地形的动力作用与冷锋锋生研究

本文建立了一个考虑天气尺度水平变形场的二维、滞弹性、非静力平衡锋生模式，对冷锋过山时的锋生锋消机制进行了数值研究，试验结果表明:当无地形影响时，由于变形场的锋生作用与摩擦等因子的锋消作用相互抵消，冷锋最终达到其强度的准定常状态；当考虑地形影响时，地形强迫环流与锋面环流相互作用，使得锋面强度在山前和山后发生变化，在冷锋开始爬坡时锋生，爬过半山腰后开始锋消，过山顶后锋面强度变化不明显或者有微弱锋生，到达山脚后开始强烈锋生，并在地形下游其强度达到最大；总之，冷锋在翻越山脉或从高原移到平原之后，锋面发展的强度比冷锋不遇到地形时的更大。     

大范围持续暴雪过程中多种影响系统的对比分析

持续48 h的大范围雨转暴雪天气先后影响了陕西、山西、河北、北京、天津、辽宁等地,华北地区降雪量15—30 mm。此次过程中地面影响系统复杂,有华北锢囚锋、江淮气旋、北路冷锋。利用准地转理论、凝结函数法、垂直剖面分析和常规观测资料、GFS 0.5°×0.5°再分析资料等,对比分析了华北锢囚锋和江淮气旋在降雪量和降水效率、水汽和动力条件、垂直结构等方面的特征和差异,并描述了多种地面影响系统的演变和相互作用。结果表明:（1）在降雪量和效率上,华北锢囚锋降雪量小于江淮气旋,华北锢囚锋主要影响华北西部,降雪持续24 h,江淮气旋主要影响华北中东部,降雪持续30 h;降水前半段华北锢囚锋降水效率为0.76,江淮气旋为0.58,降水后半段两者均为1.5。（2）在水汽条件上,华北锢囚锋明显弱于江淮气旋,华北锢囚锋水汽通道在700 hPa上,来自西南地区,而江淮气旋在700和850 hPa上,来自西南地区和东海;华北锢囚锋水汽含量中心和水汽辐合中心主要集中在近地面层锢囚锋附近,而江淮气旋在800—600 hPa气旋北侧偏南气流里。（3）在动力条件上,华北锢囚锋明显弱于江淮气旋,华北锢囚锋南段涡度平流垂直微差项起主要作用,北段温度平流拉普拉斯项起主要作用,江淮气旋温度平流的拉普拉斯项和涡度平流的垂直微差项均起到重要作用。（4）在垂直结构上,江淮气旋锢囚时为冷式锢囚,并有北路冷锋楔入其暖锋下面,强度明显强于华北锢囚锋。（5）在演变和相互作用上,江淮气旋的北上减弱了华北锢囚锋;北路冷锋对随江淮气旋北上的暖湿气流起到“冷垫”抬升作用。      

一次强降温过程中温度与降水分布及成因分析

2011年3月13-15日,冷空气入侵重庆地区引起了一次区域性强降温天气.过程显著降温区域位于重庆中西部地区,而大降水区域位于重庆中东部地区.分析表明,这种降温降雨分布特征的形成,主要是由于冷空气侵入四川盆地的路径结合地形引起的.高空横槽转竖引导槽后冷空气向南爆发,冷空气南下至河套地区后,在地形的作用下,分西北和东北两条路径侵入四川盆地,其中西北路径为主要路径,由西北路径进入盆地的冷空气,结合重庆的特殊地形,引起了盆地内重庆中西部地区的显著降温;两条路径中的冷空气在川东地区相遇后有弱锢囚锋生成,锢囚锋出现的时间与位置与大降水出现的时间与落区基本一致,诊断分析显示,锢囚锋所在区域对应着较强上升运动区和水汽辐合的大值区.锢囚锋可能是重庆中东部地区大降水产生的主要原因.     

地形影响下冷锋的变形及锢囚

根据传统理论，将锋面看成密度的零级不连续面，设计了一个二层锋面模式，分别研究了东西走向与东北－西南走向的地形影响下冷锋的变形及锢囚现象。分析表明：不同高度的地形对于冷锋变形及锢囚的影响不同，同一高度的地形对于不同强度的冷锋运动也有不同的影响。通过分析研究，形象、直观地揭示了地形影响下冷锋变形及锢囚的一些规律，并与实际天气现象做了一些对比。此外，还分析了山区冷锋的垂直结构，指出冷锋在爬山时锋面中层会出现“隆起”现象，这反映了地形对于冷锋的非线性相互作用；锋面的这种“隆起”现象非常类似于气流过山时形成的“涌浪”（ｂｏｒｅ）。     

地形与双冷锋的锋生过程

本文利用半地转模式，讨论了双冷锋的锋生过程及其越过山脉的演变。结果显示，在变形场作用下，双冷锋在移行过程中会发生上层锋合并的现象。在锋生过程中，下层前一条冷锋加强远大于后一条，在上层则是后一条冷锋的加强远大于前一条。地形对双冷锋有重大影响，山的迎风坡对冷锋移行有阻挡作用，并削弱锋的强度，背风坡则加速锋的移行，并加强锋的强度。山对双冷锋的上层锋的合并有促进作用，并造成近地面锋区呈现鼻状突出；地形促使锋区垂直速度大大增大，并导致其产生跳跃式变化；地形对锋的影响限于下层锋区。     

一次β-中尺度暴风雪的成因及动力热力结构

利用多普勒雷达、地面加密自动站监测资料、常规观测资料、4DVAR雷达风场反演和中尺度数值模式WRF模拟结果,对华北东部一次β-中尺度暴风雪的成因和影响天气系统的热力、动力结构及演变进行了分析。结果表明,(1)造成暴风雪的天气系统是回流形势下的冷锋锢囚锋,其在形成过程、生命史、尺度范围等方面均与温带气旋锢囚锋不同。(2)暴风雪过程分为东路弱冷锋降雪、锢囚降雪、西路强冷锋降雪3个阶段。降雪回波顶高在3～4km,回波强度均在35dBz以下。降雪量集中在锢囚降雪阶段。(3)风廓线(VWP)下层东风层和上层西南风的厚度在降雪各阶段不同,东风急流和西南风急流的变化和配置与降雪量关系密切。锢囚降雪阶段,地面和低层水平风场具有β-中尺度气旋性环流,是造成降雪回波旋转且长时间维持的动力。"人"字状回波的形成是因为风向或风速辐合线的作用。(4)锢囚锋的垂直结构和锢囚过程表明,西路冷锋比东路冷锋陡峭且势力强大,暖湿气团被东西两侧冷锋夹挤、抬升;锢囚时,两侧锋面形成冷式锢囚;锢囚消失时,大风首先在900hPa高度附近出现,进而下传到地面。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究Ⅰ:冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题.冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关.当冷锋位于迎风坡时,其坡度减小,位于背风坡时,其坡度增大.在静止冷锋存在两类不同的环流系,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系.静止冷锋位于背风坡,其冷域中的这支闭合环流增强,范围增大,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大.当静止冷锋位于迎风坡时,结果相反.冷锋移动较慢时,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡.当静止冷锋移离地形时,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽.地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现.由于边界层摩擦的辐合作用,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带,当冷锋位于迎风坡时,其强度增强,当冷锋位于背风坡时,其强度减弱.当冷锋位于背风坡时,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区.     

对1979年2月21—23日河套锢囚锋的分析——与扈忠慈同志商榷

扈忠慈同志对《气象》1979年第9期《华北春季大雪和黄渤海强东风》一文中的锢囚锋提出异议,认为河套锢囚锋最初是在河西走廊生成,并以暖性锢囚方式东移到河套地区。本文对此持不同看法,提出展开讨论,以便共同提高对复杂锋面分析的认识。 一、河套锢囚锋的形成 这次锢囚过程是积聚在蒙古地区的冷空气分东西两路南下,在河套地区汇合而形成的。 1.西路冷空气     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究 I：冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型 ,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题。冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。当冷锋位于迎风坡时 ,其坡度减小 ,位于背风坡时 ,其坡度增大。在静止冷锋存在两类不同的环流系 ,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。静止冷锋位于背风坡 ,其冷域中的这支闭合环流增强 ,范围增大 ,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移 ,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大。当静止冷锋位于迎风坡时 ,结果相反。冷锋移动较慢时 ,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。当静止冷锋移离地形时 ,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用 ,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现。由于边界层摩擦的辐合作用 ,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带 ,当冷锋位于迎风坡时 ,其强度增强 ,当冷锋位于背风坡时 ,其强度减弱。当冷锋位于背风坡时 ,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大 ,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区     

低层资料在冬季云贵静止锋预报中的应用

通过对冬季云贵静止锋形成原理的分析,得出：由于青藏高原的屏障作用使贵州成为一个“静水区”,低层气流以东北回流冷空气、西南暖湿气流为主,在静止锋过程中,东部海拔较低的丘陵、平原地区成了贵州的上游;同时,贵州西高东低、中部高南北低的地形特征以及东北回流冷空气、西南暖湿气流的流场特征,使贵州山地的空气受到“锢囚”作用,有利于冬季云贵静止锋的形成和维持.     

北京2009年“1101”暴雪的形成机制

利用多种新观测资料,对2009年11月1日北京出现的60年来降雪量最大的初雪过程的发生、发展特征进行分析,并探讨了暴雪形成机制。结果表明:此次初冬暴雪过程是在500 hPa东亚大槽斜压发展、低层锋区较强的背景下,由华北锢囚锋强迫所致。该锢囚锋是贝加尔湖南下冷空气在华北燕山和太行山地形影响下变为低层东西两股冷空气相向挤压的产物;伴随锢囚锋的形成,在北京西南37°~40°N之间形成狭窄水汽输送通道,为锢囚锋降水提供必需的水汽条件。锢囚锋区结构浅薄,主要存在于850 hPa层以下,为垂直东倾的冷式锢囚;东倾结构决定了降水落区,北京恰处于地面锢囚锋东侧的锢囚锋区中;而锢囚锋浅薄的垂直结构则决定了其强迫抬升运动并不深厚,故暴雪是降雪时间长、累积量大的结果。另外,北京雨转雪的发生是因降雪前近地面层气温下降较快接近冰点的缘故,降温主要源于雪前降雨在近地面层蒸发冷却的贡献;低层东路冷空气的平流作用则是降雪期间近地面气温维持较低的主因。     

对华北锢囚锋个例的数值模拟分析

运用非静力中尺度模式（ＭＭ５）对１９９８年１１月２０～２０日的华北锢囚锋形成过程进行数值模拟,结果表明：本次锢囚锋结构在空间尺度上小于典型温带气旋锢囚锋,降水落区与锢囚锋性质（暖性）有关,因此,潜热释放对锢囚锋的维持起一定的作用,去掉太行山后,锢囚锋形成的时间会偏早,地点偏西,强度偏弱,因此,太行山的存在对本次锢囚锋生成发展起至关重要的作用。     

两次昆明准静止锋的对比分析

利用EAR5再分析气象数据,分析了两次昆明准静止锋天气过程的高低空环流形势、锋面结构、锋面位置、以及相关要素场等基本特征及其异同。结果表明：中高纬度地区阻塞形势的存在是昆明准静止锋形成的背景环流。当冷暖气团均强且势均力敌时,更有利于锋面的维持;冷空气较强时,锋面会向西移动,越过云贵高原地形的阻挡;反之,锋面则会向东移动。当锋面维持在高原地形东侧时,冷空气被地形阻挡时,锋面的移动缓慢,此时锋区最为明显。当锋面维持在地形东侧时,风场的最大水平切变、温度的最大水平梯度和相当位温的密集区,描述的锋面位置几乎相同。两次过程寒潮爆发时冷空气均只能维持到700hPa附近,且水平风场也均为600hPa以下的低空切变,说明昆明准静止锋为浅薄系统。昆明准静止锋与一般冷锋锋后不同,两次个例昆明准静止锋锋后低空为湿区,而锋前水汽是否充足则要看南支槽所处的位置。     

柴达木盆地一次降雪天气过程分析

针对2017年2月20—22日海西德令哈、都兰地区出现的一次大雪天气过程,分析了高空、地面、物理量场特征等资料分析,结果表明:此次过程为后冬寒潮天气过程,伴随降雪、大风沙尘天气;此次过程主要新疆西路冷空气与河西走廊东灌冷空气在青海湖交汇形成锢囚锋,以及锢囚锋的维持,使得降水持续时间较长、较大降雪产生,合理的高低空配置和充沛的水汽给这次大降雪提供了动力和热力条件;西路冷空气配合着地面中尺度辐合线,以及地形的抬升作用触发了德令哈、都兰地区较大降雪的产生。     

高低空急流和水汽凝结过程对锢囚锋环流演变的影响

文中利用包括湍流摩擦耗散的原始方程模式研究了高空西风急流、低空南风急流和水汽凝结过程对锢囚锋环流时间演变和降水强度变化的影响 ,计算结果表明 ,水汽凝结过程与高空西风急流或低空南风急流的共同作用对锢囚锋环流的演变起非常重要的作用 ,能在锢囚锋区形成强中尺度深对流系统 ,与干大气中高空西风急流对锢囚锋环流的作用远大于低空南风急流的情况相反 ,在存在水汽凝结过程的湿大气中 ,低空南风急流对锢囚锋的影响远大于高空西风急流 ,它产生的降水过程时间更长 ,降水强度更大 ,降水范围更广 ,是锢囚锋区产生强中尺度降水的重要因子。     

2010年新疆北部暴雪异常的环流和水汽特征分析

2010年新疆北部地区暴雪异常偏多,降雪量和积雪深度记录突破历史极值。利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料,对北疆暴雪时空分布特征进行了分析,并对2010年两种暴雪类型发生时的大气环流、水汽输送特征进行了合成分析。结果表明,北疆暴雪多发生在山区和迎风坡上,在暴雪形成过程中地形作用不容忽视;北疆暴雪的发生与极锋急流和副热带急流的位置、强度密切相关,两支急流的叠加和汇合是冷锋暴雪发生的主要大尺度环流形势,极锋急流在暖区暴雪中占主导地位;冷锋暴雪是由北方冷空气与西南暖湿气流汇合造成的,而暖区暴雪是北方南下的冷空气相对更冷而形成的冷暖汇合造成的;冷锋暴雪时地面高压呈西南—东北向,暴雪发生在强冷锋锋区内;暖区暴雪时地面高压呈西北—东南向,暴雪由冷锋前暖锋引发;新疆北部暴雪的水汽以接力的方式输送,伊朗副热带高压的强度和位置的变化对暴雪的水汽输送起决定性作用。     

一次锢囚锋云系增雨作业的天气学分析

一次锢囚锋云系增雨作业的天气学分析刘锋，师小玲，陈君寒（延安地区气象局延安·７１６０００）（陕西省人工影响天气中心西安·７１００１５）１９９１年５月２３～２４日有一次锢囚锋云系的降水过程。５月２３日下午４时，当酉风槽移近高原东侧，河套地区偏南气流增强...     

一次急行冷锋与付高同步西伸所造成的大、暴雨分析

造成前汛期河池地区大暴雨的主要天气系统有锋面(冷锋、静止锋)低涡、低槽、切变线、低空急流及台风等。诸类暴雨中以锋面类为主。因此河池地区前汛期暴雨预报十分强调锋面的影响。但急行冷锋(强冷锋)由于坡度大、移速快,在其南下时往往一扫而过,常无大的降水发生,因此,在预报中急行冷锋下造成的大、暴雨往往被漏掉。 我们在普查1967年以来前汛期急行冷锋10例中发现:急行冷锋下,河池地区产生局部暴雨的有3例,占30％;全区性的大暴雨有3例,也占30％。分析其原因发现:在与锋     

黄山地区短时强降雨的地形增幅机制

应用黄山地区191个地面自动观测站资料,统计分析了201 5年发生在黄山地区短时强降雨时空分布。统计发现:发生短时强降雨过程次数在午后及傍晚(14和18时)时段中明显增多;黄山山脉及其附近是短时强降雨多发生的中心地带,发生短时强降雨次数分布与山脉形态一致、和地形高度相关,短时强降雨与地形关系密切。分别利用三个典型个例分析了山脉地形动力阻拦和热力对短时强降雨的增幅作用,结果表明:(1)山脉地形迎风坡处因地形抬升速度与地面辐合线相配合降雨增强,水汽收支方法诊断计算降雨增量可达6成;(2)锋面过境山脉时垂直扰动增强水平位温梯度增大锋生,在背风坡处地面涡度、上升运动增强,导致降水增幅;(3)山脉西南区域因地面感热通量差异形成热低压,在该区域增暖增湿,大气不稳定增强,受冷平流影响形成强对流天气,导致山区降水增幅。     

1974年12月2日华北大雪的初步分析

本文讨论1974年12月2日一次寒潮过程华北锢囚锋大雪的例子。应用样条(Seline)函数插值法进行了10层等θ_e面及等熵面分析。对该系统对流层锋区三度空间气流结构的分析发现,锢囚锋上空气流主要有低、中、高三层:低层和高层为斜爬升气流,中间一层为倾斜度很大的、冷的偏东北风急流。还发现在锢囚点上空,有冷空气从对流层中高层沿等θ_e面漏斗状“洞穴”作下沉运动。这种复杂的气流结构与锢囚锋在华北的发展与维持及大雪的中尺度分布等有密切联系。