2008年初低温雨雪冰冻灾害期间青藏高原低值系统持续活跃机制分析

运用Neep再分析资料和常规观测资料,针对2008年1月11～24日四川盆地长时间持续的低温雨雪天气,分析巴湖低涡长时间稳定的机制,以及巴湖低涡在稳定的同时怎么使得青藏高原低值系统持续活跃,分析发现巴湖低涡维持阶段其后部的乌拉尔山高压长时间稳定的同时,前侧深厚的北风气流使得高纬对流层高层的高位涡向对流层中层的巴湖地区输送,从而促使巴湖低涡稳定并维持。在巴湖低涡稳定期间,巴湖低涡-带维持正涡度,并不断的向青藏高原东部输送正涡度平流和冷平流,使得青藏高原上空低值系统持续活跃。     

一次伴有高原低涡和热带气旋活动的持续性暴雨过程分析

为了进一步考察持续性暴雨发生机制,针对2010年7月下旬川、陕、甘地区的一次持续暴雨过程,应用MICAPS资料,FY-2E辐射亮温资料,TRMM卫星降水资料,NCEP每6 h 1°×1°分辨率的分析资料,主要分析了暴雨发生的环流背景,暴雨直接影响系统-高原低涡、热带气旋、中尺度对流系统、冷暖平流等对持续性暴雨的影响。结果表明:(1)本次持续性暴雨过程发生在对流层高层南亚高压由纬向型转为经向型,对流层中层副热带高压东退西进,热带气旋登陆西行,高原低涡东移受阻,中尺度对流系统不断生消的有利条件下。(2)高原低涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓,涡区切变流场加强,正涡度平流输送使低涡加强与维持。(3)低涡为暴雨发生提供了有利的抬升条件,使降水期间涡区呈现较强的正涡度和辐合上升运动,降水最大值出现时间对应辐合上升运动最强时,降水过程中对流层中低层为垂直正螺旋度,有利于低涡系统维持和降水持续,垂直正螺旋度大值区及出现时间对强降水发生及落区有一定的指示性。(4)对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累,同时也使暴雨区中尺度对流系统生肖不断,降水得以发生和持续。     

2014年9月巴中市一次持续性强降水诊断分析

该文主要利用NCEP 1°×1°6 h再分析资料,对2014年9月6—16日四川省巴中市出现的持续性强降水过程的环流形势、水汽输送、动力结构、不稳定能量等条件进行诊断分析。结果表明:1强降水期间巴湖槽区分裂南下的冷空气配合东移的青藏高原低值系统共同影响四川盆地,副热带高压前期快速东退,后期稳定维持在黔东和湘西一带。2水汽主要来自副高外围的偏南气流,低空急流的建立和台风的生成为持续性暴雨提供了源源不断的水汽输送。3巴中市上空正涡度区发展深厚并逐渐东扩,散度场表现为低层辐合高层辐散的垂直结构。4强降水前期大气层结处于高能、对流不稳定状态,巴湖分裂南下的冷空气作为触发机制,随着不稳定能量释放,层结逐渐趋于稳定。     

高原低值系统影响下一次极端强降水天气诊断分析

采用常规观测资料、地面加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,对2013年7月8~11日四川盆地持续性暴雨天气过程的中尺度对流系统活动及其发生发展的物理机制进行了分析。结果表明:(1)暴雨过程发生在对流层中层中高纬度两槽一脊稳定维持的环流背景下,由活跃的高原低值系统以及异常稳定的副高西侧偏南气流配合低层冷空气作用造成。(2)极端降水过程分为暖区强对流性降水和相对稳定的锋面降水两个阶段;暖区对流性降水阶段,偏南暖湿气流源源不断向盆地输送水汽和能量,为暴雨发生提供了高能高湿条件,大气层结极不稳定,中尺度对流云团发展旺盛;锋面降水阶段层结趋于稳定,对流云团有所减弱,但仍有充足的水汽输送且降水云系稳定少动,致使盆地西部产生持续性降水。(3)500h Pa高原低槽前的正涡度平流诱发盆地西部低层气旋性涡度增加、低涡生成和发展,致使暖湿气流持续在盆地西部形成辐合上升,为暴雨的维持提供了很好的动力条件,两个降水阶段均为明显的低层辐合高层辐散的特征,暖区对流性降水阶段正涡度发展较锋面降水阶段更强。(4)青藏高原东侧的地形作用强迫气流在盆地西部强烈辐合上升,使得暖湿水汽更加有效率地形成降水,是此次极端强降水天气出现的一个重要动力因素。      

一次台风远距离作用下的西南低涡大暴雨个例分析

利用2009年8月2—5日发生在川渝地区一次远距离台风暴雨的实况降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了远距离台风作用下的水汽和温湿能输送特征;利用25点平滑算子方法研究了台风"天鹅"对此次暴雨影响系统——西南低涡作用下的中尺度特征。结果表明,此次大暴雨过程是在有利的环流背景下发生的,东移的高空槽耦合了西南低涡,远距离的台风"天鹅"使得西南低涡在川渝地区长时间维持,台风"天鹅"倒槽对低涡系统暖湿结构具有重要作用;在台风倒槽偏东气流驱动下,其携带的水汽和能量与西南低空急流输送的暖湿水汽汇合,构建了输送到低值系统附近的水汽和能量通道,增强了强降水区水汽和能量积聚效应,这种积聚效应促使低涡系统物理结构的维持;在台风倒槽顶部偏东气流动力作用下,促使低涡系统中低层正涡度增强,进一步促使垂直涡度增长,对低涡系统动力结构维持起到积极作用,进而促使低涡系统长时间维持,最终导致长时间强降水的发生。     

一次四川盆地低涡型特大暴雨过程分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料和地面加密自动站、实况探空资料及FY-2E的TBB资料,分析2013年6月29日至7月2日四川盆地特大暴雨过程持续时间久、强度强的原因。结果表明:(1)本次盆地暴雨属于低涡型暴雨过程,高原低涡和西南低涡是这次持续性特大暴雨过程的直接影响系统,有利的环流场引导高原低涡及西南低涡东移并形成阻塞,使其稳定在盆地;(2)西南急流的建立及维持为降水区提供了大量的水汽和不稳定能量,并使得中尺度系统得以维持和发展;(3)强烈的高空辐散以及高原低涡和西南低涡共同作用,使得盆地低层正涡度维持并形成上升气流柱,这是强降水发展维持的重要条件;(4)盆地低涡的持续维持诱发了中小尺度云团稳定加强,遂宁站的小时雨强与其对应TBB低值有很好的对应关系;(5)从乐至附近不断产生的强回波单体发展并向东北方向移动,在遂宁一带形成强回波带,形成的类似"列车效应"是造成遂宁地区产生特大暴雨的主要原因。并且强回波带中中气旋的长时间存在意味着对流系统不会很快消弱。     

2018年6-7月四川持续性暴雨的成因分析

针对2018年6~7月四川持续性暴雨天气,初步分析了持续性暴雨的成因。结果表明:暴雨持续期间南亚高压位置稳定且偏强。四川位于其东北侧的高空急流出口区。乌拉尔山阻塞高压和巴湖低涡较常年偏强且稳定,为四川持续性暴雨发生提供有利的环流背景。副高西侧外围的偏南气流为水汽从南海向四川输送提供了有利的通道。持续活跃的干冷空气频繁南下与西南暖湿气流在四川交绥,同时水汽也在四川地区强烈的持续辐合上升,为暴雨的持续发生提供了有利的动力和水汽条件。高原低值系统的东传是四川持续性暴雨发生的重要天气尺度系统。     

两次高原低涡东移特征及发展机制动力诊断

应用NCEP再分析资料,进行物理量计算,并结合地面和探空气象资料以及卫星探测资料,从动力学角度分析2008年7月19-22日和2007年7月29日-8月1日两次高原低涡东移特征及演变机制,获得低涡东移发展或减弱的一些特征和机理认识.研究结果表明,低涡东移过程中,正涡度东传特征明显.低涡东移过高原后呈维持加强趋势,表现为低涡过高原前,深厚的正涡度层配合深厚的上升运动,以及对流层中低层较强的辐合;低涡过高原后,正涡度强度增加,对流层中低层的辐合、上升运动增大,对流层中高层的辐散增加.而低涡东移后呈减弱趋势,表现为正涡度强度、垂直上升速度较东移发展低涡要弱;低涡过高原后,正涡度强度减弱,整层的辐合上升运动减弱明显.低涡东移过高原,与低涡发展密切相关的正涡度带的维持、发展或减弱的动力机制主要受控于总涡源的发生、发展与减弱.辐合辐散流场维持发展,对总涡源有较大影响,对低涡维持发展有重要作用;地形的动力作用使其大地形后的背风坡更易低涡发展;涡区附近及以北盛行偏北气流有利于低涡发展;垂直涡度输送不利于对流层中低层低涡加强.分析还表明,冷空气触发大气不稳定能量释放,是低涡发展的重要机制;冷暖卒气交汇导致辐合流场的维持和加强,是低涡得以维持和加强的重要因素.     

2008年初中国南方低温雨雪冰冻事件的等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对2008年初发生在我国南方的低温雨雪冰冻事件进行了诊断分析,结果表明,这次低温雨雪冰冻天气事件第一阶段的强冷空气主要来自新地岛以东洋面的平流层下部和对流层上部,从第二到第四阶段除了新地岛以东洋面外,还有来自北欧和拉普帖夫海、地中海的高位涡强冷空气补充。伴随着高层高位涡向南传播,高位涡气块在垂直方向强烈向下伸展、对流层顶动力异常,引起高位涡区气块旋转加强、正涡度增加及其前方低层正涡度的产生,而其后方,因绕高位涡中心气流沿等熵面下沉,地面高压迅速发展,低位涡气块则相反。过程期间,由于巴尔喀什湖高位涡中心和地中海高位涡主体(低涡)的存在和维持,孟加拉湾上空正相对涡度输送频繁,使得南支槽不断生消;而乌拉尔山低位涡带(高脊)和贝加尔湖高位涡中心(低涡)由于低、高位涡空气的不断注入,发生一次次的替换和发展,在引导冷空气持续南下与孟加拉湾北上的暖湿气流长时间在我国华南上空汇合的同时,还导致地面西伯利亚高压反复增强并分裂小高压数次南下,地面强冷空气不断补充,最终造成华南低温雨雪冰冻天气的长时间持续。     

一次梅雨锋暴雨中尺度系统发展的动力机制分析

应用常规资料、TBB资料和NCEP分析资料,对2007年7月25日发生在湘黔边境的一次梅雨锋大暴雨天气过程进行了分析.结果表明:深厚的高空低槽和副热带高压稳定维持,有利于冷暖空气的辐合和梅雨锋的长时间维持.梅雨锋上不断有中小尺度对流系统产生,这些中小尺度对流系统在受到大尺度强迫作用和梅雨锋自身的强迫抬升作用而发展增强并长时间维持,在暴雨区形成强烈的降水.暴雨区上空具有低层辐合、高层辐散的结构特征,低层的辐合使得涡度往中上层输送,这种耦合形势有利于垂直上升运动和暴雨的维持.积云对流释放的凝结潜热加热对流层中上层大气,引起梅雨锋锋生,维持和促进了垂直上升运动和对流活动.     

Progress in Research of Stratosphere-Troposphere Interactions： Application of Isentropic Potential Vorticity Dynamics and the Effects of the Tibetan Plateau

This paper reviews recent progress in understanding isentropic potential vorticity （PV） dynamics during interactions between the stratosphere and troposphere, including the spatial and temporal propagation of circulation anomalies associated with the winter polar vortex oscillation and the mechanisms of stratosphere- troposphere coupling in the global mass circulation framework. The origins and mechanisms of interannual variability in the stratospheric circulation are also reviewed. Particular attention is paid to the role of the Tibetan Plateau as a PV source （via its thermal forcing） in the global and East Asian atmospheric circulation. Diagnosis of meridional isentropic PV advection over tile Tibetan Plateau and East Asia indicates that the distributions of potential temperature and PV over the east flank of the Tibetan Plateau and East Asia favor a downward and southward isentropic transport of high PV from the stratosphere to the troposphere. This transport manifests the possible influence of the Tibetan Plateau on the dynamic coupling between the stratosphere and troposphere during summer, and may provide a new framework for understanding the climatic effects of the Tibetan Plateau.     

平流层-对流层相互作用研究进展：等熵位涡理论的应用及青藏高原影响

系统介绍了近年来应用等熵位涡理论研究平流层-对流层动力相互作用所发现的一些新的事实和机理,包括平流层冬季极涡振荡过程中平流层、对流层环流异常的时空传播特征,以及等熵质量理论框架下的平流层-对流层动力耦合机理,还介绍了影响平流层环流年际尺度异常的因子及影响过程。回顾了夏季青藏高原的热力作用所激发的负位涡强迫源对东亚及全球大气环流的影响。并基于对夏季高原周边等熵位涡经向输送垂直分布的诊断进一步说明,夏季青藏高原的存在使高原东缘及东亚地区成为平流层和对流层物质交换的独特区域,探讨了夏季青藏高原影响平流层-对流层动力耦合的一种重要途径及其影响全球气候的重要意义。     

A Preliminary Analysis of Features and Causes of the Snow Storm Event over the Southern Areas of China in January 2008

Four successive freezing rain/heavy snowfall processes occurred in the southern part of China from 11 January to 2 February 2008 （named ＂0801 Southern Snow Disaster＂ hereafter）, during which a large-scale blocking circulation lasted for a long time over the mid-high latitudes of the Euro-Asian continent. This severe event is featured with a broad spatial scale, strong intensity, long duration, and serious damage. During the event, the blocking situation in the mid-high latitudes maintained quasi-sationary, but weather systems in the lower latitudes were active. Abundant water vapor was supplied, and favorable weather conditions for ice storms were formed over the large areas across the southern part of China. The results in this paper demonstrate that the significant factors responsible for the abnormal atmospheric circulation and this severe event include： 1） the very active Arctic Oscillation （AO）, which helped the permanent maintenance of the planetary-scale waves; 2） the continuous transfer of negative vorticity from the upstream region around 50°E into the blocking area, which caused the blocking situation reinforced repeatedly and sustained for a long time; and 3） the active air currents south of the Tibetan Plateau, which ensured abundant moisture supply to the southern areas of China. The 0801 Southern Snow Disaster was accompanied by extremely severe icing. In this paper, the data from Cloud-Profile Radar onboard the satellite CloudSat are used to study the dynamic and microphysical features of this event. The results show that there existed a melting layer between 2 and 4 km, and ice particles could be found above this layer and in the layer near the ground surface. Surface temperature kept between -4℃ and 0℃ with relative humidity over 90%, which provided the descending supercooled waterdrops with favorable synoptic and physical conditions to form glaze and ice at the surface via freezing, deposition and/or accretion. Causes of the event might be, as a whole, traced back to the planetary-scale systems. The study on the polar vortex anomaly in this paper reveals that changes in the polar vortex in the stratosphere preceded those in the troposphere, especially in early December 2007, while the intensification of the polar vortex in the troposphere delayed dramatically until middle January and early February of 2008. This implies that changes in the polar vortex in the stratosphere may be a precursor of the ensuing severe event and a meaningful clue for extended forecasts of such a disaster.     

2003～2004年冬季平流层爆发性增温动力诊断分析

利用逐日的欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)60层模式资料, 对2003年12月～2004年2月期间发生的一次非典型的爆发性增温中平流层结构的变化过程进行动力学诊断分析。充分利用资料层次高(最高层为0.1 hPa)和垂直分辨率高(垂直方向共60层)的优势, 通过对不同高度等熵面位涡分布的分析, 研究了极涡在平流层爆发性增温(SSW)发生前后的变化发展; 通过对EP通量及其散度的分析, 研究了SSW过程中行星波的变化特点; 通过对剩余环流的分析, 研究了在SSW过程中经圈环流的变化及其对动力过程的影响。得出: (1) 2003/2004年SSW增温过程持续时间长、强度大; (2) 增温最早发生在平流层上层并向下传播, 在10 hPa形成较强东风带后, 上层西风环流迅速恢复, 极涡再度形成, 下层则增温持续; (3) SSW前后行星波活动频繁, 有长时间多次的上传, 且以1波作用为主, 2波对其进行了补充; (4) 在SSW过程前后, 平流层中的剩余环流发生反转, 影响了平流层中、 高纬地区和低纬地区的物质交换以及上下层物质的重新分配。这一系列的工作为今后进一步研究平流层、 对流层交换, 发展完善气候模式打下基础。     

青藏高原气温变化趋势与同纬度带其他地区的差异以及臭氧的可能作用

利用台站探空观测资料和卫星观测资料,分析了1979—2002年青藏高原上空温度的变化趋势。结果表明:高原地区上空平流层低层和对流层上层的温度与对流层中低层具有反相变化趋势。平流层低层和对流层上层降温,温度出现降低趋势,降温幅度无论是年平均还是季节平均都比全球平均降温幅度更大。高原上空对流层中低层增温,温度显示出增加的趋势,并且比同纬度中国东部非高原地区有更强的增温趋势。对1979—2002年卫星臭氧资料的分析表明,青藏高原上空臭氧总量在每个季节都呈现出明显的下降趋势,并且比同纬度带其他地区下降得更快。由于青藏高原上空臭氧有更大幅度的减少,造成高原平流层对太阳紫外辐射吸收比其他地区更少,使进入对流层的辐射更多,从而导致高原上空平流层低层和对流层上层降温比其他地区更强,而对流层中低层增温更大。因此,高原上空比其他地区更大幅度的臭氧总量减少可能是造成青藏高原上空与同纬度其他地区温度变化趋势差异的一个重要原因。     

2008年初“低温雨雪冰冻”灾害天气的持续性原因分析

从预报角度出发,初步分析了2008年初"低温雨雪冰冻"天气的主要特点和环流特征,对冻雨、暴雪的成因也进行了初步分析:2008年初低温雨雪冰冻期间,大气环流形势稳定,极涡中心偏向于东半球,强而稳定,来自极地的冷气团与来自热带洋面的暖气团长时间在长江中下游地区交汇是主要原因;贝加尔湖以西地区阻塞高压强而稳定,中亚、西亚低槽(涡)位置稳定、发展活跃;对流层700 hPa等压面西南气流稳定,850 hPa低层多切变、低涡活动,为降水提供了非常有利的低空辐合条件;对流层中层高原有低涡发展,高原不断有正涡度向东传播至东部沿海;西太平洋副热带高压(副高)强盛,位置偏西、偏北;副热带锋区强盛,南北温度梯度大;南支槽比较活跃;华南准静止锋、滇黔准静止锋稳定维持;热带洋面上暖气团活跃;逆温层稳定,融化层厚度较厚,是长时间冻雨天气的主要原因之一.2008年初低温雨雪冰冻期间的第1次过程为强冷、暖气流共同作用所致,其后是华南、滇黔准静止锋稳定,扩散冷空气渗透所为;2008年初暴雪天气的主要因四川盆地有正涡度向东传播至中国东部沿海地区,水汽充沛,上升运动强烈所致.     

青藏高原大气低频振荡的源、汇特征分析

使用1998年美国NCAR再分析的逐日资料，研究了1998年夏季青藏高原大气低频振荡的源、汇特征。青藏高原对于纬向风的低频波来说，有时是低频振荡的源区，有时是汇区。通过计算低频涡度的通量散度，进一步研究了低频涡源、涡汇特征。青藏高原在不同时间和不同部位，低频涡源、涡汇具有不同的分布特征，传播特征也不尽相同，青藏高原上空100hPa低频涡源、涡汇受到了南亚高压的很大影响。     

THE EXCHANGE OF MASS BETWEEN STRATOSPHERE AND TROPOSPHERE OVER THE TIBETAN PLATEAU AND ITS SURROUNDINGS IN 1998

n this paper,using NCEP dataset and the Wei's method,we calculate the exchange of massacross the thermal tropopause during 1998 over the Tibetan Plateau and its surroundings.Theresults indicate that:(1)There is strong air transport from troposphere to stratosphere in summerover the Tibetan Plateau and its surroundings.The air transport reaches the summit in midsummerwith three large value centers among which the Bay of Bengal is the largest and the other two largecenters lie in the east and northwest of the Tibetan Plateau,respectively.In May and October thecross-tropopause mass exchange reaches balance.In other months the mass transport is fromstratosphere to troposphere.(2)As far as the cross-tropopause mass exchange from June toSeptember in 1998 is concerned,the net mass transport is 13.7×10~(18) kg from troposphere tostratosphere,So the area from Tibetan Plateau to the Bay of Bengal is a channel through which airmass gets into stratosphere from troposphere.     

Analysis of Isentropic Potential Vorticity for a Strong Cold Wave During 2004/2005 Winter

Using the NCAR/NCEP daily reanalysis data from 1 December 2004 to 28 February 2005, the isentropic potential vorticity （IPV） analysis of a strong cold wave from 22 December 2004 to 1 January 2005 was made. It is found that the strong cold air of the cold wave originated from the lower stratosphere and upper troposphere of the high latitude in the Eurasian continent and the Arctic area. Before the outbreak of the cold wave, the strong cold air of high PV propagated down to the south of Lake Baikal, and was cut off by a low PV air of low latitude origin, forming a dipole-type circulation pattern with the low PV center （blocking high） in the northern Eurasian continent and the high PV one （low vortex） in the southern part. Along with decaying of the low PV center, the high PV center （strong cold air） moved towards the southeast along the northern flank of the Tibetan Plateau. When it arrived in East China, the air column of high PV rapidly stretched downward, leading to increase in its cyclonic vorticity, which made the East Asian major trough to deepen rapidly, and finally induced the outbreak of the cold wave. Further analysis indicates that in the southward and downward propagation process of the high PV center, the air flow west and north of the high PV center on isentropic surface subsided along the isentropic surface, resulting in rapid development of Siberian high, finally leading to the southward outbreak of the strong cold wave.     

青藏高原东北侧臭氧垂直分布与平流层-对流层物质交换

利用臭氧和温度探空廓线,结合NCEP/NCAR资料、TOMS臭氧总量卫星观测资料和NOAAHYSPLIT后向轨迹模式资料,通过个例分析探讨了影响青藏高原(下称高原)附近臭氧垂直分布的因子和过程。结果表明,动力过程是影响高原上空臭氧垂直分布的主要因子,特别是中高纬度高臭氧浓度的空气向南入侵会导致高原上空臭氧浓度的升高,影响高原上空臭氧低谷的范围大小和形态;尽管大气化学过程对高原上空的平流层下层臭氧垂直分布的影响并不显著,但是高原上空的平流层臭氧变化与温度变化具有较好的一致性。同时还发现,对流层上层的强反气旋系统,特别是中高纬度阻塞高压的边缘有明显的平流层空气向对流层入侵,从而导致对流层内臭氧浓度的增加。