利用纬度—时间剖面卫星云图分析西太平洋热带辐合带云系的结构和变化

一、引言热带辐合带(ITCZ)是南北半球两个副热带高压之间的气压最低气流汇合的带区,过去都是根据风场和气压场来定义的,自从卫星云图使用以来,已开始较多地根据卫星观测到的云带来定义。云是影响热带大气热源的重要因素,又可间接表示垂直运动情况,从而能够估计经向和纬向环流。但是,多云带和低压带在位置上是多少有些差异的,本文采用以热带地区东西向的多云带作为ITCZ,把南北纬30°附近的晴空和少云区作为副热带高压的位置。     

西北太平洋热带辐合带三维结构分析

本文用格点风资料分析1978年7月和10月热带辐合带(ITCZ)强盛时期的结构。发现ITCZ上散度、垂直速度的分布是不均匀的,其分布与云场紧密相关。进一步指出,在经圈平面上,ITCZ云区上空有上升运动,上升气流分别向北到达副热带下沉,向南到达赤道缓冲带下沉。在ITCZ南侧西南季风云系上空也有上升运动,而沿ITCZ方向上,在云区上空为上升运动,而无云区上空为下沉运动。 最后,给出ITCZ的三维结构模型图。     

热带辐合带与南海气候

统计分析最近11a资料，得出热带辐合带(ITCZ)各月都有，其纬度以2月最低，8月最高。850hPa的ITCZ比500hPa明显偏多，尤其在冬季，更足偏多一倍以上，ITCZ对南海气候影响显著，主要表现在南海热带气旋的纬度和个数与500hPa ITCZ的纬度和频率着着一致的逐月变化趋势；南海各站的降雨、相对湿度和温度与850hPa的ITCZ关系密切。     

北美洲冬季冷空气对南美洲夏季降水异常影响的研究

利用1981—2017年NCEP/NCAR再分析资料和ECMWF再分析资料,研究了北美洲冬季高纬度冷空气对南美洲夏季降水异常的影响。结果表明,北美洲冬季高纬度冷空气通过影响向南越赤道气流的强弱,影响南美洲热带辐合带(intertropical convergence zone,ITCZ)位置和强度的变化,进一步引起南美洲天气的变化。北美洲冬季冷空气的南下过程能够引起80°～70°W的向南越赤道气流明显加强,导致2011年南美洲热带辐合带的位置异常偏南,强度异常偏强,是造成降水异常偏多的重要成因。通过相关分析发现北美洲冬季冷空气对南美洲ITCZ位置的影响更明显。     

9012号热带气旋维持的卫星云图和垂直结构特征分析

本文根据卫星云图的演变和常规天气分析相结合，对9012号热带气旋登陆后维持水消的成因进行了分析。指出该热带气旋经久不消的重要原因为其西南侧对流云团和东北侧高空槽前对流云带与热带气旋云系相衔接在中低层东北气流引导下卷入，热带气旋内部的两条云带的维持，以及利有的环流条件。     

全球变暖背景下气候内部变率导致热带辐合带移动的不确定性

基于两套模式的大集合试验结果,评估了气候内部自然变率对热带辐合带(ITCZ, Intertropical convergence zone)未来南北移动的影响。研究发现,模式间ITCZ的移动差异源自中高纬度的外强迫模拟差异,而气候内部变率主要通过热带过程调控ITCZ的位置变化。在通用地球系统模式大集合(Community Earth System Model Large Ensemble, CESM-LE)试验中,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni■Oscillation, ENSO)振幅变化的自然变率会通过中等和极端厄尔尼诺降水的非线性信号调制ITCZ的移动幅度,而在MPI-GE(the Max Planck Institute Great Ensemble)试验中,ITCZ的位置变化主要与大西洋海温梯度信号异常有关,相较而言ENSO振幅对ITCZ的影响很有限。总体而言,全球变暖背景下由于内部自然变率引起的ITCZ南北移动不确定性幅度能解释未来预估模式间的差异约为20%,但对ITCZ移动的模拟不确定性有贡献。     

海洋沉积证据在低纬过程气候变化中的应用及展望

在国内外研究的基础上,对印太暖池区的沃克环流和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、热带辐合带（ITCZ）等低纬过程的空间分布和随时间的变化规律及其研究方法进行初步归纳,并指出研究中存在的问题。本文论述了厄尔尼诺-南方涛动变率在全新世早期及中世纪气候异常期（1 000～700 a BP）的晚期逐渐增强,介绍了热带辐合带在BA暖期（B?llingAller?d Warm Period）和前北方期（pre-Boreal,10.3～9.5 ka BP）的北移,以及在新仙女木事件（Younger Dryas Event,12.5～11.5 ka BP）和北大西洋冷期（距今7.5～5 ka BP）期间的南移。对低纬过程长时间尺度轨道周期的探讨表明,末次冰盛期赤道东太平洋出现了较偏南的热带辐合带锋面系统,甚至在1.65 Ma冰期,热带辐合带也有快速南移的证据。海洋沉积的粒度、黏土矿物、陆源粉尘、元素和同位素、有孔虫分析等研究方法在推测厄尔尼诺-南方涛动和热带辐合带位移中有很好的应用,建议以陆源生态系统对气候的响应为切入点、以孢粉为手段来探讨陆源植被、气候、火灾和海-陆大气环流等低纬过程的变化特征,进而反...     

1710号台风“海棠”前部龙卷天气分析

使用NCAR/NCEP再分析资料、国家气象中心提供的逐时热带气旋资料和淮安S波段多普勒雷达观测资料,分析了1710号台风"海棠"环流前部的一次龙卷过程。结果表明:此次龙卷过程由台风残留低压引发,环境分析显示淮安地区低层位于急流辐合区,高层500 hPa位于辐散区,有利于对流发展。雷达径向速度资料分析显示龙卷发生前后存在正负速度对涡旋形成和发展。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。     

热带气旋发生、发展的不稳定理论

本文在正压无辐散的条件下,讨论了东、西风不连续面上的正压不稳定性。研究指出:这种界面上的扰动总是不稳定的,从而说明了热带气旋常在赤道辐合带(ITCZ)上形成的原因。本文又在考虑了热带气旋内部的层结和基本气流的条件下,讨论了热带气旋发展的热力学和动力学条件。研究指出:层结稳定度和惯性稳定度同时影响热带气旋的发展.当两者都稳定时,热带气旋不发展;当两者之一不稳定时,热带气旋有可能发展;当n~2I~2 (μ~2/a)~2N~2<0时,热带气旋一定发展。     

多普勒雷达资料在近海强台风模拟中的同化试验

利用中尺度数值模式(WRF),并同化了多普勒雷达反射率和径向速度资料以及非常规的观测资料,对近几年登陆于浙闽沿海的4例强台风进行了数值模拟。通过高时空分辨率的模拟结果对比分析表明:雷达资料的同化,对近海登陆台风路径和降水模拟以及中尺度降水特征都有进一步改进的效果;模拟较好的揭示了台风近中心螺旋云带中的强中尺度对流系统。通过模拟分析表明,在台风近中心的螺旋云带中,低层有一条强辐合线存在,它与实况多普勒雷达给出的低层平显(PPI)强度回波带有较好的对应关系,也与沿海地区中尺度暴雨系统紧密联系,并由此看到近海海域降水带和强对流区的存在。     

热带太平洋海气热交换年变化特征的分析

本文用块体动力学公式计算了热带太平洋潜热、感热通量,并用EOF方法分析了这两类热通量的时空分布以及影响它们的因素.结果指出,热通量的模态1反映了太平洋海气热交换的基本气候特征,中、西太平洋的暖池就是这种气候特征下的具体反映;模态2说明了海气热交换与海流和海陆分布有密切联系;模态3反映了下半年海气热交换的加强,为热带太平洋ITCZ的活动提供了能量.东太平洋,感热通量和海气温差分布型十分相似,而西太平洋,则取决于全风速的量值.潜热通量的时空分布主要取决于全风速的时空分布,和比湿差的分布型相差较大.赤道以北中、西太平洋风速异常是导致气候异常的关键.北半球ITCZ云带是由其海面热通量变化所决定;西太平洋SPCZ云带是由其海表温度和海气温差所决定.     

对流风暴的移动和演变对下游地区对流降水影响的个例分析

利用加密自动气象观测站资料、多普勒天气雷达资料、葵花卫星资料及ERA5再分析资料,对2019年海上卫星发射气象保障过程中6月1日上游对流风暴的移动和演变造成山东半岛对流降水的机制进行了分析。结果表明:1)辐合线与干线重合触发新生对流单体形成潍坊风暴,潍坊风暴东移过程中强度增强和聊城风暴进入烟台后转向造成山东半岛一带出现对流降水。2)潍坊风暴在偏西气流引导下向偏东方向移动,沿着辐合线向着高温高湿的方向传播,强度增强。聊城风暴进入烟台后,在西西北气流的引导下转向东南方向移动,向着水汽辐合区传播,风暴水平尺度增长。3)聊城风暴进入烟台后传播方向与850 hPa风的方向相反,潍坊风暴发展阶段的传播方向与850 hPa风的反方向不同,二者之间有交角,850 hPa风速太小不足以影响风暴的传播运动。4)在重大活动气象保障过程中,短时临近监测非常重要。高分辨率卫星云图积云新生时间早于雷达观测到的新生单体的时间,可以提前发现对流初生和传播的先兆。多普勒天气雷达和加密自动气象观测站资料相互结合,可以综合判断对流风暴的平流和传播运动。对于本地动力强迫较弱或者处于天气系统边缘时,要考虑上游对流风暴的移动对下游地区的影响。     

南太平洋辐合带(SPCZ)的特征分析

根据热带西太平洋卫星云图资料及流场特征分析,讨论了南太平洋辐合带(SPCZ)的演变特征和形成机理。提出SPCZ是反映西太暖池同东太冷舌海气耦合系统以及暖池大气同相邻陆区大气间相互作用的重要特征。主要表现为在12～2月的热带西太平洋上的NW/SE辐合带,其形成原因主要应归因于西太暖池本身,以及暖池与东太赤道冷水舌强度与相对位置改变引发的Walker环流位置与走向的变动,另外,新几内亚岛及澳洲大陆也有重要影响。     

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。     

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明:1)此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统(persistent elongated convective systems,PECS)和1个β中尺度持续拉长状对流系统(meso-β-scale PECS,MβECS)发生发展造成的。2)与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3)物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1～3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4)低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。     

全新世热带辐合带(ITCZ)的南移

位于委内瑞拉北部大陆架上的加利亚哥( Cariaco)盆地是一个缺氧的海盆 ,它是热带海洋古气候的高敏感性记录的载体。该盆地的地理位置有利于大量海洋和陆地物质的沉积。盆地位于大约 1 0°N,处于热带辐合带 ( ITCZ)的最北部 ,到了夏季则几乎已经超出了这个范围。在夏季 ,该区域内的降雨直接汇聚到加利亚哥盆地中或是流入奥里诺哥 ( Orinoco)河中。这些径流将陆源物质带到滨海或海洋中 ,沉积在加利亚哥盆地中和周围的大陆架上。冬季和春季时 ,热带辐合带位于赤道或更南些 ,当地河流量减少 ,西北信风向南吹 ,并在加利亚哥盆地加强。这些强风…     

一次MCC过程雷达回波特征分析

2011年8月15—16日,在河北南部和山东北部地区的中尺度对流复合体(MCC)产生了区域性的暴雨,局部地区出现了大暴雨和特大暴雨。利用多普勒雷达、卫星云图、区域自动站等资料,对这次MCC过程进行了分析,结果表明:MCC中的中-β尺度结构显著,系统有多个中-β尺度对流云团发展而成;不同触发机制的对流回波的合并发展是MCC发展成熟的重要标志;辐合线右侧对流单体的生成、发展,且并入到对流云团主体,是MCC长时间维持的重要因素;径向速度场上表现为中尺度辐合线、局部逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋等特征,为强降水提供了动力条件,是出现短时强降水的重要特征;雷达径向速度场直观反映MCC的内部气流结构状况,为判断MCC的演变和强降水落区提供了重要信息。     

一次西北太平洋多热带气旋天气过程成因分析

通过卫星云图、海洋热状态和环境流场条件,分析了2015年7月上旬连续产生于西北太平洋的3个热带气旋成因,得到以下几点结论:从云图特征分析得知,这3个热带气旋都孕育发展于一条纬状分布的热带辐合带中;在2015年7月持续增强的厄尔尼诺事件导致了160°E以东的中东太平洋低纬度地区大范围增温,对于这3个热带气旋的发生发展有利,并且导致了季风槽的东扩;季风槽中的对流不稳定、水汽条件、高低层相对涡度垂直切变以及环境风垂直切变是影响这3个热带气旋发生发展的有利因素。     

台风“麦莎”在舟山引起的特大暴雨的成因分析

通过对雷达资料、卫星云图、天气形势和物理量的诊断分析,认为台风"麦莎"在舟山产生特大暴雨的原因主要有3个:(1)台风登陆后减弱缓慢,主要是由于其东面大范围的输入云带提供与水汽和能量,同时高空急流形成的辐散场和次级垂直环流也是非常有利的条件;(2)舟山地区的水汽辐合、高空辐散、上升速度等物理量都非常有利于强降水;(3)"麦莎"处于对流不稳定环境中,对流发展旺盛,是强降水形成的另一个重要原因.     

CMIP5模式对东太平洋ITCZ偶极子模态模拟能力的评估

本研究利用第五次国际间耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 5, CMIP5)中的24个模式的工业革命前控制试验(Pre-industrial Control, picontrol)模拟结果, 结合观测资料, 评估了24个CMIP5 模式对东太平洋热带辐合带偶极子(Eastern Pacific ITCZ dipole, EPID)降水模态的模拟能力, 并建立了其与模式对热带太平洋气候态模拟之间的联系。结果表明: 1) 绝大多数模式在北半球春季(2—4月)对EPID模态模拟能力较差, 主要原因在于CMIP5模式对热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, ITCZ)的模拟偏差, 其中模拟效果较差的模式在2—4月的气候态降水分布在赤道以南, 且降水普遍偏强; 2) 对各模式的EPID模态选取的季节按照技巧评分最高进行调整后, 大部分模式能较好地模拟出EPID模态的空间分布特点, 技巧评分在0.6以上, 其中模拟效果好的模式(技巧评分大于0.7)中EPID模态出现的月份同时在中东太平洋气候态表现出“双ITCZ”特征, 且多模式集合结果的模拟误差小于绝大多数模式。