东北冷涡背景下飑线发展机制的理论分析和数值研究

在CM1模式动力框架基础上,推导出结合尺度分析得到的强对流天气发生发展的必要条件,并选择典型东北冷涡背景下的飑线过程,以200 m的高精度水平网格距进行数值模拟和对比试验,验证理论结果的同时得到东北冷涡飑线形成的条件。通过模式数据做尺度分析,得到飑线系统中平流、对流以及沉降作用对水汽变量的影响最大,飑线的出现需要水汽分布和上升气流的配合,水汽相变影响次之,湍流作用相对较小。东北冷涡不同区域的模拟验证了理论分析的结果,冷涡西南侧受冷涡引导南下的冷空气影响,配合低层暖平流出现不稳定层结,结合有横向梯度的湿度场,可以形成飑线。在上升气流强的区域受水汽浓度和温度的影响在中高层容易形成强的雷达回波,两侧和积分一段时间后的低层受沉降作用的影响也会出现强的雷达回波。     

高空冷涡影响台风Meranti(1010)北翘路径的集合预报分析

路径突变是台风路径预报中的一个难题。2010年第10号台风Meranti（1010）在台湾岛南部海域西移过程中突然北折,而欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报对其北翘路径存在较大分歧。选取预报成功与不成功两组集合成员各8例,对比分析台风Meranti路径变化的主要原因。结果表明:（1）一个来自热带对流层上部槽的切断高空冷涡（UTCL）是该台风路径变化的一个重要影响系统。Meranti北翘路径跟它与UTCL的南北向耦合有关;（2）UTCL通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流。在UTCL移至台风北部过程中,台风的偏南风引导气流明显加强,有利于其路径北翘;（3）UTCL对台风Meranti北翘路径的影响还与其自身结构有关。水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的UTCL对台风路径变化影响更明显;（4）位涡倾向方程的诊断分析表明,在TC与UTCL南北向耦合过程中,台风北部的正位涡水平平流项输送显著,有利于台风向北运动,且UTCL影响下产生的非对称风场在其中起主要作用。     

2012年黑龙江省一次特大暴雪成因分析

2012年11月11—12日黑龙江省出现了一次大范围暴雪天气过程。文章利用常规资料、区域自动气象站、NCEP1o×1o资料对其环境条件进行分析,探讨了天气形势特征以及物理量场与暴雪落区的对应关系。结果表明:500h Pa低涡和地面江淮气旋是此次暴雪天气过程的主要影响系统。在低涡暖湿切变与低空偏东急流出口区左侧出现暴雪。同时强降雪出现在850 h Pa涡度和200 h Pa散度大值区内;强上升运动大值区的位置及移动与暴雪过程的时空演变基本一致。低空西南急流和东南风急流使得暖湿气流被源源不断地输送到黑龙江省,并得以聚集,从而为降雪增强提供了有利条件。     

副热带东南太平洋海温对东北夏季降水的影响及可能机制

诊断分析表明,前期副热带东南太平洋海温尤其是前春海温与东北夏季降水存在持续稳定的负相关关系。无论是在年际时间尺度还是年代际尺度上,冬、春、夏季海温演变趋势与降水均呈反位相。尺度分离结果显示,关键区海温与降水的显著负相关主要依赖于其年代际分量,但年际分量也起到较重要贡献。相关分析和合成分析结果都发现,当副热带东南太平洋海温偏低时,其上空可激发出反气旋式距平风场,而在关键区海域西北部激发出气旋式距平环流。同时在所罗门群岛和菲律宾南部分别出现反气旋式和气旋式距平环流。西太平洋副热带高压(副高)位置较常年偏西,副高区为反气旋式距平环流。在东北地区西侧则为气旋式距平环流。在这样的环流背景下,副高西侧的南风加强了源自南海和西太平洋的暖湿气流和北方冷空气在东北地区的交汇,从而使东北夏季多雨。反之,当东南太平洋海温偏高时,其激发的气旋及反气旋距平中心和偏低年刚好相反,副高位置偏东,其西侧的南方水汽输送偏弱,同时东北冷涡也偏弱,冷暖空气汇合形成的低空辐合弱,东北降水因此偏少。这表明,副热带东南太平洋海温异常时确实能激发出一个从关键海区到东北地区的跨越南北半球的气旋-反气旋交替波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,从而影响东北夏季降水。     

一次典型东北冷涡暴雨的数值模拟及诊断分析

利用中尺度数值模式WRF,模拟了黑龙江省2004年8月28～29日出现的暴雨过程,并对此次过程进行诊断分析。结果表明。WRF中尺度模式能够较好的模拟冷涡暴雨天气,并从暴雨形成的辐合辐散、水汽、垂直速度等物理量诊断分析此次暴雨过程的演变及物理特征。     

一次东北冷涡衰退阶段暴雨成因分析

东北冷涡暴雨一般发生在冷涡发展阶段, 冷涡衰退阶段发生暴雨的几率不高, 在日常业务预报中往往容易忽视冷涡衰退阶段暴雨的预报, 容易出现漏报的现象。作者结合观测资料和数值模拟结果, 对2005年6月21日发生在吉林省中东部地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明: 这次暴雨发生在东北冷涡衰退阶段, 强降水区处于非常弱的对流不稳定区, 低空不同层次上急流的耦合与脉动, 在时间和空间上形成“接力” 之势, 给雨区带来特定的水汽配置并在雨区上空形成合适的不稳定环境, 导致雨区上空湿位涡的强烈增长, 在弱对流不稳定和条件对称不稳定的共同作用下, 层状云中形成对流并发展, 产生了暴雨天气。重力惯性波是暴雨产生的可能触发机制。     

多普勒雷达资料在冷涡强对流天气中的同化应用试验

应用WRF模式的三维变分同化系统(WRF-3DVAR),对沈阳多普勒天气雷达资料在东北冷涡暴雨个例中的同化应用进行了试验.研制了多普勒雷达资料质量控制系统,实现了对径向风和反射率因子的直接同化,不但可以反演中尺度三维气象要素场,而且可以为模式提供初始场.以天气尺度资料为背景场同化多普勒雷达资料,WRF-3DVAR可以较好地反演冷涡中尺度对流系统的三维结构,反演的地面强对流辐散气流及在对流层中层涡旋都符合中尺度系统概念模型,通过与实际地面探测资料进行了对比,风场环流基本接近,同化了雷达资料的气象要素场可为预报业务提供较好的包含中小尺度系统的实时三维分析场.通过冷涡个例同化试验,应用WRF-3DVAR同化雷达资料后,中尺度模式对对流降水的预报总体有正的影响,对强对流中的一些中小尺度雨团的预报也略有改善.     

东北冷涡研究概述

简述了东北冷涡的形势特征、气候特征、天气特征与强对流特征;回顾、综述了东北冷涡形成、发展、维持、消退期的研究成果,特别是东北冷涡强对流特征的研究进展;讨论了东北冷涡强降水、强天气等预报业务的难点及其研究方面存在的问题。认为：需要依靠现代雷达、卫星等观测设备和数值模拟手段,加强东北冷涡暴雨及强天气机制研究,提高东北冷涡天气的预报水平。     

切变风螺旋度和热成风螺旋度在东北冷涡暴雨中的应用

引入切变风螺旋度和热成风螺旋度, 并将其应用于东北冷涡暴雨的诊断分析。理论上, 切变风螺旋度定义为风速垂直切变与绝对涡度矢量的点积, 表示风速垂直方向的分布不均匀对涡管的扭转效应, 由扭转项和垂直涡度的辐合辐散项两部分组成。热成风螺旋度是在切变风螺旋度的基础上利用地转关系和热成风关系得出的简化形式, 其强度和符号取决于上升气流和暖湿空气的配置。相对于切变风螺旋度, 热成风螺旋度的计算只需要单平面层的资料即可, 避免了垂直差分计算, 这大大弥补了台站观测中垂直层密度稀疏或者边界层的处理等问题的不足, 使得计算大大简化, 便于业务应用。在以上定义和理论分析的基础上, 选取一次东北冷涡降水过程进行数值模拟, 利用模式输出的中尺度资料, 诊断分析这次降水过程中的切变风螺旋度和热成风螺旋度。分析表明, 降水中心位于切变风螺旋度的正值和负值区的边界, 与降水的强度变化一致; 而作了热成风近似后的切变风螺旋度中的扭转项 (即热成风螺旋度), 与切变风螺旋度相似, 也能较好地诊断降水和对流 (尤其是强降水和强对流) 的发展, 而且其对暴雨的诊断优于传统的螺旋度。     

2008年5月东北冷涡持续性活动的异常特征分析

利用美国NCEP/NCAR的再分析资料和中国辽宁地区逐日降水资料,对2008年5月东北冷涡异常活动进行分析。结果表明：2008年5月东北冷涡活动较比历年明显偏多;500 hPa月平均高度场在50°—180°E范围内为典型的“Ω”阻塞高压环流形势,乌拉尔山与贝加尔湖之间的高压脊明显偏强;高度脊加强或维持时,在高度脊后西南方有暖平流输送,高度脊减弱阶段,在高度脊后西北方向有强冷平流输送;东北冷涡频繁活动时,贝加尔湖到中国东北地区高度场表现为强负距平,副热带高压与东北冷涡的位置密切相关,中国大陆东部副热带高压较比历年弱且位置偏东时,出现中涡的几率增大。