气溶胶对东亚夏季风指数和爆发的影响及其机理分析

利用高分辨率区域气候模式RegCM4.3,通过引入沙尘、海盐、硫酸盐、黑碳和有机碳等5种气溶胶,对1995—2010年的东亚夏季风进行数值模拟,研究了自然和人为气溶胶对东亚夏季风的可能影响。结果表明:区域气候模式对东亚夏季风和气溶胶的时空分布都有较好的模拟效果,自然和人为气溶胶造成东亚夏季风指数减小约5%,且除我国东南部地区外,气溶胶使整个季风区的季风爆发时间推迟了1候左右。在我国东南部及近海地区,气溶胶通过吸收太阳辐射对中层大气起到加热作用,气柱受热会出现膨胀,从而造成了低层大气的位势高度下降并激发出气旋式环流距平,气旋式环流距平西侧偏北风能削弱东亚夏季风区低层的偏南气流。气溶胶的加入引起的地表负的辐射强迫造成了空气出现下沉运动并配合低层偏北风和高层偏南风距平,在25 °N以北地区形成了间接经向环流距平,从而也削弱了东亚夏季风的垂直环流。气溶胶增加了我国季风区的水汽通量散度值,从而造成了夏季降水的明显减少,其中我国华北和西南地区为2个主要的降水减少区域。      

台风“鲇鱼”路径突变前后等熵位涡非对称结构的对比分析

利用高分辨率WRF模式对2010年13号超强台风“鲇鱼”移入南海以后的路径突变过程进行数值模拟,较好模拟出了台风由缓慢西行转为突然北上的过程。利用模拟资料,诊断分析了路径突变前期、突变时和突变后的不同高度上等熵位涡的分布特征。路径突变前期和后期不同高度上的等熵位涡的对称结构较明显;路径突变时各个层次上的位涡等熵分布均表现出明显非对称性。进一步对比分析了该路径突变过程前后台风对流发展和能量分布的变化,结果验证了等熵位涡结构的演变情况。非对称风场的切变存在一次逆时针方向倾斜而后恢复的过程,整层大气动能的分布也由近似轴对称发展为东部强于西部的显著的非对称。位于台风环流东南侧的非对称扰动所引起的平流和次级环流输送有助于台风路径由西行转为北上,这可能是环境流场偏弱条件下台风路径转折的有利触发机制。      

精细数值预报在60周年国庆天气服务中的应用

在60周年国庆天气服务中,使用ARPS实时分析预报系统,将地面观测、探空、自动站、雷达基数据和风云2卫星TBB等多种观测资料同化,使用较多的观测数据调整模式初始场,对天安门地区未来3天的天气逐日进行精细化数值预报。对ARPS系统的降水落区和量级预报能力及单点降水预报准确率检验结果表明:对于秋季低槽东移造成的华北地区的大范围降水,ARPS系统有较好的预报能力,12-36 h预报的1 mm降水落区与实况十分吻合,降水量预报通常略大于实况;对单点的1 h的累积降水预报,预报降水的开始时间较实际降水时间提前1-3 h,1h累积降水随时间增大或减小的变化趋势预报比较准确。综合看来,使用ARPS实时分析预报系统进行精细化天气预报是可行的,数值预报的结果对于精细化天气预报决策具有较好的参考价值。     

The Dynamical Characteristics and Wave Structure of Typhoon Rananim （2004）

Typhoon Rananim (2004) was one of the severest typhoons landfalling the Chinese mainland from 1996 to 2004. It brought serious damage and induced prodigious economical loss. Using a new generation of mesoscale model, named the Weather Research and Forecasting (WRF) modeling system, with 1.667 km grid horizontal spacing on the finest nested mesh, Rananim was successfully simulated in terms of track, intensity, eye, eyewall, and spiral rainbands. We compared the structures of Rananim to those of hurricanes in previous studies and observations to assess the validity of simulation. The three-dimensional (3D) dynamic and thermal structures of eye and eyewall were studied based on the simulated results. The focus was investigation of the characteristics of the vortex Rossby waves in the inner-core region. We found that the Rossby vortex waves propagate azimuthally upwind against the azimuthal mean tangential flow around the eyewall, and their period was longer than that of an air parcel moving within the azimuthal mean tangential flow. They also propagated outward against the boundary layer inflow of the azimuthal mean vortex. Futhermore, we studied the connection between the spiral potential vorticity (PV) bands and spiral rainbands, and found that the vortex Rossby waves played an important role in the formation process of spiral rainbands.     

台风莫拉克登陆期间的中尺度波动特征分析

利用波作用理论对台风莫拉克登陆期间的降水进行诊断分析。结果表明:波作用密度异常能在一定程度上指示暴雨雨区发展移动,其异常值的空间分布能够反映雨区上空动力场和热力场的典型垂直结构特征。台风内中尺度波动与暴雨落区宏观上具有一定联系。为了详细研究台风内部的波动特征,利用WRF(Weather Research and Forecasting model)模式模拟的高分辨率资料对台风登陆过程中波动特征进行分析,低波数波动的传播主导强对流的非对称分布,2波在登陆初期对对流分布起着关键作用,中尺度波动中同时存在涡旋罗斯贝波以及重力惯性波的特征,对登陆期间涡旋混合的现象有重要作用。     

1011号台风“凡亚比”登陆过程数值模拟及诊断分析

利用中尺度非静力数值模式WRF V3.2.1对“凡亚比”台风(1011)的登陆过程开展了高分辨率数值模拟,模拟采用三重嵌套,最高分辨率为3 km,共积分120 h(5 d)。利用收集到的观测资料对模式模拟的结果进行了较细致的对比验证。结果表明,模式较好地模拟再现了“凡亚比”台风的发展演变以及两次登陆过程,模拟的台风路径与观测路径较为一致,模式也较好地把握住了“凡亚比”台风的强度演变过程,模拟取得了初步的成功。进一步利用高分辨率模拟资料对此次台风登陆过程的强降水开展了初步诊断分析,结果表明,在整个研究时段内,散度垂直通量绝对值的垂直积分<|Q|>与地面降水区有很好的对应,两者在空间分布和时间演变上比较一致,在降水大的区域<|Q|>的值也大,这表明<|Q|>对“凡亚比”台风强降水具有较好的诊断和指示意义。     

一次梅雨期暴雨与中层锋生、β中尺度小高压的关系

利用实况资料和中尺度WRF模式对2007年7月9—10日一次江淮梅雨期暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。结果表明,此次过程中,在雨带的北部有β中尺度小高压的维持及破坏过程。在小高压维持时,暴雨相对较小,被破坏时,降水加强,同时中层有明显的锋生过程。β中尺度高压产生与消失的原因与高空急流的非地转质量调整有关。小高压存在时有利于梅雨锋切变线的维持,但其南部的偏东气流,没有为暴雨提供较强的辐合场,且阻挡了北方的冷空气南下,因此不利于强降水的产生。当其减弱消失时,使得北方的动量直接指向暴雨区,有利于辐合上升运动的加强,从而强降水发展加强。最强锋生、降水以及有效位能出现在小高压被破坏后。利用锋生函数计算得出,暴雨时,中层的水平辐散项与变形项对锋生的影响明显。通过湿位涡的计算发现其对低层锋生和降水的预报有着一定的指示和预报意义。     

2008年6月20—21日一次β中尺度切变线、低涡降水机制研究

利用WRF中尺度数值模式,模拟2008年6月20-21日江淮一次β中尺度切变线、低涡降水过程。分析发现：低层大尺度的0．5×10 -6m2·S-1·K·kg-1的大值位涡为切变线暴雨提供了背景场,在其南部边缘,低层的切变辐合及云水形成的非绝热加热,导致了正位涡的增长,使低层正涡度加大引起降水加强。低层的正位涡通过上升运动向上传递,导致了高层位涡正异常,高层位涡的正异常又可导致低层的气旋性涡度进一步加大并使降水加大;β中尺度低涡的生成与大别山地形关系不大,主要是由对流层高层正位涡异常引起,但是低涡的维持及降水与大别山的地形坡度密切相关,当地形平坦时,不利于低涡维持和降水加强,当具有大别山的地形坡度时,不论山脉的高低都有利于低涡维持和降水加强。     

模拟台风Ewiniar（2006）内部扰动的时空变化特征

在使用WRF（V2．2）模式双向移动嵌套方案对台风Ewiniar模拟结果的基础上,利用空间上的离散功率谱和时间上的连续功率谱、最大熵谱方法对Ewiniar内部扰动的时空变化特征作简要的分析。结果表明：台风内部波动在空间上以长波分量占优,距台风中心越近,长波分量的比重越大,而台风外围的短波分量则有所增加;Ewiniar内部的振荡现象具有非对称特征,这种非对称特征在对流层中高层及台风前移的左右两侧的眼壁内表现得非常明显,越往台风外围、越往对流层低层越不明显;对流层低层的台风眼壁内部,无论是台风前移的左侧还是右侧,低频振荡总是占很大优势。     

基于BP-CCA法的福建春季降水因子分析

利用BP-CCA方法,分析了1961-2005年间500 hPa高度场和北太平洋海温场与福建春季降水量之间的关系,结果表明:这一方法为寻找降水预测的前兆信号提供了一条可行的途径,同时得出前兆因子对福建春雨都有不同程度的影响,其中以西太平洋副热带高压、ENSO现象以及太平洋西风漂流区影响最大.