一次寒潮降温过程的等熵位涡和热力学分析

通过等熵位涡和热力学能量方程的各项诊断对2018年1月上旬我国东部一次寒潮天气过程进行分析,重点给出垂直运动在寒潮降温中的作用。结果表明：此次寒潮天气过程主要受蒙古国南部的横槽转竖影响,巴尔喀什湖东部和西伯利亚地区及其北部为引起这次寒潮的主要冷空气源地。欧亚大陆北部和极区对流层高层和平流层低层的高位涡强冷空气沿着等熵面向南向下平流,引导强冷空气侵袭我国东部。等熵位涡大值区的东侧对应上升运动区,有利于降水的产生。寒潮期间风场平流引起的850 hPa强降温区主要位于东南沿海地区,降温幅度最高可达6×10^-4 K·s^-1,而东北地区在整个寒潮期间冷平流强度较弱,最大降温幅度仅约为1×10^-4 K·s^-1。通过计算东南沿海和东北地区区域平均风场平流和垂直运动引起850 hPa温度变化,得出寒潮期间两地的温度总降幅约为1×10^-4 K·s^-1。东南沿海地区的寒潮主要由风场的冷平流引起,而东北地区则是由冷平流和垂直上升运动的共同作用引起。垂直方向上,东北地区冷空气能影响的高度要远高于东南沿海地区。     

福建春雨多时空尺度变化特征

利用主成分分析和相关分析表明,近40 a来福建春雨量场的主要信息集中在前2个主分量上,可解释方差的83.8%,同时第1、第2主成分与福州、厦门春雨的相关显著性水平都超过0.01,因此,可用近百年福州、厦门3—4月降水量构造新序列代表福建春雨的前2个主分量,使分析资料延长至百年。采用连续小波分析和正交小波分析方法以及功率谱方法,研究福建春雨空间分布型的多时间尺度特征,研究结果表明：第1主分量表示的全省一致性旱涝具有显著的准4 a和24～26a的周期振荡;第2主分量表示的春雨分布南北差异主要表现为准两年和准11 a的周期振荡;春旱年南部的降水少于北部;从年代际角度看,20世纪50—60年代显著偏少,80年代显著偏多。福建目前处于春雨正常—偏少期,且南部的春旱比北部严重。     

一次由海岸锋引发山东半岛暴雪过程的研究

2005年12月3～21日山东半岛发生了持续性强降雪。对降雪期间持续最长一次降雪过程（12月11～15日）的发生、发展机制进行了分析,结果表明：降雪前后从东北到山东对流层中层分别有冷涡和横槽存在。此次过程中对流层低层有冷空气入侵,属于层云降雪。700 hPa低槽是降雪的主要触发机制。中尺度海岸锋形成并维持较长时间,与海岸锋环流相伴随的上升运动对于降雪的局地增强有重要作用。渤海洋面是降雪期间水汽的主要源地,冷锋后部的强偏北风有利于将渤海的水汽输送到山东半岛上空。另外,对此次山东半岛海岸锋暴雪天气与2008年初南方准静止锋雨雪、冰冻天气的特点作了比较。     

雷暴天气过程中地闪分布的诊断分析

尝试将地闪的具体位置与一些气象参数的分布结合起来,分析了地闪位置与200 hPa高空急流、850 hPa水汽通量散度和总温度、通气管指数、K指数、风暴相对螺旋度分布的关系.发现除风暴相对螺旋度外,其它参数与地闪分布关系密切.进一步分析了一次雷暴个例,讨论了系统发展不同时期,地闪与各参数的分布特点.发现地闪集中区域向东南方向的迁移与一些参数大值中心的东南进或东移有很好的对应关系.这些结论对地闪闪区的预报和监测有非常好的指导意义.     

西北太平洋热带气旋达到不同强度时所处位置的变化趋势研究

本文利用美国联合台风预警中心（JTWC)、中国气象局上海台风研究所（CMA）及日本气象厅东京台风中心（JMA）3 套热带气旋（TC）数据集,分别选取TC 达到生命史极值强度时、达到台风等级时以及达到热带风暴等级时所在的位置作为研究指标,分析了1980—2013 年5—11 月西北太平洋TC 达到不同强度时所在位置的长期变化趋势。研究得出如下结论：西北太平洋TC 在达到生命史极值强度时所处的位置表现为显著向北移动的趋势,3 个不同数据集向北移动趋势值分别为90、93、113 km/10a。同时TC 在达到台风和热带风暴级别时还存在相对明显的向北和向西移动趋势。本文进一步从环境场出发,分析了垂直风切变、海表温度以及潜在生成指数等影响因子的变化特征,为TC达不同强度时所处位置的长期变化趋势给出可能的物理解释。     

热带风暴“海马”的数值模拟及其变性阶段的结构演变特征

利用WRF模式对热带风暴“海马”登陆后减弱,与中纬度系统相互作用后变性加强的过程进行数值模拟。检验结果证明WRF模式能够较好地模拟“海马”变性阶段的路径、强度及降水。利用模拟结果,分析“海马”变性前后的结构特征。台风向北移动的过程中,与西北方向移来的西风槽相遇。台风西北部对应高空急流入口区右侧强辐散区,有强上升运动,同时受锋前抬升作用影响,台风结构发生倾斜,减弱的台风发生变性并加强发展成为锋面气旋。随着变性气旋发展,其北部上升运动加强,向垂直运动区输送水汽的东南暖湿气流加强,从而使台风与中纬度高空槽相互作用区产生强降水。     

EVALUATION OF CONVECTIVE-STRATIFORM RAINFALL SEPARATION SCHEMES BY PRECIPITATION AND CLOUD STATISTICS

In this study,two convective-stratiform rainfall partitioning schemes are evaluated using precipitation and cloud statistics for different rainfall types categorized by applying surface rainfall equation on grid-scale data from a two-dimensional cloud-resolving model simulation.One scheme is based on surface rainfall intensity whereas the other is based on cloud content information.The model is largely forced by the large-scale vertical velocity derived from the Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment(TOGA COARE).The results reveal that over 40% of convective rainfall is associated with water vapor divergence,which primarily comes from the rainfall type with local atmospheric drying and water hydrometeor loss/convergence,caused by precipitation and evaporation of rain.More than 40% of stratiform rainfall is related to water vapor convergence,which largely comes from the rainfall type with local atmospheric moistening and hydrometeor loss/convergence attributable to water clouds through precipitation and the evaporation of rain and ice clouds through the conversion from ice hydrometeor to water hydrometeor.This implies that the separation methods based on surface rainfall and cloud content may not clearly separate convective and stratiform rainfall.     

一次东北冷涡过程的数值模拟与降水分析

本文利用WRF模式对2007年7月8日至12日的东北冷涡过程进行模拟。通过分析天气尺度背景场可知, 在对流层中高层出现干侵入过程, 干空气主要来源于我国内蒙古西部和东北冷涡的西北部, 随着东北冷涡一起呈涡旋状运动, 在对流层中层的干侵入更加明显; 东北冷涡的东部为水汽通量辐合区, 说明此处水汽丰沛, 该处的暖湿空气与干冷空气相汇, 有利于降水的生成。通过分析中尺度对流系统的地面和对流层中下层的风场结构可知, 中尺度对流系统易发生在东北冷涡东南侧和东北侧的气旋性曲率最大处, 此处的对流层低层易形成强辐合区, 而风场的水平辐合运动激发出垂直上升运动, 在对流不稳定区配合着强上升运动, 有利于对流系统发展而产生降水, 因此在低压系统东南侧及东北侧的 “气旋曲度” 区易形成降水。从对流涡度矢量的垂直分量可知, 在东北冷涡中的东南侧和东北侧, 对流涡度矢量的垂直分量对于中尺度系统的发生位置和降水区域有很好的指示作用。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

WRF单柱模式中单参数方法对热带对流模拟能力的影响

利用耦合Milbrandt 2-mon(MY)双参数微物理方案的WRF中的单柱模式,对TWP-ICE试验(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)期间的个例进行数值模拟和敏感性试验。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比发现:MY方案默认的双参数版本和单参数版本均能够再现TWP-ICE期间的热带云系的总体宏观和微观特征。MY方案的双参数版本模拟的降水率的演变特征同观测十分吻合,冰相粒子的微观特征同观测事实较为一致。单参数默认版本的降水率、液态云的构成及冰相粒子微观特征方面同观测事实存在明显差距。然而实际业务应用中单参数方案由于计算量较小应用更为广泛,但模拟效果有待改善。为了使方案保持计算量较为合理的同时具有较好的模拟效果,参考双参数控制试验中的冰相物质的微观特征,尝试对单参数方案中冰相粒子的单参数方法进行改进。冰晶单参数改进试验中虽然对于冰晶数浓度采用两种不同的处理方法,但模拟效果均未明显改善。其中冰云总含量更加接近观测,且冰云构成发生显著变化,主要归因于冰晶有效半径的减小间接削弱了雪和霰的发展。云滴含量的异常增强导致液态水含量比观测偏高约一个量级,暖云异常增厚则与上升运动的增强直接相关。雨水含量明显增强及雨滴有效半径减小综合导致了降水率仅有微弱改善。雪的单参数改进试验中,雪的截距值增加及环境场过饱和条件改善促进了冰云的发展。通过适当调整雪的截距的经验诊断公式,雪的截距、液态水含量以及降水率均得到较好的改善;而指定雪截距为常数的处理方式使液态云更为偏厚,降水率演变细节同观测仍然差异显著。改进试验结果表明,单参数方案中采用适当的经验公式诊断雪的截距的处理方法对改善单参数方案的模拟能力具有一定的可行性。