1999—2008年夏季华北冷涡的异常特征

利用1999—2008年5—8月中国160站月平均气温资料、每日2次的MICAPS资料及每日4次的NCEP 1°×1°资料,通过定义一个夏季华北冷涡强度指数(NCCVI),研究了夏季华北冷涡异常年西太平洋副高、东亚季风、高空急流及低层垂直运动的异常特征。结果表明：夏季NCCVI异常强年500 hPa上贝加尔湖地区有气旋性环流发展,从贝加尔湖至我国华北地区为一显著的高空槽所控制,冷空气较活跃并随槽后引导气流扩散南下影响华北地区。对流层各层偏暖湿,200 hPa上高空急流偏强,700 hPa上高纬冷涡后部偏北气流加强,低纬偏南气流加强,冷暖空气在华北交汇,华北和东北地区低层上升运动发展。同期副热带高压偏强,位置略偏南;东亚夏季风偏强, 加强了水汽输送。夏季NCCVI异常弱年相反。     

长江中下游沿江地区暴雨过程综合评估模型及应用

选取长江中下游沿江地区87个站点,利用1957—2007年中国高密度台站地面日降水资料,对长江中下游沿江地区暴雨过程的历史资料进行统计分析,建立长江中下游沿江地区暴雨过程综合评估模型。首先选取平均降水量、降水强度、覆盖范围和持续时间4个指标,并对每个指标进行了正态化转化或Г分布拟合,然后利用相应的分布概率密度函数的反函数确定数年一遇的概率等级作为等级标准,将长江中下游沿江地区的暴雨过程划分为5个等级,最终运用权重分析法建立了暴雨过程综合评估模型。应用此模型对1999年6—8月的5次暴雨过程进行了试评估,结果表明,该模型评估效果较好,可以在实际业务中应用。     

资料同化中雷达VAD风质量控制研究

新一代天气雷达VAD(Velocity Azimuth Display)风作为多层次水平风矢量的垂直廓线,具有时间频次高、易与业务数值预报模式分辨率相匹配、影响质量因素复杂等特点。在数值预报中有效同化该资料,可改善低空风场资料不足等状况。本文根据变分同化中对资料质量的特殊要求,集成现有VAD质量控制方案后,设计了逐步拟合质量控制方案。再根据VAD资料不同误差来源,综合集成了现有的VAD质量控制方案,形成逐级综合质量控制方案。通过分析逐级质量控制方案得到VAD资料在同化中的适应性,发现该资料相对背景场存在偏差。进一步分析表明,出现这种偏差的原因在于选择用以反演VAD径向原始数据中存在许多不符合VAD廓线的数据。据此设计了逐步拟合质量控制方案,该方法可逐步筛选出用以反演VAD的径向速度数据,提取出数据中的简谐波特征。通过北京站雷达获取的VAD廓线与分钟级探空实测对比,发现通过逐步拟合质量控制得到的风速更接近实况。相对背景场偏差分析也表明,通过逐步拟合质量控制,观测相对于背景场的偏差得到有效修正。一个月的连续试验结果显示,质量控制后获取的VAD资料可基本满足同化中对资料的无偏要求。     

2002年6月8～9日陕南大暴雨数值模拟研究

通过对2002年6月8～9日陕南大暴雨过程进行数值模拟, 模拟结果较好地复制了这次陕南大暴雨过程以及与之相联系的影响陕南地区中尺度对流系统的发生、发展过程.位涡分析结果表明, 低层正值位涡扰动的存在是暴雨发生发展的重要条件.冷空气是从中层侵入西北地区东部, 这样就形成了较强的对流不稳定层结, 有利于对流降水的发生. 大巴山使秦岭山脊、汉江河谷降水减小, 使秦岭东南坡和渭河河谷下游降水增加; 而秦岭使汉江河谷、秦岭南坡降水增加, 使秦岭山脉本身和陕北地区降水减少, 秦岭山脉对降水的影响主要是通过地形产生的垂直次级环流实现的.     

北京冬季城市边界层结构形成机制的初步数值研究

利用耦合了城市冠层参数化方案的MM5模式对2001年冬季北京地区一次典型的城市边界层过程进行成功模拟的基础上,对北京城市化作用、周边地形以及城市化进程发展对城市边界层结构的影响等问题进行了一系列的数值模拟试验。城市化作用的因子分离试验发现,城市化的总体作用即城市下垫面结构对大气热力及动力的综合影响导致了北京冬季城市边界层结构主要特征的形成。此外,揭示了城市结构的不同影响因子———动力因子、热力因子和热动力因子间的相互作用在北京冬季城市边界层结构形成和演变过程中的不同作用。在夜间,城市结构的动力因子对于城市边界层主要特征如市区悬浮逆温、近地层中小的风速及较强的湍流动能等的形成起着主导作用;在白天,城市结构的热力因子则成为影响市区混合层强度以及湍流运动特征等边界层结构的主导因素;热、动力因子间的相互作用对城市边界层结构的形成和演变也有着重要作用,但其影响特征比较复杂。北京周边地形作用的敏感性试验的结果表明,北京周边的特殊地形条件对城市边界层热力结构特征如悬浮逆温层及城市热岛等的结构及分布特征的形成也有着明显的影响,使其具有特殊的局地化特征,同时,它也是北京地区近地层主要气流特征的强迫源。不同城市化程度的敏感性试验结果揭示,随着北京城市建筑高度和密度的增加,市区风速将减小、湍流动能将加强,夜间城市悬浮逆温层底的高度会有所提高,城市热岛的强度也将加强,并可能在白天出现比较明显的城市热岛效应。     

天气预报在1998年夏抗洪防灾中的作用——暴雨成灾引起的气象科学问题的思考

１９９８年夏,长江、嫩江、松花江流域因大范围持续性降水和频发暴雨造成了特大洪水。在这场抗洪减灾工作中,天气预报是党中央、国务院和各级党政部门领导组织抗洪防灾科学决策的重要依据之一,为正确组织、指挥防汛抗洪,取得巨大胜利起到了良好作用。然而,１９９８年夏的异常天气使天气预报人员始料不及,要做好较准确的天气预测预报,不少气象科学问题还难于准确回答。因此,这些气象科学问题还需要进一步深入研究。     

2003年7月3～4日淮河流域大暴雨结构和维持机制分析

利用卫星、雷达和地面加密资料,分析了2003年7月3～4日淮河流域大暴雨的中尺度系统演变特征.结果表明:(1)云团的生成源地都在河南西部山区,然后影响安徽北部;(2)梅雨锋区等θse线随高度近于垂直分布,具有类似热带系统的暖心结构特征,θse高值区的"漏斗"状结构比较明显;(3)双圈垂直次级环流,是造成强降水的主要物理机制,这种机制的形成和维持与高低空急流的耦合是紧密相关的;(4)整层的视热源〈Q1〉和视水汽汇〈Q2〉高值区呈带状分布在梅雨锋附近,并且位温和比湿垂直平流项在Q1、Q2中发挥重要作用;(5)对流不稳定和条件对称不稳定的建立使得在暴雨区,既存在深厚的热力不稳定机制,又存在水汽输入机制和热力不稳定的触发机制,从而形成强暴雨;(6)湿比有效能量是强降水维持的主要能量来源,降水产生的凝结潜热释放在能量正反馈中发挥重要作用.     

2004年北京"7.10"暴雨中β尺度对流系统分析

采用NCEP再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料,以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料,对2004年7月10日北京突发性暴雨过程中茁尺度对流系统的发生发展、结构特征及成因进行了综合分析。结果表明:本次暴雨过程是由具有中茁尺度的对流系统所产生,它发生在大尺度暖脊之中;对流层中层的短波槽,以及低层西风槽前的西南气流与暖切变线北侧的东南气流的汇合,为M茁CS的发生提供了良好的环境条件。该M茁CS由2个中尺度对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,其水平尺度为150km×100km,时间尺度约为5h。该M茁CS在对流层低层表现为中尺度辐合线或强辐合中心,雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线,与M茁CS的演变有密切的关系。在其发展强盛期,中茁尺度对流系统呈现相当正压性;垂直倾斜的上升气流及其两侧,有明显的下沉补偿气流,显示本个例M茁CS具有对流型风暴的结构特征。此次M茁CS发生在强对流不稳定层结条件下,在700hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温兹se暖舌;近地面层偏南风与偏东风2支气流的辐合,以及冷空气的侵入,导致行星边界层内能量锋区的加强,从而有利于MCS的发生发展。     

2003年淮河洪涝与西太副高异常及成因的关系

分析了2003年夏季西太平洋副热带高压的异常特征,结果表明,副高总体偏强、偏西,长时间在24 °N南北2个纬距范围内摆动,导致淮河流域30多天的连续强降水.并对2003年淮河洪涝与西太副高异常及其成因作了初步分析:(1) 南半球中高纬的冷空气活动、90 °E附近越赤道气流偏弱和赤道辐合带偏弱、偏南是造成淮河流域雨带稳定和降水集中的重要原因;(2) 6月下旬～7月上旬亚洲极涡偏强和冷空气活动可能是淮河流域出现强降水又是副高位置变化的主要影响因子;(3) 由高低空急流耦合在淮河流域产生持久的上升运动是淮河流域强降水的主要物理机制;(4) 地表潜热释放是使副高加强和维持的主要热力因子之一.     

我国中东部地区夏季中尺度对流系统形成前物理量诊断分析

利用2008—2010年夏季(6—8月)FY-2地球静止卫星红外云图资料识别出我国中东部地区(110°E—124°E,27°N—40°N)共208个中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)和174个不能增长发展成为MCS的普通雷暴群(widespread convections,WCS).提取MCS形成前约6h和WCS成熟时(个数最多)的NCEP再分析资料(时间间隔6h,空间分辨率1°×1°),通过对表征水汽、动力和热力等条件的基本物理量和一些常用衍生物理量采用平均值、标准差等常用统计方法、动态合成和评估方法逐步筛选和分析诊断两种系统环境物理量场,最终从众多物理量中挑选出了能显著区别两种系统的物理量(即MCS形成的关键物理量),分别为强天气威胁指数、修正的K指数、地面抬升指数、2m比湿和0~3km垂直风切变,希望对预报我国中东部地区MCS发生与否提供一定的科学依据.