低层偏东气流对贵州梵净山东侧强降水的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、雷达探测资料与NCEP 1°×1°再分析资料等,对低层偏东气流影响下贵州铜仁梵净山东侧4次强降水天气过程进行了分析,重点探讨了在低层偏东气流与地形共同作用下的强降水形成机制,并归纳低层偏东气流影响下的梵净山东侧强降水概念模型。结果表明:(1)高空槽、低层切变线、地面中尺度辐合线是影响梵净山东侧强降水的主要天气系统;(2)低层浅薄偏东气流对梵净山东侧强降水起着关键作用,当低空气流u分量随高度减小时,地形迎风坡气流辐合上升,而气流v分量随高度增加时,地形迎风坡会产生与山脉垂直的水平涡管,在地形抬升作用下涡管向上凸起形成两个涡管环流圈,涡度垂直分量使山脚附近上升气流加强而有利于山脚产生强降水;(3)梵净山东侧强降水区的形成存在三种机制,即迎风坡山脚多次触发对流形成雨量叠加效应、地面中尺度辐合线自身触发组织对流、回波沿地面中尺度辐合线东移形成“列车效应”,三种机制产生的降水带与地面中尺度辐合线走向一致。     

基于CISK理论对环境流场影响台风发生发展的分析

本文用一基于第二类条件性不稳定机制(CISK)的简单数值模式研究了由于非热成风的存在和环境风场垂直切变的水平变化对台风低压发生发展的影响。结果表明,环境风场的涡度分布在对流层低层为气旋性涡度随高度增加,而在对流层高层为反气旋性涡度随高度增加时有利于台风低压的发生发展;非热成风存在且与热成风符号相反时有利于台风低压的发生发展。      

低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析

选取2002年5月11～13日云南地区的一次南支槽强降水过程，利用MM5非静力中尺度数值模式对这次降水过程进行了数值模拟，利用模式高分辨率的输出结果分析了这次强降水中尺度对流系统的结构特征。分析结果表明：强对流系统的低层环境风场为西南和东南气流辐合，高层则为一致的槽前西南气流。低层强正涡度暖湿气流辐合上升区紧邻辐合线的西南侧，槽前西南暖湿气流在辐合线附近冷空气的作用下辐合上升，形成强降水，强降水落区位于低层700hPa强正涡度暖湿气流辐合上升区的西南侧。对物理量要素的时间演变分析表明：在对流发展初期，沿辐合线的正负涡度、辐合辐散、上升与下沉运动在垂直方向和水平方向上相间分布，呈多个模态；当对流发展较强时演变为单一模态分布，即辐合线附近低层为正涡度辐合气流上升区，而高层为负涡度辐散气流下沉区。其中低层辐合较为浅薄，位于地面到600hPa高度，而正涡度和垂直速度较为深厚，可以从地面向上分别伸展到400hPa和200hPa高度。研究还揭示了低纬高原地区中尺度对流辐合系统的垂直轴线随高度向辐合区东北侧（高纬度地区）倾斜的特征，这是低纬高原地区南支槽强降水中尺度对流系统与其它切变线、准静止锋和低涡等中尺度对流系统不同的最主要特征之一。     

变化涡动沾性系数的Ekman动量近似模式风场结构

在边界层动力学中，涡动粘性系数是影响边界层风场结构的一个重要参数。本文利用边界层动力学中的Ekman动量近似理论，给出了涡动粘性系数随高度缓变条件下的Ekman动量近似边界层模式解，着重讨论了边界层的风场结构、水平散度、垂直涡度以及边界层顶部的垂直速度。结果分析表明：与常值涡动粘性系数情况相比，在边界层低层随高度增加的涡动粘性系数可以导致低层边界层风速随高度迅速增加，即风速垂直切变增加，同时风速矢与地转风之间的夹角减小。惯性项作用可以导致上述作用在气旋性区域减小、而在反气旋性区域增大。随高度增加的涡动粘性系数导致水平散度绝对值、垂直涡度绝对值以及边界层顶部的垂直速度绝对值在气旋性区域减小，而在反气性旋区域增大。涡动粘性系数与惯性之间的非线性相互作用是边界层动力学中重要过程。     

垂直风切变对热带气旋强度及结构的影响

利用一个非静力、原始方程热带气旋模式(TCM4),通过对f平面不同强度的垂直风切变下理想热带气旋的模拟后发现:29.15°C的海温下理想热带气旋最大可能强度(MPI)接近910hPa,近中心最大风力可达到76 m·s-1左右。在理想条件下,能抑制热带气旋强度甚至减弱的垂直风切变临界值在8～10m·s-1。由于切变造成涡度平流随高度变化,使得在顺切变前部以及左侧边界层附近产生辐合,伴随着空气的气旋式螺旋上升,外流层对应区域产生辐散,从而使得强对流和强降水发生在顺切变左侧。     

北京地区深秋季节一次对流性暴雨天气中尺度分析

使用加密自动站、微波辐射计和风廓线仪等探测资料,详细分析了深秋季节(2007年10月27日)发生在北京地区的一次强对流局地暴雨过程的天气系统结构特征,探讨系统的发生发展机制.分析表明,此次局地暴雨天气是在高空冷槽和地面冷锋系统相配合的有利的大尺度环流背景下,地形和热岛效应共同作用产生的中尺度系统造成的.前人对夏季暴雨的研究结果可以很好地解释此次秋季强对流天气的发生发展机理,低层偏东气流与北京西部山脉的相互作用使得气旋式涡度增加,产生中低层垂直风切变,使山脉迎风坡的降水增强.城市热岛形成的城区与郊区之间的水平温度梯度在迎风坡强迫产生的中尺度垂直切变是对流性局地强降水发生发展的重要条件.吹向迎风坡的风速与降水强度之间存在正反馈过程,这也是局地降水增强的可能因素.此次秋季过程主要是较强冷空气与较好的水汽条件配合造成,而夏季强对流过程则多是在高温高湿条件下弱冷空气入侵造成.     

九华山暴雨地形增幅作用的观测分析

利用常规气象观测资料和安徽省中尺度自动气象观测网的加密资料,对2007-2008年九华山的7次暴雨天气过程,经过山区雨量和周边测站雨量的比较及山区小地形作用引起的风场变化对降水影响的综合分析,得到如下结论:九华山山区降水量明显多于周边丘陵地区,其雨量分布具有明显的山区地形雨特征.山区降水量分布受地形影响很大,迎风坡及喇叭口雨量偏多,不同高度上雨量分布存在差异.地形作用形成的风场辐合影响强降水和强对流天气的形成和发展,气流过山造成的气流加强效应有利于低空急流的加强和维持.强降水发生前,山区风场变化明显,且风场发生改变与强降水的开始和增强有一定的时间对应关系,风垂直切变的维持与强降水时段也有较好的相关性.     

β效应和垂直切变对台风非对称结构及眼墙替换的影响

利用一个完全可压、非静力及原始方程热带气旋模式(TCM4),通过对f平面和β平面中不同强度的垂直风切变下理想热带气旋的模拟,研究了β效应和垂直风切变对热带气旋强度和结构的影响。结果表明:(1)理想气旋植入相对较弱的垂直风切变之后其强度最终将会进入一种近似常定状态,通过研究这种准常定状态对切变强度的敏感性发现,研究垂直风切变对理想气旋影响,应该讨论理想气旋能否维持在一个特定强度(台风、热带风暴及热带低压等)的极限垂直切变,而不是去讨论决定理想气旋将减弱还是增强的极限垂直风切变值;(2)在f平面下,由于垂直风切变造成涡度平流随高度变化,使得在顺切变前部以及左侧边界层附近产生辐合,伴随着空气的气旋式螺旋上升,外流层对应区域产生辐散,从而使得强对流和强降水发生在顺切变左侧。(3)行星涡度梯度(β效应)也能使涡旋产生一定的非对称性。当考虑β效应和垂直风切变的双重叠加效应时,所产生的非对称性比单纯由β效应或垂直风切变产生的非对称性更大,并且强对流区主要集中在顺切变左前部。(4)热带气旋眼墙替换过程或许可以被预测,因为它们似乎与β效应和环境流(VWS)存在联系。     

2015年肇庆开汛暴雨环境条件和雷达风廓线产品特征分析

利用常规观测资料、Micaps资料、NCEP 1°×1°再分析资料和雷达风廓线资料,对2015年肇庆市开汛暴雨过程的环境条件及雷达风廓线产品特征进行分析。结果表明:暴雨发生在200 h Pa高空气流分流区、700 h Pa显著西南气流前方、850 h Pa切变线以南风速辐合区、925 h Pa风场辐合区和地面锋面低槽的重叠区域。暴雨发生前伴随着CAPE值激增,在大气层结极不稳定条件下,西南暖湿气流北上在广东中部地区辐合汇聚,为暴雨提供大量水汽和不稳定能量。暴雨过程低层气旋式涡度和高层反气旋式涡度使得低层辐合和高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动。暴雨期间雷达风廓线资料直观地显示了中小尺度系统引起的风场变化,中层波动对应过程中的几个强降水时段。当上空处于中层西风波动槽前时,西南暖湿气流层次深厚,降水加强;当6 km以上高度西北气流向下发展时,降水处于减弱阶段。     

四川盆地西部一次暖区暴雨成因分析

2018年8月1～2日四川盆地西部出现了一次区域性暖区暴雨,利用常规气象观测、区域自动站、卫星云图和雷达产品等资料,分析了其环流背景、中尺度条件以及触发机制。结果表明：东移的高原低涡触发了暴雨天气,通过诱发使低层涡度增加,形成气旋性低涡中心,高原低涡与西南低涡耦合,加强了盆地西部的垂直上升运动;低层水汽和不稳定能量在迎风坡被强迫抬升,触发对流性降水,使降水增幅,造成盆地西南部降水强度大于西北部;高湿环境、深厚暖云,以及中等偏强且呈狭长的CAPE特征,形成了高降水效率;强降水时段与云团发展强盛时段对应,辐合风场以及逆风区的形成有利于强回波的长时间维持。     

Observational Study of Surface Wind along a Sloping Surface over Mountainous Terrain during Winter

The 2018 Winter Olympic and Paralympic Games will be held in Pyeongchang, Korea, during February and March. We examined the near surface winds and wind gusts along the sloping surface at two outdoor venues in Pyeongchang during February and March using surface wind data. The outdoor venues are located in a complex, mountainous terrain, and hence the near-surface winds form intricate patterns due to the interplay between large-scale and locally forced winds. During February and March, the dominant wind at the ridge level is westerly; however, a significant wind direction change is observed along the sloping surface at the venues. The winds on the sloping surface are also influenced by thermal forcing,showing increased upslope flow during daytime. When neutral air flows over the hill, the windward and leeward flows show a significantly different behavior. A higher correlation of the wind speed between upper-and lower-level stations is shown in the windward region compared with the leeward region. The strong synoptic wind, small width of the ridge, and steep leeward ridge slope angle provide favorable conditions for flow separation at the leeward foot of the ridge. The gust factor increases with decreasing surface elevation and is larger during daytime than nighttime. A significantly large gust factor is also observed in the leeward region.     

Modeling Study of Foehn Wind Events in Antarctic Peninsula with WRF Forced by CCSM

Significant changes have occurred in the Antarctic Peninsula (AP) including warmer temperatures, accelerated melting of glaciers, and breakup of ice shelves. This study uses the Weather Research and Forecasting model (WRF) forced by the Community Climate System Model 4 (CCSM) simulations to study foehn wind warming in AP. Weather systems responsible for generating the foehn events are two cyclonic systems that move toward and/or cross over AP. WRF simulates the movement of cyclonic systems and the resulting foehn wind warming that is absent in CCSM. It is found that the warming extent along a transect across the central AP toward Larsen C Ice Shelf (LCIS) varies during the simulation period and the maximum warming moves from near the base of leeward slopes to over 40 km away extending toward the attached LCIS. Our analysis suggests that the foehn wind warming is negatively correlated with the incoming air temperature and the mountain top temperature during periods without significant precipitation, in which isentropic drawdown is the dominant heating mechanism. On the other hand, when significant precipitation occurs along the windward side of AP, latent heating is the major heating mechanism evidenced by positive relations between the foehn wind warming and 1) incoming air temperature, 2) windward precipitation, and 3) latent heating. Foehn wind warming caused by isentropic drawdown also tends to be stronger than that caused by latent heating. Comparison of WRF simulations forced by original and corrected CCSM data indicates that foehn wind warming is stronger in the original CCSM forced simulation when no significant windward precipitation is present. The foehn wind warming becomes weaker in both simulations when there is significant windward precipitation. This suggests that model’s ability to resolve the foehn warming varies with the forcing data, but the precipitation impact on the leeward warming is consistent.     

地形与城市环流共同作用下的β中尺度暴雨

从中尺度天气动力学理论入手, 利用尺度分析的方法, 得到了地形与城市热岛共同作用下的β中尺度暴雨的一系列理论特征。利用北京地区稠密的地面观测网资料以及分布于距暴雨中心区不同距离的两部风廓线仪观测资料, 通过分析2006年夏季发生的3次β中尺度暴雨酝酿、 发生、 发展、 维持过程中的气温、 降水、 风场的配置关系, 对β中尺度暴雨的部分理论特征进行了验证。主要结论: (1) 由城市热岛形成的水平温度梯度有可能在靠近城区的山前迎风坡强迫产生相对独立的中尺度风的垂直切变, 由此产生的低空风的垂直切变是维系中尺度对流降水发生、 发展的重要条件。另一方面, 一旦迎风坡出现强降水, 将形成吹向迎风坡的风速与降水强度之间的正反馈现象, 这种正反馈过程对β中尺度暴雨的形成过程起到了重要作用; (2) 地形越靠近城区, 山前越容易形成强的水平温度梯度, 进而越容易出现低空风的垂直切变。形成强低空风的垂直切变的响应时间取决于水平温度梯度的强度; (3) 地形坡度越大的地方, 产生的上升运动越强, 中尺度系统的水平尺度越小, 对于地形坡度较为平坦的地方, 更有利于产生水平尺度较大的中尺度系统; (4) 一般情况下, 地形与城市热力过程造成的中尺度暴雨过程多发生于傍晚前后或凌晨前后。     

基于NCEP风向数据的中国夏季降水估算研究

提出一个基于NCEP风向数据估算全国夏季降水的模型。根据NCEP地面气压、经纬向风数据计算得到全国1971—2000年夏季各月盛行风向;并将盛行风向与宏观坡向夹角的余弦值作为降水的坡向因子,以此区分山体迎风坡和背风坡降水的空间分布。利用站点观测资料、数字高程模型数据、坡向、坡度因子,采用逐步回归分析法,建立估算夏季降水的回归方程,得到全国1971—2000年夏季各月及总降水量的空间分布图,并对模型结果进行检验与对比分析。结果表明,此方法估算夏季总降水量的平均绝对误差为27 mm,平均相对误差为11.8%。模型结果能体现迎风坡与背风坡的雨量差,符合客观规律,能够定性、定量地再现中国夏季降水的实际空间分布特征。     

不同地形资料对西南涡降水过程的数值模拟研究

本文仅改变模式下垫面的地形资料,对西南地区降水过程进行模拟试验,通过模拟结果的分析对比,我们认为1)不同地形资料(或是对地形资料进行平滑处理),在地形突变处的差异最为显著。2)地形细微的变化最直接影响的是降水位置,其次是降水强度。3)地形变化之后,短波辐射受到的影响最为直接,感热通量和潜热通量是此消彼长。4)盆地有降水过程时,低层一般盛行东南风,且会在盆地内部产生气旋性弯曲,气流在迎风坡存在明显的辐合,而背风坡则存在明显的辐散。5)地形梯度同样影响对流的发生发展,在地形陡峭处更容易产生强烈的上升运动,地形梯度越缓,气流的爬升能力也越强。总之,地形的微小变化已经可以对降水的落区和强度产生显著的影响。      

Research on Water-Vapor Distribution in the Air over Qilian Mountains

Based on the remote sensing data, the radiosonde data and precipitation data observed by weather stations, distributions of atmospheric water-vapor and cloud motion wind over the Qilian Mountains are analyzed. Moreover, on the basis of water-vapor and cloud motion wind analyses, relations of atmospheric water-vapor distribution with precipitation~ atmospheric circulation, and terrain are investigated. The results show that distributions of atmospheric water-vapor and precipitation in the Qilian Mountains are affected by the westerly belt, the southerly monsoon （the South Asian monsoon and plateau monsoon）, and the East Asian monsoon. In the northwest Qilian Mountains, water-vapor and precipitation are entirely affected by the westerly belt, and there is no other direction water-vapor transport except westerly watervapor flux, hence, the northwest region is regarded as the westerly belt region. In the south and middle of the mountaili, water-vapor is mainly controlled by the southerly monsoon, 37.7% of the total watervapor is from the south, especially in summer, the southerly water-vapor flux accounts for 55.9% of the total, and furthermore the water-vapor content in the southerly flow is more than that in the westerly flow. The southerly monsoon water-vapor is influenced by the South Asian monsoon from the Indian Ocean and the plateau monsoon in the Qinghai-Tibetan Plateau, thus, the south and middle region is called southerly monsoon region. But in the northeast Qilian Mountains, the East Asian monsoon is the main climate system affecting the water-vapor. Besides west and northwest water-vapor fluxes, there are a lot of easterly water-vapor fluxes in summer. The frequency of easterly cloud motion winds in summer half year accounts for 27.1% of the total, though the frequency is not high, it is the main water-vapor source of summer precipitation in this region, therefore, the northwest region is a marginal region of the East Asian monsoon. On the other hand, atmospheric water-vapor, precipitation, and conver     

祁连山山区空中水汽分布特征研究

将卫星遥感资料与探空资料和地面观测降水资料相结合,分析了祁连山山区空中水汽含量和云迹风的空间分布特征。并且,以此为基础,研究了祁连山大气水汽和地面降水的空间分布及其与大气环流和地形的关系。结果表明:祁连山大气水汽和地面降水受西风带、偏南季风(南亚季风和高原季风)和东亚季风的共同影响,在祁连山西北部大气水汽主要受西风带气流控制,在祁连山中南部偏南季风占主导地位;在祁连山的东北部则是东亚季风的影响比较明显。同时,祁连山大气水汽、降水和降水转化率与海拔高度和坡向以及环流影响区的关系均十分密切。一般,迎风坡上大气水汽含量在3500—4500 m海拔高度会出现一个峰值;而在背风坡上除东亚季风影响区外大气水汽含量只出现随海拔高度单调递减趋势,基本上不出现任何峰值。背风坡大气水汽含量总体上要比迎风坡少得多,最多大约能少4.49 kg/m2。无论是大气水汽含量、地面降水还是降水转化率均在东亚季风影响区最大;东亚季风影响区大气水汽含量在迎风坡上的峰值要更强,出现的海拔高度更低。     

The effects of orography on precipitation

In this paper, a model simulating the effects of topography and altitude on precipitation is presented. Topography has its maximum effect on precipitation when the angle which the wind makes with the slope direction approaches zero and the inclination of the slope is near 45°. The smaller the angle , the greater the influence of slope on precipitation. When <45°, the larger the inclination, the greater the influence of slope on precipitation and the less the difference in precipitation between the windward and the leeward slopes. When <45°, the reverse holds. But for in the range of 0°–45° and in the range 30°–60°, differences in precipitation on both the windward and leeward slopes are not so well marked and can be neglected in general. In condition of uniform slope inclination, precipitation on the windward slope increases with altitude at first and then decreases after attaining a height (H _m ) of maximum precipitation; alsoH _m is greater, the drier the air mass. When the terrain on the windward side is stepped in shape, it is possible that more than one height of maximum precipitation will occur.     

东亚干旱半干旱区空中水资源研究进展

系统回顾了近年来中外对东亚干旱半干旱区空中水资源方面的主要研究进展,主要包括大气水汽、云的分布特征、空中水资源的降水转化率及其影响因子等。东亚干旱半干旱区西部及东部水汽含量较中部高,背风坡水汽含量较迎风坡高,季风区及山脉地区云水资源高于盆地、沙漠上空。20世纪80年代中期以后,东亚干旱半干旱区对流层底部的水汽显著增多,其中夏季增加最为明显。在全球气候变化背景下,中国西北部分地区云水路径总体呈现上升趋势,同时呈现"东正西负"的东西向变化差异以及"北正南负"的反相位特征。大气环流、地表温度、下垫面地表特征等因子通过影响东亚干旱半干旱区的水汽输送及蒸散,进而改变东亚干旱半干旱区空中水资源,空中水资源的改变通过影响辐射收支、不同高度云量及第2次相变产生的云水含量进而对局地温度和降水产生影响。以往研究中,大部分主要针对东亚干旱半干旱区大气中的水汽含量和云平均状态的分布与变化特征,而与降水相关联的空中水资源的变化特征目前仍不清楚,有待系统深入地研究。      

亚洲夏季风区中尺度地形降水结构及分布特征

采用高分辨率TRMM、AIRS卫星实测资料, 从气候态的降水微物理过程角度分析了亚洲夏季风期间中尺度山脉对不同性质降水垂直结构和水平分布的影响。研究表明, 中尺度山脉迎风、背风坡均以层云降水为主, 层云降水强度在迎风坡强于背风坡; 对流降水在迎风坡主要为浅对流, 背风坡主要为深对流, 对流降水强度在背风坡强于迎风坡。沿西南季风推进方向依次经过的中尺度山脉, 其两侧发生降水像素个数、 降水微物理特征等差异逐渐减小, 其中, 对流降水迎风坡向背风坡转变明显, 而层云降水背风坡向迎风坡转变明显。大气稳定度与对流降水在迎风、背风坡的分布相一致。另外, 对中尺度地形降水的研究为区域气候模式模拟高精度地形降水分布提供了实测依据。