2004年7月黄淮特大暴雨的天气动力学分析

利用NCEP 1°×1°的每6 h的再分析资料和计算的几个物理参数对2004年7月黄淮最强一次特大暴雨过程进行天气动力学诊断分析。结果表明:锋生函数的水平运动项对降雨锋形成作用最大,暴雨区上空对流层中下层和上层螺旋度呈“下正上负”的垂直结构,视热源Q1和视热汇Q2的局地变化项和平流变化项分布反位相,垂直输送项的作用引起Q1和Q2的异常,异常加热中心位于对流层中高层,是由对流降水产生的凝结潜热加热所致。锋生大值区、螺旋度正的大值区、Q1和Q2的强增温区与强降水区有很好的对应关系。     

“罗莎”台风波动特征与浙江远距离降水相互关系的初步研究

利用NCEP 1°×1°再分析格点资料和浙江省自动站降水资料,分析了2007年"罗莎"台风能量频散的波动特征与浙江省远距离台风降水之间的关系。结果表明:1)由于浙江省所处纬度相对较低,其远距离台风降水的形成过程与北方(西北和华北)典型的远距离台风暴雨存在本质区别,浙江省远距离台风降水主要是台风能量频散的波动效应所引起,而北方远距离台风暴雨的形成过程主要是西风槽和台风外围环流相互作用的结果。2)影响浙江省远距离降水的台风在整个台风环流登陆前有向降水区的能量频散过程,这种能量频散过程在对流层中低层波动特征不明显,因而能量频散的距离相对较小;在对流层中高层,台风能量频散表现出清楚的波动特征,能够影响到较远距离外的天气系统,从而引起局地降水的增加。3)台风能量频散的波动效应在远距离降水区的上空形成一个正涡量区,之后该正涡量区以波动的形式向下传播,导致降水区对流层中下层气旋性涡旋形成,造成局地降水或降水增加。     

对流层中层大气能量转换特征与暴雨激发和维持的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2 513个测站逐日降水资料,分析了2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程中对流层中层大气风场动能和势能的相互转换和分布特征。结果表明,在暴雨迅速发展阶段,受环流形势和地形等条件的影响,动能能量转换成驻波形式的波动势能;在强降水维持并减弱阶段,动能和势能之间的转换趋于平缓。在整个暴雨过程中,强降水区与500hPa风场能量大值区分布基本一致。此外,台风"黑格比"也为此次暴雨过程提供了必要的水汽。     

一次江淮强暴雨过程的湿有效能量及其收支特征

利用高分辨率的WRF模式模拟结果,采用基于格点的湿有效能量计算方案,对一次江淮梅雨期强暴雨发生发展过程中湿有效能量的时空演变特征进行分析,并从定性和定量的角度探讨了能量方程转换项、平流项和垂直输送项对强暴雨过程中湿有效能量的输送和积聚作用。结果表明,强暴雨过程中湿有效能量的时空特征与强暴雨发生发展具有良好的对应关系,对流层低层800 h Pa湿有效能量40×104J·h Pa-1·m-2的等值线范围和该等值线伸展至500 h Pa附近可作为判断强暴雨发生的必要条件。暴雨发生前2~3 h的能量快速积聚及其对暴雨区移向的引导,对强暴雨预报具有良好的指示作用。湿有效能量的水平和垂直输送及转换确保了能量的积聚和对流层中层能量的增加,为强暴雨的发生和维持提供了充足的能量。     

江西汛期一次大暴雨过程湿位涡演变特征

利用自动气象站逐小时雨量资料和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,应用湿位涡理论,对2011年6月江西汛期一次大暴雨过程的湿位涡的演变特征进行分析,其中主要分析了正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)正负值范围以及其值的大小变化与暴雨强度、落区的关系。结果表明,此次大暴雨过程前期,以对流层低层的对流不稳定能量的释放为主。对流层低层MPV1<0,中高层MPV1>0,并且中高层有正值MPV1向低层输送,这样的高低空配置有利于低层对流不稳定能量的释放。低层MPV1等值线密集带零值线附近对应强降水中心区。此次大暴雨过程中后期,对流层中高层负值MPV2的绝对值和正值MPV1同时增大,其大值区南压,对流层中高层湿斜压性明显增强,使垂直涡度明显增大,同时伴随着对流层低层对流不稳定能量的释放,降水强度明显加强。从整个暴雨过程来看,暴雨落区的移动方向与对流层中高层MPV1正值区和MPV2负值区的移动方向一致,中高层湿斜压性的增强对暴雨增幅起了关键作用。     

北大西洋风暴轴高低空分布及其能量诊断

利用1979~2013年NCEP再分析数据,通过经验正交分解对比了前冬时期北大西洋风暴轴的高低空分布,并用涡动动能(Eddy Kinetic Energy,EKE)方程对风暴轴高低空分布型差异进行了诊断。研究结果表明:上层和下层第一空间分布型差异巨大,对流层下层风暴轴中心偏北,靠近极地,而上层风暴轴中心偏西南,靠近北美沿岸。EKE方程诊断结果表明:正压转换项在高低空符号相反,导致了EKE在上、下层分布出现显著差异,即上层正压转换项为负,在扰动发展中起能量耗散作用,而下层正压转换项为正,且极大值区域对应下层EKE极大值区域,为风暴轴下层向极区域增强的主要原因。而斜压转换和非地转位势通量散度在上层均为正,且远大于下层,为风暴轴上层涡动能量维持的原因,也从涡动能量收支上解释了风暴轴的主体出现在上层。     

一次强降水过程的热量和水汽收支分析

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,计算了2007年7月18日河北南部暴雨过程的水汽通量、视热源(Q1)和视水汽汇(Q2),分析了降水区热量和水汽收支的变化,并探讨了其垂直分布特征.结果表明:本次暴雨过程是由沿低涡切变线相继生成并强烈发展的中尺度对流云团造成的;当有强对流发生并伴有强降水时,就会有强的视热源Q1和视水汽汇Q2出现,且与强降水区基本对应,对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件.     

影响东北的两个罕见气旋发展机制对比

2007年3月3—5日和2016年5月2—3日有两个气旋（简称C304和C502）在江淮流域生成后,以相似路径影响东北地区,但发展强度不同。利用常规观测资料和NCEP FNL分析资料,通过对涡度平流、温度平流、湿位势涡度及锋生函数等物理量进行诊断并结合高、低空环流形势对两个气旋发展动力机制进行对比分析,结果表明:C304低空温度平流在气旋发展初期起主要作用,高空正涡度平流为地面气旋发展提供高空辐散场,地面气旋中心上空垂直上升运动增强,对流层低层斜压性明显,气旋性涡度增加主要在对流层下层,低空斜压强迫是主要发展机制;C502低空温度平流弱,斜压性不明显,高空正涡度平流促使高空闭合环流发展,对流层上层有高湿位涡舌发展下垂并与对流层下层正湿位涡柱耦合贯通,垂直上升运动分布在地面气旋中心两侧,高空位涡下传是主要发展机制。两个气旋发生发展在对流层上层两支急流共存、急流非纬向性反气旋性弯曲环流形势下,对流层低层为气旋式环流背景。     

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。     

云南暴雨涡散场动能转换函数的动态分析

对1996年云南主汛期（6－8月）逐日散度风动能和旋转风动能之间的转换函数C（KD,KR）特征进行深入研究,同时分析了C（KD,KR）各项Af、Az、B、C在动能转换函数中所起的作用。研究结果表明,对流层内C（KD,KR）＞0,同时对流层低层的C（K,KR）＞中高层的C（KD,KR）之和．极易出现暴雨过程;Af项在整个动能转换中起主要作用,71％的Af与C（KD,KR）具有相同的符号,Az项和B项在动能转换中起振荡作用,Az＋B控制着29％的动能转换方向。     

1980—2014年中国台风大风和台风极端大风的变化

基于1980—2014中国670站日最大风速资料,利用改进的客观天气图分析法（OSAT）分离出中国陆地的台风大风（6级以上,≥10.8 m/s）,并定义了台风极端大风,进而研究了台风大风和台风极端大风的变化特征。分析表明：在地理分布上,台风大风年均日数和占比均自海岸线向内陆迅速减小,在海南、华南和东南沿海省份以及江苏南部,台风大风占比一般为30%～70%;台风极端大风年均日数大值主要分布在沿海省市（除河北和天津）,特别是华东和华南沿海,局部地区台风极端大风日数占比达100%。从季节变化看,在台风活跃的7—9月,中国台风极端大风频次总体上超过了季风极端大风;就全国而言,当阈值从最低值（11.5 m/s）提升至12级（32.7 m/s）时,台风极端大风频数占比则从12%急剧攀升至77%。1980—2014年,中国台风大风和台风极端大风年日数均显著减少,而台风极端大风年平均强度增强;这期间引起中国台风大风和台风极端大风的台风频数均显著减少,但引起台风极端大风的台风在生命期和影响期的平均强度均显著增强,这可能是上述显著变化特征的主要原因。     

Local Winds In A Valley City

Local winds were studied around a valley city, by using a high resolution two-dimensional mesoscale model forced by surface temperatures from a measurement campaign around Lanzhou City, China, during stagnant conditions. In the simulations nighttime winds are purely katabatic downslope winds without urban effects, despite the fact that the city is 6–7°C warmer than its surroundings all night. In contrast, daytime near-surface winds result from upslope flow resisted by an opposing simultaneous urban heat-island circulation (UHIC). Hence winds remain weak and variable around a city in a narrow valley during daytime. These conditions may lead to severe air quality problems day and night.The local circulations are sensitive to the widths of the valley and/or city,and also latitude, as is demonstrated by model experiments. Interestingly, in a flat and calm environment an extratropical daytime UHIC cell may turn into a weak `anti-UHIC' by the morning, due to frictional decoupling after sunset and subsequent inertial oscillation during the night, analogously tothe land breeze and nocturnal low-level jet formation.     

Mean Winds Through an Inhomogeneous Urban Canopy

The mean flow within inhomogeneous urban areas is investigated using an urban canopy model. The urban canopy model provides a conceptual and computational tool for representing urban areas in a way suitable for parameterisation within numerical weather prediction and urban air quality models. Average aerodynamic properties of groups of buildings on a neighbourhood scale can be obtained in terms of the geometry and layout of the buildings. These canopy parameters then determine the spatially averaged mean wind speeds within the canopy as a whole. Using morphological data for real cities, computations are performed for representative sections of cities. Simulations are performed to study transitions between different urban neighbourhoods, such as residential areas and city centres. Such transitions are accompanied by changes in mean building density and building height. These are considered first in isolation, then in combination, and the generic effects of each type of change are identified. The simulation of winds through a selection of downtown Los Angeles is considered as an example. An increase in canopy density is usually associated with a decrease in the mean wind speed. The largest difference between mean winds in canopies of different densities occurs near ground level. Winds generally decrease upon encountering a taller canopy of the same density, but this effect may be reversed very near the ground, with possible speed-ups if the canopy is especially tall. In the vicinity of a transition there is an overshoot in the mean wind speed in the bottom part of the canopy. Mechanisms for these effects are discussed.     

Characteristics of Submeso Winds in the Stable Boundary Layer

The characteristics of submeso motions in the stable boundary layer are examined using observations from networks of sonic anemometers with network sizes ranging from a few hundred metres to 100 km. This study examines variations on time scales between 1 min and 1 h. The analysis focuses on the behaviour of the spectra of the horizontal kinetic energy, the ratios of the three velocity variances, their kurtosis, the dependence of horizontal variability on time scale, and the inter-relationship between vertical vorticity, horizontal divergence and deformation. Motions on larger time and space scales in the stable boundary layer are found to be nearly two-dimensional horizontal modes although the ratio of the vorticity to the divergence is generally on the order of one and independent of scale. One exception is a small network where stronger horizontal divergence is forced by a decrease in surface roughness. The horizontal variability, averaged over 1 h, appears to be strongly influenced by surface heterogeneity and increases with wind speed. In contrast, the time dependence of the horizontal structure on time scales less than one hour tends to be independent of wind speed for the present datasets. The spectra of the horizontal kinetic energy and the ratio of the crosswind velocity variance to the along-wind variance vary substantially between networks. This study was unable to isolate the cause of such differences. As a result, the basic behaviour of the submeso motions in the stable boundary layer cannot be generalized into a universal theory, at least not from existing data.     

Impact of Air Pollution on Summer Surface Winds in Xi''an

By analysis of observation data,this paper demonstrates that pollution particles could reduce surface wind speed through blocking solar radiation to the ground.The comparation between temperature at the lowland meteorological station Xi'an and that over the nearby highland station Mt.Hun suggests that surface solar radiation at Xi'an is reduced due to the increasing anthropogenic aerosols.The reduced surface energy suppresses the atmospheric instability and convective flows,and thus the downward transfer of faster winds aloft is reduced.Consequently,wind speeds near surface are weakened.This reduction of surface winds is shown by the significant reverse trends of wind speeds over the two stations at different elevations.The aerosols' effects on winds are also manifested in the trends of radionsonde wind speed.The decreased surface winds in Xi'an have also reduced local pan evaporation.     

利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法

鉴于地转风、梯度风和平衡风各自计算风场的特点,该文利用COSMIC掩星折射指数资料,根据大气折射指数与大气密度、风场之间的关系,选用梯度风方程,建立了推算20~60 km中层大气纬圈平均风场的方法,分别与ECMWF提供的ERA-interim及NASA/GMAO提供的MERRA再分析风场资料对比验证。选用2007年1,4,7月和10月的COSMIC掩星折射指数数据,按照构建的方法计算了大气纬圈平均风场,并简单分析了大气纬圈平均纬向风随纬度、高度的变化特征及规律。计算风场与ECMWF及MERRA再分析风场资料变化规律基本一致,符合效果很好, 能够正确反映出纬向平均风场特性。1月及7月不同高度标准偏差、最大偏差随高度增加而增大,标准偏差最大约为6 m/s,最大偏差不超过11 m/s,沿纬度方向相关系数有减小的趋势,但不低于0.98,4月及10月偏差稍小,最大偏差不超过8 m/s。结果表明:利用COSMIC掩星折射指数资料通过梯度风方程计算风场,是获取中层大气20~60 km纬圈平均风场的一种有效方法。     

风对赛艇等户外静水项目有利赛道选择的影响

利用山东日照水上运动训练基地奥林匹克水上公园静水赛道两岸自动观测站近两年的逐10 min最大风实况数据,对两岸风向、风速的变化特征进行了对比分析。结果表明,水面对风的加速作用使赛艇、皮划艇等水上静水项目的比赛需要根据不同风况设定或调整有利赛道次序,并给出了弱风环境下的赛艇、皮划艇等静水项目比赛,根据不同风向风速判断和选择有利赛道的方法。研究得出：沿赛道走向,顺风、逆风或侧风风速小于3 m/s时,风对有利赛道的选择影响不大;侧风风速稳定大于3 m/s时位于水面上风方的赛道可依次设定或调整为有利赛道;而在风速稳定大于6 m/s时,静水项目的比赛可能无法正常进行。分析结果可为此类水上赛事裁判组制定和调整有利赛道提供依据。