超强台风“天鹅”（2015）路径突变过程机理研究

本文采用中国气象局的最佳台风路径数据和美国国家环境预报中心1°×1°每6 h再分析资料作为研究工作的基本场,运用了分部位涡反演方法探讨影响2015年第15号超强台风“天鹅”路径突变的物理机制,得到以下结论:（1）就天气系统而言,“天鹅”整个移动过程中都受到周围环境场及引导气流的影响,主要的影响系统包括西北太平洋副热带高压、季风涡旋、邻近台风“艾莎尼”及台风外围反气旋;（2）定量分析了与各影响系统扰动位涡相关的引导气流矢量,发现整个过程中超强台风“天鹅”的移动始终受西北太平洋副热带高压的影响,其次是来自季风涡旋及台风外围反气旋的贡献,而当“天鹅”有向北转向趋势时,与外围反气旋相关的东北向引导气流导致了台风的路径北折;（3）进一步定量分析了总扰动位涡在不同高度层上相关引导气流的贡献,结果表明在垂直方向上对流层中层系统的引导气流矢量与“天鹅”的移动最为吻合,而形成于低层系统的偏南风气流与“天鹅”向北突然转向有着密切的联系,并在转向后逐渐向中高层发展增强。     

2008年台风“风神”强迫次级环流的诊断分析

利用WRF（weather research and forecasting）模式模拟资料对2008年06号台风“风神”进行诊断分析,采用准地转PV-ω方程对台风外围中尺度对流系统较强的6月20日10时（世界时）的资料进行分析.通过PV-ω方程诊断了潜热、摩擦及干动力过程对台风次级环流的作用,结果显示潜热强迫产生的次级环流最强,摩擦强迫主要集中在边界层,而干动力过程则在台风中心附近产生影响.加入摩擦、潜热得到的准平衡流场能够描述70％左右的台风环流.环境垂直切变在台风中心附近强迫产生横向次级环流的垂直切变与环境垂直切变相反,次级环流会使得台风一侧的上升气流减弱而另一侧上升气流增强,从而使得台风不对称增强.同时,发现垂直切变可能在其最大垂直切变方向右侧激发台风外围中尺度系统.通过构造理想的准平衡的台风及叠加在其上的中尺度系统环流,选择不同的切变和环境平均气流,发现增大切变会使得强迫次级环流增强,而增大环境平均气流不一定能够使得强迫次级环流增大,反而可能使得强迫次级环流减弱.通过诊断发现由切变强迫次级环流造成的中尺度对流系统上方扰动可能是中尺度对流系统持续存在的原因.     

越赤道气流不同波长分量对台风Megi（2010）路径偏折的影响与模拟检验

基于NCEP再分析资料和NOAA高分辨率海温资料,采用空间傅里叶滤波法,分析了台风Megi(2010)路径北折过程中越赤道气流强度随时间的变化,以及其不同波长分量对台风移动路径转折的影响,利用谱逼近方案的数值模拟对分析结果进行验证。结果表明,加里曼丹岛附近越赤道气流突然增强北涌对台风移动路径北折具有重要影响。经纬向波长为500km以上的低层风场分量的环流结构能明显反映出加里曼丹岛附近越赤道气流中的中尺度反气旋系统。模拟试验结果与分析结果一致,即环境风场的中尺度分量是影响台风路径北折的重要因子,其中经纬向波长为500 km以上风场分量体现了加里曼丹岛附近越赤道气流风场结构中的中尺度反气旋系统对台风路径的影响,因此,其模拟路径与观测路径最为接近。     

1109号“梅花”台风对辽宁降水的影响分析

利用逐日NCEP再分析、常规观测、加密自动站、卫星云图及多普勒雷达等资料,分析了1109号台风“梅花”路径、结构和降水变化的原因,并对“梅花”的物理量特征进行了诊断分析.结果表明:副热带高压外围引导气流较强时,台风沿引导气流方向行进,引导气流较弱时,台风受高空槽的吸引,移动路径产生向西的分量;中低层冷空气的侵入,破坏了台风自上而下的暖心、不对称结构,呈现上暖下冷的稳定结构,趋于向温带气旋变性.“梅花”影响辽宁前期,主要受台风外围气流影响,水汽厚度浅薄,但维持时间长,产生的累计雨量较大.后期台风残余云系,在冷空气的作用下,冷暖空气交界处激发出整层上升运动,同时在台风外围水汽、偏南季风水汽共同作用下水汽厚度增加,更充沛的水汽来源为更强降水提供了有利的水汽条件,在辽宁中南部产生暴雨大暴雨天气.此外,雷达、自动站反映的中尺度切变、涡旋,为对流系统发展起到了触发作用.     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

台风对西南低涡影响的数值模拟与诊断个例分析

利用NCEP再分析资料和MM5中尺度数值预报模式对2004年9月3~6日因西南低涡造成四川盆地和重庆地区特大暴雨天气过程开展了数值模拟和诊断分析。结果表明,在此次特大暴雨天气过程中,西南低涡生成后由于受“桑达”台风的阻塞影响,西南低涡移动速度变慢,强度增大,生命期延长。同时“桑达”台风西侧吹入内陆的东北气流在西南低涡的东南侧转变为西南气流的过程中出现气流辐合并使得水汽迅速聚积,从而触发了在西南低涡附近形成特大暴雨天气过程。     

2013年“苏力”台风西行登陆引发闽南大暴雨成因的模拟研究

利用中尺度数值模式对2013 年7 月13~14 日“苏力”台风引发福建南部大暴雨的天气过程进行了数值模拟、诊断分析和敏感性试验。结果发现：台风环流内强的正差动涡度平流和强的低层暖平流叠置是台风对流暴雨形成的有利大尺度强迫环境。台风登陆后移动旋转过程中,其风场、假相当位温场（θ_se）、水汽场、对流有效位能（CAPE）、对流不稳定度的空间结构及其正相对涡度、辐合区随着台风旋转在不断发生变化,台风环流内高θ_se 和高比湿气团的影响、带有CAPE 气流的输入、低层气流汇合或风速辐合、对流不稳定以及局地地形强迫等共同作用是闽南大暴雨发生的主要原因,强降水区主要位于环境风垂直切变的下游和左侧。此西移经台湾北侧的台风个例中,台湾地形可能主要通过改变台风环流内降水及其非绝热加热分布,进而影响台风的结构和移动路径,最终影响台风暴雨的强度和落区。闽南局地地形在台风大暴雨的形成中起到了一定的增幅作用,海陆摩擦差异造成的风速辐合在台风移近到登陆阶段对台风北侧偏东气流内降水具有不可忽视的增幅作用。     

长江中游一次β中尺度低涡的数值模拟

利用PSU/NCAR的中尺度数值模式MM5,对1999年6月29日的一次东移低涡过程进行了数值模拟,结果表明:在东移的a中尺度低涡的东南部边界层激发出一个β中尺度的涡旋,该β中尺度涡旋与一强暴雨区相伴移动,稠密的实况降水资料证实了这一暴雨雨团的存在和移动过程。模拟分析揭示β中尺度涡旋出现在停滞的α中尺度低涡南侧偏西气流与暖区偏南气流相遇处及中尺度山脉的背风坡;在中尺度山脉背风坡的地面和近地面层分别有中尺度低压和增强的东南气流存在,由此产生或加强了近地面的强涡度和强辐合,有利于对流系统的发生发展。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。     

台风自身动力学过程(CISK)对其移动的影响

台风的移动是一个既重要又复杂的气象问题,虽然已经有过许多分析研究,但仍有不少问题没有搞清楚。在台风路径预报中,目前用得较多的方法之一是所谓“引导气流法”,它把台风作为一个“质点”,其移动只受外部流场的引导。不考虑台风自身动力学过程的影响,可能是引导气流法出现台风路径预报误差的重要原因之一。因为实际台风是一种极为活跃的天气系统,不能视其为完全被动的“质点”。除了外界环境(引导气流)对台风的移动有影响外,台风本身的动力学过程和结构也必然对其移动有不可忽视的作用。 根据第二类条件不稳定理论,台风的形成和发展是积云对流和天气尺度低压扰动间正反馈的结果。     

Modulation of Western North Pacific Tropical Cyclone Genesis by Intraseasonal Oscillation of the ITCZ: A Statistical Analysis

The present study investigates modulation of western North Pacific(WNP) tropical cyclone(TC) genesis in relation to different phases of the intraseasonal oscillation(ISO) of ITCZ convection during May to October in the period 1979-2008.The phases of the ITCZ ISO were determined based on 30-80-day filtered OLR anomalies averaged over the region(5-20 N,120-150 E).The number of TCs during the active phases was nearly three times more than during the inactive phases.The active(inactive) phases of ISO were characterized by low-level cyclonic(anticyclonic) circulation anomalies,higher(lower) midlevel relative humidity anomalies,and larger(smaller) vertical gradient anomalies of relative vorticity associated with enhanced(weakened) ITCZ convection anomalies.During the active phases,TCs tended to form in the center of the ITCZ region.Barotropic conversion from the low-level mean flow is suggested to be the major energy source for TC formation.The energy conversion mainly depended on the zonal and meridional gradients of the zonal flow during the active phases.However,barotropic conversion weakened greatly during the inactive phases.The relationship between the meridional gradient of absolute vorticity and low-level zonal flow indicates that the sign of the absolute vorticity gradient tends to be reversed during the two phases,whereas the same sign between zonal flow and the absolute vorticity gradient is more easily satisfied in the active phases.Thus,the barotropic instability of low-level zonal flow might be an important mechanism for TC formation over the WNP during the active phases of ISO.     

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

基于CyGNSS数据的土壤水分与植被光学厚度反演研究

本文提出了一种仅基于CyGNSS数据,能够同时反演土壤水分与植被光学厚度的方案,该方案使用了神经网络与暴力穷举算法.首先考察了2018年以及2020年的数据,并对结果进行了验证.通过分析发现反演结果与参考数据展现了良好的一致性.土壤水分的反演结果与2018年和2020年的测试数据比较,其相关系数分别高达0.86和0.84,均方根误差分别为0.064和0.071 cm³/cm³;对于植被光学厚度,2018年与2020年的相关系数均为0.98,均方根误差分别为0.079和0.084.研究结果表明,CyGNSS可作为一种新型且独立的泛热带土壤水分与植被光学厚度反演手段.     

数值天气预报中分析同化基本方法的历史发展脉络和评述

数值天气预报中分析同化的基本方法先后经历了多项式函数拟合方法、逐步订正方法、最优插值方法、变分方法和集合卡尔曼滤波方法。本文首先根据相关的经典文献力求本色地介绍这些方法的基本思想和实施的具体要点;然后,着重于它们的上下承接关系,试图阐述同化的历史发展脉络,评述这些方法的显著特征和创新性,以期清晰地理解资料同化的循序渐进的内在发展逻辑。此外,从起源上阐明“主观分析”与“客观分析”、“初猜场”与“背景场”、“分析”与“同化”、以及“更新”、“新息”等基本概念,以期准确地理解和把握“大气资料同化”的由来和内涵。     

Tropospheric transformation products of a series of hydrofluorocarbons and hydrochlorofluorocarbons

The products of the Cl-atom initiated reactions of a series of hydrofluorocarbons (HFCs) and hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) in air have been investigated at 298 K and one atmosphere (740 Torr total pressure) of air. The products observed and quantified and their yields (%) were as follows: from CHF₂Cl (HCFC-22), C(O)F₂ (100%); from CHFCl₂ (HCFC-21), C(O)FCl (100%); from CH₂FCl (HCFC-31), HC(O)F (100%); from CH₃F (HFC-41), HC(O)F (100%); from CH₃CFCl₂ (HCFC-141b), C(O)FCl (100%); from CH₃CF₂Cl (HCFC-142b), C(O)F₂ (100%); from CH₃CHF₂ (HFC-152a), C(O)F₂ (92%); from CHCl₂CF₃ (HCFC-123), CF₃C(O)Cl (98%); from CHFClCF₃ (HCFC-124), CF₃C(O)F (101%); and from CHF₂CF₃ (HFC-125), C(O)F₂ (100%). The reaction mechanisms are discussed.     

不同地区温度变化对缺血性心脑血管疾病影响的比较研究

本文综合探究了日平均气温、24h变温和气温日较差变化对缺血性心脑血管疾病发病人数的影响,采用分布滞后非线性模型(DLNM)与广义相加模型(GAM),分别探析了2015—2016年安徽省阜南县和贵州省锦屏县日平均气温、24h变温和气温日较差与缺血性心脑血管住院病人数的暴露—反应关系。结果表明:气温日较差大于15℃缺血性心脑血管疾病相对风险剧烈升高,并呈现明显的即时效应,且其相对风险随滞后日增加和气温日较差增加达到叠加效应的峰值。当24h内气温下降7℃以上,缺血性心脑血管疾病相对风险开始明显上升,下降10℃以上呈现显著的即时效应。统计分析发现,两县在春季达到上述阈值概率最高,因此缺血性心脑血管疾病住院人数也在春季达到峰值,特别是雨水至清明节气时段为两县住院人数共同最高峰时段;值得注意的是,地处西部的锦屏县夏季缺血性心脑血管疾病发病人数也较多。此外,降温过程与节气转换也是导致两县缺血性心脑血管疾病住院人数阶段性增多的主要天气与气候因素。     

中国东部夏季降水准两年周期振荡的长期演变?

采用中国气象局整编的中国160站月降水量资料 (1951年1月～2005年12月), 研究了中国东部地区夏季降水准两年周期振荡 (TBO) 的长期演变特征。最大熵谱分析和相对最大熵谱分析表明, 中国东部地区夏季降水TBO信号显著, 高值区基本呈带状分布, 方差最大值中心分布在江淮流域及南部沿海地区。根据中国东部夏季降水TBO分量的旋转经验正交函数展开 (REOF), 将东部地区划分为东北地区、 河套地区、 淮河流域、 长江流域、 华南西部、 华南中部及华南东部7个降水区。对各降水区的研究结果表明: (1) 东部夏季降水振幅变化TBO信号明显; (2) 各降水区夏季降水TBO有着不同的长期演变特征, 表现出不同的年代际变化。淮河流域、 长江流域和华南中部降水TBO特征较明显; 华南西部和东北地区降水TBO特征较弱; 河套地区在1990年代以前表现有较显著的TBO特征, 但1990年代后, TBO特征趋于不明显; 华南东部地区在1970年代中期以前TBO特征明显, 以后TBO特征减弱; (3) 淮河流域是中国东部地区由南向北的过渡带, 是夏季降水TBO的敏感地区。     

A study of track deflection associated with the landfall of Tropical Cyclone Sidr (2007) over the Bay of Bengal and Bangladesh

In this study, the dynamics of track deflection associated with Tropical Cyclone (TC) Sidr (2007) are explored using a numerical weather prediction model. It is found that (a) the simulated track of Sidr is sensitive to flow, orographic, and model vertical structure that change the environmental steering flow leading to the track deflection. In particular, the track of TC Sidr is deflected northwestward for cases with lower domain height, horizontal domain covering only part of Himalaya mountains, and varying mountain heights; (b) the simulated track of TC Sidr, when compared with GFS reanalysis data, is mainly controlled by its deep-layer environmental steering flow as a point vortex; (c) the northwestward deflection with lower domain height is caused by an artificially larger high pressure at lower levels in the vicinity of the Himalayas, due to the upward propagation of wave energy being reflected by the upper domain boundary; (d) the significant northwestward deflection associated with the varying mountain height cases is due to the cyclone vortex being advected by the northeasterly monsoonal flow, which is blocked by the mountains in the corresponding cases with mountains; (e) the northeastward track deflection after the landfall of Sidr is explained by the addition of the frictional force.In summary, the model vertical domain height and the Himalaya mountain representation play key roles in influencing the accuracy of TC Sidr track simulation, compared with other factors, such as the vertical resolution, at least for TC Sidr.     

TRMM星载测雨雷达和地基雷达反射率因子数据的三维融合

TRMM卫星上的测雨雷达(TRMMPR)探测资料分布均匀且具有很高的垂直分辨率,但灵敏度较低;地基雷达(GR)水平分辨率较高且具有较高的灵敏度,但其垂直分辨率低。通过将TRMM PR与GR反射率因子数据的三维数据融合,得到了更优的反射率因子图像。测雨雷达与地基雷达三维数据融合主要分为以下几步:测雨雷达与地基雷达数据预处理——如去杂波、衰减校正;测雨雷达与地基雷达时空匹配;选取和应用合适的三维图像融合算法;对融合后的图像进行效果评估。试验结果表明:融合后的图像不仅增大了信息量,更好地检测弱降水,还提高了空间三维(3D)分辨率,能更好地反映降水区域细节,且使得数据总体上具有更高的完整性和可靠性。此外,还将基于雷达资料估测的降水数据与地面雨量计数据进行对比,估计反射率因子数据融合在降水测量上的有效性。      

青藏高原上中尺度对流系统(MCSs)的个例分析及其比较

对1995年7月25—28日高原上连续数日出现MCSs的现象进行了红外云图特征及其演变、大尺度环境背景场和对流有效位能的分析。可以发现，所有这些MCSs有着相似的日变化演变过程；它们的初始对流在中午由于日射加热开始活跃，之后迅速发展，这些MCSs在后下午形成，在傍晚达到最强，之后逐渐减弱。其中26日MCS最为强大，它是在单一的强大的近于圆形的高原反气旋高压背景下受强的低层热力强迫和条件不稳定的驱动而发生的。这些发生条件都与高原本身的热力作用紧密相关，所以它的发生发展主要与高原特有的较为纯粹的热力因子相联系。28日MCS是另一个很强的MCS，它明显地受到中纬度西风槽的斜压区的影响，这二个很强的MCS有着不同的发展机制和显著不同的表现特征。