0313号台风过程的中尺度雷达回波演变及分析

0313号台风“杜鹃”于9月2日20~23时,在广东中部沿海经历了三次登陆之后,强度迅速减弱,西移进入广西。它造成的雨区分布和一般的台风不太相同,较成片的暴雨区出现在台风的左侧,而中心经过的附近雨反而相对较小。南宁单部雷达回波资料显示过程为一次中尺度的回波团影响系统。在回波平显(PPI)强度场上,3日04时,南宁雷达探测到这个中尺度云团的回波位于桂东南到沿海一带,呈絮状结构,强度中等偏弱。随着回波团的发展,其东缘边界逐渐整齐,一个中尺度的絮状回波团形状已经非常清楚。09时,在回波团的左前方有一长方块回波生成,基本在原地发展,位置少动。中尺度回波团西移与之相接,形成逗点状回波,最大的强度虽然只有35dBz,但在以南宁为中心的60公里内大部分强度为30~35dBz,这种状态一直维持到12时逗点状回波的尾巴消失。在回波平显(PPI)的速度场上,3日07时,速度正负值区间零值线逐渐清晰起来,形状大概呈“S”形,可知风向随高度顺转。低层是西北偏北风,1000m转为东北偏北风了,再往上更是转成了东北风。同时,在正负值区间内各出现了一个速度模糊,通过读取模糊中心数值,可推算出实际径向风速:低层为10.6m.s-1,高层为16.8m.s-1。当PPI强度场回波形状呈逗点状时,速度场的零值线并没有太大的变化。对回波高显(RHI)垂直结构的分析,从06时起,回波呈墙状从测站伸到240km,云顶呈波浪起伏状,但边界整齐,波浪的下方相对强的柱状回波单体高约8500m。同时,溶化层亮带清晰,约位于6000m高度,与当天探空资料的0℃层高度一致,这些都表明云中的对流运动很弱。这种结构特征一直维持到回波团减弱消失。分析了中尺度雷达回波团的生消变化史之后,结合天气图分析,这个回波团的生成和维持与冷空气的活动有关。地面有一条静止锋位于广西西北—东北部,其西侧的偏北气流把冷空气携带南下。925~700hPa均有一温度槽从四川、贵州伸到广西,并向西倾斜。3日08时南宁站探空资料显示:925hPa降温3.4℃,850hPa降温2.8℃。可以看出,台风影响前在广西有一个先期存在的斜压面,来自台风北部的暖湿气流,在这里能加速抬升凝结,降雨较大的区域与三层冷温槽重叠处一致也说明了这一点。最后小结了这个中尺度回波团的主要特征为:(1)生命史较长,从发现生成到减弱消失一共经历了15h;(2)一直与台风(或低压)中心脱离,距离大约有60~120km;(3)自始至终没有明显的水平风的切变和涡旋结构特征,但有西北风和东北风的辐合;(4)强度场显示为絮状结构,垂直剖面中稳定性和对流性混合的特征明显。     

广西钦州"7.10"特大暴雨天气的中尺度特征分析

受高空槽和低层低涡的共同影响,2004年7月10日凌晨起,广西钦州市普降大暴雨到特大暴雨,9日20时至10日20时,钦州、灵山、浦北日雨量分别为:318、172、17mm,造成了很大的经济损失。暴雨等强对流天气是在稳定的大尺度环流形势和有利的环境条件下,中小尺度系统不断发生、发展作用的结果,在降水时间、强度和空间分布上存在不均匀性,具有明显的中尺度天气系统特征。对经过高通滤波的700hPa高度场和流场分析可知,9日08时,在26.7°N,105.8°E有低涡生成。500hPa有西风槽东移,该高空西风槽与低层的低涡系统恰呈“北槽南涡”的有利配置。对流层中低层流场图上,西南气流与偏南气流在钦州至东兴一带汇合。中低层的水汽通量散度负值区最大值位于云南与广西交界处,钦州的大暴雨可能与西部的辐合区东移有关。通过对7月9日20时θse图的分析可知,700hPa层上有一条呈东北~西南向的低能舌,从梧州伸向钦州一带,低能舌顶在钦州附近,而其下850hPa层是θse高值区即暖湿气流控制的高能区,高层相对干冷的气流叠加在其下暖湿气流之上,上干下湿的中尺度位势不稳定在这一区域建立。对垂直速度场的分析可知,暴雨期间,西南地区一直存在着明显的上升运动和下沉运动偶。暴雨发生区的整个对流层场为上升运动,在上升运动的右侧广东省一带为下沉运动,与最大上升运动区构成了一个强的中尺度垂直环流,为强降水天气的发生提供了动力机制。对700hPa的涡度场的分析可知,钦州沿海一带及北部湾海面,涡度9日08时为负值,到9日20时至10日08时变为正值,到10日20时又变为负值,表明这段时间内钦州沿海一带有中尺度的正涡度扰动,暴雨就发生在这段时间的扰动区内。而在对流层高层对应着负的涡度扰动区,有利于在暴雨区上空形成强的上升运动区,它为暴雨的发生提供了所需的动力条件。10日00时,北部湾北部海面有较强的一小块对流云系(云顶温度≤-72℃)的“先兆云”生成,预示着该地区周围存在不稳定天气条件,钦州未来24h内容易发生强对流天气。     

南宁市中尺度自动气象站建设与应用

在“十五”中国气象业务现代化建设目标中,大气监测自动化项目是其重要项目之一。城市自动气象站是气象基础设施现代化建设的重要环节,也是大气监测自动化项目的重要组成部分。随着城市经济、文化的发展,人们生活质量的日益提高,他们的衣食住行对气象信息的需求也日益突出。为提高城市中尺度天气的监测和预警能力,研究城市局地气候、分析局地小气侯规律,建立适当规模的城市自动气象站极具重要意义。南宁市中尺度自动气象站一期工程2002年底建成投入业务使用。本文首先介绍了自动气象站建设的重要性以及国内地面自动站的发展概况,以中国华云技术开发公司大气探测分公司在广西南宁市实施的HYA-M型中尺度自动气象站为例,简要介绍了广西南宁市中尺度自动气象站的建设,自动站资料的传输、监控情况;然后详细论述了南宁市中尺度自动气象站业务数据库系统的建立、数据处理及业务应用系统开发方面的技术要点,并对自动站资料在城市天气预报、环境预报等预报领域以及在政府决策网、公众网以及专业气象服务中的应用前景进行了展望。     

舟曲“8.8”暴雨云团的中尺度特征

通过对造成舟曲＂8.8＂暴雨的对流云团特征进行分析,发现2010年8月7日20时700 hPa上位于平凉—定西—甘南中部一线的切变线对造成这次暴雨过程的对流云团的形成、发展和维持有十分重要的作用,同时对流云系的发展、加强与2次对流云团的合并有密切关系;舟曲＂8.8＂暴雨是在对流云团减弱南移的过程中发生的,具有明显的局地...     

暴雨中尺度对流系统研究的若干进展

中尺度对流系统是造成暴雨的重要影响系统.为了加深对暴雨中尺度对流系统的认识,有必要总结和继续研究中尺度对流系统(MCSs)的组织模型、结构以及发生发展机制.因此,对产生暴雨的MCSs的相关研究进展进行简要综述,主要包括MCSs的定义、分类、时空分布、平均生成环境、组织模型和演变,MCSs的结构特征和发生发展机制,MCS...     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料，分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主，其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道，二者之间存在反位相的协同变化，且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月，AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化，这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常，同时影响途经区域的气温，从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送，从极区输出的热量为冷输送，则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷，而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时，有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少；当G区输入、B区输出热量时，利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少；当B区和G区均输出热量时，利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多，反之则相反。     

利用旋转平台模拟双河口羽流相互作用的研究

本文通过旋转平台实验室实验的方法,探讨了双河口情况下两个羽流将如何发生相互作用。在研究中,提出了一种新颖的技术对河口羽流的各切面流场进行测量,来获得河口羽流多个平面的速度场及涡度场,并基于此模拟了双河口羽流系统的准三维结构。通过对不同入流速度下的双河口羽流流场演变过程和内部结构进行了一系列对比研究,以期揭示上游河流的入流如何影响下游河口涡旋的形成及在羽流相互作用情形下各个羽流的演变。实验结果表明:随着上游入流流量的增加,上游羽流形成的沿岸流对下游河口涡旋沿岸迁移的促进和离岸输运的抑制作用将更加显著。特别是在上游入流流量等于或大于下游入流流量的情况下,下游羽流河口涡旋的体积增长明显较单一河口情况放缓。在上游入流流量较大的情况下,下游原有河口涡旋被推向更下游位置,在远离河口的位置形成另一个河口涡旋。在垂直方向上,我们可以观察到高上游入流流量条件下的下游河口涡旋的深度较小,更有利于形成三层流体的情况。本研究对多河口近海流域的营养盐及污染物的输运情况等社会和生态问题的研究有着重要的意义。     

基于高分辨率风场的海洋近惯性能通量计算——时空特征及其影响因素

基于高分辨率CFSR(climate forecast system reanalysis)风场资料、气候态海洋混合层厚度资料和卫星高度计海面高度异常资料,本文估计了大气风场向全球海洋混合层的近惯性能通量和近惯性能量输入功率,并探究了混合层厚度、风场时间分辨率、经验衰减系数和中尺度涡旋涡度对近惯性能通量和能量输入功率的影响。浮标实测风场和流速表明,本文所用的风场和阻尼平板模型可用于估计风场向全球海洋的近惯性能通量。本文计算得到的大气向全球海洋输入近惯性能量的功率为0.56TW(1TW=10~(12)W),其中北半球贡献0.22TW,南半球贡献0.34TW。在时间上,风场的近惯性能通量呈现各个半球冬季最强、夏季最弱的特征,这和西风带风场的季节变化有关。在空间上,近惯性能通量的高值海域为南、北半球西风带海洋,尤其是南大洋。混合层厚度和风场空间不均匀性使得西风带近惯性能通量呈现纬向变化,即海盆西部强于海盆东部。风场时间分辨率对近惯性能通量的估计至关重要,低时间分辨率风场对近惯性能通量的低估达到13%—30%。阻尼平板模型中的经验衰减系数对近惯性能通量估计的影响不超过5%。中尺度涡旋涡度仅改变近惯性能通量的空间分布,而对全球近惯性能量输入功率的影响可以忽略。     

中尺度暖涡对热带气旋强度变化的影响及作用机制

基于两组理想化数值试验，对比研究了分布于热带气旋不同位置处的海洋中尺度暖涡所引发的热带气旋强度变化的时空特征。研究发现，热带气旋中心附近的暖涡对热带气旋强度有增强作用，而位于热带气旋外围的暖涡则会抑制热带气旋的发展。本研究将暖涡增强（减弱）热带气旋强度的区域称为内（外）区。随着时间的推移，内（外）区暖涡对热带气旋强度的增强（减弱）幅度逐渐减小（增大），区域范围同步减小（增大）。内区暖涡增强了热带气旋的次级环流和结构对称性、增加了海气界面热通量，同时减弱了外围螺旋雨带，进而导致热带气旋强度增强；若暖涡在外区，其对热带气旋的作用相反，导致热带气旋强度减弱。由于理想化试验中热带气旋静止不动，因此研究结果可能只适用于传播速度较慢的热带气旋。本研究结果有助于更好地理解热带气旋和海洋中尺度暖涡之间的相互作用，并通过引入热带气旋外区暖涡的影响助力提高热带气旋强度预报工作。     

西北太平洋上层海洋对连续多个台风的响应

【目的】研究Merantia、Malaks、Megi、Chaba4个连续台风引起上层海洋的响应。【方法】基于遥感和再分析数据,分析台风前海洋环境、台风做功(W)、强迫时间(tf)、降水等要素分布特征,探讨上层海洋稳定度、上升流、湍流混合动力机制如何影响中尺度涡区域的海表温度(SST)、浮游植物繁殖程度,引入动力学参数S判断海洋内部上升流和混合重要性。【结果和结论】冷涡(CE)区域海洋表层降温(SSC)(3.5℃)和叶绿素a(Chl-a)质量浓度(0.5mg/m3)对于台风响应比暖涡(AE)区更为剧烈,与其内部热力学结构有关,出现在Megi过境CE区,主要原因是海洋本身CE特征、强上升流(EPV)=2.5×10-4 m/s,S<1,台风向海洋输入巨大的能量(W>80 kJ)引起剧烈的混合夹卷、强降雨,导致海水迅速重新层化、逐渐加强的非线性CE有更强的封闭性,这些机制的共同作用将底层(营养盐跃层100m以下)富含营养盐的冷水输送到上层;Malaks过境CE(124.9°E,22.3°N)缺乏强上升流(EPV=5×10-5 m/s),以湍流混合为主(S>1);Merantia使CE区域表现下沉流(EPV<0),SSC主要是湍流混合的作用(W>25kJ),Chl-a浓度增长到0.27mg/m3。AE热力学结构比较稳定,连续台风导致SSC<2℃,Chl-a增加仅200%,Merantia、Malaks过境AE(125.1°E,20.6°N)分别以强上升流(S<1)和湍流混合(S>1)为主,混合层厚度约80 m,同时AE周围无强障碍带,易与周围水体交换,Chl-a浓度微弱增加。