从天气动力学角度看云物理过程在降水预报中的作用

文章讨论了深湿对流过程中的天气动力学过程(宏观过程)与云物理过程(微观过程)对云的形态特征、天气现象演变的影响和它们在降水过程中的作用,从天气动力学的角度阐述了雷暴移动发展过程,比较了不同性质云的降水量估算等基本问题。     

中国中东部强对流天气的天气形势分类和基本要素配置特征

本文通过对2000年以来中国近百次强对流天气个例的环境场进行分析,并查阅大量文献资料,综合考虑强对流天气形成的热力不稳定、动力抬升和水汽这三个基本条件出发,从强对流的不稳定条件和主要触发条件的角度,提出中国强对流天气5种基本类别:冷平流强迫类、暖平流强迫类、斜压锋生类、准正压类、高架对流类,并给出了基本解释。高空冷平流强迫类的典型特征是500hPa以上的中高层强干冷平流加强并移到边界层内暖性的辐合带中。暖平流强迫类的主要特征则是不稳定发展主要源于低层强烈的暖湿平流。斜压锋生类的特征是中低层冷暖空气强烈交汇产生的深厚对流,即斜压锋生造成的强对流往往表现为高空干冷平流和低空暖湿平流都很强烈。准正压类多发生在夏季副热带高压外侧或内部、温度梯度较弱的地区,流场上的动力强迫和和地面局地受热不均起主要作用。高架对流类的特征是700~500 hPa强的西南急流在边界层内的冷垫上被抬升,不稳定能量是来自700 hPa以上。通过从形成机制的差异性进行分类,有助于更好地把握各种强对流过程中不同的天气特征、系统配置、动力热力特征及其短期潜势分析重点,为进一步提高该类天气的预报预警水平提供更多的技术支持。     

北京地区深秋季节一次对流性暴雨天气中尺度分析

使用加密自动站、微波辐射计和风廓线仪等探测资料,详细分析了深秋季节(2007年10月27日)发生在北京地区的一次强对流局地暴雨过程的天气系统结构特征,探讨系统的发生发展机制.分析表明,此次局地暴雨天气是在高空冷槽和地面冷锋系统相配合的有利的大尺度环流背景下,地形和热岛效应共同作用产生的中尺度系统造成的.前人对夏季暴雨的研究结果可以很好地解释此次秋季强对流天气的发生发展机理,低层偏东气流与北京西部山脉的相互作用使得气旋式涡度增加,产生中低层垂直风切变,使山脉迎风坡的降水增强.城市热岛形成的城区与郊区之间的水平温度梯度在迎风坡强迫产生的中尺度垂直切变是对流性局地强降水发生发展的重要条件.吹向迎风坡的风速与降水强度之间存在正反馈过程,这也是局地降水增强的可能因素.此次秋季过程主要是较强冷空气与较好的水汽条件配合造成,而夏季强对流过程则多是在高温高湿条件下弱冷空气入侵造成.     

多单体雷暴的形变与列车效应传播机制

本文利用变分多普勒雷达分析系统(Variational Doppler Radar Analysis System,简称VDRAS)基础上构建的四维变分(4 Dimensional Variational assimilation,简称4DVar)低层热、动力反演系统,针对发生在北京地区的几次多单体雷暴系统演变过程,研究了线性多单体对流系统传播过程中发生的形变过程、强弱变化和“列车效应”等现象的物理机制.结果表明:(1)对于雷暴单体的传播方向与雨带的移动方向基本一致的多单体雷暴系统(如飑线系统),单体的传播速度不同最终造成多单体雷暴在形态上发生变化(如由直线形回波演变为“弓”形回波等),以及雷暴单体传播过程中的强弱变化等,是雷暴单体传播过程与低层环境大气相互作用的结果:如果雷暴前端的入流本身是暖湿的,并存在较强的水汽辐合现象时,雷暴单体发展更旺盛,传播速度更快,反之则趋于减弱,传播速度减慢.因此,对飑线系统的临近预报而言,需要特别关注多单体雷暴系统传播方向与近地面层中尺度水汽通量辐合带的交叉区域,该区域的雷暴单体“移动”速度更快、发展更为强烈.(2)对于“列车效应”多单体雷暴而言,其传播环境、传播机制与上述多单体雷暴系统几乎完全不同:“列车效应”一般发生在低空暖湿气流或低空急流附近,环境大气表现为条件性静力不稳定.雷暴单体的传播机制可能是惯性重力波的激发、传播的结果,由于西南暖湿气流或急流是一支暖湿气流输送带,惯性重力波由假相当位温θ_se的高值区向低值区传播,重力波将从背景场中不断获得能量而发展.因此,雷暴传播过程中不断增强的现象造成波动排列的多单体雷暴形成的最大降水中心往往出现在波列的前端.     

基于中尺度数值模式快速循环系统的强对流天气分类概率预报试验

在利用实况探空资料、微波辐射计和风廓线构建的特种探空资料对北京地区强对流天气进行判别,以及快速更新循环同化预报系统(BJ-RUC模式)探空资料可应用性分析的基础上,针对模式探空基本要素计算多种热力、动力、综合不稳定物理量,根据统计的强对流天气判别指标,计算模式格点上的强对流发生概率,并进一步针对冰雹(雷暴大风)和强对流短时暴雨天气下不同物理量的阈值范围,初步探索中尺度数值模式对强对流天气分类预报的可能性.通过不同组合的预报方案进行的对比分析表明,利用北京地区中尺度数值模式快速循环系统(BJ-RUC)的格点探空资料进行强对流天气概率的预报是可以实现的,强对流天气的分类概率预报也存在一定的成功率.     

与直线型对流大风相关的强风暴形态结构和热动力学过程北大核心CSCD

从预报预警业务的视角,重点讨论了直线型对流大风形成机理与对流风暴形态结构演变、风暴内部热动力学与云-水微物理过程之间的科学逻辑关系,以及它们在现代业务观测体系中的“显性表征”,对一些存在不同观点或解释的科学问题进行了探讨,以期帮助相关人员科学理解“观测现象”背后的物理逻辑、提高科学预警能力。主要结论:对流风暴引发的直线型地面强风,直接驱动因子来自于风暴内部的垂直运动,而垂直运动的主要贡献来自于“热力学作用造成的扰动气压垂直变化”和对流冷池效应强迫,它们又与风暴内部的蒸发(凝结)、融化(凝华)等云-水微物理过程直接相关;这些热动力学和云-水微物理过程的演变可以通过一系列的“观测现象”表征出来,例如雷达观测到的弱回波槽口、后侧入流急流、中层径向强辐合、中气旋、阵风锋等,以及地面气象要素随时间的剧烈变化。线型风暴系统的形态变化特征是由于风暴系统内部的动力学过程或者风暴系统与环境大气相互作用导致的,并不是所有的线型风暴系统都会演变为弓状回波特征的飑线;RKW理论本质上解释了整体飑线系统与环境风垂直切变之间的相互作用问题,实质上环境风场更多是在主导飑线移动和传播,而飑线的发展、维持可能主要是由风暴内部的热动力学过程控制的。     

2004年北京市沙尘天气对空气质量影响的对比分析

北京市环保局近几年的空气质量监测报告表明：PMIO污染显著，一直居高不下，是最主要的污染物，全年中其占首要污染物的天数超过90％；SO2的污染趋势已经得到控制；NO2的污染状况改善相对较小，但整体呈现缓慢下降的趋势。通过对2004年春季北京市发生的3次沙尘天气过程的分析与比较，结合北京市3月份的空气污染物浓度（或指数）的变化情况，总结了沙尘天气对空气质量的影响情况，为今后北京地区沙尘天气的空气质量预报提供参考。     

对流层中层动能的全球性季节过渡与季节性急变

本文利用１９８０—１９８８年ＥＣＭＷＦ全球资料，计算了５００ｈＰａ各纬度带上的纬向平均动能（Ｋｚ）、涡动动能（ＫＥ）及波数域动能（Ｋｎ，ｎ＝１，２，３，…，１０）。以此考察了南、北半球动能季节过渡的差异，并用Ｔ检验方法讨论了南、北半球以及全球各动能模态的季节性急变现象。现在工作单位：     

热带500百帕动能的基本特征与季节变化——南、北半球的比较

本文利用1980—1988年30°S—30°N的风场资料,计算了逐日的平均动能,涡动动能及相互转换和波数域动能;并分析了南、北半球热带对流层中层动能的演变特征,季节调整规律,指出了热带与中高纬动能的差异。      

利用探空资料判别北京地区夏季强对流的天气类别

利用北京南郊观象台探空资料计算出的18种物理参量及其时间变量,详细分析了2007年和2008年5-9月冰雹、雷暴大风以及暴雨强对流天气过程下物理量的差异.结果表明:0℃层高度、-20℃层高度、500 hPa和850 hPa温差、逆温层高度、低空风切变能比较显著地区分冰雹和暴雨天气,其σ也比较小;此外850 hPa的温度露点差、500 hPa和850 hPa的θse 差、大气可降水屠PW也足判断强对流类别的重要条件.而对于时间变量来说,CAPE、DCAPE、K指数、500 hPa和850 hPa的θse差、PW、低层的垂直风切变这儿种物理量的6小时变量也能比较好地甄别出冰雹(雷暴大风)和暴雨天气.上述研究结果表明,合理利用探空资料甄别夏季强对流天气的类别是可能的.