南方地区连续暴雨过程扰动能量的积累和传播分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年5月26日—6月18日我国南方地区连续暴雨过程期间波包传播和积累进行分析与研究。由中低层500 hPa和700 hPa高度场的波包分布特征分析可知,强降水过程产生期间,绝大部分发生强降水的地区均是波包大值区,扰动能量的积累和释放与降水过程的发展有一定对应关系。扰动能量的发展和积累与强辐合区内不稳定能量的输送也有较好的对应。波包值的经向和纬向传播特征表明,在强盛的西南季风背景下,这次南方地区连续暴雨过程的扰动能量主要来自孟加拉湾地区,在降水期间有源源不断的波包由该地区向降水区域传播;西太平洋副热带高压(简称西太副高)所处的高值区范围偏南,有利于副高北侧西南气流扰动能量的传播;高原地区的扰动能量对降水也有重要影响,南支锋区扰动异常活跃。中低层扰动能量的传播、积累及频散与降水的发生、维持及结束有着紧密的联系。     

南方地区低温雨雪事件的时空分布和成因研究

选用1961~2011年中国南方地区降水、气温和ERA-Interim再分析资料,采用旋转EOF方法,对发生低温雨雪的台站进行分析,发现南方地区的低温雨雪天气可大致划分为4个区域。筛选出1月4个典型低温多雨雪年和高温少雨雪年,将高度场进行滤波,滤出2.5~6天的天气尺度瞬变波动部分来研究我国南方地区持续性低温雨雪天气与天气尺度瞬变扰动的关系。发现大西洋上空强天气尺度瞬变扰动在欧亚大陆以波列的形势向下游传播,在频发年,瞬变扰动的强度较少发年强,且较少发年有更多的扰动波列东传;波动能量的向东频散为下游的槽脊活动提供了源源不断的能量,有利南方地区大气斜压不稳定维持和持续低温雨雪天气的维持。      

四川“9.22”暴雨过程的波包分布及传播特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年9月22—27日我国川西地区持续性暴雨过程期间波包传播和积累进行了分析与研究,分析表明,波包分布及传播能明显反映出降水过程的发生、维持和结束特征。波包的大值区域与强降水区域基本一致,强降水过程基本上产生于波包扰动能量积累的高值时段或处于高位相阶段。波包值的经向和纬向传播特征表明9月22—27日川西地区持续性暴雨过程主要受西太平洋副热带高压、偏北地区和高原地区的弱冷空气、孟湾和南海向盆地输送水汽的两条水汽通道以及台风"黑格比"的共同作用。     

西藏地区强降雪过程的波包分布及传播特征

利用NCEP/NCAR高度场的再分析资料,通过波包传播诊断方法(WPD),对2005年10月19～23日西藏地区中东部及南部边缘地区一次大范围强降雪天气过程进行波包分布与波能传播特征分析。结果表明:500hPa高度场的波包分布和传播特征很好地反映此次过程;强降雪天气发生在波包大值区域内而且反映了过程的爆发和消亡;波包的分布特征与强对流天气的发生状况是一致的;波包的移动路径很好地反映了扰动能量的传播。此次过程是"积累-释放"的三次循环。     

我国南方冬季低温雨雪冰冻事件的大气扰动信号分析

利用中国549个站点的温度和降水资料确定了1960～2008年发生在我国南方冬季的23次低温雨雪冰冻事件。对全球大气变量再分析资料做物理分解得到天气尺度扰动分量用于这些事件的早期信号分析。结果表明,在低温事件发生时,南方地区上空300 hPa对应有最大负高度扰动,850 hPa有负温度扰动。这些扰动的传播特性可以作为低温事件发生的早期信号。在低温雨雪站日数大于10的11次事件中,它们的扰动信号平均可提前11.2天追踪到。     

2009年初湖北省持续雨雪过程分析

利用常规天气图和数值预报产品资料,采取天气学和波谱方法,分析了2009年2月13日至3月4日湖北持续雨雪过程的环流形势及能量谱特征,并与2008年1月10日至2月1日湖北罕见持续低温雨雪冰冻过程进行对比.结果表明:两次持续雨雪过程具有基本相同的长波系统背景场条件和地面冷空气影响路径;对流层850-700 hPa存在逆温层,后一过程的逆温层维持时间更长、强度更大且无中断;两次雨雪过程的温度分布和强度差异明显,后者气温异常偏低,冰冻现象严重;两次雨雪天气期间,中高纬、中低纬地区的能量谱强度、输送和转换变化明显,且与天气系统的变化相对应.     

2008年1月中国南部低温雨雪冰冻天气特征及其与东亚大气环流异常探讨

根据NCEP／NCAR提供的1968--1996年全球逐月、2008年1月全球逐日再分析资料以及中国气象局提供的降水资料,分析了2008年1月中国南部持续低温雨雪冰冻天气期间东亚地区中低空大气环流异常特征。结果表明,乌拉尔山阻塞高压和地面蒙古冷高压是这次灾害性天气重要的冷空气源地;700hPa异常偏强的低空西南风急流以及低空急流大风速中心随时间沿急流轴的传播为此次低温雨雪冰冻天气提供了充足的动量、热量和水汽;850hPa流场西太平洋上空异常东南风、印度洋上空异常西南风以及850hPa垂直速度场中国南部大陆异常上升气流,在很大程度上影响着2008年1月中国南部的天气;赤道辐合带、西太平洋副热带高压以及南支槽的异常,致使东亚上空不仅存在异常的南支槽前西风带水汽输送和西太平洋副热带高压西南侧东风带水汽输送,还存在异常的由印度洋经孟加拉湾向中国南方大陆的水汽输送。     

东亚冬季环流季节内振荡与2008年初南方大雪关系

2008年1月10～16日、18～22日、24～29日和1月31日～2月2日,中国南方地区连续出现4次低温、雨雪、冰冻天气。根据NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用LANCZOS滤波器以及小波分析等方法,探讨雨雪冰冻前期2007年12月2日～2008年1月1日、同期2008年1月2～21日及后期2008年1月22日～2月14日850 hPa风场季节内振荡特征及对低温、雨雪、冰冻天气的影响。2007年12月～2008年2月850 hPa风场低频振荡分析显示,中国南方地区风场表现显著的20~50 d低频振荡,季节内低频振荡的位相变化,较好地揭示了2008年1月10日～2月2日南方地区降雪过程的3种环流特征：1）沿高原东侧100°E附近南下的冷空气到达我国30~20°N地区,与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏南风距平气流比偏北风距平气流强;2）沿高原东侧100°E附近南下的强偏北风距平气流与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏北风距平气流比偏南风距平气流强,造成南方雨雪伴随低温冰冻天气;3）南方雨雪由偏北风距平气流与偏南风距平气流在东亚东部25°N形成的辐合带引起。     

2005年3月西藏强降雪过程的波包分布及传播特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,采用波包传播的诊断方法,对2005年3月24—25日发生在西藏中东部地区的强降雪过程中波包的传播和积累特征进行分析,发现500hPa高度场波包分布特征与强降雪产生的区域有着较好的对应关系,在强降雪产生的时段内,高度场扰动能量有着明显的积累和增强。从波包的传播特征来看,受印度洋和孟加拉湾低值系统活跃的影响,来自孟加拉湾的暖湿气流不断向青藏高原输送,继而为西藏林芝地区强降雪过程提供了充足的水汽来源。高纬的冷空气南下与西南气流交汇促使了这次强降雪天气过程的产生。     

青藏高原夏季风强弱年波包传播特征分析

采用1996—2005年NCEP/NCAR 600 hPa逐日再分析资料,利用高原季风指数定义和波包传播的诊断方法(WPD),研究了高原夏季风强弱年(1998年和1997年)不同发展阶段的波包传播特征。研究表明,在高原夏季风开始前,都存在着季风的加强期,期间高原地区都有来自乌拉尔山—巴尔喀什湖地区向东传播的波包和来自阿拉伯海、阿拉伯半岛地区向西传播的波包。当乌拉尔山向高原地区的波包传播减弱,高原地区波包传播主要来自西太平洋地区时,高原夏季风爆发。在高原夏季风爆发后,存在着季风的加强期、维持期和减弱期等不同阶段。季风加强期间,强年(1998年)主要是从西太平洋地区向西传播到高原的波包值,而弱年(1997年)西太平洋地区几乎没有向西传播到高原的波包;季风维持期间,强年(1998年)表现出高原地区波包大值区向四周频散的趋势,而弱年(1997年)反映出与强年(1998年)相反的特征,高原地区有来自阿拉伯海、阿拉伯半岛地区和西太平洋地区传播来的波包;季风结束减弱期间,乌拉尔山地区的波包值再次向东传播影响到高原地区。最后分析波包强中心对应着天气系统扰动能量的中心,并且与天气系统也有较好的对应关系,波包强中心的传播常常与槽脊的移动相联系。     

GRAPES模式对2011/2012年冬季寒潮天气过程预报能力的检验

利用台站常规观测资料和NCEP-FNL再分析资料,检验了GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）对2011/2012年冬季我国寒潮天气过程的预报能力。结果表明,GRAPES模式能较好地预报出该冬季4次寒潮过程的明显降温、高低空环流形势及冷平流的入侵,模式对2月22日寒潮的预报效果较差。对于强降温预报,在1月18日、2月5日及2月14日寒潮过程中,模式在新疆部分地区、云贵高原和四川盆地的预报效果较差。在2月22日寒潮中,我国东部地区出现了较大偏差,模式预报的500 hPa上阻塞高压及东亚大槽等系统的强度和位置出现较大偏差。4次过程中,模式预报的冷、暖平流在我国东北部大小兴安岭及长江流域以南有较大偏差。对于2月22日寒潮,模式预报新疆地区、大兴安岭和辽宁的冷平流范围和强度、及长江流域以南暖平流的范围和强度都要大于实况,导致此次寒潮温度预报误差大,这可能与在地形区域模式物理过程存在一定误差有关。     

The Persistent Heavy Rainfall over Southern China in June 2010：Evolution of Synoptic Systems and the Effects of the Tibetan Plateau Heating

This study investigates influencing weather systems for and the effect of Tibetan Plateau （TP）’s surface heating on the heavy rainfall over southern China in June 2010, focusing on the four persistent heavy rainfall events during 14-24 June 2010. The ma jor weather systems include the South Asian high, midlatitude trough and ridge, western Pacific subtropical high in the middle troposphere, and shear lines and eastward-moving vortices in the lower troposphere. An ensemble of convection-permitting simulations （CTL） is carried out with the WRF model for these rainfall events, which successfully reproduce the observed evolution of precipitation and weather systems. Another ensemble of simulations （SEN） with the surface albedo over the TP and its southern slope changed artificially to one, i.e., the surface does not absorb any solar heating, otherwise it is identical to CTL, is also performed. Comparison between CTL and SEN suggests that the surface sensible heating of TP in CTL significantly affects the temperature distributions over the plateau and its surroundings, and the thermal wind adjustment consequently changes atmospheric circulations and properties of the synoptic systems, leading to intensified precipitation over southern China. Specifically, at 200 hPa, anticyclonic and cyclonic anomalies form over the western and eastern plateau, respectively, which enhances the southward cold air intrusion along the eastern TP and the divergence over southern China;at 500 hPa, the ridge over the northern plateau and the trough over eastern China are strengthened, the southwesterly flows along the northwestern side of the subtropical high are intensified, and the positive vorticity propagation from the plateau to its downstream is also enhanced significantly;at 850 hPa, the low-pressure vortices strongly develop and move eastward while the southwesterly low-level jet over southern China strengthens in CTL, leading to increased water vapor convergence and upward motion over the precipitation region.     

浙东冬季和夏季两次强雷暴天气过程对比分析

利用多种观测资料,结合NCEP再分析资料,对比分析了浙东冬季和夏季两次强雷暴过程中的各种环境条件,结果表明:以对流有效位能CAPE表达的深厚湿对流潜势条件夏季个例的比冬季的好,二者分别为1148 J·kg~(-1)和490 J·kg~(-1)。冬季个例的动力抬升条件更好:低层到地面受冷锋影响;700、850 h Pa因急流风向风速的不连续而产生较强的辐合;500 h Pa处于长波槽前的上升气流中,最大的垂直速度达1.1 Pa·s~(-1)。两次过程的共同特点是强回波分布与地面θ_(se)高值区和切变线叠加区对应关系比较好,为雷暴系统的临近预报提供了重要线索。地面有冷锋影响时,要考虑冷锋入海后风力加大,地面辐合加强,使对流发展。由海陆不同比热属性造成的海陆之间白天和夜间的不同温差,对白天和夜晚系统入海后的强度变化有不一样的影响。10个浙东冬季雷暴个例天气形势分析结果表明,冬季雷暴的共同特点是都有冷暖空气在浙东强烈交汇,华南到华东中低层有很强的西南急流,850 h Pa最大风速达到20 m·s~(-1)以上。两季雷暴各种对流参数对比分析结果显示,冬季雷暴比较好的预报指标是总指数和垂直风切变,重点关注西南急流的强度、冷锋和850-500 h Pa的对流稳定性及动力抬升条件。     

Planetary wave reflection and its impact on tropospheric cold weather over Asia during January 2008

Reflection of stratospheric planetary waves and its impact on tropospheric cold weather over Asia during January 2008 were investigated by applying two dimensional Eliassen-Palm （EP） flux and three-dimensional Plumb wave activity fluxes.The planetary wave propagation can clearly be seen in the longitude-height and latitude-height sections of the Plumb wave activity flux and EP flux,respectively,when the stratospheric basic state is partially reflective.Primarily,a wave packet emanating from Baffin Island/coast of Labrador propagated eastward,equatorward and was reflected over Central Eurasia and parts of China,which in turn triggered the advection of cold wind from the northern part of the boreal forest regions and Siberia to the subtropics.The wide region of Central Eurasia and China experienced extreme cold weather during the second ten days of January 2008,whereas the extraordinary persistence of the event might have occurred due to an anomalous blocking high in the Urals-Siberia region.     

2006年北京一次持续浮尘天气过程的分析

使用NCEP/NCAR再分析资料对2006年4月7~11日北京浮尘天气过程的持续性进行分析,指出此次浮尘天气过程主要受500 hPa西西伯利亚冷涡、鄂霍次克海暖高压以及青藏高原高压脊影响;700 hPa有干冷空气不断向北京地区输送,冷平流和斜压性都很强,大风和沙尘暴发生在强冷平流区域;由于华北南部地区近地面至中低层存在弱的不稳定层结,容易产生弱的上升运动。在近地面低压前部偏东风的作用下将沙尘粒子向北京地区输送,北京地区上空大气在中低层基本处于中性或不稳定层结状态,沙尘粒子不易在北京上空沉降,造成较长时间的浮尘天气。     

热带夏季风场与对流场季节内振荡传播模比较

利用1979-2007年卫星观测日平均OLR资料以及NCEP/DOE第2套再分析资料中的风场资料,采用有限区域波一频分析、合成分析等方法,分析对比对流层高、低层风场与对流场所表征的热带北半球夏季季节内振荡(BSISO)各种传播模态谱分布气候特征及其年际异常。结果表明:各要素反映的BSISO各种模态的气候特征及其年际变化存在一定差异,总体而言对流层低层风(850hPa纬向风或经向风)与对流比较一致。850hPa经向风(纬向风)所反映的纬向(经向)传播BSISO谱分布气候特征与对流情况最相似。在ENSO发展年,850hPa经向风反映的赤道东传波加强趋势与对流较为一致;850hPa纬向风、经向风反映的北传波变化趋势都与对流相似。在ENSO衰减年,850hPa纬向风(经向风)反映的赤道东传波(赤道外西传波)减弱趋势与对流较为一致;对流以及850hPa经向风、200hPa纬向风和200hPa经向风4种要素都能体现南海及周边地区北传波明显减弱这一特征。对流和850hPa纬向风所反映的北传波与印度洋偶极子模态之间关系一致。