巴湖低压稳定、东移的动能收支分析

本文对1982年7月14—18日一次巴湖低压活动过程进行了动能的收支分析。在巴湖低压活动的过程中,水平、垂直动能通量辐合(散)对动能收支贡献不大,主要是水平、垂直势能通量的辐合(散)项、势动能转换项和网格区域不能分辨的那些尺度运动对动能的供给(耗散)项作贡献。     

华南春季强对流天气过程的动能收支 (一)总动能收支

本文利用常规探测资料计算和分析了1983年3月1日影响珠江三角洲的一次强对流天气过程的总动能收支。结果表明:就时间区域平均而言,动能制造项是总动能源,动能水平通量散度和次网格尺度过程则消耗区域的动能;几乎所有的主要收支项数值,都在高空急流所在的对流层上层最大;网格尺度的垂直输送使动能由对流层中、低层向高层输送,但次网格尺度过程使动能下传。在风暴影响前后,各能量的收支项都有明显的改变。      

华南春季强对流天气过程的动能收支（一）总动能收支

本文利用常规探测资料计算和分析了1983年3月1日影响珠江三角洲的一次强对流天气过程的总动能收支。结果表明：就时间区域平均而言，动能制造项是总动能源；动能水平通量散度和次网尺度过程则消耗区域的功能；几乎所有的主要收支项数值，都在高空急流所在的对流层上层最大；网格尺度的垂直输送使动能由对流层中、低层向高层输送，但次网格尺度过程使动能下传。在风暴影响前后，各能量的收支项都有明显的改变。     

梅雨锋次天气尺度涡旋旋转风和辐散风动能收支

本文选取１９９１年７月５日２０：００－６日２０：００梅雨锋上移动性次天气尺度涡旋引起的长江中下游特大暴雨为实例。采用准拉格朗日球坐标系的旋转风和辐散风动能方程，计算得到次天气尺度涡旋发展和成熟两个阶段对流层各层旋转风动能和辐散风动能的收支特征为：在对流层高层（１００－４００ｈＰａ）两个阶段的旋转风动能源汇相同，辐散风动能源汇有异，即水平动能通量项和“摩擦”项符号相反；在中层（４００－７００ｈＰａ）     

登陆台风维持和暴雨增幅实例的能量学分析

对登陆后迅速消亡的８１１６号台风和登陆后长期维持不消的８４０７号台风的动能平衡作对比分析，结果表明：对流层上部动能水平通量辐散和穿越等压线的运动使８１１６号台风迅速消亡，其中以正压过程为主；８４０７号台风则从环境大气输入动能和位能，这可能是台风暖性低压长久不消的重要原因。最后讨论了台风动能水平通量辐散与外围暴雨增幅的关系。     

北上台风暴雨过程涡散场的能量收支和转换特征

利用辐散风和旋转风的动能收支方程,对北方一次北上台风倒槽暴雨过程暴雨区内的涡散场能量收支和转换进行了计算.结果表明:暴雨区内动能的增加是暴雨增幅的一个主要原因.暴雨发展时,就旋转风动能(K_R)而言,旋转风动能通量(HFR)辐合是主要能源,而旋转风的动能产生项(GR)是主要能汇;就辐散风动能(K_D)而言,辐散风的动能产生项(GD)是主要能源,辐散风动能通量(HFD)辐散是主要能汇;总动能水平通量(HF)提供的辐合主要表现于对流层中、低层,这就使得低层辐合加强,上升运动加强,有利于暴雨的增幅.在暴雨过程中次网格尺度效应由能源转变为能汇,在暴雨发展之时能汇减小;能量的转换项C(K_D,K_R)总为正值,在转换项中,地转效应项的贡献很大.说明暴雨过程能量均由K_D向K_R转换,也就是说有效位能经K_D向K_R转换,充分说明了在整个暴雨过程中,尽管辐散风动能变化(∂K_D/∂t)很小,但是它在其中充当“桥梁”作用,C(K_D,K_R)在暴雨发展时达到最大,此时能量转换最为旺盛;对流层低层辐散风动能向旋转风动能的转换是暴雨产生和发展的重要条件.此次暴雨过程,在暴雨区内表现为斜压不稳定和正压稳定共存的特征,其发展过程是系统斜压不稳定增长,正压稳定性减弱的过程,暴雨增幅的另一个重要原因就是暴雨区内低层斜压的发展.     

河南“21.7”极端暴雨过程天气尺度系统发展维持机制分析

利用实况资料和ERA5再分析资料对“21.7”河南极端暴雨过程的锋生作用、大气非绝热加热和水汽净收支进行了深入分析,揭示此次过程天气尺度系统发展维持机制。结果表明：本次极端暴雨过程中,河南位于西北太平洋副热带高压(副高)和大陆高压之间的鞍型场中,低层辐合高层辐散的配置有利于500 hPa低压系统的发展和维持;锋生作用主要发生在对流层低层且与θ _se密集区有较好的对应关系,水平散度项和水平变形项起主导作用,两者的贡献基本相当;视热源?Q ₁?和视水汽汇?Q ₂?水平分布与强降雨落区较为吻合,二者的垂直分布有明显差异,Q₁最强加热作用在对流层中高层,而Q₂垂直分布较为均匀但强度明显小于Q₁,Q₁中位温垂直输送项起主导作用,而Q₂中比湿水平平流项发挥着主导作用,这表明本次河南极端暴雨中,区域性强凝结潜热的释放对降水有正反馈作用。伴随来自台风烟花(2106)北侧偏东气流的不断加强西进,强风速切变及地形抬升引发异常强盛的边...     

一次双台风影响下暴雨过程的中尺度涡旋模拟分析

本文对上海地区一次双台风环境影响的暴雨过程进行数值模拟及分析,探讨了强降水过程中大气中低层的涡旋特征及发展机理。结果表明:(1)暴雨过程处于双台风、大陆高压的共同影响下,中低层伴随有较明显的中尺度低涡发展。(2)与涡旋相关的局地垂直涡度由低层开始发展,先期涡度发展集中于850 hPa以下,之后向大气中上层发展增强,涡旋尺度强度也随之发展,最终形成在对流层下半部具有闭合式气旋性环流的深厚涡旋。(3)影响局地涡度变化的水平平流项、垂直平流项、散度制造项和倾斜项对不同时间、不同高度的涡度作用各不相同,其中散度制造项是中低层涡度的主要来源,垂直平流项的输送作用对中上层的涡度发展有重要作用,倾斜项对涡旋发展移动也有部分贡献。(4)通过敏感性试验考察了对流潜热反馈的贡献,发现潜热释放过程通过加热改变大气温压场结构,从而维持并改变局地涡度倾向的中低层辐合及对流上升运动,对涡旋的发展和移动起了重要影响。     

超强台风SANBA发展演变过程中涡度及环流收支的诊断分析

台风的增强过程与气旋性涡度的急剧发展相伴。使用滑动平均的空间滤波方法对WRF模式的模拟结果进行尺度分离, 进而诊断分析台风SANBA突然增强过程中垂直涡度及环流的发展演变特征。结果表明, 台风突然增强的过程中, 眼壁区上升速度增大, 暖心结构增强, 同时垂直涡度迅速增强。当SANBA从热带风暴发展为强热带风暴时, 对流层低层辐散辐合及垂直速度分布的不均匀对台风涡旋结构的增强强度相当, 在台风内部以增强区域为主同时与减弱区域交错分布; 当SANBA发展增强为强台风时, 对流层低层的散度项与倾斜项在台风中心附近均表现为强的正中心, 台风低层径向入流的增强导致低层辐合加强对台风的增强起到主要作用。台风中心区域平均环流强度随台风的不断增强而不断增大, 且从900 hPa高度不断向高层发展, 其中环流方程中的EED/EET项的发展变化可以表征台风发展初期散度项和倾斜项的主要变化。      

冬季一次次天气尺度渤海气旋的动能制造

应用FGGE-Ⅲ_b资料对1979年11月24日—25日一次快速发展并造成渤海二号船翻沉事故的次天气尺度渤海气旋进行了局地动能收支分析。 气旋发展期间通过垂直气柱侧边界的动能、势能净通量是辐散的,气旋发展的能源主要依赖于动能产生项、动能转换项以及网格区域不能分辨的尺度运动作用。气旋控制期间边界层风场的增强,其外部能源主要依赖于通过侧边界的动能、势能净通量辐合,内部主要依赖于动能产生项和动能转换项。 与前人所研究过的天气尺度气旋相比较,这次气旋在发展阶段的动能产生和剩余源项[E]的数值都较大。     

一次非典型梅雨锋暴雨过程及其中尺度系统的数值模拟

利用常规观测资料\, 卫星观测的高时空分辨率TBB资料以及客观分析资料, 对2002年6月22~23日(“02.6”)一次非典型的梅雨锋暴雨过程进行了天气分析。在此基础上, 利用中尺度数值模式MM5对此次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟, 并分析了暴雨中尺度系统的结构特征。结果表明： （1）天气分析显示, “02.6”梅雨锋暴雨过程与α中尺度低涡的东移发展和对流层低层的两支低空急流的增强发展有关。对流层低层700 hPa为一个缓慢东移与南压的东北西南向冷式切变线, 暖式切变线不太明显, 这与通常的江淮切变线梅雨锋暴雨不同。对流层500 hPa的副热带高压非常强, 高层200 hPa对流层高层的反气旋环流非常强并与高空急流相伴, 南亚高压中心位于我国江南地区。（2）TBB资料分析表明, 此次暴雨过程产生与多个β中尺度系统合并发展成α中尺度系统以及此后从α中尺度系统中不断分裂出β中尺度系统发展演变密切相关; 强中尺度对流系统主要在中尺度低涡冷、 暖切变线的的南侧发生和发展, 并不是在中尺度低涡的冷暖切变线上发展。（3）垂直结构分析显示： 在中尺度系统开始发展阶段, 中尺度系统具有强的垂直于剖面的风分量切变、 低空急流核以及高空强辐散低空强辐合, 这有利于中尺度系统的发展; 当中尺度低涡发展到相对成熟的阶段, 其后部不断分裂出中小尺度系统, 对流层低层的θe具有明显暖心结构, 由于气块绝热上升冷却效应比对流潜热释放作用强, 导致在800~600 hPa层上 θe比环境的低, 加之在强上升运动的顶部两侧的下沉补偿气流也比较弱, 这不利于中尺度低涡的维持。     

2002年6月8日佛坪突发性特大暴雨天气过程分析

对2002年6月8日发生在陕西佛坪的一次特大暴雨过程进行了综合分析, 结果表明:500 hPa槽前的中尺度切变线是直接影响暴雨产生的中-α尺度系统; 位于台湾岛以东洋面台风“浣熊”外围的低空偏东急流从海上一直延伸到陕西, 成为特大暴雨的主要水汽来源; 华北高脊稳定, 使得高原低值系统移速减慢、停滞, 有利于特大暴雨的形成; 急流次级环流为特大暴雨提供了持续强劲的上升运动; 在地面中尺度风场中, 两个中-β尺度气旋稳定少动, 与地面降水强中心相对应; 在红外云图上, 中-β尺度对流云团呈椭圆状, 云顶亮温T_BB在-60 ℃~-70 ℃之间。中-β尺度对流云团的强弱变化与次级环流的强弱有直接的关系。     

2013年6月江西一次持续性暴雨过程分析

利用常规观测资料、卫星云图和地面加密观测资料以及NCEP再分析资料等,对2013年6月26—29日江西持续暴雨过程进行天气动力学诊断分析和中尺度分析。结果表明：（1）此次持续暴雨过程是西太平洋副热带高压、季风涌、冷空气以及青藏高原东传的短波槽共同作用的结果;（2）对流层低层水汽辐合加强,以及低层辐合和高层辐散使垂直运动厚度和强度增大,有利暴雨强度增强;（3）冷暖交汇区上升支气流与其北侧的下沉气流同时加强,也有利于暴雨增强;（4）对流层低层西南急流的日变化与强降水在后半夜至凌晨开始加强关系密切;（5）该过程伴随着一系列γ或β中尺度对流系统发生、发展、合并,导致了赣北地区持续暴雨或大暴雨;（6）中尺度强雨团有向地面辐合线区域和对流性不稳定大值区移动发展的趋向。     

2008年8月1~2日滁州特大暴雨双多普勒雷达三维风场反演试验的初步结果

受“凤凰”低压和冷空气共同影响, 2008年8月1~2日安徽省东部和江苏西部部分地区出现大雨, 局部地区暴雨到特大暴雨。滁州和全椒24 h雨量分别为429 mm和414 mm, 此次特大暴雨具有局地性和降水强度大的特点。使用南京和马鞍山双多普勒雷达时间同步观测资料, 对此次暴雨的三维风场进行反演, 在此基础上, 研究了暴雨的三维风场结构。由雷达回波分析可知, 此次暴雨是由β中尺度对流系统造成的, 在β中尺度对流系统内部还有γ中尺度对流单体, 对流单体发展非常旺盛。中低层切变线自西向东移入降水区后, 在该地区停留较长时间, 加之有充足的水汽供应, 造成了局地特大暴雨。在垂直剖面内, 对流系统发展旺盛, 强降水区上空回波较强且对应着较强的上升气流区, 而在强回波中心区的两侧均有下沉气流。当切变线减弱并移出降水区后, 强降水停止。     

Kinetic energy budget of Typhoon Yagi (2006) during its extratropical transition

A diagnostic energetic analysis is conducted to study the kinetic energy budget during the extratropical transition (ET) of tropical cyclone (TC) Yagi (2006), using high-resolution numerical model output. The results show that the upper-level jet stream makes great contribution to the redevelopment of Yagi. When the Yagi approached to the upper-level jet stream, the horizontal flux of kinetic energy associated with the jet was the major cause of the ET. During the transition of Yagi, the horizontal flux of kinetic energy caused by the change of environmental field related to the TC movement only accounted for about 25?% of the total flux, while the horizontal convergence to Yagi under the action of the jet was the major portion of the total horizontal flux. Moreover, the work of pressure gradient force changed from a source of kinetic energy to a sink in the upper troposphere before and after the ET, however, it acted as a source of kinetic energy in the lower and middle troposphere all the time, and both the vertical and horizontal fluxes of kinetic energy caused by the upper-level jet increased the kinetic energy in the upper troposphere. The sub-grid scale friction and dissipation, which shows their maximum effects in the lower troposphere especially in the atmospheric boundary layer, played major consumption roles against the pressure gradient force. Furthermore, the consumption was almost entirely out-of-phase for the convective transport of kinetic energy in vertical, and inhibited the vertical flux of kinetic energy. In addition, there were significant high-frequency disturbances before and after the ET characterized by out-of-phase kinetic energy changes between upper and lower levels, thus, the vertically integrated kinetic energy budget in the air column could not give a reasonable physical image for TC kinetic energy variation.     

“6.29”淮河暴雨过程β-中尺度系统结构特征的数值模拟分析

利用中国科学院大气物理研究所LASG研制的AREM中尺度暴雨数值预报模式, 对2003年6月29—30日发生在淮河流域的一次大暴雨过程进行了数值模拟分析。结果表明:随着西太平洋副热带高压加强, 低空急流迅速向北推进, 加强了其北侧的风速梯度和气旋性切变, 使涡度场发生了强烈变化, 强正涡度柱的发展导致了低层β-中尺度低压和气旋的新生; 而对流层中高层β-中尺度高压的发展所引起的地转偏差使得β-中尺度高压附近的风场发生明显变化, 并导致β-中尺度强辐散中心强烈发展, 最终造成强烈的上升运动。强上升运动出现在低层θ_se强锋区的南侧。     

“0811”暴雨过程中MCC与一般暴雨云团的对比分析

利用T639 1°×1°分析场、FY-2红外云图、红外辐射亮温(TBB)、闪电定位和气柱水汽总量等资料,对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程(即"0811"暴雨过程)中的中尺度对流复合体(MCC)和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析,结果表明,(1)山西北部暴雨带主要由6个β中尺度对流云团生成、发展及合并造成;山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、发展、东移所引发。(2)山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成和发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、发展及合并形成,该对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随西太平洋副热带高压的南退而南压。(3)在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5 880gpm边缘弱的斜压环境中,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5 840gpm边缘较强的斜压环境中,高层则出现在急流入口区的右侧。(4)MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌及暖温结构更深厚。(5)山西南部MCC影响区和5 880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5 840gpm线附近。与MCC相比,一般暴雨云团影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。(6)山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对"0811"暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。     

The subcloud-layer eddy kinetic energy budget of a microburst-producing thunderstorm determined from jaws dual-Doppler measurements

Dual-Doppler data collected from 1646 to 1648 MDT on 14 July, 1982 in Colorado were employed to study the eddy kinetic energy budget in the subcloud layer of a microburst-producing thunderstorm during its mature stage. Each term in the budget equation was computed from the Doppler-derived winds and retrieved thermodynamic fields within the 10 by 10 km horizontal domain. Results show that in the atmospheric boundary layer (ABL) where the microburst dominates, the turbulent flow extracts energy from the mean flow in order for the microburst to maintain its strong diverging outflow at low levels. The vertical transport of eddy kinetic energy is predominantly downward in the low layer due to the organized downdrafts in the microburst area. The horizontal flux convergence (divergence) of eddy kinetic energy by the mean and eddying motions is approximately balanced by that of the vertical flux divergence (convergence). Similarly, the contributions from the pressure and buoyancy production terms are nearly in balance. As a result, a net change of the eddy kinetic energy generation in the subcloud layer is relatively small in comparison with the individual term in the budget equation.     

Synergistic Effect of the Planetary-scale Disturbance,Typhoon and Meso-β-scale Convective Vortex on the Extremely Intense Rainstorm on 20 July 2021 in Zhengzhou

On 20 July 2021, northern Henan Province in China experienced catastrophic flooding as a result of an extremely intense rainstorm, with a record-breaking hourly rainfall of 201.9 mm during 0800–0900 UTC and daily accumulated rainfall in Zhengzhou City exceeding 600 mm(“Zhengzhou 7.20 rainstorm” for short). The multi-scale dynamical and thermodynamical mechanisms for this rainstorm are investigated based on station-observed and ERA-5 reanalysis datasets.The backward trajectory tracking shows that...