湿层结参数非常数时雨团模型中的位势不稳定

建立了圆柱坐标下湿层结参数在垂直方向不为常数时的非轴对称雨团数学模型,着重讨论了其中的位势不稳定问题。抽象出了暴雨发生前期、盛期和发生后的三种典型湿层结参数的垂直分布。得到了此时位势不稳定的判据,分别给出了不稳定扰动增长率与稳定扰动振荡圆频率的上、下界。并在该参数取分2段常数的情况下,进行了解析求解。得到以下结论:该模型雨团在水平方向可有螺旋结构,这与用雷达资料得到的实际情况一致。在暴雨发生前期,有位势不稳定发生;且螺旋臂条数越多,雨团半径越小,不稳定增长率的上界越大。在暴雨盛期,整层为弱位势稳定层结,无位势不稳定发生;扰动螺旋臂条数越少,半径越大,其振荡圆频率下界越大。在暴雨结束后,整层为强位势稳定层结,也无位势不稳定发生;扰动螺旋臂条数越多,半径越小,其振荡圆频率的上界越大。在该参数取为2段常数情况下,且下层与上层其分别为负、正值时,有位势不稳定发生,且雨团的螺旋臂越多、半径越小及不稳定层次越厚,其增长率越大。该不稳定雨团的垂直结构在下层大体为半个正弦波,波长随不稳定层次的增厚而增大;在上层则为指数分布,且随高度增加迅速趋于0。     

2006年“珍珠”台风影响期间福建省降水酸度分布特征分析

利用2006年"珍珠"台风影响福建省期间的酸雨监测资料和新一代天气雷达回波资料,对城市降水酸度分布特征及福州市短时段降水酸度进行分析,结果表明:来自海上的台风降水呈偏碱性;登陆后台风对福建省城市降水酸度的影响与其螺旋雨带上降水云团的移动路径及城市周边污染源分布有关;"珍珠"台风的短时段降水酸度并非保持恒定,对福州市降水酸度的影响会随着台风强度、风场结构的变化及螺旋雨带上降水云团途经下垫面城市大气污染排放状况而发生改变.     

MOIST POTENTIAL VORTICITY DIAGNOSIS OF A MEIYU FRONTAL HEAVY RAIN PROCESS SIMULATION DURING SUMMER,1991

In this paper,the heavy rain process from June 30 to July 2,1991,has been simulated by MM4.and three-dimensional moist potential vorticity distribution of the simulation results has beencalculated.It is shown that moist potential vorticity is an important physical variable to reveal heavyrain structure and dynamic mechanisms.Negative moist potential vorticity corresponds to the Meiyufront-wind shear line system and the negative center corresponds to the heavy rain center.Negativemoist potential vorticity mainly attributes to the effects of meridional baroclinic term and convectiveunstable term.The former is favourable to the maintenance of zonal precipitation and the latter is themechanism of the heavy rain center propagating along the rain belt.The heavy rain is contributed bythe cooperative effects of conditional convective instability,baroclinic instability and upper air inertialinstability.     

MOIST POTENTIAL VORTICITY DIAGNOSIS OF A MEIYU FRONTAL HEAVY RAIN PROCESS SIMULATION DURING SUMMER, 1991

In this paper,the heavy rain process from June 30 to July 2,1991,has been simulated by MM4.and three-dimensional moist potential vorticity distribution of the simulation results has been calculated.It is shown that moist potential vorticity is an important physical variable to reveal heavy rain structure and dynamic mechanisms.Negative moist potential vorticity corresponds to the Meiyu front-wind shear line system and the negative center corresponds to the heavy rain center.Negative moist potential vorticity mainly attributes to the effects of meridional baroclinic term and convective unstable term.The former is favourable to the maintenance of zonal precipitation and the latter is the mechanism of the heavy rain center propagating along the rain belt.The heavy rain is contributed by the cooperative effects of conditional convective instability,baroclinic instability and upper air inertial instability.     

动能EOF分析和β中尺度雨团中的能量转换

本文针对2008年上海8月25日暴雨过程,利用WRF中尺度数值模式对其较好模拟的结果,应用EOF分析方法对其做了动能偏差场的统计动力诊断。探讨了该暴雨过程中各种尺度天气系统,特别是β中尺度雨 团,其有效位能向动能的转化机制。所得主要结论有:对该暴雨过程,动能偏差场EOF分析的第一、二、三模态可分别称为暴雨背景模态、暴雨系统模态和暴雨雨团模态。在该暴雨落区附近,低层各模态动能偏差场水平梯度的绝对值均较大,系统演变也较剧烈,且尤以暴雨雨团模态为甚;这表明低层暴雨雨团模态该处风场具有强烈的非地转性,有着强辐合,运动是非平衡的,其性质为重力惯性波(含涡旋—重力惯性混合波)。在某等压面上,有效位能的时间变化与位势偏差的时间变化相同,而前者的水平梯度则与后者的空间梯度大致相同,这样讨论某层前者的变化就归结于讨论该层后者的变化。暴雨来临前在该暴雨落区附近,前三个模态都有有效位能向动能的 转化,其表现为动能的增长和有效位能的下降,且以暴雨雨团模态表现更突出。暴雨雨团模态的尺度为β中尺 度,这表明该尺度的系统在有效位能向动能转换中起着关键作用,且扮演着有效位能与涡旋场动能之间转换的中介角色。     

台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究

2016年9月14~15日超强台风“莫兰蒂”（1614）登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF（V3.9）对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能（假相当位温、比湿）锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带（正位涡带）、雨带（位于高湿静力能区）南侧低湿静力能带（即湿静力能锋区）,对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

“莫拉克”台风螺旋雨带与水平涡度的关系

利用实况资料和WRF模拟资料,分析2009年8月6—10日"莫拉克"台风在台湾地区造成强降水过程中台风螺旋雨带与水平涡度的关系。结果表明:模式较好地模拟出了本次台风暴雨的发生发展过程。在7日00时—9日00时,台风外围有两条螺旋雨带,一支位于台湾的中部偏南,一支位于台湾的南部,暴雨主要位于这两支螺旋雨带上;暴雨出现在环流上升支附近,在中低层,雨带对应着较大的指向东的水平涡度,且随着水平涡度大值区移动而移动,显示出两者较密切的联系;水平涡度的大值区与垂直涡度的大值区也有较好的对应关系,存在水平涡度向垂直涡度的转化;水平涡度的旋度正值区对应上升运动区,其旋度的大值区对应强的螺旋雨带与降水。当水平涡度减小时,若水平涡度的旋度正值区存在,雨带仍然可以维持。     

Evolution of instability before and during a torrential rainstorm in North China

NCEP-NCAR reanalysis data were used to analyze the characteristics and evolution mechanism of convective and symmetric instability before and during a heavy rainfall event that occurred in Beijing on 21 July 2012.Approximately twelve hours before the rainstorm,the atmosphere was mainly dominated by convective instability in the lower level of 900-800 hPa.The strong southwesterly low-level jet conveyed the moist and warm airflow continuously to the area of torrential rain,maintaining and enhancing the unstable energy.When the precipitation occurred,unstable energy was released and the convective instability weakened.Meanwhile,due to the baroclinicity enhancement in the atmosphere,the symmetric instability strengthened,maintaining and promoting the subsequent torrential rain.Deriving the convective instability tendency equation demonstrated that the barotropic component of potential divergence and the advection term played a major role in enhancing the convective instability before the rainstorm.Analysis of the tendency equation of moist potential vorticity showed that the coupled term of vertical vorticity and the baroclinic component of potential divergence was the primary factor influencing the development of symmetric instability during the precipitation.Comparing the effects of these factors on convective instability and symmetric instability showed some correlation.     

台风“海棠”的螺旋雨带结构及特征

利用中尺度数值模式WRF对2005年7月19—20日台风＂海棠＂登陆前后螺旋雨带的结构及特征进行了模拟和诊断分析。结果表明,本次台风造成的沿海暴雨与主次两条雨带活动有关。主雨带是涡旋Rossby波激发的螺旋雨带,与850 hPa正涡度带有很好的对应关系,降水强度大,辐合层次低,处在温度和切向风速梯度最大处。次雨带辐合层次相对较高,最大温度梯度和相当位温梯度发生在700 hPa以上,无明显切向风梯度配合,其发展主要与台风中心附近的阶梯状相当位温锋区有关。当台风中雨带合并时,易造成降水增幅。台风登陆前后存在螺旋雨带的断裂现象,台风中心西侧及西北侧的中低层的辐散流场使高层的气旋性流场出现和加强,台风在高层的气旋性环流与西部低压结合,使台风西部产生辐合,引起螺旋雨带的断裂,当高层的低压形成明显的气旋式切变时,也可使切变下方螺旋雨带断裂。     

The preliminary syudy of medium-scale cloud clusters over the Changjiang basin in summer

It is shown that the medium scale cloud cluster is u major one of precipitation systems from analysing the rainstorms along the Changjiang River during the plum rain period of 1980-1983. The medium-scale cloud clusters do not always correspond to the moving vortex, but they are in good agreement with the convergence center for the divergent component of wind at 850 hPa. The favourable environmental conditions for the genesis and development of medium-scale cloud cluster, such as the large-scale circulation situation, patterns of temperature and moisture, potential instability, and the structure of cloud cluster are given. A model on large seaie clond pattern for the genesis of medium scale cloud cluster is presented.     

台风"云娜"中的涡旋Rossby波研究

运用非静力平衡中尺度模式WRF(V2.03),对2004年14号台风“云娜”在登陆后产生强降水的过程进行了42h模拟,并对螺旋云雨带的涡度场结构进行了分析。分析结果表明,WRF能较好地模拟出台风在陆地上的移动路径,及其产生的台风暴雨的螺旋状分布。台风螺旋云雨带的形成与维持,可以用涡旋Rossby波理论来解释:可以通过改变局地相对涡度径向梯度分布,从而沿台风径向激发出“局地涡旋Rossby波”。     

“96·8”华北暴雨数值模拟与稳定性分析

分析1996年8月发生在华北地区的台风暴雨过程的环流形势，发现：副热带高压与台风低压之间的气压梯度很大，宽广的偏南急流源源不断地向北输送水汽和能量，而太行山一带正处于汇合区，构成十分有利的暴雨天气形势。应用MM5数值预报方法对1996年8月4—5日的降雨天气过程进行数值模拟，并依据天气学原理和位涡理论对此过程的稳定性进行分析认为：（1）MM5数值预报模式较好地模拟出了台风暴雨的物理过程。（2）此次降雨的不稳定层结有南高北低现象，同时有对称不稳定和对流不稳定存在；条件性对称不稳定可使环流加速，对降水有一定的增幅作用。     

垂直风切变对螺旋波不稳定的影响

通过建立一系列局地准二维直角坐标系,用以研究垂直风切变对热带气旋中螺旋波不稳定的影响,并计算了螺旋波不稳定增长率在螺旋线上的分布,得到了以下结论:不稳定增长率开始随热带气旋半径增大而增大,在最大风速圈处达最大;然后随半径减小,以后再随半径增大,出现一个局地极值,再以后又减小,即在螺旋线上有两个极值中心;这与实际热带气旋的情况相一致。不稳定螺旋波的增长率与基流的垂直切变和层结参数密切有关,基流垂直切变越大,层结参数越小,则增长率越大;也即Richardson数越小,则不稳定增长率越大。     

台风“珍珠”螺旋雨带的数值模拟与诊断分析

利用1°×1°的NCEP/NCAR再分析资料,应用非静力中尺度模式WRF对0601号台风＂珍珠＂进行数值模拟,研究暴雨的成因以及螺旋雨带内部结构特征。数值模拟结果表明,台风中的气旋式涡度、垂直运动、动量和热量都集中在螺旋雨带中。进一步研究指出,螺旋雨带上空高层的强辐散与中低层的强辐合相配合产生的强烈＂抽吸作用＂、螺旋雨带两侧的干中心挤压螺旋雨带产生的＂毛细效应＂都导致了低层高湿空气加速向上输送,有利于对流的发展,这也是台风螺旋雨带得以维持的主要原因。     

长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析

文中分析了 1998年 7月 2 0～ 2 3日发生于长江流域的持续性降水和暴雨过程 ,在分析大尺度降水和中小尺度暴雨相对应的环流场和天气实况的基础上 ,主要分析相应大气层结的对流不稳定和条件性对称不稳定条件 ,并对切变线上涡层不稳定做了重点介绍和分析 ,计算了条件性对称不稳定判据和涡层不稳定判据。结果表明 :降水期间大气低层有对流不稳定和对称不稳定能量的积聚 ,在这两类不稳定条件都基本满足的情况下 ,涡层不稳定的维持对此次降水过程中暴雨的发生提供了有利的不稳定环境场 ,具体的计算分析还表明环境场的配置制约着切变线上低涡扰动的发展 ,是造成降水的重要原因之一。     

近年来我国暴雨中尺度动力分析研究进展

总结了近十年以来中国气象科研人员在暴雨中尺度动力分析研究领域的主要研究成果，从大尺度环流背景与中小尺度系统的相互作用、高低空急流、低涡、位涡与对流涡度矢量、螺旋度、不稳定等方面对它们进行了分类概括。对暴雨中尺度动力分析研究的回顾表明，以往常用的数值模拟、能量转换收支分析、涡度、散度、涡度收支、涡度平流、温度平流、各种不稳定指数等的诊断仍然是暴雨中尺度动力分析的主要手段，但是，近年来，除了位涡、螺旋度等动力变量在暴雨中尺度动力分析中的广泛应用以外，一些新的物理量，如非均匀饱和广义湿位涡、对流涡度矢量以及有限区域风场分解方法在暴雨中尺度动力分析中也得到了更多的应用。     

一条中尺度雨带的多普勒雷达回波特征及环境条件分析

该文利用3830/CC单多普勒雷达加密资料和Micaps客观分析资料, 对2002年8月22日在副高外围偏南气流影响下, 对流回波发展形成中尺度NNE — SSW向带状回波的演变及其环境条件进行分析。结果表明:带状回波是造成这次中尺度雨带的直接影响系统, 偏南暖湿气流源源不断沿着带状输送, 利于带状回波的维持和发展; 强降水主要发生在低层风随高度顺转 (暖平流)、高空有急流和出现逆风区的阶段, 副高外围偏南气流为带状回波的形成和发展提供了水汽和热力条件, 而高空倒槽为其提供了动力条件, 湿位涡的分布特征较好地说明了这一点, 带状回波和雨带出现在斜压不稳定和正压稳定而中低层为负涡度环流的潜在不稳定区中。     

梅雨暴雨系统中的θse暖盖

本文利用一个10层中尺度湿模式，对长江流域的一次梅雨暴雨进行数值模拟。结果如下:1. 梅雨暴雨系统中有θse暖盖存在，并在降水过程中维持加强。它与美国中西部强风暴暴雨系统中的干暖盖不同，是湿暖盖。2．降水多发生在暖盖北侧或东北侧、θse水平梯度大的地区，该地区还处于850—700百帕层的位势不稳定中心和强上升区重叠处附近。3．暖盖的作用除了可抑制其下层（边界层）位势不稳定能量的随时释放外，还起到增强其上层（对流层中低层）位势不稳定度的作用，因而暖盖在暴雨过程中提供了有利于深厚积云对流发生发展的热力环境条件。4．从对热成风涡度方程的讨论可知，暴雨多出现在暖盖上层的位势不稳定中心区和强上升区附近，是由于该处的位势不稳定度及其水平分布不均匀性和上升速度及其水平分布不均匀性的互相耦合，造成热成风不平衡，引起抽气式垂直环流的发生发展，并引起重力惯性波的不稳定之故，所以暖盖还对大气不平衡状态的发展起促进作用。 5．由暖盖的个别变化方程可知，暖盖生成的决定性因子是地转热成风（Vg/p）对水汽的平流和热成风不平衡（v’/ p）引起的θse平流。因此雨区南侧低空偏南湿急流的存在对雨区暖盖的增强极为有利。