包含冻结过程的广义位温及位涡特征分析

为了对比分析降水过程中不同表达形式热力学变量和位涡时空分布特点,本文针对2017年7月13～14日吉林省强降水过程,利用模式输出资料对常规位温（θ）、相当位温（θ_e）、包含凝结概率函数的广义位温（θ_Gao）、包含冻结概率函数的广义位温（θ_Wang）和同时涵盖凝结过程与冻结过程（θ_Gu）五种不同形式位温进行计算,并分析五种对应位涡[PV(θ)、PV(θ_e)、PV(θ_Gao)、PV(θ_Wang)、PV(θ_Gu)]与降水的关系。结果表明,引入冻结概率函数的广义位温（θ_Wang）和对应的广义湿位涡PV(θ_Wang)与强降水的对应性更好。θ_Wang与θ_Gao差异集中在降水区对流层中高层5～11 km,前者始终高于后者,最大差异达2.5 K,说明冻结概率函数的引入扩大了广义位温的适用范围,更适合描述降水区湿大气非均匀饱和热力状态。五种位涡的差异主要在降水区上空12 km以下,由θ_Gao和θ_Wang定义的位涡PV(θ_Gao)和PV(θ_Wang)的正负异常中心更为明显。相比于PV(θ_Gao)和PV(θ_Wang)异常值更大,差异可达±0.2 PVU,这主要是由于冻结概率函数的引入增大降水区上空广义位温,促使冻结区的湿位涡异常增强。     

9415号台风路径与能量场的关系

为探讨９４１５号台风路径与能量场的关系，计算并分析了８５０ｈＰａ假相当位温θｓｅ场和５００ｈＰａ湿空气焓场的分布特征。经分析发现，台风中心一直是趋向高θｓｅ中心和高焓中心移动，即沿高能脊向高能中心移动。这一揭示，对于应用能量场预测台风路径有一定价值。     

“碧利斯”引发强降水过程的湿位涡诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料,计算了2006年第4号强热带风暴“碧利斯”过境引发强降水过程的湿位涡（MPV）和假相当位温（θse）,分析了其湿位涡中尺度时空分布特矸,探讨了湿位涡发展、减弱与暴雨增幅、减弱的相关性,并结合假相当位温分布对此次强降水发生发展机制进行了分析。结果表明,850 hPa层湿位涡负值中心与强降水区域均有较好的对应关系,强的降水区域在850 hPa层位于湿位涡负中心的暖湿气流一侧,与负中心相距1个纬距左右,MPV负值中心大小可反映降水强度;在低纬地区,MPV的湿正压项MPV1负值区、MPV的湿斜压项MPV2正值中心北部以及θse等值面陡然向地面转折处是预报强降水中心落区的一个判据;MPV1负值增长期,MPV2由负值向正值过渡期,对应降水增幅期;     

景德镇市“97-11-25”大暴雨初步分析

对产生“97-11-25”景德镇市大暴雨天气的环流背景、低空急流活动、假相当位温θse及本站要素变化做了初步分析。西南暧湿气流的向北输送,大气层结的不稳定是产生这次大暴雨和雷暴天气的关键。     

相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水差异成因分析

为探讨相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水的差异原因,从天气形势、物理量场等方面进行分析,利用水汽通量、假相当位温、湿位涡、垂直螺旋度等物理量对降水进行诊断,得到以下主要结论：1）两台风移动路径主要受副热带高压和冷空气的影响,副热带高压边缘气流为主要引导气流。两台风均有追随200 hPa辐散中心移动的趋势。2）较强冷空气的侵入、鞍形场中的缓慢移动、强正涡度和强盛上升运动、强水汽输送且低空长时间水汽辐合、大气斜压性增强和风垂直切变增大均是台风“温比亚”造成南通更强降水的原因。3）水汽通量辐合增强,低层正涡度中心、强上升运动,低层假相当位温大值区叠加上空假相当位温梯度带,垂直螺旋度增大与正值发展高度均与台风强降水有明显对应。     

华南前汛期夏季风降水开始日期的确定

华南前汛期降水包含锋面降水和夏季风降水,提高对这2种不同性质降水的认识及如何区分是非常重要的。本文利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了华南不同性质降水期间大气特性的差异,并采用集合经验模态分解(EEMD)方法,自适应地提取假相当位温θse的调制年循环变量(MAC),得到华南前汛期夏季风降水开始日期的划分标准。结果表明,当某年θse的MACδ标准差时,南海夏季风推进至华南地区,夏季风降水开始。利用该标准划分的华南前汛期夏季风降水开始日期平均为5月第6候,且具有2~3 a、13~15 a的年际、年代际变化周期。进一步对比分析表明,此标准划分的结果基本合理。     

安徽冬季地面降水相态的判别研究

文章对安徽省2000—2009年11月至次年4月的雨、雨夹雪、雪和冻雨四类降水相态样本的温度、相对湿度和假相当位温分布特征进行了分析。从地面到500 hPa,气温、相对湿度和假相当位温对平原、山区的地面降水相态的区分能力均逐渐减弱,且相对湿度对降水相态的区分能力远弱于气温和假相当位温。在同一气压层上,假相当位温与气温对平原地区地面降水相态的区分能力相当,而假相当位温在某些气压层上对山区降水相态的区分能力略优于气温。在不同气压层上,平原地区各降水相态的气温和假相当位温均接近正态分布,山区假相当位温相对于气温更接近正态分布。因此假相当位温更适合作为地面降水相态的判别因子。选取地面到500 hPa共6个气压层(山区5个)的假相当位温作为地面降水相态的判别因子建立多级判别方程,利用2010年的降水相态样本对所建立的多级判别方程进行独立性检验。结果表明:多级判别方程对雨、雨夹雪或雪、冻雨的区分能力较好,对雨夹雪与雪的区分能力相对较弱。利用T639模式资料对两个降水相态复杂个例进行预报检验,多级判别方程能较好地预报雨雪转换的时间及区域,对降水相态的预报具有较高的参考价值。     

三种温湿参数下昆明准静止锋锋面位置及锋生函数诊断的对比分析

针对2008年1~2月昆明准静止锋天气过程,讨论了位温、相当位温和广义位温三个温湿参数及其对应的锋生函数,对比分析结果表明:（1）广义位温因其湿度因子权重过大,不适用于分析以温度梯度定义的昆明准静止锋锋面位置和强度;（2）理想状态下的干大气位温和饱和大气相当位温仅与气压和温度有关,均能较好地反映大气温度场特征,适用于昆明准静止锋的分析,比较而言相当位温对温度锋区的描述更为显著;（3）用位温或相当位温计算锋生函数所得结果直接表达了因温度场变化导致的锋面生消状况,而用广义位温计算锋生函数所得结果同时包含温度锋生（消）和湿度锋生（消）两种情况,不能简洁地判断昆明准静止锋锋面生消状况。     

涡旋发展和移动的动力和热力问题Ⅰ:PV-Q观点

基于从三维埃尔特尔位涡（PV_e）方程推导出的垂直涡度的拉格朗日变化方程,从位涡和非绝热加热（PV-Q）的观点研究涡旋的发展和移动,阐明了涡旋中非均匀的非绝热加热在垂直和水平方向的非对称分布对涡旋发展和移动的影响。应用得到的理论结果分析了2008年7月下旬一次青藏高原低涡的发展和移动过程,该低涡形成于青藏高原中西部,东移滑山青藏高原然后继续东移,给四川盆地和长江中下游带来强降水。低涡的垂直涡度发展可分解成由非绝热加热、位涡水平分量（PV₂）和静力稳定度（θ_z）变化引起的3个部分。结果表明,在大多数情形下,非绝热加热对垂直涡度发展起着主导作用;其次是位涡水平分量（PV₂）变化的作用;当稳定大气变得更稳定时θ_z变化起负作用,当大气趋向中性层结时θ_z变化则起正作用。2008年7月22日06—12时（世界时）,当青藏高原低涡沿着四川盆地东北边的斜坡爬升时,低涡加强主要是由位于涡旋东边的强降水凝结潜热加热引起的。非绝热加热的垂直梯度在非绝热加热的最大中心的下（上）层产生正（负）PV_c制造,正的PV_e制造不仅加强低层涡旋的发展,而且,增强涡旋的垂直范围。非绝热加热的水平梯度对位涡变化的影响取决于加热中心处的水平风的垂直切变,其在该水平风的垂直切变的右（左）边产生了正（负）的PV_e制造。水平风的垂直切变的右边的正PV_e制造不仅加强了该处的垂直涡度,而且,影响着低涡的移动方向。这些诊断结果证实了PV-Q观点的理论结果。     

锋面短时强降水系统发展模态的环境因子浅析

利用探空和地面加密自动站逐小时观测资料,对2010—2011年汛期发生在锋面上的四次具有不同发展模态的短时强降水过程的降水系统环境场特征进行了分析。结果表明:对于产生短时强降水的中尺度对流系统(MCS),地面假相当位温(θse)等值线密集区和地面切变线的分布形态及运动是影响其系统模态发展和移动方向的关键因素,且对流单体的新生还与地面辐合区密切相关。纬向型MCS的θse等值线密集区呈纬向分布;经向型MCS的θse等值线密集区呈经向分布;转向型MCS的θse等值线密集区则由经向转为纬向分布。不同发展模态MCS的强降水持续时间与地面θse高值区的持续时间关系密切。     

Assessment of several moist adiabatic processes associated with convective energy calculation

Several methods dealing with the moist adiabatic process are described in this paper. They are basedon static energy conservation, pseudoequivalent potential temperature conservation, the strict pseudoadiabatic equation, and the reversible moist adiabatic process, respectively. Convective energy parameters, which are closely related to the moist adiabatic process and which reflect the gravitational effects ofcondensed liquid water, are reintroduced or defined, including MCAPE [Modified-CAPE (convective available potential energy)], DCAPE (Downdraft-CAPE), and MDCAPE (Modified-Downdraft-CAPE). Two real case analyses with special attention given to condensed liquid water show that the selection of moist adiabatic process does affect the calculated results of CAPE and the gravitational effects of condensed liquid water are not negligible in severe storms. Intercomparisons of these methods show that static energy conservation is consistent with pseudo-equivalent potential temperature conservation not only in physical properties but also in calculated results, and both are good approximations to the strict pseudo-adiabatic equation. The lapse rate linked with the reversible moist adiabatic process is relatively smaller than that linked with other moist adiabatic processes, especially when considering solidification of liquid water in the reversible adiabatic process.     

一次强暴雨过程的水汽图像分析

用GMS－5水汽图像、红外云图、流场和云顶亮温TBB场，分析了1999年8月9日石家庄市区的强对流大暴雨。结果表明：（1）水汽图像中的较亮区域在对流层上部相对潮湿，水汽含量大，是强对流暴雨落区预报的参考依据；（2）水汽图像中较亮的湿区与θse高值区的重合，是强对流暴雨产生的重要物理因子。     

山东地区一次台风降水事件的干侵入特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料对2008年7月17～21日发生在山东地区的强降水事件进行了分析,发现这次强降水是在中低纬度系统相互作用下产生的.对干侵入特征的分析表明,这次强降水事件中干空气主要以纬向侵入为主,这与济南“7.18”暴雨不同.通过对假相当位温(θx)的诊断分析发现,干空气侵入一方面有利于锋区的形成和维持...     

贺兰山东麓两次局地暴雨过程的湿位涡诊断分析

利用自动气象站雨量资料、MICAPS4调阅资料以及NCEP再分析资料,对比分析了2016年8月21日和2018年7月22日宁夏贺兰山东麓两次局地暴雨过程的降水特征、环流形势等,重点对两次过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:两次暴雨过程第一阶段均为暖区降水,表现出降水范围小、时间短、强度大,相对第一阶段降水,第二阶段降水范围较大、雨强较小。两次过程强降水均发生在假相当位温(θse)等值线密集区,并沿低空急流轴呈长条状分布,强降水时段与θse最大值出现时间相一致。暴雨区位于位涡(PV)负值中心区附近,暴雨发生发展过程与PV负值中心的移动和变化较为一致,PV负值中心的加强和减弱以及移动方向对局地暴雨的预报有很好的指示意义。对流层500 hPa以上湿位涡正压项(MPV1)正的大值区对应700 hPa以下负的大值区,正负中心区垂直叠加的配置有利于暴雨发生发展。垂直剖面图上600 hPa都存在湿位涡斜压项(MPV2)负极值中心,对流层中低层MPV2负极值中心的强度和维持时间以及变化对局地暴雨的预报有一定的指示作用。     

2004/2005年连江县冬季沿坡地地面气温观测和分析研究

中亚热带地区种植南亚热带果树易遭冬季低温冻害, 而坡地逆温的最大增温效应往往比目前所采取的一些防冻措施的效应要好。研究坡地逆温特征、选择适宜的坡位种植果树对避免或减轻低温给果树造成的损失有重要的应用意义。据福建省连江县2004/2005年度冬季低温考察资料分析, 对于相对高差小于50 m的小山坡, 晴天最低气温随高度的增加而增加, 越近坡顶, 最低气温越高; 对于相对高差不足100 m的小山坡, 在相对高差约9/10附近的山坡中上部, 晴天最低气温常出现最高, 逆温效应最明显。汇总几个山坡地的考察资料, 分析得出坡地逆温具有以下两个特征:最大逆温出现的坡位与山坡的总高度差呈反相关; 最大的逆温强度与排汇比和山坡总高度差有关。     

大气模式中表面水热通量计算的一些问题

对现有的大气模式中计算海面和大气间水、热通量的通量-廓线关系式进行了评论,提出一个理论上较完整的通量-廓线关系式。其中考虑了水汽对M－O参数的影响,并引进相应于虚位温的标量粗糙度。MoanaWave的实测资料表明,由于该资料相应于温度的粗糙度zoh和湿度粗糙度zoq相差不大,使现有的公式计算结果与文中提出的公式差别不大。当zoh,zoq差别大时,两种公式结果有一定的差别。而文中公式理论上更为合理。还将不稳定状态下计算通量的简化方法推广到海面。     

基本流场切变对赤道长Rossby波的影响

文中应用赤道β平面近似 ,建立一个简单的斜压大气半地转模式 ,在热力学方程中引入表征基本位温场 (θ)经向分布特征的无量纲参数 σ,对线性化的扰动方程进行了频率分析 ,研究基本位温场经向非均匀分布以及基本气流垂直切变对赤道纬向超长尺度 Rossby波动的影响 ,并指出仅考虑基本气流垂直切变或者基本位温场变化的作用是不合适的。定性分析结果表明 :基本位温场经向温差必然有基本气流垂直切变与其相匹配 ,而基本气流垂直切变将导致赤道长 Rossby波动不稳定并影响其纬向传播速度     

2018年吉林省一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测数据、吉林省加密自动站观测数据、NCEP的1°×1°再分析资料和卫星云顶亮温数据,对2018年8月13—15日吉林省一次暴雨过程成因进行分析。结果表明:“三带”(西风带、副热带和热带环流)是暴雨产生的大尺度环流背景。大气整层水汽通量显示副热带高压外围的西南气流与远距离台风外围东南气流共同为暴雨输送充沛的水汽。降水有两个主要阶段,大气层结特征均为高层有正值位涡扰动并沿假相当位温锋区下滑,大气层结不稳定,水汽充沛,不稳定能量较大。降水第二阶段水汽输送、动热力条件、不稳定能量均小于第一阶段。云图表现特征为中尺度对流辐合体和中尺度对流云团,中尺度对流辐合体云团发展旺盛时,低层呈现气旋式涡度、中尺度辐合,高层呈反气旋式涡度、中尺度辐散。925 hPa低空切变线和地面辐合线是暴雨发生的中尺度触发条件。     

华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应

2013年6—9月在河北省固城站观测到多次夜间对流性天气伴随地面O₃混合比快速抬升的过程,并引起次日清晨到中午O₃混合比升高。大多数对流过程中,O₃混合比在半小时内升高至60×10-9～80×10-9,同时NO_x等反应性气体混合比下降,θ_se值降低,说明下沉气流将高空气团带到地面,造成了O₃混合比的升高。通过再分析资料得到下沉气团基本来源于对流层中下层,这一结论与当地进行的一次飞机观测结果吻合。多数对流过程中固城站和北京城区地面O₃混合比和θ_se值有相同的变化趋势和程度。根据观测结果,推测华北地区在夏季和初秋时,对流层中下层存在O₃高值区,混合比约为60×10-9～80×10-9。对流性天气对地面O₃抬升的影响区域与对流系统的影响范围有关,可达到中尺度范围。华北地区光化学污染严重,对流性天气引起的地面O₃混合比抬升程度比较强,对环境的影响值得关注。