对流区西部中上层多为冷区控制;近地面则有类似冷池存在,对流带南部的上升气流有利于对流云的后向新生和形成带状结构。小对流带上,800 hPa有0Ri1和I_(EPV)0区域,稳定层结内出现滚轴状流场分布,有重力波存在的结构特征;600～700 hPa为对流不稳定,对流带间I_(EPV)0。可见暖空气沿暖锋爬升时,在800 hPa附近,由于满足条件性对称不稳定条件,触发条件性对称不稳定和重力波,暖空气继续上升时触发700 hPa之上的对流不稳定,即影响本次暖锋小对流带形成的原因主要为对称-对流不稳定。     

瞬变波活动与江淮地区夏季旱涝的关系

利用1951-2000年中国160站逐月降水量资料划分了江淮地区夏季旱涝年。通过对旱涝年500hPa高度距平场的合成分析发现：多雨年鄂霍茨克海阻塞高压稳定维持，少雨年鄂霍茨克海附近的高压脊减弱。为了了解江淮地区旱涝年500hPa中高纬环流形势异常的原因，计算了Eliassen-Palm通量，结果表明多雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使经、纬向风异常分布有利于鄂霍茨克海阻塞形势的维持，冷空气向南输送增强，江淮地区降水偏多；少雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使鄂霍茨克海高压脊减弱，冷空气向南输送减弱，江淮地区降水偏少。     

气温低寒潮袭北疆降水多大雪压牧场

2006年1～2月,我区月平均气温变幅较大,1月异常偏低,2月偏高明显;全疆降水持续增多;南北疆积雪偏厚,继2005年1月后,南疆部分地区再次出现稳定积雪;南疆大部分地区开春期提前。气象条件对冬麦生长有利,但对牧业生产造成严重影响。两月内共有8场较明显的天气过程影响我区。1500hPa月平均环流形势特征1月500hPa月平均环流形势在中高纬度呈3波型,极涡中心一个位于泰米尔半岛,一个位于加拿大北部,一个位于太平洋偏东地区,里咸海地区的长波低槽位置偏南明显。全球气温距平分布表现出明显的大范围的冷暖异常。欧亚大陆中高纬大部和美国阿拉斯加表…     

黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测

利用1991-2011年黄淮地区夏季降水、NCEP/NCAR再分析资料和国家气候中心第2代动力气候模式（BCC_CSM1.1m）夏季回报结果,研究黄淮地区夏季降水降尺度预测模型和可预报性来源。诊断发现,黄淮地区夏季降水与同期南亚高压、乌拉尔山附近阻塞高压、西风急流、西太平洋赤道上空200 hPa纬向风场呈明显正相关。分析BCC_CSM1.1m对夏季环流的回报结果发现,模式对200 hPa和500 hPa位势高度场、200 hPa纬向风场和850 hPa经向风场上影响黄淮地区夏季降水的部分关键区域有较好的模拟能力。利用模式预报技巧较高且对黄淮地区夏季降水的影响有物理含义的环流特征作为预测因子,对比预测因子进行独立性筛选前后分别建立的降尺度预测模型发现,黄淮地区夏季降水预测与实况的距平符号一致率由61%提高到72%。预测技巧来源分析发现,降尺度预测能力与BCC_CSM1.1m对影响黄淮地区夏季降水的3个关键因子乌拉尔山附近环流、南亚高压、西太平洋赤道上空西风强弱的预测技巧密切相关,尤其是模式对西太平洋赤道上空西风的模拟能力起到决定性作用。