强烈发展的中尺度涡旋影响下持续性暴雨的位涡诊断

利用高分辨率的模式输出资料,对2008年6月广西致洪暴雨及其中尺度低涡(简称广西涡)进行了等熵位涡(IPV)和湿位涡(MPV)的诊断分析。结果表明,低值等熵面上正IPV带的位置和强度可以反映暴雨的落区和强度,等熵面上的西风气流可分别将高纬度干冷和低纬度暖湿的高值IPV向广西涡处输送,使得广西涡维持高IPV。高值等熵面上南部的IPV存在下传现象,有利于其下游的广西涡IPV的增长,从而使得广西涡强烈发展、降水增强。利用MPV守恒原理的分析表明,持续性暴雨出现在高值等熵湿位涡前方的对流不稳定区中;暴雨区南北两侧对流层中高层的冷空气下沉时对流稳定性减小,对应的气旋性涡度增大;而暖湿气流沿着干冷空气爬升,它与具有强涡度的沿等熵面下滑的干冷空气发生强烈的辐合,使得涡度急剧增强,再加上地形的强迫抬升作用,形成强烈的垂直上升运动,导致涡旋强烈发展。等压面上的MPV及其分量分布显示,对流层中低层MPV负值带对雨带有指示作用,强降水时段对应着对流不稳定和条件性对称不稳定。     

干冷空气入侵台风"海棠"残余低压引发的华北地区大暴雨分析

利用地面逐小时观测资料、NCEP/NCAR (1°×1°)再分析资料、FY-2F卫星加密观测(6 min分辨率)的云顶亮温(TBB)和常规观测资料,对1710号台风"海棠"残余低压北上与冷空气结合导致华北东部大暴雨天气过程进行分析。结果表明:(1)该华北东部大暴雨过程分为两个主要时段,2017年8月1日23时—2日20时(北京时)华北东南部暴雨,由台风残余低压产生,8月2日20时—3日11时华北东北部暴雨,是由减弱变性的台风环流与西风槽东移带来的干冷空气结合进而导致新生气旋和低涡产生引起。(2) 8月2日20时,台风与冷空气逐渐结合,干冷空气从对流层中高层进入变性台风北部,造成位涡下传,进而导致对流层低层形成低涡、地面形成新生气旋,同时激发出中尺度对流系统,系统稳定发展并缓慢向东北方向移动,导致持续近5 h的短时强降雨。(3)暴雨水汽来源主要有两部分,一是台风本身携带来的由南风输送的水汽,二是来自黄渤海由东风输送的水汽,二者结合后从对流层低层将水汽带至华北东北部,且在燕山前形成了水汽强辐合,为该暴雨过程大提供充足的水汽条件。     

080125南方低温雨雪冰冻天气持续降水的数值模拟

利用WRF模式对2008年1月25—29日中国低温雨雪冰冻天气过程进行模拟。结果表明,雨雪期间长江中下游及以南地区长时间存在着高低空急流的耦合形态,且低空急流不断向雨雪区域输送暖湿水汽,使该地区低层的水汽辐合,促进大范围雨雪发生和维持：强高空辐散的抽吸作用,促进低空辐合、整层上升运动加强以及正涡度的维持．干冷空气从对流层高层倾斜南下加强了对流不稳定能量的积累.本次雨雪冰冻天气过程中存在明显的干侵入,降水区北侧对流层高层高位涡干冷空气沿等相对湿度（RH）线密集带侵入低层,促使雨区低层位涡中心迅速增大,促进强降水发生;本次过程表明位涡和降水有很好的对应关系,这对降水预报有很好的指示意义。由于极涡偏强促使冷空气南下,南方近地面浅薄冷空气使雨水结成冰导致灾害发生。     

一次山东特大暴雨干侵入的作用

以2009年7月17—18日一次山东特大暴雨为研究对象,利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星水汽资料及常规气象观测资料,通过数字化卫星水汽图像与大气动力场相结合的方式,揭示干侵入在本次暴雨过程中的特征及其对暴雨发生、发展的作用机制。结果表明,此次强降水过程是在高空槽和低层低涡切变的有利形势下产生的。暴雨过程与干侵入密切相关,干侵入在对流层中高层随高度向东倾斜,强降水出现在干侵入前沿湿度梯度最大值处的湿区一侧。卫星水汽图像干侵入暗区与对应着350hPa位涡高值区、干冷区。与干侵入相伴随的高位涡下传,使低层气旋性涡度加强,气旋发展。高层干冷空气下传有利于干层的形成和维持,干层的存在加强了暴雨过程的对流不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用。     

干侵入在黄河气旋爆发性发展中的作用

利用数字化的6.7,um卫星水汽图像资料、NCEP/NCAR逐6小时1°×1°再分析等资料和干侵入、位涡理论,对2007年3月3—5日引发渤海强风暴潮的黄河气旋发展过程进行了天气动力学分析,揭示干侵人在爆发性黄河气旋中的特征和作用。结果表明：本次渤海强风暴潮是发生在泰米尔半岛附近不稳定小槽东移发展,东亚大槽重建的过程中,是对流层高层干侵入下沉引起黄河气旋爆发性发展产生强东北大风所致。干侵入具有高位势涡度特征,高位涡区和水汽图像上的暗区形态及强度变化特征对气旋生命史不同阶段有预报指示意义。干冷和暖湿气流沿着等熵面Ω型皱折带南北流动,使得等熵面陡峭程度加大,大气的斜压性增强;尽管高层干侵入在下沉过程中会产生增温效应,但在下沉运动和强冷平流效应的共同作用下,地面气旋的上空出现水平方向温度比临近地区低的现象,大气静力稳定度减小,绝对涡度（ζ_p＋f）增大,促使中低层气旋性涡度发展,垂直上升运动迅速加强,导致地面气旋强烈发展。     

一次辽宁秋季暴雨天气的诊断分析

使用1.0°×1.0°NCEP再分析资料,对2006年10月21—22日深秋暴雨在天气形势分析的基础上,进行物理量诊断。结果表明:在有利的环境背景形势下,高位涡从对流层高层向低层伸展并形成湿位涡柱,引起气旋性环流与低涡环流叠加。对流层低层的湿斜压性增强,引起低层的锋区加强及垂直涡度发展,高空入侵干冷空气锲入底层,低层暖湿空气强迫抬升,使地面发展为气旋;高低空急流耦合产生上升气流,同时较强的补偿下沉运动激发上升运动加强,使次级环流加强,触发不稳定能量的释放;低空急流和超低空急流向辽宁输送暖湿空气及能量,对流层中低层形成湿柱并积聚高不稳定能量;中尺度气旋、高低空急流、湿位涡柱、次级环流上升支、地面高水汽含量湿区、高假相当位温出现的时间、强度、位置和结构决定了暴雨的时间和落区。     

一次短时强降水过程中的干侵入作用

以2012年7月15日凌晨榆林地区一次短时强降水过程为研究对象,利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料及常规气象观测资料,通过卫星水汽图像和大气动力场相结合的方法揭示冷涡影响下降水过程中干侵入的特征及其对短时强降水发生、发展的作用机制。结果表明:此次短时强降水过程中干侵入特征明显,卫星水汽图像上的黑体亮温高值区与干冷区相对应,干冷区的伸入使得对流云团边缘亮温梯度增大,同时对流云团发展;干侵入与对流层高层的下沉运动、高值位涡以及干冷区相对应,因干冷空气叠加在暖湿气流之上,在强降水区上空出现了对流不稳定层结,为短时强降水的发生创造了有利的环境条件。另外,此次降水过程水汽条件主要集中在对流层低层,风场辐合带来的短时间水汽辐合为短时强降水集聚了一定的水汽条件。在地面中尺度辐合线的触发作用下,将不稳定层结中包含水汽的气块抬升,从而形成降水。     

2014年2月4—7日河南暴雪过程的环流特征及其持续原因

利用常规观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料、云顶亮温(TBB)资料以及多普勒天气雷达资料,对2014年2月4—7日河南省大范围暴雪过程的环流特征及其持续原因进行了分析。在此基础上,总结出此次暴雪过程的三维空间结构特征。结果表明:河套地区低槽东移发展配合近地层冷空气活动,有利于冷暖气流在黄淮地区交汇,是暴雪发生的大尺度环流背景,干冷东北急流与强盛暖湿急流在暴雪区交汇,为暴雪提供了有利的水汽和动力条件;从卫星云图和雷达回波变化特征看,暴雪发生在TBB≤-30℃的冷云团边缘等值线梯度最大处,雷达回波的移动与强度变化与降雪落区和强度实况相吻合;持续的水汽辐合为暴雪提供了充沛的水汽条件;干冷空气从低层南下导致暖湿气流抬升形成强烈上升运动,两支干冷下沉气流在对流层中层(600—400 h Pa)形成明显干层,致使底层形成饱和层,导致大量能量堆积;冷暖空气交汇处出现明显锋生,形成垂直于锋面的次级环流,导致上升运动进一步增强,对暴雪维持和发展具有重要作用。     

"强降水和黄海气旋"中的干侵入分析

利用GOES-9卫星6.7μm的水汽图像资料、等熵气流、位涡(IPV,MPV1)、sθe等物理量,对2003年梅雨期的一次强降水过程进行了分析,以揭示干侵入在强降水和黄海气旋中的作用。分析结果表明:(1)水汽图像暗区动态对强降水、温带气旋发展有很好的预报指示意义。(2)叠加了相对湿度场的垂直气流的发展、变化特征能清楚地反映干侵入与强降水的关系,对短时预报有一定指示意义,干侵入对强降水起激发作用。中层以上的干区与水汽图像暗区十分吻合。(3)sθe=340K等熵面上的气流能较好地反映对流层中上部的干侵入特征,sθe=330K等熵面上的气流能较好地反映黄海气旋发展特征。沿等熵面高脊区的下滑急流与水汽图像暗区相当一致。IPV大值区的发展变化与气旋快速生成、发展关系较好,IPV分布能较好地反映干侵入特征。(4)等压面上的MPV1空间、时空剖面均能很好地描述干侵入的演变特征。当MPV1≥0.4 PVU的区域向下伸展时,在其以南约2个纬距处出现强降水。(5)对气旋附近的强降水,干侵入起逐渐加强作用;对远离气旋区域,MPV1大值区域与强降水突然出现几乎是同步的,说明MPV1所反映的干侵入特征对强降水的作用在气旋附近与远离气旋区有所不同。强降水出现在sθe陡峭和密集区中。     

等熵位涡在一次淮河流域大暴雨分析中的应用

利用NCEP/NCAR 1°×1°逐日再分析资料、常规气象观测资料,通过等熵位涡理论对淮河流域2009年9月24—25日的大暴雨过程进行分析。结果表明:淮河流域对流层低层的中尺度低涡的发生发展与此次暴雨密切相关;315 K等熵位涡高值中心的移动和强度变化很好地反映出中尺度低涡系统的发展变化情况,其移动方向与雨带走向一致,降水落区主要位于等熵位涡高值中心轴线移动方向右侧的强西南气流处,对应于345 K等熵面上干冷空气移动方向前部的暖湿区内;在暴雨发展强盛时期,淮河流域暴雨区上空从对流层高层至低层均存在明显的正等熵位涡平流,干冷空气的侵入使得低涡加强发展,辐合上升运动增强,有利于暴雨的增幅,这是引发此次暴雨过程重要的触发机制。     

梅雨期高位涡源区及其传播过程

分析了气候平均意义下梅雨前期及期间东亚地区等熵位涡（isentropic potential vorticity,简称IPV）的源区和演变过程。结果表明:梅雨发生前,东亚地区对流层高层经向位涡梯度减弱,而后这里的IPV开始向南延伸出高值带,形成“舌区”。同期对流层低层,经向位涡梯度出现反向,与南边位涡梯度大值带形成经向偶极子型并伴随梅雨发生发展。梅雨期40°N,120°E附近对流层顶折叠处有明显的位涡输送和质量交换。用10~90 d带通滤波和超前相关追踪IPV异常源区和传播路径发现,345 K的IPV异常场和梅雨期前后降水异常的相关系数最大值出现在前者超前后者10 d左右,位置在贝加尔湖东侧,这里是影响梅雨期降水的位涡源区。其向南输送高位涡空气主要在梅雨发生前的6月10日左右,高位涡异常空气沿2 PVU等位涡面以东北—西南路径向南输送,在2 PVU面最陡峭处堆积,然后穿越物质面快速下沉侵入40°N以南,并在对流层呈扇状铺开。因而,贝加尔湖东侧可能是影响梅雨的主要冷空气源区,是梅雨降水中期预报的一个关键区。     

一次伴随冰雹的超级单体风暴特征

利用中国气象监测网实测资料、重庆西部多普勒天气雷达资料及NCEP/NCAR 6 h间隔1°×1°再分析资料,对2008年6月5日发生在重庆市中部的大风冰雹天气过程进行了天气背景、物理量、雷达回波和云图特征分析.研究表明:大气中显著的水平风切变和垂直风切变及晴空太阳辐射对地面的不均匀加热都有利于诱生涡度;从北部高层向南侵...     

贵州2次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP每日4次的1°×1°再分析资料、地面降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度资料,针对贵州2011年6月5-6日和9月30日至10月1日的2次暴雨天气过程的形成机制进行了诊断分析。结果表明：中纬度低压槽和热带低压分别为2次暴雨提供了有利的环流条件,偏南暖湿急流与干冷气流的交汇有利于激发中尺度对流系统,2次暴雨过程都伴有旺盛的中尺度对流系统发展,MCS是造成暴雨的重要原因。对流层高层强辐散、低层辐合的配合,垂直运动的增强和充足的水汽供应形成了有利于强对流活动发生发展的条件;湿位涡的水平分布对暴雨落区及发展有较好的指示意义,湿正压项和湿斜压项的恰当配合对于垂直涡度的增长和对流活动的加强有重要作用。     

地形影响蒙古气旋发展的观测和模拟研究

针对2001年4月上旬一次蒙古气旋发展过程中的地形因素进行了观测和模拟研究, 结果表明:依据低层冷空气是否越过阿尔泰—萨彦岭山地产生气旋冷锋, 蒙古气旋的发生发展过程可以划分为触发和发展两个阶段。在气旋的发展阶段, 斜压不稳定是其主要强迫机制。伴随地形对低层冷空气阻滞程度的变化, 蒙古气旋经历了从缓慢发展到剧烈加强的过程。阿尔泰—萨彦岭山地通过对低层冷空气的阻滞使山地上空等熵面更为陡立, 加强了对流层低层的斜压强迫, 从而使斜压强迫的涡度增长向低层聚集, 导致气旋发展强度增强。阿尔泰—萨彦岭山地及其南侧形成的峡谷地形对低空急流的位置、范围、强度及演变过程具有较重要影响。另外, 对流层高层位涡平流也是气旋发展的一个强迫因素, 但其影响较小。     

浙江一次江淮气旋后部强对流暴雨过程诊断研究

利用地面降水观测、NCEP/NCAR FNL再分析、ECMWF模式预报场和FY-2H静止卫星TBB资料, 对2020年6月30日浙江省一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明: (1) 200 hPa南亚高压强高空辐散、中纬度低槽东移、副热带高压带状稳定的阻塞形势、江淮气旋后部下摆冷空气与暖湿气流交汇形成的冷式切变等共同提供了有利的环境条件; (2)对流层中低层水汽通量向高空伸展、700 hPa正的垂直螺旋度中心都对暴雨落区有示踪作用, 高层正水汽通量散度强于低层负水汽通量散度, 垂直螺旋度和垂直速度中心几乎重合, 先低层强辐合后强垂直上升运动均为本次暴雨的发生提供了重要的水汽和动力条件; (3)暴雨发生在MPV、MPV1和MPV2为正负过渡的零值区, 为对流不稳定和斜压不稳定相结合区域, θ_se线密集区与地面近乎垂直, 湿位涡的高值中心位于θ_se梯度最大处, 高空湿位涡下传触发了位势不稳定能量的释放, 引起大范围的强对流暴雨; (4) 850 hPa冷切变线附近的降水云团, 是由多个块状对流云团合并加强形成完整的带状积雨云团, 而上游不断有新生对流云团生成东移补充消散的老单体, 触发阶段对流云后向传播, 扰动发展阶段对流云团合并过程, 形成对流云串的“列车效应”。      

海南岛“0810”特大暴雨物理量诊断及多普勒特征分析

应用常规观测、海口多普勒回波及NCEP1×1°再分析等资料,对2008年10月12～15日海南特大暴雨成因进行诊断分析,并揭示了暴雨过程中的多普勒回波特征。结果表明：导致海南岛产生强降水的主要原因是热带低压移动缓慢和弱冷空气的低层入侵;当冷暖空气交绥,大气温湿结构发生突变,θse面陡立造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放。正差动假相当位温平流意味着低层暖湿空气的平流大于高层,加强了层结对流不稳定发展;在斜压扰动作用下,对流层中层正差动涡度平流和低压东侧的暖平流破坏了海南岛的准地转平衡,动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强。充沛的水汽输送及水汽的强烈辐合,为暴雨发生的有利水汽条件。多普勒径向速度揭示了暴雨区低层冷平流高层暖平流、风向风速的垂直切变大的垂直结构以及持续性的强烈辐合等等特征,回波停滞和＂列车效应＂使降水增幅,降水回波的性质差异,可造成强降水区域分布的不同。     

2008年中国南方雪灾与平流层极涡异常的等熵位涡分析

2008年1月中国南方遭遇罕见的大范围冰冻雨雪灾害, 本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和等熵位涡分析方法, 分析了这次冰雪灾害期间平流层极涡的变化及其对对流层的影响。结果表明： 平流层极涡在2007年12月已经开始增强, 到1月中旬亚洲北部极地平流层极涡变得异常强大。高位涡冷空气向南扩展时, 沿着倾斜的等熵面运动, 从极地平流层上层一直延伸到中低纬度对流层。低层高位涡冷空气主体比较靠北, 华北一带为低位涡区; 南方为高位涡区, 呈东北—西南向伸展, 引导北方高位涡主体冷空气和西南暖湿气流在此汇合, 引起大范围降温和降雪。     

江西“6·19”特大暴雨天气过程诊断分析

利用NCEP逐6 h 1°×1°的grib再分析资料和常规气象观测等资料,对2010年6月19—20日江西地区特大暴雨天气过程的物理量演变及高低空急流配置进行了分析。结果表明,此次特大暴雨过程发生在副高与高空槽稳定维持的有利背景场环境下。暴雨落区上空强烈的垂直上升运动,持续的西南水汽输送和高低空急流配置,共同造成了此次大范围暴雨的发生和维持。在高空急流入口区右后侧、低空急流的前方造成正涡度辐合上升运动,暴雨出现在低空急流的左前方。气流的高层辐散与低层辐合的叠加,形成强烈的上升运动,为这次暴雨天气的产生提供了有利的环境条件,也是对流维持、持续的重要机制。湿位涡低层为负、高层为正,高、低值中心和密集带的演变显示了强对流系统暖湿气流与外界干冷空气的相互作用。     

POTENTIAL VORTICITY STRUCTURE OF SUMMER CYCLONES OVER THE CHANGJIANG-HUAIHE VALLEY

Based on the theory of Ertel potential vorticity,the isentropic potential vorticity maps and vertical pro-files of potential vorticity for two summer cyclones over the Changjiang-Huaihe Valley are analysed.Afterdiscussing a possible mechanism for the genesis and development of such systems and their differences fromtypical extratropical cyclones,a conceptual model for their activities is proposed:A weak disturbance in the mid-level of troposphere originated from around the Qinghai-Xizang Plateau may cause heavy precipitation underfavourable conditions and latent heat release in the mid-troposphere leads to downward extension of cycloniccirculation and a wave on the quasi-stationary front.This weak cyclone can develop substantially and becomea typical extratropical cyclone only when air from the lower stratosphere flows downslope along isentropic sur-faces into the region of interest.