低空急流发生、发展的数值试验(Ⅰ)——数值模拟

为探讨低空急流发生、发展的物理机制及积云对流的影响,本文用一改进的有限区域五层原始方程模式,对发生于1983年夏季梅雨期间长江流域以南的一次低空急流过程作了数值模拟。并对急流特征、急流区质量调整及积云对流加热的影响作了初步分析。     

低空急流发生、发展的数值试验(Ⅱ)——动力学分析

本文对一次低空急流过程的数值模拟结果作了动力学分析,着重讨论了急流区的环流结构及积云对流对其发生、发展的影响。主要结果为:低空急流区有一对横向非地转二级环流,它是低空急流发展的一个重要条件;强频散的低空急流与积云对流造成的静力不稳定场耦合,诱发出不稳定的中尺度重力惯性波,通过Wave—CISK机制引导到低空急流与二级环流的发展;低空急流发展过程中的非地转特征和二级环流都是重力惯性波发展的产物。     

西南低空急流的能量学分析

本文分析了梅雨期内三次西南低空急流的实例,结果表明,散度风动能产生和积云对流效应是低中空急流的动能来源,而影响散度风动能产生的主要物理因子是潜热加热,温度平流以及ω方程中散度项的作用。     

登陆台风不连续北跳与暴雨的数值模拟研究

利用MM4（PSU/NCAR）模式，对1992年8月31日20时～9月1日20时登陆台风暴雨过程进行了数值试验研究。结果表明；登陆台风的不连续北跳与西风槽和积云对流潜热反馈有关。倒槽南部雨区内积云对流的发展加大了对台风倒槽内的水汽、动量、热量等输送，使倒槽内降水增幅。积云对流潜热反馈对高低空急流以及台风的移动都有很大的影响。     

索马里低空急流的数值模拟

本文首先将5°×5°P—σ五层原始方程粗网格模式改进为2.5°×2.5°的细网格模式,进而设计了粗细网格的嵌套模式。用嵌套模式对索马里低空急流进行了数值模拟,其结果表明:模式的水平分辨率对急流的模拟效果影响很大,模拟的急流轴上最大风速为13米/秒,与急流实际强度较为接近。 我们用六月纬向平均风场作初值,进行了10天的数值积分。根据风速的时间变化将急流的演变分为形成、加强及维持三个阶段,对急流各个阶段的流场及结构特征作了详细讨论。索马里沿岸低空气流由南向北越赤道气流的上空500百帕和300百帕层正好相反,气流由北向南穿越赤道。还通过控制性试验讨论了索马里低空急流向北发展的情况。      

急流对海河南系一次特大暴雨影响的数值试验

利用ＭＭ４中尺度模式,模拟了１９９６年８月发生在太行山南段的一次特大暴雨过程。采用对比试验的方法,先后研究了减弱低空急流和减弱高空急流后,降水及物理量的变化。数值试验结果表明,低空急流和高空急流对本次暴雨过程的形成与维持均有促进作用;相比之下,低空急流对暴雨的影响更为显著。     

一次江淮气旋大暴雨的诊断分析和数值模拟

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°资料对2011年6月9—10日的一次江淮气旋大暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明:江淮气旋和低空急流是本次大暴雨过程的主要影响系统;高空200 hPa西风急流右侧的上升支和锋面的抬升作用提供了动力条件;低空西南急流提供了水汽条件,此次过程对流条件较好,具有较大的对流有效位能(Convective Available Potential Energy, CAPE);大气的对流不稳定性远大于斜压性,强降水发生在湿位涡正负值过渡的等值线密集带附近。过程最强降水时段由一次长生命史的中尺度飑线过程导致,利用WRF v3.9可以进行较好地模拟。研究飑线的环境条件和结构特征发现,环境大气具有较大的CAPE值和较小的对流抑制能(Convective Inhibition Energy,CIN),有利于对流的触发;较强的0~3 km垂直风切变,有利于飑线的维持;尽管冷池较浅薄,但冷池出流的抬升作用有利于对流的触发和飑线的维持。     

山东半岛一次强暴雨的分析和数值模拟

利用T213资料、常规观测资料和多普勒雷达资料,对2004年8月5日发生在山东半岛东部的一次大暴雨过程进行了数值模拟和分析,在模拟结果比较成功的基础上,利用细网格模拟资料重点分析了高、低空急流和850 hPa低压与暴雨的关系,以及山东半岛地形的动力作用。结果表明:暴雨强回波从南向北传播时强度逐渐增强,反映了中尺度对流系统的结构和发展;对流云团首先在低空急流中心左前方生成,与副热带高压边缘的西南暖湿气流有关,中尺度高空急流是伴随对流由强高空出流而形成,高、低空急流的耦合作用有利于强对流天气的维持和发展;在副热带高压西侧边界层激发出一个中β尺度低压,该低压形成后与暴雨区相伴移动,且移动路径与山东半岛东部地形分布有关,山东半岛地形对西南暖湿气流阻挡和绕流的动力作用是导致威海附近强暴雨的原因之一。     

2006年9月4—5日四川暴雨过程分析

2006年夏季川渝地区旱灾严重,入秋第一场暴雨过程迅速减弱了川渝地区的高温灾害,同时初步缓解了该地区的旱情,由于雨势强劲亦造成不少地区重大经济损失.采用1°×1° NCEP再分析资料对2006年9月4-5日发生在高原东侧的一次暴雨过程进行物理量的诊断分析.结果表明:本次过程中低空急流的位置与以往的过程不同,它出现在低压的北侧,加快了北方冷空气和水汽的输送,此外低空急流出现和消失都早于风场辐合区,是低压发生发展的动力条件.从视热源和视水汽汇分析表明本次降水积云对流活跃,以对流性降水为主.     

2011年秦巴山区秋季区域性暴雨数值模拟及诊断分析

利用WRF对秦巴山区秋季一次区域性暴雨进行了数值模拟,在模拟结果与实况相一致的情况下,进行了秋季暴雨机理的研究,结果表明:秦巴山区暴雨落区位于500hPa槽前、700hPa冷式切变的暖区、低空急流轴的左前侧;低空急流携带的暖湿空气与西北路冷空气在陕南秦巴山区形成稳定维持的冷式切变是本次暴雨的主要原因;700hPa西南低空急流与850hPa偏东急流是本次过程的水汽和能量来源;K指数大值中心的出现在秦巴山区秋季暴雨预报中应予以重视,600~800hPa高对流有效位能维持为暴雨的发生提供了充足的能量。     

地形高度对暴雨过程的热力和水汽条件影响数值模拟试验

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2014年8月31日重庆市云阳县特大暴雨进行形势分析和数值模拟,针对重庆地区地形设计了三组地形敏感性试验,分析地形改变对暴雨过程热力条件和水汽条件的影响。结果表明:低纬地区不稳定能量大量积聚并向北传播,在地形和急流的垂直扰动触发下,对流强烈发展;850 h Pa低空急流将来自南海的水汽输送至重庆地区,水汽低层辐合、高层辐散形成的抽吸作用引发水汽的垂直输送。大巴山高度降低后,不稳定厚度减小导致对流强度明显降低;阻挡作用降低不利于水汽在暴雨区的汇聚;水汽辐合、辐散的强度降低导致水汽的垂直输送强度明显减弱。齐岳山高度降低后,低空急流所引起的垂直扰动位置偏南导致高能舌和对流活动位置偏南;水汽输送中心南压,水汽通道变宽导致暴雨区上空水汽输送减弱;低空急流位置偏南导致其所引起的水汽辐合时间偏晚。     

2011年秦巴山区秋季区域性暴雨数值模拟及诊断分析2011年秦巴山区秋季区域性暴雨数值模拟及诊断分析

利用WRF对秦巴山区秋季一次区域性暴雨进行了数值模拟,在模拟结果与实况相一致的情况下,进行了秋季暴雨机理的研究,结果表明：秦巴山区暴雨落区位于500 hPa槽前、700 hPa冷式切变的暖区、低空急流轴的左前侧;低空急流携带的暖湿空气与西北路冷空气在陕南秦巴山区形成稳定维持的冷式切变是本次暴雨的主要原因;700 hPa西南低空急流与850 hPa偏东急流是本次过程的水汽和能量来源;K指数大值中心的出现在秦巴山区秋季暴雨预报中应予以重视,600～800 hPa高对流有效位能维持为暴雨的发生提供了充足的能量。

     

对流层高、低空急流的耦合和强对流风暴发展的关系

一、引言对流层高、低空急流的相互作用对于对流性风暴系统的发展很重要,这个概念是由福布什和米勒(Fawbush和Miller;1953,1954)提出来的。他们指出:伴随对流层中空强西风的冷、干平流和低空暖、湿舌迅速北伸,是深厚对流发展的有利条件。并且指出风向强烈顺转很可能增强对流,这样对流层中空的风向与低空湿舌轴线之间的夹角很大。彼得森(Petterssen,1956)和牛顿(Newton,1967)指出风随高度的顺转及其造成的高、低空急流轴线交叉点上温度和湿度差动平流与对流不稳定发展的关系。最大的对流不稳定发生在高、低空急流轴线趋于正交和平流强度最大的时候。关于对流层急流在强对流风暴发展中的作用,     

长江流域不同区域暴雨发生机理的比较研究

对发生于1998年7月21日长江流域不同区域同时次的两个暴雨个例发生的机理进行了比较研究。结果表明：长江上游的贵州思南暴雨受西南涡、低空急流及南亚高压的影响，雨区位于低空急流的左中侧，水汽主要来源于孟加拉湾。而长江中游的武汉暴雨不受西南涡的影响，主要是边界层偏南风急流、低空西风急流、高空西风急流三者上下耦合的结果，其水汽来源主要是南海，暴雨区上空低层为非热成风的对流不稳定，高层为非热成风的对称不稳定。     

急流对一次特大暴雨形成的影响分析

利用常规天气资料、T213分析资料,fy2c卫星资料等,对广西一次特大暴雨过程的的物理条件和可能机制进行分析,发现有利的环流背景使得副热带经圈闭合环流形成,促使的低空西南急流发展、超低空偏南急流加强.在暴雨发生过程中超低空南风急流是暴雨所需水汽的最大提供者,低空西南急流是对流不稳定层结的建立者和维持者,也是暴雨区低空天气尺度上升气流的建立者和对流不稳定能量释放的触发者.另一方面,暴雨又促进了低空急流的维持和移动.     

边界层低空急流的数值研究

本文利用稳定层结条件下的二维夜间边界层模式,研究了自由大气中的波动及热力稳定度对夜间低空急流的发展演变的影响问题,从而初步研究了自由大气中的波动对边界层大气的反馈作用。指出了自由大气的波动对于大气边界层结构有相当大的影响,对边界层低空急流影响明显。     

急流对一次特大暴雨形成的影响分析

利用常规天气资料、T213分析资料，fy2c卫星资料等，对广西一次特大暴雨过程的的物理条件和可能机制进行分析，发现有利的环流背景使得副热带经圈闭合环流形成，促使的低空西南急流发展、超低空偏南急流加强。在暴雨发生过程中超低空南风急流是暴雨所需水汽的最大提供者，低空西南急流是对流不稳定层结的建立者和维持者，也是暴雨区低空天气尺度上升气流的建立者和对流不稳定能量释放的触发者。另一方面，暴雨又促进了低空急流的维持和移动。     

一次登陆北上热带气旋不连续北跳的成因分析

利用常规及加密观测资料,对９７１１号台风倒槽及诱生低压的发生发展进行了诊断分析,探讨了登陆北上热带气旋不连续北跳的成因。指出：热带气旋中心逼近山东时,高空西风槽前正涡度平流和低空东南急流前部暖平流同时榆送到山东上空,以及积云以对流潜热反馈和背风坡地形的共同影响,引起鲁中风区北侧地面气压持续下降,是造成诱生低压发生发展和热带气旋中心连续北跳的主要原因。     

爆发性发展台风合成环境场的诊断分析

本文应用合成分析方法对5个台风的平缓演变阶段和爆发性发展阶段的环境场作了对比分析。结果表明，在台风爆发性发展时，副热带高压及其反气旋环流增强，台风东部低层风速加大，高空有东风扰动叠加，低空辐合和高层辐散增强，低层水汽能量辐合及台风外围对流性不稳定性增大，低空垂直环流发展。以上因子导致积云对流发展。在弱垂直切变环境下，通过第二类条件性不稳定(CISK)机制，使台风中心气压急剧下降，气旋性环流显著增强，从而导致台风的爆发性发展。这说明台风爆发性发展是大尺度环流和积云对流相互作用的结果。     

近海水汽初值和对流影响一次华南前汛期沿海强降水对流系统发展过程的机理研究

本研究在对华南季风降水试验（SCMREX）观测资料分析的基础上,采用数值模拟试验探讨南海北部区域湿度场初值误差和海上对流对2014年5月8日华南沿海地区的一次强降雨过程的中尺度对流系统（MCS）的发展和移动的影响。加密探空和风廓线观测分析表明在珠江口地区有西南风和偏东风急流形成的辐合区,为对流在该地区增强发展提供了条件。增加和减少近海湿度以及关闭积云和微物理过程潜热释放,所造成的温度场以及风场的变化对广东沿海地区的对流的强度和移动路径都有明显的影响。特别是增加海上关键区的湿度,由于海上对流的发展改变了整个区域的环流,抑制了陆地上对流的发展。关闭海上关键区对流过程潜热的释放,导致低空急流到达更加偏北的位置,对流系统在模拟的后期向东北移动。通过这些试验表明,海上的湿度等要素场和对流活动对沿海地区的降雨预报有着十分重要的影响,需要进一步加强海上观测及其资料同化方法。