2002年中国暴雨试验期间一次低涡切变上发生发展的中尺度对流系统研究

采用常规观测和"973"中国暴雨试验资料,对2002年6月22～23日一次由中尺度对流系统(MCS)发展而产生的低涡,以及伴随其发生发展的对流系统进行了分析和模拟研究.结果表明:MCSA东移到河南西部时,由于对流层中层正涡度中心的强迫和潜热释放产生了气旋,低层的暖平流可能是低涡东移发展的原因之一.模拟结果显示低涡东部的对流系统发生在气旋东部的暖切变上,西部对流系统发生在冷切变附近.在低涡的南部偏南风与偏北风之间形成辐合线,辐合线上有低层偏东风与高层偏西风的垂直切变,对流沿辐合线由西南向东北方向移动形成对流带.对流系统发展强盛时除了低层的强辐合外,高层较深厚的强辐散是其维持的重要原因,当系统倾斜时表明开始减弱.试验加密资料分析也表明:降雨发生前有明显的增湿过程,而降雨开始后,整层可降雨量迅速减少;对流系统南侧强的西南低空急流向对流区输送了大量水汽;气旋东移后,西北风(冷空气)的侵入使降雨结束.     

2002年6月20～24日梅雨锋中尺度对流系统发生发展分析

利用“973”中国暴雨试验获得的加密观测资料 ,首先对 2 0 0 2年 6月 2 0～ 2 4日发生在长江中下游地区的中尺度对流系统发生发展进行了分析 ,有 7个尺度较大的α中尺度对流系统在长江中下游地区发展 ,造成了大范围的强降雨。然后针对安徽南部发生的中尺度对流系统发生发展过程进行了详细分析 :MCS生成于切变线南侧的西南暖湿气流中 ,其源地是大别山区和大别山与九华山之间的长江河谷地带 ;低层西南风的水汽输送是安徽南部对流不稳定和对流有效位能积聚的主要原因 ;在降雨发生前整层可降水量有明显增加 ,开始降雨后则逐渐减小。雷达探测的回波显示α中尺度对流系统中有 β和γ中尺度系统的活动 ,β和γ中尺度系统与整个中尺度对流系统的移动方向不一致 ;中尺度对流系统中的带状回波有地面中尺度辐合线配合 ,对流带随地面的中尺度辐合线移动 ,对流带中的对流单体沿辐合带移动。     

局地海表温度异常影响热带气旋路径的模拟研究

本文以热带气旋"鲇鱼"(2010)为例,利用WRF模式和"鲇鱼"移动路径上不同的局地海表温度(SST)强迫进行了敏感性数值模拟。控制试验(CTRL)采用NCEP的SST强迫,敏感性试验分别在"鲇鱼"登陆菲律宾前的路径上增加(EXP1)和减小(EXP2)SST。结果表明:CTRL试验模拟的热带气旋路径与实况非常一致,EXP1试验模拟的热带气旋路径提前转向,移动路径偏东,EXP2试验模拟的热带气旋路径转向滞后,且移动路径偏西。对SST异常导致热带气旋路径出现差异的原因分析发现,热带气旋在吕宋岛东侧经过异常暖SST海面时,热带气旋强度增强,产生异常的正涡度平流,且500 h Pa以上凝结潜热释放增强副热带高压敏感区出现温度场的正异常,500h Pa以下水凝物的混合和蒸发作用增强造成副热带高压敏感区温度场的负异常,加之正的异常涡度平流和异常的上暖下冷温度场配置使得500 h Pa位势高度降低,副热带高压强度减弱,副热带高压西伸范围减小,导致热带气旋提前向北转向,移动路径偏东。反之,当热带气旋在吕宋岛东侧经过异常冷SST海面时,副热带高压西伸范围扩大,导致热带气旋向北转向滞后,路径偏西。     

江淮区域持续性暴雨过程的水汽源地和输送特征

采用HYSPLIT模式和NCEP/NCAR再分析资料,对中国江淮流域持续性暴雨过程（PHREs）的江南型和江北型过程的水汽源地、输送路径以及干空气路径进行分析。主要结果如下:江南型PHREs的干空气主要通过2条路径进入江淮地区,即源自地中海-欧洲平原的西北路径和来自蒙古高原的东北路径,而江北型PHREs干空气主要有1条路径,即西北路径。干空气是通过对流层中高层的槽脊活动和急流输送至江淮区域。江南型水汽主要由源自印度半岛以南的热带印度洋的西南路径和来自印度尼西亚与中国南海的偏南路径这2条路径输送到江淮流域。江北型的水汽路径有3条,前2条路径与江南型类似,且为主要水汽来源,还有来自西太平洋的东南路径水汽输送。江淮流域的持续性降雨过程中,来自南方的水汽输送主要受索马里越赤道急流、孟加拉湾南部和印度尼西亚群岛附近越赤道气流,以及受西太平洋副热带高压这些系统的影响。      

激光制导波段大气透过特性的仿真计算

利用大气辐射传输模型MODTRAN对激光制导波段的大气透过特性进行了仿真计算,分析了大气分子、气溶胶、雾、降雨、水平能见度以及不同探测路径对激光制导波段透过率的影响,结果表明:1.06μm激光在大气传输中大气分子吸收衰减作用非常小,基本可忽略不计;气溶胶的影响较大,且透过率随着能见度的降低而减小;雾和降雨对激光的衰减作...     

ATOVS资料在长江流域一次暴雨过程模拟中的应用

利用2002年 "973" 中国暴雨试验(CHeRES)期间获取的常规、非常规观测资料, 对7月22～23日长江中下游地区的一次大暴雨过程进行了分析和模拟研究.分析表明, 此次降雨过程是由东北-西南向梅雨锋上发生发展的β中尺度对流云团造成.在高低空环流的共同作用下, 高空槽后干冷气流与西南暖湿气流在长江中下游地区频繁交汇, 使得中尺度对流系统得以持续发展.模拟研究发现, 由于梅雨锋云带结构比较松散, 造成降雨的强对流系统尺度较小, 仅利用常规探空资料难以理想地模拟出降雨过程中对流云团的强度、演变.为此, 采用不同同化方案同化NOAA16卫星的ATOVS资料, 对此次降雨过程进行了对比模拟试验.结果发现, 形成模式初始场时考虑间接同化ATOVS反演得出的温、湿资料, 模式虽然同样能较好地对造成暴雨的主要天气系统、降雨的主要落区以及暴雨发生的时段进行模拟, 但雨区和雨强的模拟效果没有明显改进.相比而言, 采用增量三维变分同化系统, 直接同化ATOVS资料形成初始场, 不仅可以较好地模拟出暴雨天气形势、主要影响系统, 而且对降雨的落区、强度、暴雨发生时段均有较好的反映.模拟试验结果表明, 直接同化ATOVS资料, 模拟的梅雨锋上局地暴雨强度与实际降雨量级基本一致, 且可以有效改进对流层温、湿场分布.这不仅说明ATOVS资料的使用对于提高梅雨锋上局地暴雨过程模拟效果是可行的、必要的, 而且也为该资料用于梅雨锋暴雨的预报奠定了基础.     

能量位涡在雷雨大风天气诊断分析中的应用

从大气基本运动方程及大气总能量概念出发,提出将大气动力学与能量天气学相结合的物理量——干能量位涡与湿能量位涡,并确定其守恒性.通过分析发现,以静力温度表达的能量位涡数学计算更方便,物理意义更明确.以2007年湖北的一次典型雷雨大风天气为例,对雷雨大风天气用能量位涡进行诊断分析.结果表明:本文提出的干能量位涡与湿能量位涡可以较好地预示雷雨大风天气,高空干能量位涡的增强与向下发展使对流层中下层不稳定能量增大,有利于雷雨大风天气发生;低层湿能量位涡的不稳定能量高值区与斜压系统耦合时预示该区域将有雷雨大风发生.     

MECHANISM FOR THE SUSTAINING ATMOSPHERIC RESPONSE TO WARM WINTERTIME SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALY IN THE KUROSHIO EXTENSION

Sensitivity experiments with atmospheric general circulation model CAM3 have been performed to investigate the atmospheric response to warm wintertime sea surface temperature anomalies in the Kuroshio Extension (KE). Mechanism for the sustaining abnormal atmospheric response to sea surface temperature anomaly (SSTA) is revealed. It is found that the warm wintertime SSTA in KE leads to soil moisture changes across the Asia continent. The abnormal soil moisture may possibly be one of the reasons for the sustaining of abnormal atmospheric response intrigued by SSTA. Oscillations of perturbations intrigued by warm wintertime SSTA in KE, which have similar frequencies with that of intrinsic atmospheric oscillations, are superposed on the atmospheric oscillations and propagate with primary periodic oscillation of the atmosphere. These SSTA-intrigued oscillations are coupled with natural atmospheric oscillation and finally become parts of it. This is probably another reason for the sustaining of abnormal atmospheric response to SSTA in KE.     

凝结加热条件下垂直切变基本流中的混合波不稳定研究

在实际大气中凝结加热对中尺度系统的发展起着重要作用,通过数值计算方法研究了扰动的波谱和谱函数,重点讨论在凝结加热条件下扰动不稳定的性质及特征。研究结果表明:考虑凝结加热时,在相同垂直切变条件下,随着波长的减小,不稳定增长率增大,即加热放宽了不稳定出现的条件,且尺度越小的扰动,对不稳定的条件要求越低。当Nse2 <0时,在大尺度和中α尺度波段,风切变有利于不稳定的发展,由风切变造成的动力学不稳定是主要的,而凝结加热造成的热力学不稳定处于次要地位;而在中β尺度波段,风切变则抑制不稳定发展,此时凝结加热造成的热力学不稳定处于主要地位。      

江淮流域两次中尺度对流涡旋的结构特征研究

对2003、2007年江淮梅雨期的中尺度对流涡旋（MCV）进行了统计分析,结果表明我国梅雨锋上MCV活跃,这些MCV与强降水有关。2003、2007年江淮梅雨期有9个MCV发生,大多数的MCV发生在32°N～35°N之间的江苏境内。采用ARPS（Advanced Regional Prediction System）的资料分析系统（ADAS）和WRF模式模拟了2个MCV的发展过程,并使用数值模拟结果分析了它们的结构特征。MCV一般发生在强对流系统的北侧,其涡旋环流一般在600 hPa以下,对应涡旋区域对流层高层为强辐散,涡度最强的中心在对流层中层,但正涡度区可伸展到300 hPa。初始阶段MCV的中心为上升运动和中性层结,成熟阶段MCV的中心转为下沉运动,同时其南侧有新的对流发生。发展型和不发展型的MCV对比发现,涡旋对流层高层有涡度增加以及二次对流的潜热释放多,可能是发展型MCV维持时间较长的原因。此外,MCV发展过程中南侧急流的增强对MCV中对流的触发和维持有一定作用。