青藏高原气温的年际变率与大气环状波动模

基于1961年3月至2002年2月间青藏高原地区64个台站的地面气温观测资料和ERA40再分析数据集,研究了青藏高原上空气温的年际变率及其与大尺度环流的关系。结果表明除夏季外,高原地面气温与整个北半球副热带、极地对流层的温度和位势高度有显著的同位相变化关系,而与中高纬度对流层有显著的反位相变化关系。其中北半球副热带还有5个分别位于青藏高原、西太平洋、北美西部、大西洋中部、北非到阿拉伯半岛的活动中心。这3条环状活动带和5个副热带活动中心共同组成了一种北半球大气环状波动模,其纬向特征为异常偏强的中纬度西风气流以及热带和高纬度东风气流,并伴有中纬度大气长波槽脊的减弱;经向基本特征为异常偏强的Hadley和Ferrel环流以及副热带下沉气流和中纬度上升气流,垂直方向呈相当正压结构。当这种环状波动模处于正位相时,异常增强的绝热下沉增温效应和减弱的冷空气活动共同使得高原上空对流层中、低层气温异常偏暖。     

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

广西沿海高温概念模型建立及预报要点分析

广西沿海高温主要集中在7—8月,并且呈北多南少的特点。通过对38个典型高温个例进行分析,建立了广西沿海高温概念模型,主要有4类:副高+热带气旋型、副高型、副高+西南暖低压型和热带气旋型。增温的形势主要由垂直下沉气流增温及暖平流增温。副高+热带气旋型受到副高底部脊和台风外围的下沉气流增温影响;副高型受到副高控制下的下沉气流增温影响;副高+西南暖低压受到副高控制下的下沉气流增温及西南急流输送的暖平流增温影响;热带气旋型受到台风外围下沉气流增温影响。     

热带风暴“海高斯”诱发清远市暴雨过程分析

对0817号热带风暴"海高斯"造成的暴雨进行了天气动力学诊断分析。结果表明,热带气旋右侧生成的低空急流,将低层高能暖湿空气向暴雨区不断地输送,加上低层辐合,为此次暴雨的产生提供了充沛的水汽输送和层结不稳定条件。同时,来自中纬度西风槽后部的弱冷空气,在对流层低层与暖湿空气相互作用,对暖湿空气具有明显的抬升作用,促使了热带低压的对流发展和暴雨的产生。     

重庆市一次特强区域性高温天气过程诊断

2017年7月16日至8月7日重庆市出现1968年以来最强的一次区域性高温天气过程。利用重庆市34个站点逐日气象观测资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心副高特征指数资料等,对此次区域性高温过程的环流特征、可能的大气内部扰动机制进行诊断分析。结果表明:对流层低层水汽输送偏弱,中层副热带高压持续偏强、偏西,高层西风带偏弱、偏北,冷空气活动次数少且偏弱以及南亚高压偏强促使副高西进北抬,这种异常的环流形势引发了此次区域性高温天气过程。与历史上较为突出的区域性高温过程相比,此次高温过程期间中高纬度地区对流层中高层环流较为平直,无明显的槽脊发展,低纬热带至中纬度地区位势高度一致性偏高。重庆及周边地区水汽收支仍为水汽输入,但较常年明显偏弱,且散度场上表现为辐散,较常年辐合值明显偏强。可见,重庆地区长时间处于水汽输送偏少、下沉气流偏强的环流形势控制下,从而形成高温少雨天气。     

夏季青藏高原对流层温度与西北太平洋副热带地区降水的关系

利用1979—2016年CMAP(CPC Merged Analysis of Precipitation)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project)的降水数据以及ERA-Interim再分析资料,通过统计方法研究了夏季青藏高原地区对流层中上层温度年际变率与同期西北太平洋副热带地区降水的关系及其相关的物理过程。结果表明,在年际变化尺度上,夏季高原对流层温度与同期西北太平洋副热带地区降水存在显著的正相关,即当高原对流层温度偏高时,西北太平洋副热带区域的降水偏多,反之亦然。分析研究指出,当夏季高原对流层温度偏高时,高原上空南亚高压显著增强并且向东扩展至日本地区,高原北部对流层出现异常的上升运动,这一异常上升气流随着高度增加逐渐北偏,并在中高纬度地区沿着异常西风气流向东扩展至日本地区,随后向南下沉至日本南部;受该异常下沉运动影响,日本南部对流层低层出现异常反气旋,其东侧的异常北风与西北太平洋低层的异常气旋、反气旋环流存在紧密联系。西北太平洋地区这种异常环流特征为西北太平洋副热带区域的降水提供了有利的动力和水汽条件,从而使该区域降水增多。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅱ:西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析II：西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初 1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为 “内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

对东海热带气旋登陆后路径趋势的若干探讨

应用相关分析与合成分析方法分析了影响东海热带气旋登陆后路径趋势的若干因素,结果表明：登陆后路径趋势随时间和登陆地点的变化分布说明热带气旋登陆后路径仍受基本气流的引导和制约;热带气旋登陆时的惯性和地转力的变化对东海热带气旋登陆后的路径趋势有一定影响;环境场及其变化对东海热带气旋登陆后路径有较大影响,尤其对流层中层流场对登陆后的热带气旋的移动仍有明显的引导作用;中国东部至黄海区域是环境场影响东海热带气旋登陆路径趋势的关键区,当区域内的西北太平洋副热带高压加强西伸,西风槽北撤时,东海热带气旋登陆后在副高南侧东风气流引导下向内陆西行至消亡,当区域内副高减弱东退,西风槽南压时,东海热带气旋登陆后受副高西侧偏南气流与西风槽前西南气流引导转向后入海;东海热带气旋登陆前的环境场对登陆后路径趋势影响相对较小,登陆后12～24小时是登陆后路径趋势受环境场影响的敏感时段,环境场的变化对登陆后路径趋势的影响要比当前环境场的影响超前6小时。     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。      

中高纬度垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱初探

用国家气象中心１９９２年６月１０日至７月２３日Ｔ４２中期数值预报模式格点资料，分析了中高纬度夏季垂直环流的低频振荡。发现中高纬度纬向垂直环流与热带纬向环流不同存在着２０－４０天的局地低频振荡，在热带季风中断时，３５－４５°Ｎ范围内中高纬度纬向垂直环流主要表现为１２０°Ｅ附近区域内下沉气流加强。初步探讨了中高纬度地区经圈环流的低频振荡，所选范围为１００－１２０°Ｅ平均低频经向环流，热带季风中断时，下沉气流在３０－４０°Ｎ区域内加强。通过对中高纬度地区垂直环而的低频振荡的分析，探讨了中高纬度地区垂直环流的低频振荡与华北地区夏季干旱的可能联系。由于热带季风中断时，主要降雨带位于我国江淮一带，此时垂直环流表现为在对流层低层２８°Ｎ左右范围内为上升运动区，在３５－４５°Ｎ区域附近内下沉气流加强，即我国华北地区上空盛行下沉气流，对应于该地区干旱、少雨。     

一次暴雨过程的数值模拟分析

2005年7月9~10日湖北西部—河南南部出现了一次强降水过程。从天气形势的发展变化,推断出天气系统演变过程的两种可能方式,然后用中尺度数值模式AREM对这次强降水过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上分析了暴雨发展的中尺度过程和特征。这次过程是由辐合线加强和气旋发展两个阶段组成的,在辐合线加强过程中,随着辐合线北侧干空气的南侵以及暖湿空气由南至北倾斜向上发展,上升运动发展到对流层高层后向南北两侧辐散,并在对流层中层构成一对经向偶极子环流圈,它们的下沉支补偿融入上升运动区中,加强和维持了低层的辐合;而在气旋发展过程中,切变线南侧的湿空气明显向北发展,并在切变线上跨越湿度锋区新生发展出一个β中尺度气旋,气旋南半部的湿空气具有强辐合性并伴有强上升运动发展,紧邻其南侧是湿补偿下沉气流,而上升运动北侧的干下沉气流一直向下伸展到边界层顶附近,受低层湿空气向北发展穿越湿度锋区的作用没有向南融入上升运动区中。文中最后给出了辐合线加强和气旋发展的三维空间结构示意图。     

吉林省重大暴雨过程评估方法研究

应用Barnes滤波原理,构建合适的带通滤波器,获取了中尺度信息,对2005年7月21～24日台风"海棠"登陆后与中纬度系统相互作用给河南省造成的暴雨过程进行了分析.结果表明:在台风外围大尺度气旋性环流中,中尺度低压、中尺度辐合线和辐合区是此次暴雨的直接影响系统;台风低压移近后,与西太平洋副高之间气压梯度加大,可以在副高西南侧形成东南风低空急流,东南急流的形成促使中尺度系统加强和发展;干冷空气自对流层中层向低层伸展,与低层的暖湿气流交汇,使对流和暴雨加强.     

中国近海热带气旋强度突变的热力特征

应用2000 2006年的NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析和对比分析,利用全型垂直涡度倾向方程,研究中国近海热带气旋强度突变的热力特征.结果表明:(1)突然增强热带气旋在其中心附近对流层高低层均存在视热源Q1的极大值中心,低层Q1在突然增强过程中越来越强;而突然减弱热带气旋在中心附近对流层中层存在Q1的极大值中心,而且在突然减弱过程中Q1越来越弱.视水汽汇Q2的极值中心在热带气旋强度变化过程中位于对流层中层,在突然增强过程中有所增大,而在突然减弱过程中有所减小.(2)Q1的峰值高度在热带气旋突然增强和突然减弱过程中分别位于对流层高层和中层.Q2的峰值高度在热带气旋突然增强过程中不断抬升,而在突然减弱过程中不断降低,这说明积云对流的垂直输送在热带气旋突然增强过程中起到一定作用.(3)热带气旋中心附近对流层中上层非绝热加热随着高度增加、对流层低层垂直非均匀加热的增大有利于热带气旋的突然增强,反之导致热带气旋突然减弱.     

热带风暴"北冕"异常路径分析

利用micaps和FY-2C红外云图资料,对0809号热带气旋"北冕"的异常路径进行分析,结果表明:"北冕"出现的两次北抬和一次南折,与副热带高压、中纬度西风小槽东移、低层西南气流加强和减弱的影响等密切相关,中纬度西风小槽东移影响副高的强度而致引导气流改变,造致"北冕"路径不稳定;低层西南气流加强,既加强或维持"北冕"的强度,又加大"北冕"北移的分量,同时也影响到对流云团的发展。     

河南特强暴雨β中尺度流场发展机理的数值模拟研究

采用宇如聪等研制开发的η坐标有限区域中尺度暴雨数值预报模式AREM,对2004年7月16—17日发生在河南的一次特大暴雨过程进行了数值模拟。模拟结果表明:凝结潜热促使对流层中层大气在β中尺度水平范围的气柱内得到加热,中高层大气的等压面抬高并形成β中尺度高压,中低层大气的等压面降低并形成β中尺度低压,上下层的共同作用促进了垂直运动的迅速发展。当上升运动强烈发展时,在其四周有明显的补偿下沉气流出现:在强上升运动南侧,对流层高层辐散气流向南回流导致对流层高层出现中尺度垂直环流圈,它的下沉支融入上升运动区南侧的补偿下沉气流中,并将高空的水平动量带到对流层低层形成一支新的β中尺度急流;在强上升运动北侧,对流层低层发展出了一支中尺度垂直环流圈,其下沉支向南的辐散气流与低层西南暖湿气流汇合,形成β中尺度辐合线,加强了暴雨区上空低层的辐合;在强上升运动东侧,对流层低层也有一支中尺度垂直环流发展,其下沉支中向西的辐散气流使该区域原来较为一致的西南气流出现向东的偏转,从而在西南气流中形成气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度辐合线上的辐合。对流层低层非地转涡度的强烈发展是β中尺度气旋形成的重要原因。最后给出了强暴雨β中尺度流场发展机理的三维空间示意图。     

四川盆地西部与东部持续性暴雨过程的对比分析

利用常规观测资料、风云卫星资料和NCEP再分析资料等,探讨了四川盆地的盆西暴雨个例(2013年7月)和盆东暴雨个例(2007年7月)发生的环流背景条件、冷空气和水汽来源、高原对流和西南涡的特征及差异。结果表明:盆西与盆东暴雨过程相比,盆西暴雨200 hPa急流位置更偏北,西风槽位置偏西,副热带高压的位置偏北、强度偏强,西南涡位置也较偏西南;盆西暴雨过程对流层中层有来自青藏高原以西的中亚地区和青藏高原西部的冷空气,低层水汽输送以来自孟加拉湾的西南气流为主,盆东暴雨过程对流层中层只在前期有来自中高纬度的冷空气,中后期在对流层中层无中高纬度地区冷空气影响,主要以来自孟加拉湾和青藏高原南侧的偏西气流为主,低层水汽输送以来自南海的东南气流为主;盆西和盆东暴雨过程的对流活动都有明显的日变化,对流下午在川西高原发展,后半夜至早晨在盆地发展,区别在于盆西暴雨过程有川西高原对流东移与盆地对流合并发展的过程,而盆东暴雨过程中川西高原对流在东移过程中减弱,无与盆东对流合并发展的过程。     

热带气旋“利奇马”(1909)暖心演变分析及变性过程探讨

利用NCEP GDAS/FNL再分析数据,根据TFP(Thermal Front Parameter)参数和锋生函数,对1909号热带气旋“利奇马”生命史中各主要阶段暖心特征和变性过程进行了诊断分析。结果表明:“利奇马”强度为热带风暴时,其暖心结构较为松散,500 hPa以上和600 hPa以下分别存在一个最强中心,在强度减弱阶段上下层暖心均偏离气旋中心;当其强度升至强热带风暴及以上级别时,低层暖心消失,高层暖心显著增强,结构变得紧凑,气旋中心上空暖区呈棒槌状分布。高层暖心强度与“利奇马”强度呈正相关,当“利奇马”维持超强台风时,其暖心可达10~14℃。“利奇马”与中纬度西风槽接触后,冷空气开始自对流层中低层进入其环流,低层冷空气入侵的程度比中层更明显;低层暖心被冷空气侵蚀而消失,高层暖心则逐渐减弱,结构亦变得松散。TFP参数和锋生函数计算结果表明受冷空气影响,“利奇马”斜压性逐渐增强,其中心西北侧形成一支暖锋,逐渐变性为温带气旋,但冷锋未见发展。变性过程中“利奇马”高层暖心强度虽减弱但仍然维持,但低层暖区被冷空气完全填塞,导致其变性后较快消亡。     

与台风”海鸥”相关暴雨过程的水汽和干侵入研究

利用常规观测资料、NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料和WRF3.2模式的模拟结果分析了一次由台风"海鸥"与西风槽远距离相互作用产生的山东暴雨过程的水汽和干冷空气活动。结果表明:水汽辐合主要来自南边界的水汽流入,南边界水汽输入的增强主要是台风向北的水汽输送造成的,对流层低层的低涡使水汽在山东中西部地区集中。南北方向水汽辐合的大小与降水量有较好的对应关系。暴雨过程中有明显干冷空气活动,暴雨初期,对流层顶的干冷空气先行侵入降水区,引起高层西风加速和辐散加强,进而导致上升运动发展。暴雨发展期,对流层中层(500 hPa或600 hPa)干冷空气由西北向东南以偏西气流的方式侵入降水区,与暖湿空气以东西风的形式辐合上升。暴雨强盛期,对流层中层不仅有来自中纬度西北方向的干冷空气侵入,而且还有来自高纬的干冷空气侵入。干侵入始终具有高层超前于低层的特点,有利于位势不稳定的发展。干冷空气与暖湿空气活动的加强使山东地区中低层锋生加强,激发非地转垂直上升运动,是上升运动加强的机制之一。暴雨过程中对流性不稳定和条件性不稳定共存,干冷空气侵入使等相当位温面倾斜及强迫暖湿气流沿锋面倾斜上升,有利于条件性对称不稳定的发展。     

春夏季节转换中亚洲季风区副热带高压断裂特征及其可能机制分析

分析了春夏转换季节中亚洲季风区北半球副热带高压断裂的气候学特征及其可能机制。分析表明,北半球副高断裂最先发生在孟加拉湾中南半岛一带。孟加拉湾和中南半岛地区经圈环流的季节转换在高低层存在差异。在3~5月的经圈环流演变中,孟加拉湾地区经圈环流表现为对流层低层首先发生改变,呈高、低层正、反Hadley环流配置,大气加热以感热为主,因而高度场表现出的副高在孟加拉湾首先断裂只是对流层低层的表现。中南半岛则表现为从低到高的整层上升运动增强,经圈环流的减弱、消失是地表感热和潜热共同作用的结果,因而整个对流层副高的断裂应在中南半岛地区。中纬度亚洲大陆积雪季节溶化以高原为中心表现出东快西慢特征,导致105 E以东的东亚中纬度感热首先增加,地表感热加热大气的结果有利于大气经圈环流下沉气流减弱,从而加剧了中南半岛地区经圈环流减弱进程,为北半球副高在孟加拉湾中南半岛地区断裂提供了大尺度气候变化背景。