冬季北太平洋风暴轴异常及其与东亚大气环流的关系

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,应用滤波方差、相关分析、合成分析等研究了1963年冬季至2011年冬季北太平洋风暴轴的时空演变特征,并探讨了风暴轴活动强弱与东亚—北太平洋大气环流的关系。结果表明：与1980s后期风暴轴活动显著增强相比,近10 a来风暴轴活动又进入较气候平均水平偏低的阶段,且风暴轴主体位置有着向东北、西南两侧的振荡现象。风暴轴活动强（弱）年,东亚地区近地面温度偏高（低）、对流层低层阿留申低压和西伯利亚高压偏弱（强）、中国东部及日本上空850 hPa北风减弱（加强）;对流层中层东亚大槽减弱北缩（加深南进）、对流层高层西风急流减弱（加强）。风暴轴活动与冬季影响中国的冷空气活动次数相关关系显著。     

Kinematics and Microphysical Characteristics of the First Intense Rainfall Convective Storm Observed by Jiangsu Polarimetric Radar Network

The polarimetric radar network in Jiangsu Province has just been operationalized since 2020. The first intense precipitation event observed by this polarimetric radar network and disdrometer occurred during August 28-29, 2020 and caused severe flooding and serious damage in eastern Jiangsu Province. The microphysics and kinetics for this heavy precipitation convective storm is diagnosed in this study, in order to promote the application of this polarimetric radar network. Drop size distribution (DSD) of this event is estimated from measurements of a ground disdrometer, and the corresponding three-dimensional atmospheric microphysical features are obtained from the multiple polarimetric radars. According to features of updraft and lighting, the evolution of the convective storm is divided into four stages: developing, mature with lightning, mature without lightning and dissipating. The DSD of this event is featured by a large number of raindrops and a considerable number of large raindrops. The microphysical characteristics are similar to those of warm-rain process, and ice-phase microphysical processes are active in the mature stages. The composite vertical structure of the convective storm indicates that deep ZDR and KDP columns coincide with strong updrafts during both mature stages. The hierarchical microphysical structure retrieved by the Hydrometeor Identification Algorithm (HID) shows that depositional growth has occurred above the melting level, and aggregation is the most widespread ice-phase process at the -10℃ level or higher. During negative lightning activity, the presence of strongest updrafts and a large amount of ice-phase graupel by riming between the 0℃ and -35℃ layers generate strong negative electric fields within the cloud. These convective storms are typical warm clouds with very high precipitation efficiency, which cause high concentration of raindrops, especially the presence of large raindrops within a short period of time. The ice-phase microphysical processes above the melting layer also play an important role in the triggering and enhancing of precipitation.     

2019年7月17日江苏东南部特大暴雨的 双偏振雷达观测分析

利用S波段双偏振雷达数据,结合再分析数据、自动气象站、探空和二维闪电探测数据,采用多普勒雷达风场反演和粒子相态识别等方法,分析了2019年7月17日江苏省东南部多站破历史记录的超强降水对流风暴的偏振特征和云微物理特征;并选取了打破当地强降水历史记录如皋站和潞城站,分析了影响两站的对流单体的异同。影响如皋的对流风暴几无闪电活动,对流质心接近地面,上升气流相对较弱。且0 ℃和-35 ℃层间霰粒子数目相对较少,闪电几乎不存在。在融化层以下,由于强烈的暖雨过程,较大的冰相粒子落下并融化和低层雨滴的聚并增长,导致低层雨滴数量迅速增加,带来地面极端强降水。潞城地区雷暴活动明显,影响其对流风暴发展旺盛。-35~0 ℃层存在强烈的上升运动,抬升低层大量的液相粒子通过淞附作用形成的霰,并与高层冰晶不断碰撞,在云层中形成强大的电场,产生强烈的负闪,且在地面产生了极强的降水。这表明融化层以上的冰相微观物理过程,对于降水的发生和增强非常重要。     

冬季北半球极涡强度对北太平洋风暴轴的影响

利用美国NCEP/NCAR再分析资料和中国国家气候中心北半球极涡强度指数资料,采用相关和合成分析等方法,初步分析了北半球极涡强度对北太平洋风暴轴的影响及其可能机制。研究发现,北半球极涡与北太平洋风暴轴之间有同步的强弱变化特征,在北半球极涡强度的高(低)值年,一般对应着风暴轴强度的增强(减弱),风暴轴区域扰动动能的加大(减弱),天气尺度涡动向极和向上的热量以及西风动量输送的显著增强(减弱)。进一步分析表明,极涡的异常变化可以通过改变欧亚大陆及其下游北太平洋上空的高度场,进而改变东亚西风急流的强度以及风暴轴上游的斜压性,从而对风暴轴产生影响。     

华东地区冬季不同降水相态的时空变化特征

利用1981~2011年华东地区132站逐日气象观测资料、国家气候中心整编的逐月环流特征指数和NCEP/NCAR再分析资料,统计分析华东地区冬季5种降水相态的时空变化特征,发现:华东地区的雨、雪地理分界线在29°N、120°E附近,在分界线的西北区为主雪区,而东南区为主雨区;同时,沿该分界线附近是雨夹雪的多发区。华东地区冬季不同降水相态都有明显的年际波动。亚洲区极涡指数与华东地区冬季降水相态站日数的相关性好,特别是亚洲区极涡面积指数与雪、雨夹雪、冻雨、冰粒的相关系数均通过了0.05的信度检验。     

2016年夏季如东一次EF2级龙卷多普勒天气雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、南通多普勒天气雷达资料及GR2analyst分析软件,对2016年7月5日发生在江苏省如东县的一次EF2级超级单体龙卷过程进行特征分析。结果显示：此次龙卷发生在高低空均为一致的西南暖湿气流中,没有明显干冷空气侵入,中低层存在切变、急流,超低空急流,地面有辐合中心;大气具有中等大小的热力不稳定能量、0~1 km强垂直风切变、充足的水汽条件、较低的抬升凝结高度以及较强的辐合上升运动,为此次龙卷过程提供有利的背景条件。当出现连续体扫的中气旋、钩状回波,并且强回波区向移动方向一侧倾斜、垂直剖面存在穹隆结构和有界弱回波区时,在钩状回波处最容易产生龙卷。GRanalyst三维显示中出现的空洞结构,表明超级单体在此处产生强烈涡旋,有利于龙卷的产生;对称的正负速度区中旋转速度持续增大,并且不断向下发展,低仰角探测到紧邻的速度对时,强中气旋也相应出现向下延伸和迅速的收缩,预示着龙卷的发生,为龙卷预报提供一定的指示作用。     

冬季北大西洋风暴轴的变化及其对西伯利亚高压的影响

采用1948—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,计算大西洋风暴轴特征指数和西伯利亚高压特征指数,研究了冬季北大西洋风暴轴的变化及其对西伯利亚高压的影响。结果表明:风暴轴经度指数与西伯利亚高压纬度、强度、面积指数显著相关。风暴轴经度指数正异常月,大西洋天气尺度瞬变波活动向东扩展到欧洲乃至乌拉尔山以东,西伯利亚及东亚地区反气旋式波破碎加强,瞬变波对月平均气流的反馈作用使得欧亚大陆上空50°N以北西风加速、50°N以南西风减速;中纬度经向环流加强,气候态的西欧沿岸脊、欧洲东部槽、青藏高原北部脊均加强,东亚大槽减弱东移;在西伯利亚地区,暖空气向北输送加强,来自极区的冷空气南下减弱,致使西伯利亚及东亚地区温度偏高,西伯利亚高压面积减少、纬度偏南、强度减弱。风暴轴经度指数负异常月的情况则反之。     

一次致灾强冰雹过程分析与高分辨率数值模拟研究

为提高冰雹天气过程的预报预警能力，减轻其对农业生产的影响，利用多种气象资料，对2018年5月16日南通市北部首场大冰雹过程从环流背景、水汽、热力条件等方面进行了详细分析；并应用中尺度非静力WRF模式，对该降雹过程进行数值模拟，再现了冰雹形成的背景条件及过程。分析表明：上冷下暖的配置导致大气层结不稳定，本次过程的动力抬升条件是由高低空急流、中低层切变线及露点锋等系统相配合提供的；地面切变线是触发系统。在高0 ℃层的不利背景下，高CAPE值、较强的深层风垂直切变、600 hPa以上明显的冷平流、低层较强的水汽输送及边界层 θse随高度明显减小均有利于冰雹天气的出现。深层垂直风切变、中低层温湿梯度大值区及边界层 θse锋区与高能舌重叠区均与冰雹落区有较好的对应。雹暴单体具有入流V型缺口、钩状回波、高悬的强反射率因子、三体散射、持续高VIL值等大冰雹回波特征；70 kg/m2 以上VIL 高值的稳定维持与大冰雹的出现对应较好。WRF模式较为成功地呈现了本次冰雹影响的全过程，是局地不断生成的对流单体与飑线相结合，促使飑线南段对流增强，飑线系统再次发展的过程。对流有效位能的释放、风垂直切变的加强、暖平流的增强及明显干入侵对强对流的发展增强有提前指示意义。