导致甘肃输电线路舞动的蒙古气旋的形成及增风机理研究

受一次向东南方向移动蒙古气旋强风的影响,2020年4月18日甘肃省白银市的高压输电线路出现了严重的舞动,这造成了该地区的输电线路跳闸事故.基于0.5度逐小时分辨率的ERA5再分析数据,本文研究了这次蒙古气旋及其强风的形成机理.涡度收支的结果表明,辐合相关的垂直伸展以及垂直运动向上的正涡度输送是本次蒙古气旋形成的主因,而...     

On the formation and wind enhancement mechanisms of a Mongolian cyclone that caused a transmission line galloping trip in Gansu province: 导致甘肃输电线路舞动的蒙古气旋的形成及增风机理研究

Influenced by strong winds associated with a southeastward-moving Mongolian cyclone, a severe transmission line galloping occurred in Baiyin City, Gansu Province, on 14 April 2020. This caused a tripping incident of the transmission line in this region. Based on the hourly, 0.5°  ×  0.5°, ECMWF ERA5 reanalysis data, this study investigated the formation mechanisms of the Mongolian cyclone and its associated strong winds. Results from the vorticity budget indicate that the convergence-related vertical stretching and the upward transport of cyclonic vorticity governed formation of the Mongolian cyclone in this event; whereas, tilting and export of cyclonic vorticity from the central region of the cyclone mainly decelerated the cyclone's formation. The kinetic energy (KE) budget shows that the wind associated with the Mongolian cyclone was mainly enhanced by the positive work of the pressure gradient force. Unlike some typical strong wind events in Northwest China, during this event, no significant downward momentum transportation from the upper troposphere was found. The vertical transport of KE exerted a slightly favorable effect on the KE increase around the location where the transmission line galloping trip appeared. In contrast, the horizontal transport mainly caused an export of KE from this region, which applied an overall negative effect on the wind enhancement associated with the Mongolian cyclone.摘要受一次向东南方向移动蒙古气旋强风的影响, 2020年4月18日甘肃省白银市的高压输电线路出现了严重的舞动, 这造成了该地区的输电线路跳闸事故.基于0.5度逐小时分辨率的ERA5再分析数据, 本文研究了这次蒙古气旋及其强风的形成机理.涡度收支的结果表明, 辐合相关的垂直伸展以及垂直运动向上的正涡度输送是本次蒙古气旋形成的主因, 而倾斜项的负涡度制造以及从气旋中心区域向外的正涡度输送在一定程度上不利于蒙古气旋的形成.动能收支的结果表明, 蒙古气旋所伴随的风场主要由于气压梯度力的做功而迅速增强.与我国西北部其它的典型强风事件不同的是在本次事件中, 未发现显著的来自于对流层高层的动量下传现象, 垂直的动能输送在本次事件中仅对强风的形成有些许的促进作用.此外, 水平风场对动能的输送作用使得蒙古气旋大风区的动能存在向外的净输出, 这对蒙古气旋强风的生成有一定的延缓作用.     

河南电网输电线路舞动的气象要素指标研究

利用2009—2010年河南省3次输电线路舞动过程的探空站资料和地面气象站观测资料,分析了输电线路舞动的气象要素特征,得出输电线路舞动的气象要素指标:(1)700~850 hPa存在≥0℃的暖层,其下存在0℃的冷层。(2)700 hPa以下空气接近饱和,温度和露点温度的差值≤2℃。(3)地面温度-4~1℃,风速≥3 m·s~(-1),相对湿度≥70%。利用1998年至今的探空数据和地面气象站观测数据,以及2015年11月至今的模式数据,对上述指标进行了检验。最后以2015年11月22—24日河南电网的舞动过程为例,采用上述指标绘制了舞动分布图,发现利用该指标预报的舞动格点涵盖了电网实际监测到的发生舞动的杆塔,该指标具有一定的适用性。     

蒙古气旋爆发性发展导致的强沙尘暴个例研究

对2001年4月6～7日发生在中国北方的一次强沙尘暴过程,从沙尘源、干旱气候背景、天气系统及起沙和扬沙的动力机制进行了初步研究,揭示了强沙尘暴与蒙古气旋和高空急流活动的关系.得出:位于内蒙古西部的巴丹吉林沙漠和中部的浑善达克沙地,是沙尘暴的主要沙尘源区;持续两年的干旱是强沙尘暴形成的气候背景;蒙古气旋的爆发性发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;湍流输送和高空急流出口区左侧气流辐散强迫形成的干对流上升气流是沙尘向高空输送的动力机制等结论.作者认为强沙尘暴是挟带大量沙尘的强干对流风暴.     

蒙古气旋的气候特征及变化研究

基于1979-2001年ECMWF海平面气压(SLP)再分析资料,采用改进的气旋客观识别与追踪算法,计算分析了蒙古气旋的频数及强度,结果表明,蒙古气旋活动存在明显的季节、年际和年代际变化。1979-2001年,蒙古气旋频数减少,强度减弱。20世纪80年代中期,蒙古气旋活动最强,80年代末开始到90年代,蒙古气旋日数明显下降。此外,春季蒙古气旋出现的频数最高,冬季出现的频数最低。从80到90年代,春、夏、秋、冬四季蒙古气旋活动呈一致的波动减少趋势,其中春季变化与全年最为一致。蒙古气旋活动的年际差异也十分明显,蒙古气旋活动偏多年和偏少年对流层低层温度场距平分布存在明显差异,说明大气环流是影响气旋活动的一个重要因素。     

蒙古气旋的气候特征及变化研究

基于1979～2001年ECMWF海平面气压(SLP)再分析资料,采用改进的气旋客观识别与追踪算法,计算分析了蒙古气旋的频数及强度,结果表明,蒙古气旋活动存在明显的季节、年际和年代际变化.1979～2001年,蒙古气旋频数减少,强度减弱.20世纪80年代中期,蒙古气旋活动最强,80年代末开始到90年代,蒙古气旋日数明显下降.此外,春季蒙古气旋出现的频数最高,冬季出现的频数最低.从80到90年代,春、夏、秋、冬四季蒙古气旋活动呈一致的波动减少趋势,其中春季变化与全年最为一致.蒙古气旋活动的年际差异也十分明显,蒙古气旋活动偏多年和偏少年对流层低层温度场距平分布存在明显差异,说明大气环流是影响气旋活动的一个重要因素.     

爆发性气旋的合成诊断及形成机制研究

该文对发生在太平洋和大西洋的16个爆发性气旋作了合成分折, 对强弱爆发性气旋作了对比及诊断.研究发现, 基本场上存在不少明显的差异.分析得出, 强爆发性气旋的形成与高空急流的非纬向性以及反气旋性弯曲密切相关.非纬向高空急流为爆发性气旋提供了强的辐散、斜压性、斜压不稳定场.高层强爆发性气旋前部的反气旋曲率易造成重力惯性波在能量北传时发展, 促使气旋快速加深.暖平流及非绝热加热可使反气旋曲率加强.一般情况下, 当气旋西部位涡的大值区与北部位涡的大值区叠加下沉时, 有利于气旋爆发性发展.     

热带气旋“尤特”（2006）南海突然减弱的机理分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋“尤特”（2006）在我国南海突然减弱的机理进行了分析。结果表明：水汽通道的切断是热带气旋“尤特”突然减弱的必要条件,“尤特”突然减弱对水汽来源切断的响应时间大约为12 h;对流层中低层水汽辐散区的出现,抑制了低层水汽向高层输送,导致“尤特”突然减弱;在其减弱过程中,贯穿对流层的位涡柱高值区不断向对流层中层收缩并加强,同时与平流层高位涡区迅速分离;在热带气旋“尤特”突然减弱前6 h,环境风垂直切变突然增大,同时在“尤特”不断减弱的过程中,环境风垂直切变呈现总体逐步增大的趋势。     

西北太平洋上热带气旋尺度变化率与其尺度和强度的关系（英文）

为了进一步了解热带气旋(TC)尺度变化与其结构的相关关系,本文基于多平台热带气旋表面风场资料,通过相关分析得出西北太平洋上TC的24 h尺度变化率(SCR)与其尺度,强度以及强度变化率(ICR)的相关系数分别为-0.43,-0.12,0.25.其中SCR-ICR的相关关系主要受不同发展阶段的影响,在TC均达到/均未达到最大尺度和最强强度的阶段中,SCR-ICR的相关系数上升至0.40,表明在这些阶段中ICR是预报SCR的潜在因子之一.当TC尺度较小(大)和强度较弱(强)时其尺度更易扩张(收缩).     

登陆热带气旋海马（0421）变性加强的诊断研究

利用台风年鉴、NCEP/NCAR再分析资料、旋转风及辐散风动能诊断方程对热带气旋海马(2004)的变性加强过程进行了诊断分析。结果表明,海马变性加强发生在向极运动过程中,与高空槽前急流发生耦合,西风槽引导冷空气侵入海马环流内部,形成半冷半热结构。进一步利用辐散风动能方程诊断分析发现,海马变性加强的主要能量来源有两个,一个是西风槽带来的冷空气下沉侵入低压环流释放的有效位能,另一个是海马与环境系统发生相互作用导致其低压环流不均匀分布的总动能通过辐散风向低压动能的转化。二者的值为同一量级。此外,此两种能量来源均可使海马低层平均风速在6h增加10m/s以上,地面摩擦和大气内摩擦是TC动能消耗的主要原因,而动能垂直通量的散度项使得动能由低层输送至高层。     

基于CWRF的中国近海热带气旋集合模拟及其对物理参数化方案的敏感性研究（英文）

为评估CWRF模式的降尺度能力和其热带气旋模拟对物理参数化方案的敏感性,本文利用ERI再分析资料驱动CWRF在30km网格上对1982-2016年中国近海热带气旋开展了一次集合模拟.结果表明:CWRF与ERI均能模拟出热带气旋的季节变化和年际变化形势且均存在低估,但相较ERI,CWRF的降尺度技术和集合模拟可以再现更多的热带气旋,显著减少低估.年际变化结果提升最为明显,它对积云方案最为敏感,其次是边界层,陆面和辐射方案,对云和微物理方案较弱.该研究为应用CWRF理解和预报热带气旋提供了参考.     

北京地区夏季边界层急流的基本特征及形成机理研究

首先指出了北京地区夏季边界层急流的基本特征, 即北京地区边界层急流一般出现在白天高温背景下或发生局地暴雨的夜间, 强度存在明显的日变化, 垂直分布具有明显的"鼻状"结构特征, 急流核高度一般为600～900 m.从中尺度扰动方程出发, 并通过天气过程演变实例, 研究了地形热力作用、局地强降水在边界层急流形成过程中的作用, 指出: (1)夏季高温背景下, 平原与山区之间温度梯度方向、强度的变化, 是造成低空风垂直切变加速或减速, 即边界层急流形成或消失的直接原因, 因此这种边界层急流的高度一般要低于山体的高度.(2)局地暴雨与边界层急流之间存在明显的正反馈现象: 由于局地暴雨同时改变了对流层中层和近地面层气温的水平分布, 这种热力强迫作用造成了边界层气流加速; 反过来, 边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合--如果急流方向水平垂直于山坡, 这种迎风坡上的辐合将更强, 造成局地降水强度进一步增强.     

基于GFS预报资料的强对流相似预报研究（英文）

本文基于数值模式预报发展了强对流相似预报方法。该方法采用对流参数作为相似预报量,对比当前预报与历史预报的相似物理量场挑选与当前预报最相似的时刻,并利用这些时刻对应的强对流观测权重叠加作为当前预报时刻的强对流预报。以NCEP/GFS预报场资料,对该方法的有效性进行了检验。检验结果表明,该方法对中国地区的强对流有良好预报效果。作为数值预报的有效补充,该方法具有以下几点优势:简便易实现,具有很高的可移植性:以对流参数作为相似预报量,充分利用了模式对温,压,湿,风等基本气象要素预报比较准确的优势;有效避免了对流参数进行强对流预报时的临界值选取问题,考虑了强对流发生的地域性,气候性特点。     

陆地水循环要素对黄河流域及周边退耕还林的响应（英文）

退耕还林对水资源的影响复杂且尚存在争议,鉴于此本文基于WRF模式对黄河流域及周边的退耕还林进行了模拟研究,结果表明研究区域的陆地水循环要素对土地利用/覆盖变化较为敏感。在耕地转变为混交林的情况下,黄河流域面平均降水量在2006–2010年间增多223.17 mm,蒸发增加223.88 mm,而产流减少2.22 mm。随着时间增长,植被变化对水资源的影响逐渐增强。对于降水明显偏多和偏少的年份,同一植被变化对水循环要素影响的空间分布不同。     

东北一次雪飑事件的触发机制研究（英文）

2017年1月26日,中国东北地区发生了一次短时强降雪过程.本文利用ECMWF再分析数据诊断该过程的可能触发机制.分析表明,该过程可分两个阶段:初生阶段降雪远离高地形,低层锋生和有利的辐散场配置激发上升运动释放不稳定;增强阶段雪带接近长白山,低层锋生,地形环流以及与低空急流有关的风切变共同释放锋前不稳定.本文进一步计算了包含广义位温的修正Q矢量方程.结果表明,锋生项对沿湿等熵线的负Q矢量散度贡献较大,而拟涡度项在暖区强风切变区域中比较显著,两项在激发上升运动中同等重要.     

高频探空温度和风速的质量控制方法研究（英文）

针对中国高分辨率探空资料,本文提出了一种计算气候学界限值的方法以满足业务中对资料进行质量控制的需求.首先在垂直方向上将整个大气划分为64层,将落在每层范围内的观测数据都收集到一起进行排序并计算百分位,在此基础上通过比较不同百分位廓线值来获得气候学界限值.除了业务台站,本文还使用了TIPEX-III的探空数据来验证本方法在科学试验数据中的应用效果.评估表明,应用气候学界限值可以有效检测到业务站和试验站观测数据中的粗大误差;百分位廓线则可以清晰的体现出探空观测的整体变化特征并揭示出误差的整体分布范围.     

基于MFD及实时路况的城市道路机动车排放计算方法（英文）

本文提出了基于交通流宏观基本图(MFD)以及实时路况数据的城市道路机动车排放计算方法,并以环境保护部发布的指导方法为参照,对所述方法进行了对比验证。以2015年3月北京市五环路高速,国道京福路,省道京周路的氮氧化物排放为例,两种方法计算结果平均偏差分别为-27.7%,-12.9%,-12.0%。因此,基于MFD及实时路况数据对交通流量及机动车排放的估算,可以较好地反映道路机动车的运行情况及排放特征,在构建应用于街区尺度模型的排放清单,城市区域道路机动车排放的时空分布特征等方面具有非常好的应用潜力。     

热带气旋活动对西太平洋副热带高压经向移动的影响及可能机理：个例研究

本文利用WRF模式,通过开展敏感性试验讨论了单个热带气旋（Tropical Cyclone, TC）——“鲇鱼（Megi）”影响下不同等压面上西太平洋副热带高压脊线的移动特征,并分析了Megi活动影响副高脊线垂直分布的可能机理。结果表明,Megi活动期间,副高脊线在TC的影响下总体发生了向南移动,且TC活动所导致的脊线南移在高层相对较大,而在低层相对较小。TC影响副高脊线垂直分布的可能机理为,副高脊线的经向运动受其附近纬向风异常的直接影响,而Megi活动所导致的脊线附近纬向风异常与温度异常总体满足热成风关系,当Megi活动造成副高脊线附近出现温度经向梯度异常时,纬向风异常会随高度增加而发生切变,因此会导致副高脊线的垂直分布状况发生改变。另外,利用温度倾向方程的诊断分析结果表明,TC活动所激发的脊线附近不同物理过程项的异常在时空剖面上有很大区别,其中温度水平平流异常和非绝热加热异常的作用主要可使大气温度异常升高,而温度的垂直输送异常则可使温度降低。总之,TC的热力效应对西太平洋副热带高压脊线垂直分布的影响十分显著。     

Hysplit后向轨迹对初始气象场水平及垂直分辨率的敏感性研究（英文）

本研究基于单质点拉格朗日集成轨迹模型(HYSPLIT),对珠三角地区2012年全年每3小时的后向轨迹进行了模拟。模拟采用了两套初始气象场来驱动HYSPLIT模型,其一为水平分辨率为0.5度的全球同化系统(GDAS)输出场,其二为水平分辨率为27 km的气象研究与预报模型(WRF)的输出场。结果显示,当用于驱动HYSPLIT来模拟后向轨迹时,GDAS数据的可靠性依赖于季节和天气条件。GDAS和WRF输出场得到的HYSPLIT后向轨迹的方向差异在冬季和春季珠三角盛行偏北及东北风场时为最大,而在秋季珠三角处在稳定系统控制下时为最小。大多数WRF输出场得到的后向轨迹的传输高度比GDAS得到的后向轨迹要高,这是由于更高的分辨率使得WRF输出场的边界层垂直运动更明显。在五种天气条件下,不同分辨率初始气象场得到的后向轨迹差别最大,分别为大陆高压,槽脊系统,鞍型场,热带气旋以及冷锋。案例分析的结果显示,绝大多数情况下,GDAS和WRF输出场得到的后向轨迹因传输高度不同导致了轨迹方向的差别,因此在模拟HYSPLIT后向轨迹时,初始气象场在垂直方向上的细节是一个尤为关键的要素。     

2017年1月上旬泰国南部暴雨反复发生机制的研究（英文）

基于0.25°×0.25°的CMORPH日降水量产品以及ECMWF 0.25°×0.25°的ERA5再分析数据,本文对2017年1月上旬泰国南部反复发生暴雨事件的机制进行了研究,这些暴雨事件造成了Ko Samui和Ko Phangan近三十多年来最强的洪水事件。结果表明,初生于中南半岛西南方,向东北方向移动的一个中尺度涡旋是泰国南部重复发生暴雨事件的直接原因。涡度收支分析表明,水平辐合项是这个中尺度涡旋维持的最有利因子,倾斜项是第二有利的因子,而水平和垂直输送则主要造成了涡旋三维空间范围内正涡度向外的净输出,这是不利于涡旋维持的。进一步的分析表明,倾斜项与垂直涡度输送项分别对涡旋的移动及涡旋周边对流层低层的涡度增长较为敏感,这两个作用项在涡旋维持的两个不同阶段内各自表现出了完全不同的作用。