热带风暴莲花外围特大暴雨的成因分析

利用1°×1°的NCEP再分析资料计算螺旋度、湿位涡及各种基本物理量,并结合多普勒雷达资料,对0903号热带风暴莲花外围环流在粤东引发特大暴雨过程进行追踪和诊断分析,探讨此次特大暴雨天气发生、发展的热力学和动力学机制以及雷达回波特征。分析结果表明：台风低槽外围的西南急流为特大暴雨提供了充沛的水汽条件和热力条件;暴雨区上空中低层（）θ_（se）/（）p〉0,存在明显的等θ_（se）陡立面,同时该区上空低层MPV为高负值区,两者结合可见特大暴雨区上空存在强对流性不稳定层结;而低空强辐合、高空强辐散的高低空形势配置、中尺度次级环流以及强烈的旋转上升运动为此次特大暴雨提供了重要的动力机制。分析还表明：高θ_（se）舌和MPV低舌出现叠加的区域和时间与特大暴雨落区和发生时段有很好的一致性;垂直螺旋度中低层正值中心和高层负值中心与特大暴雨中心区域对应较好;强降水最易发生在旋转上升运动迅速加强发展的时间段里;天气雷达在暴洪预报中的运用,有利地追踪了暴雨系统的演变过程,回波特征显示此次特大暴雨是由高降水率配合较长降水持续时间产生。     

2015年12月广东罕见暴雨的成因分析

利用ECMWF的逐日再分析资料,通过环流分析和物理量诊断方法,揭示2015年12月9日广东暴雨的产生机理。结果表明:来自东欧高纬度的干冷空气南下对暴雨的发生起了重要作用;干冷空气流经青藏高原时发生绕流,南支气流绕过青藏高原并在孟加拉湾反气旋环流的挟卷作用下经南支槽抵达华南,形成了干冷空气的主要通道。暴雨发生前,暖湿气流主要来自西太平洋,暴雨发生期间,偏东气流转为偏南气流,使南海成为9日暴雨的主要水汽源地。冷暖空气的汇合使暴雨区上空等θse线陡峭,沿等θse面有强烈的上升运动,但上升运动区不存在深厚的位势不稳定。冷空气的南下激发了暴雨区700 h Pa的锋生,其中水平变形项和水平辐合项对锋生有正贡献。锋生激发了正的次级环流,环流中心也位于700 h Pa,这有利于气流的抬升,故锋生及次级环流是暴雨区上升运动发展的重要机制。     

2015年6月皖江东部地区一次梅雨锋暴雨过程分析

利用雷达、卫星、地面自动站和NCEP再分析资料,对2015年6月16日皖江东部地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明：1） 暴雨过程是在贝加尔湖高压脊稳定维持,以及西太平洋副热带高压稳定少动、500 hPa高空槽东移、低层低涡切变维持和新生、高低空急流耦合、地面中尺度辐合系统稳定维持等十分有利的环流背景形势下产生的。2） 中低层的西南急流旺盛对暴雨过程有重要作用;K指数大值区、800—900 hPa高度内水汽辐合中心与强降水发生区域、时间都有很好的对应关系。高层强辐散中心有利于抽吸机制增强,平均散度的辐合层越厚,强降水越易发生。3） 暴雨产生于梅雨锋南侧湿中性层结。降水增强时,θse锋区增强,低层垂直涡度显著发展,600 hPa高度层以下正涡度增长一倍, 垂直涡度的耦合强迫是湿中性层结下中尺度强暴雨系统发展的动力机制。梅雨锋南侧存在经向垂直反环流,北侧为经向垂直正环流,两支次级环流上升支在暴雨区汇合加强,为大暴雨创造了有利的动力条件。4） 此次暴雨受沿江地区活跃的梅雨锋云带影响,TBB中心值小于-52 ℃的对流云团位于地面辐合线两侧,中尺度雨团位于TBB低值中心梯度区和地面辐合线上及其右侧东南气流中,冷空气南下后雨团位于辐合线北侧东北气流中。5） 发展旺盛、降水效率较高的多个对流单体依次向东移动经过皖江东部地区,形成“列车效应”,造成局地大暴雨。降水强度和西南暖湿气流的强度及持续时间密切相关。     

低纬高原两次冬季南支槽强降水的对比分析

利用常规高空观测资料,对发生在云南低纬高原2007年1月31日_2月1日和2008年1月26_27日的两次南支槽强降水过程进行对比分析。结果表明,两次南支槽降水的环流形势及影响系统均不同,前者为高原南支槽前西南暖湿气流与低层切变、冷锋共同影响,属典型的“槽潮”天气;后者无明显强冷空气配合,因中低层西南急流的建立并长时间维持,新生南支槽东移补充、西南涡及静止锋的共同影响造成。物理机制上,湿位涡的CSI机制分析表明,两次过程均属于对称不稳定降水;在2007年的强降水过程中,θac密集带在地面锋区附近形成,冷暖气流形成次级垂直环流国,导致强降水强降温并伴有大范围降雪的寒潮天气出现。后者无次级垂直环流圈形成,但有两个口。,密集带锋区长久维持,滇中以西持续的上升气流不断增强且深厚,滇中以东中低层形成有弱的气流辐合带,故强降水以液体降水为主,降温不明显;两次强降水过程均有锋生,前者锋生是由切变增强西移,低层冷高压促使冷锋增强,后者锋生为东移西南涡与稳定持续的强劲西南风低空急流触发而成。     

2010年6月中下旬南方暴雨过程变形场作用分析

利用常规原始报文资料,采用基于Lanczos窗口滤波器的合成分析方法,对2010年6月13-27日的形势场、物理量进行合成分析,计算并分析了低空合成风场的总变形.结果表明:500 hPa大陆中、高纬地区存在一“Ω”形类阻塞高压,西北冷空气从其东部源源不断向长江及以南地区输送,与副热带高压西北侧的西南暖湿气流在我国南方地区交汇.700、850 hPa大陆高压与西太平洋副热带高压之间形成的鞍型场,位于长江以南地区,鞍型场鞍点附近及其东部膨胀轴是暴雨发生的主要区域.在南方地区上空200 hPa西北气流辐散产生的抽吸作用,对这次长时间、高强度的降水起了重要作用.发生在鞍型场和切变线上的低空中尺度气旋,是造成暴雨的重要天气系统.鞍型场膨胀轴附近,总变形最大,其位置、走向均与雨带基本一致,有利于锋生和中尺度气旋形成.低空冷暖气流交汇区域形成低空强θse梯度,在垂直剖面图上,等θse线呈现十分倾斜状态,该区域强θse水平梯度与低空总变形、正涡度区一致,可能是特大暴雨发生的重要因素.     

云南冬季一次强降水天气过程的模拟与分析

利用MM5中尺度非静力模式对2003年1月5~6日发生在云南省的强降水天气过程进行了数值模拟分析。结果表明:(1)偏南低空急流是造成冬季暴雨的主要影响系统,低空急流上的扰动导致一个相对大的风速核从急流主体分裂东移,风速显著加大,风向呈气旋性弯曲,引起低层涡度增加,产生强的辐合上升运动。(2)低空急流的形成和移动与中层南支槽的关系较为密切,南支槽前的辐散为低空急流的形成提供了启动机制。(3)强降水天气出现在冷暖空气交汇的区域,锋生强迫作为暖湿气流上升的强迫机制之一,对强降水的形成起着不可忽视的作用。(4)水汽条件的分析表明,暴雨区的水汽主要由低层水汽辐合来提供。     

2018年山东一次极端暴雨的环境场特征分析

利用多源气象数据资料，对2018年台风“温比亚”引发山东历史极端暴雨的环境场进行了研究。结果表明：（1）台风“温比亚”影响山东引起的前期强降水位于鲁南地区，主要为台风外围螺旋云系降水，19日白天至夜间是此次强降水主要时段，主要受台风和西风槽相互作用引起的，强降水落区主要集中于台风倒槽附近。（2）副高稳定少动、中低纬系统相互作用及低空急流的稳定维持是此次台风强降水的主要原因。（3）超低空急流相比低空急流对出现强降水更有明显的指示意义，其强度大小影响降水的强弱程度，且超低空（500 m以下）出现20 m?s-1以上的强风速对短时强降水有明显指示作用。低空急流指数对强降水出现特别是中小尺度强降水及雨强大小有一定预示作用。（4）特殊地形在此次台风暴雨中起了较大作用，地形的迎风坡效应在山地产生的强迫抬升作用及山脉阻挡引起的水汽在山前积聚等动力和热力共同作用触发湿对流是此次台风出现短时强降水的重要触发机制。（5）此次台风暴雨过程Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h雨强大小有较好的指示意义。另外，此次台风特大暴雨与冷空气密切相关。     

辽东半岛“达维”（1210）台风暴雨的诊断分析

利用热带气旋年鉴、FY 2E卫星的云顶亮温（TBB）、大连地区逐时自动气象站降雨量资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对北上引发辽东半岛强降水过程的1210号台风达维（Damrey）和1209号台风苏拉（Saola）的环流背景和中尺度特征进行分析。结果表明：（1）副热带高压位置偏北且稳定为此次降水提供了有利的大尺度背景,双台风与副热带高压之间所形成的东南风低空急流为辽东半岛强降水提供了水汽和能量供应。台风“达维”东部和副热带高压西侧低空急流带上由β或γ中尺度雨团发展的中尺度对流复合体（MCC）是造成降水的直接系统。（2）“达维”与其南部台风苏拉环流的长时间相连,一方面有利于“达维”获得源源不断的水汽供应,加强其中尺度对流系统,另一方面有利于水汽在辽东半岛地区形成水汽辐合,使暴雨持续产生。（3）“达维”影响辽东半岛期间,其东北部的冷空气逆时针卷入,在半岛南部出现局地垂直次级环流,触发对流不稳定,有利于中尺度暴雨云团的发展。     

台风“利奇马”引发山东极端暴雨的多尺度特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析、风廓线雷达、云顶亮温(black body temperature, TBB)及逐时自动气象站降雨量资料,对2019 年8 月10—13 日由台风“利奇马”引起山东极端暴雨的多尺度特征进行分析。结果表明：(1)此次台风特大暴雨主要为中低纬系统相互作用及台风倒槽本体直接影响产生,其与冷空气密切相关。冷暖空气交汇有利于山东大部地区稳定性降水长时间持续发生。冷空气从低层侵入暖湿气流底部,形成冷垫,使得暖湿气流在冷垫上滑行,加大降水强度。(2)低空急流指数的变化提前1 h 预示了降水的出现及未来小时雨量的增减,其峰值出现预示着未来3 h 的强降雨时段,即对强降雨时段的出现和雨强大小有一定的预示性,低空急流向低空的快速扩展对应着短时强降水的开始。可以用于强降水的短时临近预报。(3)Q 矢量散度负值的强弱对于未来6 h 的雨强大小有较好的指示意义。(4)淄博西河镇出现全省最大降雨量与其朝向东北的喇叭口地形和对流层低层东北风倒灌有关。(5)TBB 场能较直观地反映强降水过程中降水的分布和强度。风廓线雷达超低空风场的变化对雨强大小和出现最大雨强的时段有着明显的指示意义。     

“西马仑”与“海贝思”台风特大暴雨对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料、卫星云图和雷达回波等资料,采用多种物理量诊断分析方法,对路径相似、在闽南地区产生特大暴雨的1308号台风"西马仑"和1407号台风"海贝思"的环流形势特征、云系结构特征及水汽、动力、热力条件进行了对比分析。结果表明:"西马仑"的过程特点是雨强大、降水时间集中,而"海贝思"的特点则是雨强小、降水时间长;"西马仑"云系结构紧密,属中尺度对流云团降水,而"海贝思"云系结构松散,其外围的螺旋云带产生的列车效应是产生特大暴雨的重要原因;两个台风都具有低空急流、风速辐合、低层辐合高层辐散流场等有利于产生特大暴雨的环流形势特征;两个台风都存在低空偏东风和偏南风急流,两支急流为暴雨区提供了充足的水汽条件,低空急流较强的时段与强降水时段相对应;台风中心附近强辐合辐散区的建立和维持是产生特大暴雨重要的动力条件,水汽辐合区的面积和强度与暴雨区范围和降水强度相吻合;垂直速度大值区的维持时间与强降水的维持时间相一致;垂直速度、假相当位温和水汽通量散度的增大和减小,可作为降水增大和减弱的重要依据之一;暴雨区主要落在700 h Pa螺旋度场大值区内,所以螺旋度分析可为台风暴雨落区预报提供参考依据。     

我国东南海岸线分布对9216号台风暴雨增幅影响的数值研究

利用一个三重水平结构，双向嵌套的台风数值模式，以１９９２年８月２９日１２冒为初始场，根据模式中地形插值时遇到的问题，设计了实际海岩线与扩展海岸线两种方案，对９２１６号登陆台风及其暴雨进行了对比模拟试验。结果表明：地形动力抬升形成的对流陈水是台风暴雨增幅的一个重要原因。     

局地积云降水过程对云结构的影响

本文考虑了降水过程中水滴对空气的拖带作用和降温作用,并考虑到含水量变化时,由于水滴对空气拖带力的变化,而对垂直运动产生的反馈影响,导出了局地积云的运动方程、热力方程和含水量方程,并由此研究在降水过程中云中空气垂直运动、云内外温差和含水量结构的变化。计算结果指出,局地积云在降水过程的影响下,云中空气的垂直运动、云内外温差和含水量都要明显变小,并且很快地由下向上逐渐出现下沉运动,云也由下向上逐渐消散。计算结果与实际观测现象是基本相似的。本文共做了五个不同条件的个例数值计算,并由此分析比较了不同降水强度、不同稳定度、不同云中初始条件和不同云外环境所起的不同作用。     

气候系统性态行为复杂性的探索

用滑动t-检验方法(Moving t-tcst technique)对中国东部部分地区年降水量序列进行阶段分析,从各阶段气候性态频率分布特征得到启示．对气候系统性态行为的复杂性进行探索。提出气候系统性态行为的确定性与随机性份额比接近Fibonacci数(黄金分割比)的假设。用信息论的方法对气候变量的不确定性做了定量计算和分析，讨论了气候预测的局限性．提出气候预测(以年降水量为例)准确率的理论上限在中国北方可能为75％左右：在中国南方可能为80％左右。     

亚洲夏季风各子系统主要变率相互关系初析

使用NCEP/NCAR再分析资料和CMAP月平均降水资料分析了亚洲夏季风各个子系统的相互关系。结果表明亚洲夏季风子系统之间存在显著相关。从同期强度变化可知,当东亚季风偏强时,大尺度亚洲季风、东南亚季风、南亚季风均偏弱,相关区域降水偏少;而同时大尺度亚洲季风偏强时,东南亚和南亚季风偏强,相关区域降水偏多;东南亚季风偏强时,南亚季风偏弱,南亚地区降水偏少;反之亦然。从不同周期强度变化可知各个子系统相关仍然显著。      

非绝热加热及地形动力作用下的大气环流长期演变过程

本文建立了一个理想的大气环流数值试验模式,其中简单地考虑了辐射、湍流、凝结加热及地形的动力作用。模式中放了两个陆地和两个海洋,海陆的影响由给定的下垫面温度表现出来。把方程组化成常微分方程组后,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求数值解。 首先,在非绝热加热的作用下,由静止大气开始经过40天就建立起基本气流。其次,在具有年周期的太阳辐射、下垫面温度及凝结加热的作用下,基本气流以年周期变化。扰动也有明显的年周期,夏季扰动振幅变小,冬季扰动振幅变大,而且海陆温度的季节变化能控制波数为2的超长波的进退。夏季温度槽位于海洋东部,冬季位于大陆东部。 最后,在数值试验中看到初始场的影响只有100天左右。     

地球旋转向量水平分量对赤道β平面上波动的影响

文中利用合理的赤道 β平面近似方程组研究 β效应和地球旋转向量水平分量 (即Coriolis力分量 f*=2 Ω cosφ)共同作用下低纬度大气波动的特征。定性结果分析表明 ,若扰动与纬度有关 (混合 Rossby-重力波和 Rossby波 ) ,f*虽然不影响波动传播的频率特征 ,但修改其决定波动经向结构的振幅。如果扰动与纬度无关 (Kelvin波 ) ,则 f*的影响消失 ,这与 f*- f平面上波动的情况显然不同。     

气象资料三维化技术中的插值问题

通过对不同源气象资料及数字地理信息资料的插值，实现了不同气象资料与地理信息资料分辨率的协调；从而将多种信息叠加到一起，实现了多源资料的二维、三维仿真显示。这对于模拟真实的大气空间结构、理解地形及植被对大气运动的影响、辨识各种天气系统及多种信息的融合等有积极意义。     

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUBSYSTEMS OF THE ASIAN SUMMER MONSOON

In this study, the relationship between the subsystems of Asian summer monsoon is analyzed using U.S. National Centers for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research reanalysis and Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation monthly mean precipitation data. The results showed that there is significant correlation between the subsystems of Asian summer monsoon. The changes of intensity over the same period show that weak large-scale Asian monsoon, Southeast Asia monsoon and South Asian monsoon are associated with strong East Asian monsoon and decreasing rainfall in related areas. And when the large-scale Asian monsoon is strong, Southeast Asia and South Asia monsoons will be strong and precipitation will increase. While the Southeast Asia monsoon is strong, the South Asia monsoon is weak and the rainfall of South Asia is decreasing, and vice versa. The various subsystems are significantly correlated for all periods of intensity changes.     

日本东部附近海域海温异常对鄂霍次克海高压的影响

通过诊断分析和数值模拟,研究了初夏日本东部附近海域负的海温异常对6月鄂霍次克海地区阻塞高压的影响。首先,利用1951—2000年6月份的500hPa月平均位势高度资料计算了历年6月鄂霍次克海阻塞高压指数,并分析了它的变化规律。其次,对阻塞高压年和非阻塞高压年的500hPa位势高度及其异常进行合成和相关分析表明,阻塞高压年,鄂霍次克海地区存在明显的正高度异常,贝加尔湖附近为负高度异常,乌拉尔山附近为正异常,欧亚中高纬度地区纬向呈“ - ”型;日本东部为负高度异常,东亚呈偶极型。这种高度异常形势为鄂霍次克海阻塞形势的形成和维持提供了大尺度环流背景。对鄂霍次克海阻塞高压指数与同期北太平洋海温的分析结果表明,当鄂霍次克海阻塞高压活跃时,日本东部附近海域为明显的负海温异常。此外,对1998年6月的典型个例的分析也发现,当年强盛的阻塞形势维持时,日本东部附近存在强大的负海温异常。最后,设计假想的负海温异常试验,利用NCAR CAM3模式模拟了日本东部附近海域负的海温异常对初夏欧亚大气环流的影响。结果表明,在该地区5和6月加入较大负的海温异常后6月份鄂霍次克海地区500hPa会产生最大超过4dagpm的正位势高度异常并经检验显著,这种正的高度异常显然对鄂霍次克海阻塞高压的形成十分有利。     

凝结反馈对云层垂直发展影响的一个线性理论

根据小尺度垂直运动的线性分析,作者证明凝结反馈对云层的垂直发展有着很强的制约作用。这种制约作用在温度和湿度较大的情况下更为明显。作者引出了在凝结反馈作用下非定常运动中的频率公式和定常运动下的波速公式。这样,南方雨季中每次雨停时常常见到的云层迅速分层的现象得到了可能的理论解释。