高原低涡移出高原的动力结构特征分析

利用ECMWF资料对2001年6月1~5日东移出高原的低涡个例的动力结构进行了诊断分析。结果表明:(1)低涡东移过程中,闭合等高线或者闭合气旋式环流的垂直厚度随时间呈加厚趋势;(2)高原低涡在东移过程中,垂直方向上几乎都是正涡度,500hPa上正涡度随时间呈增强趋势;(3)在高原上时涡区明显低层辐合、高层辐散;移出高原后表现为微弱的低层辐合、高层辐散,甚至低层辐散、中层辐合、高层辐散。(4)处于高原上时涡区整层都为上升运动,移出高原以后上升运动微弱,中低空经常为下沉运动。(5)低涡处于高原上时,涡区在边界层始终有水汽辐合,移出高原以后在低空只有微弱的水汽辐合甚至辐散。涡区外围东南侧的槽前脊后区存在低空急流,是水汽通量和水汽辐合的大值区。     

辽宁地区一次暴雪过程低涡增强机制分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2015年2月15—17日辽宁省东北部地区一次暴雪天气过程的低涡增强机制进行了分析。结果表明:辽宁地区此次暴雪过程中850 h Pa低涡增强最明显,绝对涡度平流项是高层正涡度变率的主要强迫项,散度项则是低层正涡度变率的主要强迫项;500 h Pa冷平流增强强迫高层正涡度变率发展,造成涡度在垂直方向上分布不均匀,差动涡度平流增大,垂直上升运动加强,低层辐合加强,使低层涡度增强,低层低涡系统发展,低层低涡系统发展使干冷的西北气流、东北气流和来自黄海北部的东南暖湿气流在辽宁中部地区汇合,降雪加强。     

高原切变线形态演变过程中的个例研究:结构特征

利用逐6 h 1°×1°的NCEP/NCAR FNL资料、中国气象局地面降水实况数据和青藏高原低涡切变线年鉴图集资料,分析了2010年7月16 17日S1019高原切变线由竖切变线转变为横切变线的形态演变过程中动力、热力结构特征及其演变。结果显示,在动力结构特征方面:在其生成发展期,高层200 h Pa受南亚高压控制,中低层相对涡度大值区在范围和强度上均出现迅速发展特征,垂直方向上呈现"干湿相间、冷暖相间"的斜压结构特征。在其减弱消亡期,高层200 h Pa南亚高压有所减弱,中低层相对涡度大值区发生断裂,大值区主体随西风槽和西南涡逐渐移出高原地区。在热力结构特征方面:在其生成发展期,高层300 h Pa附近呈明显的"暖心"和"湿心"结构特征,伴随着降水的发生发展,视热源Q_1和视水汽汇Q_2在垂直方向上均加强,Q_1的大值中心从400 h Pa抬升至300 h Pa,Q_2的大值中心从300 h Pa下降至600 h Pa。在其减弱消亡期,高层总体偏湿偏冷,当降水趋于结束,视热源Q_1和视水汽汇Q_2均迅速减弱。     

低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析

选取2002年5月11～13日云南地区的一次南支槽强降水过程，利用MM5非静力中尺度数值模式对这次降水过程进行了数值模拟，利用模式高分辨率的输出结果分析了这次强降水中尺度对流系统的结构特征。分析结果表明：强对流系统的低层环境风场为西南和东南气流辐合，高层则为一致的槽前西南气流。低层强正涡度暖湿气流辐合上升区紧邻辐合线的西南侧，槽前西南暖湿气流在辐合线附近冷空气的作用下辐合上升，形成强降水，强降水落区位于低层700hPa强正涡度暖湿气流辐合上升区的西南侧。对物理量要素的时间演变分析表明：在对流发展初期，沿辐合线的正负涡度、辐合辐散、上升与下沉运动在垂直方向和水平方向上相间分布，呈多个模态；当对流发展较强时演变为单一模态分布，即辐合线附近低层为正涡度辐合气流上升区，而高层为负涡度辐散气流下沉区。其中低层辐合较为浅薄，位于地面到600hPa高度，而正涡度和垂直速度较为深厚，可以从地面向上分别伸展到400hPa和200hPa高度。研究还揭示了低纬高原地区中尺度对流辐合系统的垂直轴线随高度向辐合区东北侧（高纬度地区）倾斜的特征，这是低纬高原地区南支槽强降水中尺度对流系统与其它切变线、准静止锋和低涡等中尺度对流系统不同的最主要特征之一。     

一次中亚低涡的动力热力结构及演变特征

利用NCEP再分析1°×1°资料对2009年9月4-7日造成新疆西南部一次暴雨过程的中亚低涡的动力热力三维结构及演变特征进行了分析,并初步探讨了低涡的发生、发展机理。结果表明:此次中亚低涡具有明显的冷心结构且较为深厚,首先在对流层中高层发展(300 h Pa高度上低涡中心及演变特征最为明显),随时间向低层延伸,其发展—成熟—减弱过程是一个斜压—正压—斜压的过程。成熟期,300 h Pa之下均为冷异常,冷中心与高度中心相重合,轴线趋于垂直;低涡中心附近对流层整层均为正涡度区,在其东西两侧300 h Pa高度上存在对称的正涡度中心;低涡中心附近对流层低层辐合、中高层辐散的结构有利于上升运动及中亚低涡的维持发展。减弱期,冷中心强度明显减弱,轴线向西倾斜,低涡中心附近对流层中高层出现负涡度区,无明显辐散辐合和上升运动。此次过程中,上升运动与充足的水汽相互配合,引发强降水。对流层"上干下湿"的空间结构、冷空气向下传递以及高位涡的侵入和向下传递对低涡的发展演变有重要意义。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。     

高原涡移出高原后持续的对流层高层环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、历史天气图与青藏高原低涡切变线年鉴,继高原涡移出高原后持续的对流层中层环流特征分析基础上,依据持续强影响高原涡的分类,对1998-2012年持续强影响高原涡不同类型在生成、移出高原、持续强盛与将减弱消失时的对流层上部多种物理场进行了合成与对比分析。结果表明:持续强影响高原涡持续的对流层高层共同的环流特征是,南亚高压脊线在25°N-28°N,东伸到100°E以东;低涡附近或以北的200 h Pa上空有≥32 m·s-1急流核区的西风急流,和300 h Pa上空有≥20 m·s-1中心区的较强偏西风气流,影响低涡活动的500 h Pa天气系统与低涡的上空200 h Pa有辐散区。反映了高空辐散、高空锋区分别对低涡起了利于低涡辐合加强、高位涡下传引起低涡涡度增加的作用。研究分析还揭示了各类高原涡移出高原后持续的对流层高层的环流特征的主要差异和物理图象。     

冬季西伯利亚高压动力结构的研究

本文研究了冬季西伯利亚高压建立时期的动力结构。研究得到,在高压建立前期,对流层中以正涡度为主。低层和高层有弱的辐合,中层是辐散;相应在700hPa以下是上升,以上是下沉。但当反气旋发展时,高层为正涡度和辐合气流,低层为负涡度和辐散气流,整层为下沉运动。这表明对流层中、上层的强质量辐合是导致西伯利亚高压发展的一个重要因子。涡度方程的诊断表明,西伯利亚高压区负涡度的出现和加强是对流层中、上层负涡度平流和低层散度项的作用。 另外,西伯利亚高压热平衡计算表明,对流层有深厚的冷却层(热汇)。这种非绝热冷却将在对流层中导致深厚的下沉运动,从而引起中高层的辐合,低层的辐散,有利于高压的加强。因而西伯利亚高压是在动力和热力因子共同作用下形成的。     

两次高原低涡东移特征及发展机制动力诊断

应用NCEP再分析资料,进行物理量计算,并结合地面和探空气象资料以及卫星探测资料,从动力学角度分析2008年7月19-22日和2007年7月29日-8月1日两次高原低涡东移特征及演变机制,获得低涡东移发展或减弱的一些特征和机理认识.研究结果表明,低涡东移过程中,正涡度东传特征明显.低涡东移过高原后呈维持加强趋势,表现为低涡过高原前,深厚的正涡度层配合深厚的上升运动,以及对流层中低层较强的辐合;低涡过高原后,正涡度强度增加,对流层中低层的辐合、上升运动增大,对流层中高层的辐散增加.而低涡东移后呈减弱趋势,表现为正涡度强度、垂直上升速度较东移发展低涡要弱;低涡过高原后,正涡度强度减弱,整层的辐合上升运动减弱明显.低涡东移过高原,与低涡发展密切相关的正涡度带的维持、发展或减弱的动力机制主要受控于总涡源的发生、发展与减弱.辐合辐散流场维持发展,对总涡源有较大影响,对低涡维持发展有重要作用;地形的动力作用使其大地形后的背风坡更易低涡发展;涡区附近及以北盛行偏北气流有利于低涡发展;垂直涡度输送不利于对流层中低层低涡加强.分析还表明,冷空气触发大气不稳定能量释放,是低涡发展的重要机制;冷暖卒气交汇导致辐合流场的维持和加强,是低涡得以维持和加强的重要因素.     

山西中部一次暴雪天气过程分析

利用常规气象观测资料和NCEP全球再分析资料,对2013年4月19日出现在山西中部的一次暴雪天气过程进行了综合分析。结果表明:高原槽、低空低涡切变线、地面回流以及河套气旋等的共同存在为暴雪天气提供了有利的流型配置;700 h Pa西南急流、850 h Pa偏东南急流和925 h Pa偏东急流为此次暴雪天气提供了强的水汽输送和补充;500 h Pa偏西北急流和850 h Pa偏东北强气流耦合加强,且高层正涡度输送以及低层辐合、高层辐散的倾斜垂直结构使得上升运动加强,触发低层不稳定能量释放,导致暴雪天气的发生。低层和近地层温度变化、0℃层高度下降、逆温层增厚以及垂直风切变加大是判断此次降水过程相态变化和降雪强度增强的重要指标。     

江淮气旋的结构特征

本文分析了13个江淮气旋个例的合成场。认为江淮气旋的温压场特征是低层为低压,高层为高压,发展时各层均为暖性的,强盛后低层为冷性,高层为暖性;流场特征是低层气流辐合,具有正涡度,高层气流辐散,具有负涡度,气旋中心区域气流上升,边缘区域气流下沉,具有垂直环流圈。     

一次伴有高原低涡和热带气旋活动的持续性暴雨过程分析

为了进一步考察持续性暴雨发生机制,针对2010年7月下旬川、陕、甘地区的一次持续暴雨过程,应用MICAPS资料,FY-2E辐射亮温资料,TRMM卫星降水资料,NCEP每6 h 1°×1°分辨率的分析资料,主要分析了暴雨发生的环流背景,暴雨直接影响系统-高原低涡、热带气旋、中尺度对流系统、冷暖平流等对持续性暴雨的影响。结果表明:(1)本次持续性暴雨过程发生在对流层高层南亚高压由纬向型转为经向型,对流层中层副热带高压东退西进,热带气旋登陆西行,高原低涡东移受阻,中尺度对流系统不断生消的有利条件下。(2)高原低涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓,涡区切变流场加强,正涡度平流输送使低涡加强与维持。(3)低涡为暴雨发生提供了有利的抬升条件,使降水期间涡区呈现较强的正涡度和辐合上升运动,降水最大值出现时间对应辐合上升运动最强时,降水过程中对流层中低层为垂直正螺旋度,有利于低涡系统维持和降水持续,垂直正螺旋度大值区及出现时间对强降水发生及落区有一定的指示性。(4)对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累,同时也使暴雨区中尺度对流系统生肖不断,降水得以发生和持续。     

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。     

2015年肇庆开汛暴雨环境条件和雷达风廓线产品特征分析

利用常规观测资料、Micaps资料、NCEP 1°×1°再分析资料和雷达风廓线资料,对2015年肇庆市开汛暴雨过程的环境条件及雷达风廓线产品特征进行分析。结果表明:暴雨发生在200 h Pa高空气流分流区、700 h Pa显著西南气流前方、850 h Pa切变线以南风速辐合区、925 h Pa风场辐合区和地面锋面低槽的重叠区域。暴雨发生前伴随着CAPE值激增,在大气层结极不稳定条件下,西南暖湿气流北上在广东中部地区辐合汇聚,为暴雨提供大量水汽和不稳定能量。暴雨过程低层气旋式涡度和高层反气旋式涡度使得低层辐合和高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动。暴雨期间雷达风廓线资料直观地显示了中小尺度系统引起的风场变化,中层波动对应过程中的几个强降水时段。当上空处于中层西风波动槽前时,西南暖湿气流层次深厚,降水加强;当6 km以上高度西北气流向下发展时,降水处于减弱阶段。     

陕南一次暴雨天气过程的诊断分析

应用常规气象观测资料、NCEP（1°×1°）再分析资料和FY-2C气象卫星资料,对2007年7月28—29日发生在陕南丹凤的暴雨天气进行综合分析。结果表明：贝加尔湖的阻塞高压使得中高纬环流形势稳定,河套低涡、副高位置稳定少动,商洛处于稳定的东高西低的环流形势是本次暴雨的大尺度环流背景;低涡切变,低空西南急流为本次暴雨过程提供了充沛的水汽和能量条件,暴雨区上空存在着明显的水汽通量辐合中心,中层干冷空气由东北向下侵入暖气团,在雨区上空形成对流不稳定区。暴雨区上空900～300hPa都为正涡度区,为一深厚的气旋性涡旋,有利于对流的发展,雨区垂直运动发展旺盛且深厚,为大降雨提供了抬升条件。散度垂直分布从对流层低层到高层呈现辐合一辐散的双重结构,有利于对流的发生发展。     

引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

一次高原切变线过程的数值模拟与阶段性结构特征北大核心CSCD

利用非静力中尺度数值模式WRF并结合NCEP-FNL分析资料、常规气象观测资料、FY-2F卫星TBB数据以及CM ORPH降水资料,对2014年6月29日至7月1日的一次高原横切变线过程进行了数值模拟并分析了其演变过程中降水、热力、水汽和动力的结构特征。结果表明,WRF模式较成功地模拟了此次高原切变线过程的降水量和落区。在高原切变线活动期间,不同阶段结构特征存在明显差异。切变线附近通常对应TBB<-20℃的云区;随着切变线的发展,TBB值降低,在云区内有多个TBB<-60℃的对流活动中心,对应主要降水期;在切变线减弱阶段,TBB值升高,降水趋于结束。高原切变线存在"南暖北冷"的热力结构,在切变线发展维持阶段呈现高层稳定、低层不稳定的垂直分布特征;高原切变线也是水汽的聚集带,水汽通量散度的转变对高原切变线的发展具有一定指示作用。在切变线初生阶段和维持、发展阶段,垂直方向上存在正涡度中心和辐合中心,呈现对流层低层正涡度和高位涡中心相耦合的动力结构;气旋式切变有利于高原切变线上正涡度的维持;散度场上的低层辐合、高层辐散的结构特征有利于切变线上垂直上升运动的发展;高原切变线上的辐合带先于正涡度带开始减弱、消失是高原切变线减弱的一种特征信号。     

云南一次切变线上中尺度低涡扰动的结构分析

利用η中尺度数值模式模拟的时空高分辨输出、常规资料、GMS红外云图及TBB资料，对2002年6月25日切变线上中-α尺度低涡扰动的结构、形成过程及冷空气来源进行研究，结果表明，低涡环流的尺度属于中-α尺度，持续时间7小时左右，低涡成熟阶段，700hPa正涡度中心与低涡环流中心相重合，低空急流及强辐合中心位于低涡的东南象限；低涡环流由三股气流构成；低涡区上空存在超强散度柱、倾斜涡柱、深厚的上升运动区及特强垂直上升运动，超强散度柱与特强垂直上升运动互耦，强辐合、辐散中心发生在南、北风辐合、辐散且有强的υ分量垂直梯度处，低层正涡度中心的上方，存在一负涡度中心；最大的水汽辐合位于700hPa及550hPa；低涡区冷空气来自500hPa的滇缅高压；大暴雨中心位于低涡中心的东侧。     

一次高原切变线过程的数值模拟与阶段性结构特征

利用非静力中尺度数值模式WRF并结合NCEP-FNL分析资料、常规气象观测资料、FY-2F卫星TBB数据以及CM ORPH降水资料,对2014年6月29日至7月1日的一次高原横切变线过程进行了数值模拟并分析了其演变过程中降水、热力、水汽和动力的结构特征。结果表明,WRF模式较成功地模拟了此次高原切变线过程的降水量和落区。在高原切变线活动期间,不同阶段结构特征存在明显差异。切变线附近通常对应TBB-20℃的云区;随着切变线的发展,TBB值降低,在云区内有多个TBB-60℃的对流活动中心,对应主要降水期;在切变线减弱阶段,TBB值升高,降水趋于结束。高原切变线存在"南暖北冷"的热力结构,在切变线发展维持阶段呈现高层稳定、低层不稳定的垂直分布特征;高原切变线也是水汽的聚集带,水汽通量散度的转变对高原切变线的发展具有一定指示作用。在切变线初生阶段和维持、发展阶段,垂直方向上存在正涡度中心和辐合中心,呈现对流层低层正涡度和高位涡中心相耦合的动力结构;气旋式切变有利于高原切变线上正涡度的维持;散度场上的低层辐合、高层辐散的结构特征有利于切变线上垂直上升运动的发展;高原切变线上的辐合带先于正涡度带开始减弱、消失是高原切变线减弱的一种特征信号。     

河西走廊东部“6.27”突发性暴雨特征与成因

针对2012年6月27日河西走廊东部突发性暴雨天气过程,利用Micaps常规资料、FY-2D卫星资料、NCEP再分析资料和82个区域气象站及6个自动气象站逐时降水资料,从天气特征、高低空急流、水汽条件、中尺度特征、稳定度、垂直运动等方面进行综合分析。结果表明:(1)此次暴雨的大尺度环流特征为典型的"北槽南涡",即500 h Pa贝加尔湖冷槽东移南压携带冷空气从柴达木低涡后部侵入与其汇合,冷暖空气在河西走廊中东部交汇。同时鞍型场的稳定维持,为柴达木低涡的发生发展提供背景,进一步加强了低空锋区和动力辐合,造成本地大到暴雨及暴雨天气;(2)700 h Pa中尺度低涡和地面辐合线为此次暴雨提供了抬升条件;(3)冷空气侵入700 h Pa低涡成为此次暴雨的触发机制;(4)高原中尺度对流云团发展北上与河西走廊东部新生对流云团合并加强是造成大到暴雨的直接原因;(5)高空西风急流与中低空偏南和东南急流的耦合,中层干冷、低层暖湿,环境风垂直切变以及散度"上正下负"和涡度"上负下正"的强上升运动区都为大降水提供了有利条件。