变形场锋生条件下斜压锋区上对称波包的发展

文中用 WKBJ方法讨论了叠加在 Hoskins- Bretherton( 1 972 )变形场锋生模型背景上对称斜压波包的发展问题。在锋区斜压气流对称稳定的条件下 ( F2 N2 - M2 =q>0 ) ,大尺度变形场强迫、锋生环流的作用及锋生过程引起的稳定度参数 ( F2 ,N2 ,M2 )的个别变化也会对对称扰动的发展产生作用 ,变形场锋生和锋区环流的上升支下方有利于对称扰动发展 ,而锋区附近非地转垂直切变和稳定度参数的变化对扰动的影响则与对称扰动的结构有关。     

浙江省梅雨锋强降水的锋生及环流特征分析

为了研究浙中西（浙江省中部和西部）梅雨锋强降水的锋生及环流特征,以2016年6月15日一次典型梅雨为代表,采用ERA-INTERIM（0.25°×0.25°）再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温和雷达资料,运用风场分解、合成分析等方法对锋生与强降水的对应关系及环流结构进行分析。结果表明:此次典型梅雨处于有利的天气尺度背景下,强降水区与中低层锋生区有较好对应。锋区维持时,强降水区伴随中层倾斜锋生和形变锋生;锋区南压时,强降水区伴随中层倾斜锋生和低层水平锋生。低层梅雨锋北侧为超地转偏西气流,南侧为非地转东南气流,它们分别影响了北侧非平衡偏北气流和南侧平衡西南气流的发展,从而影响锋生系统。在锋区存在低层地转偏差辐合、高层辐散的上升运动,形成次级环流上升支,锋后反之。此外,锋前低空纬向风为次地转,而锋后低空纬向风为超地转,高空纬向风为次地转,这进一步促进了次级环流的发展。合成场中,在200 hPa西风槽槽后及槽前分别存在西北气流和西南气流显著增强区;在700 hPa浙北（浙江北部）地区存在东北气流显著增强区。合成锋生各分解项的水平及垂直分布与典型个例较类似。低层锋生主要由散度项贡献,形变项次之,倾斜项则起负作用;中层锋生主要由倾斜项贡献,形变项次之;高层锋消主要由倾斜项贡献。     

两次滇黔准静止锋锋区结构的对比分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°格点再分析资料,对滇黔准静止锋上的低温雨雪冰冻天气(简称08冻雨过程)及阴雨天气(简称09阴雨天气)的锋区结构特征及准静止锋的形成和维持进行了对比分析。锋区结构共同点表现在:在水平方向上,准静止锋在850 hPa的水平温度梯度大,是等温线密集区;锋后低空逆温显著,平均逆温强度达2~8℃,逆温中心位于贵州东部-湖南西部之间。在垂直方向上,锋区表现为等sθe的密集区,锋区在经向上向北倾斜,向上伸展高度接近600 hPa附近;准静止锋天气一旦持续,锋区在850 hPa上表现为正的涡度带以及水平风的辐合区;与准静止锋锋生密切相关的锋生函数为正值。不同点表现在:近地面温度场垂直结构的差异是导致准静止锋降水属性不同的重要原因;在08冻雨过程中,温度场在垂直方向不仅具有"冷暖冷"的结构特征,还具有较深厚的"一层模式"结构特征。在09阴雨天气中,低空温度场存在冷中心,但温度高于0℃。在锋区结构上,08冻雨过程表现为宽而平缓且向北倾斜,09阴雨天气在750 hPa以下表现为狭窄而陡峭,并在16°~17°N之间存在副热带锋区。造成锋区结构特征差异的重要原因在于,锋生函数的水平辐合项和变性项对准静止锋的贡献存在差异。     

1998梅雨锋的结构特征及形成与维持

应用1998年6月中旬的分析资料, 对1998年6月16~17日暴雨时段的梅雨锋结构及梅雨锋的形成与维持进行了诊断分析, 确认了暴雨发生时期梅雨锋结构的一些普遍特征, 如在对流层低层表现为θ_se锋而不是温度的强烈对比, 梅雨锋区是一个低层正涡度带以及风和水汽的辐合带等。同时揭示了1998年6月暴雨时期梅雨锋结构的典型特征:锋区从近地面可伸展到600 hPa层 (一般认为梅雨锋只存在于800 hPa以下), 近乎垂直、略向北倾; 锋区900 hPa以下是一个大气弱对流不稳定区, 向上气层变为潮湿中性直至400 hPa, 等θ_se线基本上呈垂直分布; 锋区斜压性相当弱等。研究表明, 出现强降水时的梅雨锋结构已经变性或者说它是介于温带锋面结构和ITCZ结构之间的副热带锋系结构。分析还认为, 在强盛的南海季风涌和频繁的西风带扰动组配的大尺度有利背景形势下, 低层空气的水平运动和地转偏差风对1998梅雨锋的形成和维持有明显的正贡献。     

凝结潜热对锋生的影响

本文在二维半地转峰生模式中，考虑了水汽凝结加热和边界层抽吸作用对锋生及越锋环流的影响。水汽凝结加热考虑了大尺度凝结加热和对流凝结加热两种方式。计算结果表明：水汽凝结加热和边界层抽吸对峰区环流具有显著的作用，凝结加热使锋生加快，使锋区上升运动倍增，并使其水平尺度明显减少。边界层抽吸作用也使垂直环流加强。现在     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压（简称副高）西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明：副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层（700 hPa以下）的对称不稳定区,700～500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700～500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层（750 hPa以下）锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500～800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压(简称副高)西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明:副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层(700 hPa以下)的对称不稳定区,700~500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700~500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层(750 hPa以下)锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500~800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

山东初冬一次极端降水和大风天气成因分析

利用常规地面、高空观测、雷达及ERA5再分析等资料，对山东初冬一次极端降水、大风天气成因分析，结果表明：低槽东移发展，冷空气南压，低空切变线配合东北、西北地区地面高压坝形成的“阻挡”形势利于极端降水的产生。本次水汽条件具有较强的极端性，水汽通量辐合远强于气候平均态，925 hPa和700 hPa水汽通量辐合大值区分别与雨、雪区域配合较好。降雨时垂直上升运动中心在边界层，升至600 hPa时转为降雪，降雨时低层辐合、高层辐散，降雪时由低到高呈辐散-辐合-辐散分布。冷锋过境条件对称不稳定触发产生对流，随后在冷锋后侧逆温层上由锋生过程的上升支环流强迫产生高架对流。强冷空气扰动从内蒙古高原下滑至华北平原，与近地面冷平流汇合增强，产生较强变压风，同时促进了势能向动能转换和动量下传。地形强迫造成下沉运动增强，华北地区低层形成锋面次级环流，环流前部锋区暖界面为地转偏差辐合，冷界面为地转偏差辐散。环流内有水平动能和地转偏差大值区，偏北气流和下沉运动使水平动能向南、向下输送，导致地面极端大风。     

华东地区6-7月锋生的气候学特征及环流结构

利用中国华东地区212个站点2000-2010年6-7月逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料,运用运动学锋生函数公式,分析了华东地区6-7月锋生、锋面及其环流结构的气候学特征。结果表明,锋生函数值在华东区域呈现不均匀分布,且不同性质的运动学锋生具有不同的锋生强度和分布。其中,江淮地区是6-7月综合锋生最强的区域。根据风场在850 hPa强锋生带的切变及辐合情况,将6-7月的锋生类型分成4个大类,即暖切变型锋生、冷切变型锋生、西风辐合型锋生、东风辐合型锋生,其中,冷切变型锋生又分为两个亚类。不同类型的锋生个例数不同,江淮地区最多的是暖切变型锋生。不同锋面的水平结构与垂直结构存在显著差异,但对于强锋生过程,340 K假相当位温等值线与锋区平行且穿过锋区,其对判断强锋生过程和锋区位置具有指示意义。强锋生事件的出现有其大尺度环流背景,而不同类型的强锋生事件的环流背景差异较大:背景气旋或反气旋环流的中心位置、强度、辐散辐合场的分布、垂直环流结构等方面有不同程度的差异。降水与锋生强度紧密相关。锋生较强时,降水较多。暖切变型锋生日降水量最大,降水发生在锋区内部,与强锋生带走向一致;冷切变型次,两种类型的降水均发生在锋区的南侧,呈东北—西南走向;西风辐合再次之,降水发生在锋区内部偏南一侧。     

垂直-倾斜对流一体化参数化方案的实现及数值试验

在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,并引入MM5模式中.利用该方案对2008年1月28-29日发生在中国南方的一次暴雪过程和2005年"海棠"台风过程进行了数值模拟,模拟结果表明,此次暴雪过程在垂直方向主要表现对流稳定状态,但在对流层低层始终存在条件件对称不稳定层,并且当条件性对称不稳定区向高层发展时,伴随着强上升运动作为触发机制,引发条件性对称不稳定能量的释放,产生更多的对流降水,使模拟的总降水量与实况更加一致.条件性对称不稳定的发展加强与降雪强度、辐合辐散和上升运动变化一致,条件性对称不稳定是造成暴雪发展加强的主要机制之一.通过对"海棠"台风72 h的模拟表明,条件性对称不稳定主要发生在台风的低层,且其水平分布呈螺旋状结构.条件性对称不稳定效应对台风路径影响较小,但对台风强度影响较大,在模式中考虑垂直-倾斜对流一体化参数化方案后,与仅考虑垂直积云对流参数化方案相比,72 h模拟的平均台风中心最低气压降低了3 hPa,最大达8 hPa.在模式中考虑条件性对称不稳定的影响,可使模式台风中上层的暖心结构更加明显,上升运动和对流性降水增强,对流释放的更多凝结潜热使台风得到进一步加强.     

梅雨锋动力锋生方程组及其应用

利用湿静力温度Tσ作为参数，导出梅雨锋锋生的方程组，并用该方程组计算了1991年江淮梅雨锋强降水的个例。结果表明:该方程组可分析梅雨锋的动力锋生；在梅雨锋中存在近似垂直分布的对称的横向次级环流，环流中干冷侧的横向穿锋环流可建立湿状态的稳定性；非地转变形项对梅雨锋锋生（消）起主导作用，同时次级环流的上升运动与锋生有正反馈关系。另外，梅雨锋中Tσ水平锋生对未来6小时降水具有一定的指示意义。     

江淮气旋暖锋上多条对流带的组织结构及成因分析

利用ARW-WRF模式对2014年7月4日12时—5日06时发生在安徽中南部的一次由江淮气旋引发的强降水过程进行模拟,得到暖锋上雨带的雷达回波结构,与实况有较好的一致性。对气旋暖锋上出现的多个小对流带的结构与成因进行了分析,发现暖锋小对流带的高度模拟和实况均在300 hPa以下,其生命史约2～3 h,最长100 km,宽10 km,带与带间距50～100 km,均随高度向东南方向倾斜。其环流特征为对流区东部从低层到高层多对应暖空气上升;对流区西部中上层多为冷区控制;近地面则有类似冷池存在,对流带南部的上升气流有利于对流云的后向新生和形成带状结构。小对流带上,800 hPa有0Ri1和I_(EPV)0区域,稳定层结内出现滚轴状流场分布,有重力波存在的结构特征;600～700 hPa为对流不稳定,对流带间I_(EPV)0。可见暖空气沿暖锋爬升时,在800 hPa附近,由于满足条件性对称不稳定条件,触发条件性对称不稳定和重力波,暖空气继续上升时触发700 hPa之上的对流不稳定,即影响本次暖锋小对流带形成的原因主要为对称-对流不稳定。     

在一种寒潮情况下的水平温度场及冷锋构造

本文选择了一次大气物理过程比较简单的寒潮作为例子,讨论其温度场及冷锋的构造。事实看出,寒潮前沿的冷锋,在黄河流域时与在华南时,构造是不同的。本文对于锋的构造的改变进行了初步的讨论。再者,寒潮末期的高空温度场改变很大,作者试用锋生公式计算,结果指出,温度平流值的变化起着主导作用。     

华南局地锋生及对流系统发展的模拟分析研究

2009年3月28日一条东西向的锋面出现在华南25°N附近。伴随着锋面的活动,对流降水回波午后开始在广西的梧州附近发展,并在随后几小时向东移动,组织发展成为中尺度对流系统(MCS),为广东中西部及珠三角地区带来了雷暴、暴雨、冰雹等灾害天气。应用地面自动站、雷达回波、卫星云图以及NCEP-FNL再分析资料和WRF模式的模拟结果,对锋面暴雨形成的天气特征进行了诊断分析,考察了中尺度对流系统的发展演变过程及其与局地锋生的相互关系。结果表明,锋面对流系统形成发展于一个东西向水平尺度约200km的地面中尺度辐合线附近,对流起始发展于具有较大对流有效位能(CAPE)和较小对流抑制位能(CIN)的区域。伴随着对流的发展,锋面强度增强。锋生函数的计算发现,非绝热项和倾斜项分别在由对流引起的次级环流的上升运动支和下沉运动支起锋生作用,是引发中尺度锋生的主要影响因子。而相对来说,水平辐合项和形变项的作用却比较小。这与大尺度的锋生过程不同,中尺度锋生更主要的是由热力直接触发的非地转环流所驱动。涡度场的演变分析还发现,沿着850hPa锋区大的正涡度区与500hPa的强上升运动区对应良好,对流系统发展与中尺度锋生之间存在着类似于第二条件不稳定机制的相互作用,对流增强了锋生过程,锋面则对中尺度对流系统的发展起组织作用。中尺度锋生对对流组织发展的作用作为此类灾害天气形成的原因值得关注。     

The effect of topography on quasi—geostrophic frontogenesis

This paper improves Bannon’s work on the quasi-geostrophic frontogenesis in a horizontal deformation field. By setting the lower boundary condition for the equation of potential temperature on the realistic topography instead of on z = 0, a general solution for the temperature field is derived after applying conformal mapping to the equation for the potential temperature, the vertical velocity and divergence field are also calculated. The general characteristics for the frontogenetic process still are frontolytic for warm front and frontogenetic for cold front in downstream of a mountain and the reverse is true upstream of a mountain, but more fine spatial structure of the temperature field and frontogenetic characteristics than Bannon’s are obtained near surface because of the treatment of lower boundary condition. II is concluded that the frontogenetic characteristics are related to the translating speed of the deformation field with respect to the topography.     

2016年初冬河南区域暴雪过程诊断分析

针对2016年初冬河南省首场区域强暴雪过程，利用常规观测资料、L波段雷达探空资料和NCEP再分析资料等，从影响系统和物理量诊断方面深入分析其发生发展机制，结果表明:宽广的纬向型环流中不断有短波槽东移，东北冷涡深厚且维持时间较长，是暴雪发生的大尺度环流背景；中高层偏南气流，低层偏北气流的流场配置起至关重要的作用:850～925 hPa东北急流迫使暖湿空气抬升为暴雪发生提供“冷垫”的同时，与500～700 hPa西南急流形成强垂直风切变和深厚的锋生区，加强的斜升运动和锋面次级环流，对暴雪起增幅作用；700 hPa作为关键层，西南暖湿急流输送水汽的同时与冷涡后部冷空气交汇于黄淮地区形成的辐合切变线，是暴雪发生的重要动力抬升机制，其南北摆动形成了河南中西部和东南部两个降雪大值中心；暴雪区随着“冷空气楔”逐步南压时，其上层始终存在湿正压项大于零且湿斜压项小于零的湿位涡绝对值高值中心，有利于对称不稳定能量的释放和暴雪的发生。     

STRUCTURAL FEATURES OF THE MEIYU FRONT SYSTEM

A new subtropical front near the periphery of the West Pacific subtropical anticyclone isfound,which is never revealed in previous studies.The coupling of the subtropical front andMeiyu front forms a Meiyu front system (MFS) and is the most direct synoptic system for theMeiyu precipitation along the Mid-lower Reaches of Yangtze River (MRYR) in China.In thispaper.The detailed structural features and cloud features of the MFS in 1998 and 1999 areanalyzed,which manifests that the MFS is an objective phenomenon over the period of Meiyu alongMRYR and the Southwest Japan.Generally.the subtropical front is mainly located between 850hPa and 500 hPa.The moist southwest monsoon is transported in the passageway between theMeiyu front and the subtropical front.The vertical motion ascends in the passageway and descendson both sides of the MFS.forming the MFS's secondary circulation.A lower TBB band indicatedthat obvious convective activities are also located in the passageway of MFS.The horizontal windof MFS is vertically asymmetric.     

惯性稳定性在伴有高低空急流的暴雨中的作用

通过对低空西南急流左前方和高空偏北大风轴右后方的惯性稳定性和对称稳定性的理论分析和实例计算，表明：低空急流左前方惯性稳定度大值区的存在，有利于低层湿热能量的积累，使低层倾斜对流的不稳定发展更多期望于条件性对称不稳定或对流不稳定；高空偏北大风轴(西风急流)的存在，是其右后方(右侧)出现对称不稳定的有利条件，高空相对容易出现干对称不稳定；惯性稳定性的作用，使低层的倾斜对流更偏向于垂直方向，有利于对流发展，使高层的倾斜对流更偏向于水平方向，有利于高层辐散。     

STRUCTURAL FEATURES OF THE MEIYU FRONT SYSTEM*

A new subtropical front near the periphery of the West Pacific subtropical anticyclone is found,which is never revealed in previous studies.The coupling of the subtropical front and Meiyu front forms a Meiyu front system (MFS) and is the most direct synoptic system for the Meiyu precipitation along the Mid-lower Reaches of Yangtze River (MRYR) in China.In this paper.The detailed structural features and cloud features of the MFS in 1998 and 1999 are analyzed,which manifests that the MFS is an objective phenomenon over the period of Meiyu along MRYR and the Southwest Japan.Generally.the subtropical front is mainly located between 850 hPa and 500 hPa.The moist southwest monsoon is transported in the passageway between the Meiyu front and the subtropical front.The vertical motion ascends in the passageway and descends on both sides of the MFS,forming the MFS's secondary circulation.A lower TBB band indicated that obvious convective activities are also located in the passageway of MFS.The horizontal wind of MFS is vertically asymmetric.