垂直切变和地形影响下惯性重力波的发展

采用分层浅水波方程和ＷＫＢ方法，分别讨论了在基流垂直切变和地形的影响下，二维惯性重力波的稳定性及其发展，并根据理论结果试图解释１９９２年６月２１日发生在京津冀的一次飑线演变与惯性重力波之间的关系，这可能为飑线预报提供一种思路     

复杂地形强降雪过程中垂直运动诊断分析

利用WRF模式对2018年11月30日伊犁河谷和天山北坡强降雪过程进行数值模拟,并分析复杂地形强降雪过程垂直速度和垂直动能变化机制。研究表明,冷锋过境造成地表气压升高,干空气气柱质量增大,从而导致垂直气压梯度力和干空气气柱浮力发生变化,进而引起垂直运动发生发展。垂直速度局地时间变化主要取决于扰动垂直气压梯度力、水物质拖曳力和扰动干空气浮力。在天山北坡,气流过山时,迎风坡的扰动垂直气压梯度力较大,扰动干空气浮力较小,二者合力促进上升运动;在背风坡,扰动垂直气压梯度力和扰动空气浮力形成向下的合力,产生下沉加速度,导致背风坡下沉大风。扰动垂直气压梯度力做功和扰动干空气浮力做功情况基本相反,背风坡扰动垂直气压梯度力和综合强迫做功项抑制垂直动能,扰动干空气浮力和水物质拖曳力做功项增强垂直动能。此外,扰动垂直气压梯度力和扰动干空气浮力做功项主要出现在中低层,水物质拖曳力做功项主要位于低层,平缓地形处的综合强迫做功明显小于地形复杂处。     

垂直切变基流中东西向地形对惯性重力波稳定性的影响

利用分层浅水波方程和小参数(WKB)方法,考虑具有垂直切变的基流和地形的作用,求得惯性重力波的局地频率方程,并根据此方程分析讨论了在多种环境条件下波动的稳定性情况。     

地形重力波拖曳参数化方案在一次陕西极端性暴雨天气过程中的应用

利用中尺度WRF模式进行敏感性试验,分析探讨加入地形重力波拖曳参数化方案(GWDO)后对2013年陕西入夏以来最强的一次暴雨过程的模拟能力和地形影响下强降水的形成机制。本次过程是在高空槽和低涡配合的有利形势下形成的,秦巴山区的地形作用对本次暴雨过程有着重要影响。在引入地形重力波参数化方案后,模式对关中大暴雨中心的模拟能力有所提高,强降水落区及量级与实况更为接近,较为有效地改善了环流形势及主要影响系统的模拟。在引入地形重力波参数化方案后,这一地区环流进行调整,有利的水汽条件和对流不稳定配合强烈的上升运动,是影响关中地区强降水的重要因素。该参数化方案对陕西暴雨预报具有一定的适用性,但是对陕南的暴雨区模拟还具有较大的误差,需要进一步改进。     

一种新型高度地形追随坐标在GRAPES区域模式中的实现:理想试验与比较研究

将一种新的高度地形追随坐标(Klemp坐标)引入了GRAPES区域模式,并与传统追随坐标(Gal-Chen坐标)和平缓地形追随坐标(SLEVE,Smooth Level Vertical coordinate)进行了比较。对不同坐标下气压梯度力的计算误差通过理想静止大气试验进行了评估,结果表明:与Gal-Chen坐标和SLEVE坐标相比,Klemp坐标有效地减小了气压梯度力的计算误差。理想重力波模拟试验表明,Klemp坐标下对重力波的模拟相比其他两种坐标也更接近于解析解。模式进一步采用了Mahrer气压梯度计算方案减少了计算误差,并提高了模式的精度和稳定性。实际个例试验与理想试验的结论相似。     

2006年6月5～8日梅雨锋上中尺度对流系统引发福建北部暴雨的诊断分析

利用1°×1°经纬度的NCEP再分析资料、地面1 h降水和卫星黑体辐射亮度温度资料,分析了2006年6月5～8日引发福建北部大暴雨的梅雨锋上的中尺度对流系统活动,探讨了梅雨锋上或锋前暖区一侧中尺度对流系统触发和增强的动力机制,并进一步研究了强降水凝结潜热造成的非绝热加热在对流系统发生发展中的作用。结果发现:福建北部强降水产生是由梅雨锋上或锋前多个β中尺度或α中尺度的强对流系统活动造成的,这些中尺度对流系统的发生发展与大尺度地转强迫造成的上升运动、武夷山脉等的地形动力强迫抬升作用、梅雨锋锋生以及锋面的阻挡和直接抬升作用有关。梅雨锋上强降水造成的非绝热加热在中尺度对流系统的形成和发展中起到了重要作用。最后,总结出梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的概念模型。     

城市边界层过程在北京2004年7月10日局地暴雨过程中的作用

从大量的观测事实入手,结合简要的理论分析,揭示发生在北京城区的一次相对孤立的β中尺度对流暴雨系统的启动机制以及城市边界层在这次局地暴雨过程中的作用.研究结果表明:(1) 2004年7月10日北京暴雨前后,局地水汽和天气尺度低空水汽输送条件是非常有利的,但是天气尺度系统的垂直运动对这次北京局地暴雨是存在抑制作用,至少没有明显的帮助.这一点与区域性降雨带中出现的中尺度暴雨中心具有明显区别.(2)暴雨发生在偏南暖湿气流中,首先,可能是位于北京西南的河北涞水和易县附近强雷暴群激发的重力波传播,触发对流不稳定能量释     

“7·21”北京特大暴雨成因分析(Ⅱ):垂直运动、风垂直切变与地形影响

本文是“北京7·21 特大暴雨成因分析”的第二部分,从上升运动、风垂直切变以及地形影响等方面进一步探讨暴雨成因。所用资料包括常规、加密自动气象站、多普勒雷达观测以及NCEP 1°×1°再分析资料。分析表明：1)高空急流辐散与低层低涡切变线、地形辐合线、地形强迫抬升等共同作用构成的强烈上升运动触发和增强了暖区强降水;低涡东移、锋面系统进一步增强了上升运动,触发形成锋面降水过程。2)较强的风垂直切变是“7·21”特大暴雨区别一般暴雨的另一个环境场特征。3)对流层中层西南引导气流加强、地面辐合线呈西南—东北向、云团移向前方存在上升运动中心、水汽通量辐合中心以及位势不稳定中心。这些因素造成对流云团在辐合线附近一个个生成,并向前方辐合和位势不稳定中心移动而形成“列车效应”,造成特大暴雨灾害天气。4)地形对“7·21”暴雨存在迎风坡、喇叭口地形、地形中尺度辐合线等多种增幅作用,使得北京西南部山区成为对流云团的触发和加强区域。     

2011年梅汛期一次暴雨过程的对流涡度矢量方程诊断分析

利用NCEP FNL资料、FY-2E云顶亮温、常规观测及加密自动站降水量等资料,以及高分辨率中尺度模式WRF V3.3的模拟结果,结合对流涡度矢量方程对2011年6月一次江淮梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,模拟结果再现了该次暴雨过程的降水特征,该过程主要受地面低压及梅雨锋锋面系统的控制和影响,其中6月14-15日为所选暴雨个例最旺盛的阶段,且该时段伴随梅雨锋上中尺度对流系统的移动发展和梅雨锋锋生。对流涡度矢量及其垂直分量的倾向方程的诊断分析表明,对流涡度矢量垂直分量的局地变化主要受非绝热加热项的影响;而非绝热加热与次级环流和梅雨锋锋生的关系说明中尺度对流活动与梅雨锋锋生存在类CISK机制的反馈关系。因此,对流涡度矢量,特别是其垂直分量可以用来诊断和揭示伴随非绝热加热的中尺度对流系统与梅雨锋锋生之间的关系。     

热力散度垂直通量在延安强降水过程中的诊断分析

利用NCEP1°×1°6h再分析资料对2013年7月22日延安地区强降水过程进行了热力散度垂直通量诊断分析,结果表明:当高空辐散区叠加在弱的低层辐合区上方时,促进低值系统的发展,使高低层的辐散辐合均加强,从而引起强烈的上升运动,为强降水的产生提供了有利的动力条件。在强降水区,广义位温等值线呈"漏斗"状,从对流层高层向下伸展到对流层低层,且在对流层低层垂直梯度比较显著。在此次降水过程中,高空主要有两股干冷空气影响延安地区,一股位于延安西侧的中高层,一股位于其东部的对流层低层,这两股冷空气夹击延安地区上空中层的暖湿气流,加强了降水区附近的湿斜压不稳定,为强降水的产生提供了有利的热力不稳定条件。热力散度垂直通量的垂直分布及整层积分的结果与地面6h强降水落区有很好的对应关系,它的变化趋势及移动方向与强降水区的变化趋势和移动方向也较为一致,对强降水落区预报有一定的参考意义。     

Comparative Analysis of the Generalized Omega Equation and Generalized Vertical Motion Equation

Research on vertical motion in mesoscale systems is an extraordinarily challenging effort. Allowing for fewer assumptions, a new form of generalized vertical motion equation and a generalized Omega equation are derived in the Cartesian coordinate system(nonhydrostatic equilibrium) and the isobaric coordinate system(hydrostatic equilibrium),respectively. The terms on the right-hand side of the equations, which comprise the Q vector, are composed of three factors:dynamic, thermodynamic, and mass. ...     

江苏南部两次暴雨-大暴雨过程分析

2011年6月10日(简称"11·06")和2017年6月10日(简称"17·06")在江苏南部出现了两次暴雨-大暴雨过程,本文利用常规观测资料、FNL再分析资料和雷达资料等,对两次过程进行了分析,结果表明:异常的高低纬度环流形势配合,为强降水的发生提供了有利的环流背景.两次过程代表站的物理量场差异较大:"17·06"...     

甘肃东南部两次极端致灾暴雨对比分析

为了研究甘肃东南部相同气候背景条件下极端暴雨天气的成因,提高极端暴雨强度和落区预报的准确率,利用NCEP再分析、自动气象站降水、常规观测资料及卫星云图资料,对2013年8月7日和2017年8月7日发生在甘肃东南部两次极端暴雨进行对比分析。结果表明:两次极端暴雨天气过程都伴随着短时强降水等强对流性天气,具有降水量大、雨强强、灾害重的特点,其中冷空气的强度对暴雨落区、空间分布以及影响系统移动以及对流强度产生重要影响。在强冷空气和高空低槽、低层切变线影响下,暴雨区偏南,强降水区域小,持续时间短,不稳定条件更好,对流强度更强;在弱冷空气和高原槽、低层低涡、低空急流作用下,暴雨区偏北,强降水范围大,持续时间长,大气湿层厚度大,低层水汽辐合强度、涡度以及垂直速度更强,降水效率更高,但对流强度相对较弱。卫星云图上,在强冷空气的影响下对流发展旺盛,形成强中尺度对流云团,对流云团呈带状;在弱冷空气作用下对流云团尺度小,发展范围小,有暖云降水特征,降水效率高。     

2008年初南疆地区持续低温天气的成因分析

2008年初南疆地区遭遇了罕见的持续低温天气,致使南疆地区的林果业和畜牧业遭受了罕见的冻害。本文从天气学的角度出发,系统地分析了此次天气中持续低温的成因。分析得出,欧洲到贝加尔湖的阻塞高压建立与维持,引导北方冷空气不断南下进入南疆;地面冷空气通过4种路径自北冰洋南海岸和欧洲沿岸到达南疆地区,同时在对流层的中层,偏北、偏西和偏东地区均有不同程度的冷平流随高空风带向偏南地区输送,共同作用造成了南疆盆地的降温和持续低温、     

塔克拉玛干沙漠南缘两次极端暴雨的气流模型与水汽输送特征

采用区域自动站逐小时降水观测数据、GPS/MET大气可降水量观测数据和NCEP/NCAR提供的FNL0.25°×0.25°分析数据,通过对比塔克拉玛干沙漠南缘和田地区2次落区接近、强度不同暴雨过程的环流和水汽特征,分析了影响极端暴雨产生的急流和水汽因子特征,结果表明：沙漠南缘暴雨时环流配置符合“三支气流”模型,高空急流、中层偏南风、低层辐合切变的强度与降水量正相关,当高层有极涡直接南伸至中亚发展而成的副热带大槽、中层有气旋前部的强偏南或西南气流、低层有偏东风急流明显西伸与西风急流形成强辐合时有利于出现极端暴雨。沙漠南缘暴雨的水汽源地、输送路径、水汽含量、饱和层厚度与降水量相关,暴雨的水汽源地一般为欧洲和北冰洋,降水区水汽输入以中低层为主,低层比湿大于6 g?kg-1,饱和层位于700 hPa以上;当中高层有来自阿拉伯海、孟加拉湾的由偏南风输送水汽的加入,低层比湿达8 g?kg-1以上、饱和层扩展至750 hPa以下时,可出现极端暴雨。     

哈密南部一次极值暴雨成因分析

通过对2002年6月18—19日哈密南部极值暴雨的环流背景、物理机制、T213产品的物理量及卫星云图分析，揭示形成极值暴雨的成因。     

四川盆地西部两次极端暴雨的广义湿位涡诊断分析

利用ERA5 0.25°×0.25°再分析资料、MICAPS4的常规资料以及四川加密自动站逐时降水观测资料,对2020年8月11～13日和15～18日发生在四川盆地西部的两次极端暴雨过程的广义位温和广义湿位涡进行诊断分析。结果表明：两次暴雨过程均属于500 hPa“东高西低”型暴雨,中高层南亚高压、高空急流、西风槽和低层切变线、低涡等天气系统是两次暴雨有利的动力条件,低空急流则是暴雨区良好的水汽条件。两次过程暴雨区上空均存在强广义位温梯度区和强广义湿位涡异常区,“8.11”暴雨出现高度为800～900 hPa,“8.15”暴雨出现高度为700～800 hPa,这种分布与低层相对湿度含量密切相关,即相对湿度越高,广义位温垂直梯度越强,广义湿位涡异常区中心值越高。两次暴雨的强降水站点广义位温和广义湿位涡的时空演变和降水的时间演变均有较好的对应关系,但广义湿位涡强度与小时雨强并不存在明显的正相关关系。     

南疆西部两次极端暴雨中尺度特征对比分析

利用常规气象观测、地面区域气象站逐小时观测数据、FY-2G云顶亮温、喀什CR/CC雷达产品及NCEP再分析等资料,对比分析南疆西部2020年4月17—24日和2021年6月15—17日(分别简称“过程1”、“过程2”)两次极端暴雨过程环流背景和短时强降水环境条件、中尺度特征。结果表明：两次过程均发生在500 h Pa“东西夹攻”的有利环流背景下,100 hPa南亚高压分别呈东部型和双体型,低空急流、切变线和地面中尺度辐合线是两次暴雨重要的触发系统。两次强降水均发生在对流云团发展最强盛、范围最大时或TBB梯度最大处。但雷达回波特征明显不同,“过程1”影响系统为线性多单体强风暴,最大反射率因子达65 dBZ,具有中小尺度辐合和旋转特性,强降水期间VIL维持40 kg/m²以上并有跃增现象,更有利于产生强对流。“过程2”影响系统为分散性普通单体风暴,径向速度高层辐散不明显,VIL值明显小于“过程1”。     

北疆极端降水事件的初步分析

基于北疆44站日降水资料,使用一元线性回归和二项式滑动平均等统计方法,分析了北疆极端降水量、极端降水频数和极端降水强度的时空变化特征。结果表明,极端降水在季节和空间分布上均存在较大差异,山区极端降水强度大,平原地区极端降水频数多。极端降水量和频数在夏季和冬季均呈明显增加趋势,伊犁河谷地区尤为显著,而春秋季变化趋势不明显。4个季节的极端降水强度和频数均以年际变化为主,春季的极端降水强度在1990年后出现多个峰值,而秋季,在1990年前存在多个峰值。     

山东一次历史极端降雪过程的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料及卫星TBB资料,对2013年4月19-20日山东极端暴雪过程的环流背景、物理量诊断、地形作用及其中尺度特征等进行了综合分析。结果表明:此次暴雪天气是以500 h Pa高空槽、700 h Pa西南低空急流及切变线、以及850 h Pa以下低层东北风作为环流背景的回流性质降雪;暴雪期间,相对湿度≥90%的高湿区明显下传,南方的暖湿空气沿着低层冷垫爬升,到达一定高度以后,水汽凝结产生降雪,强降雪落区并不位于强上升运动的中心位置,而是位于最大中心值的偏北一侧,在28°N-40°N之间高空有一明显的能量锋区,且随纬度的增高而向高空倾斜;近地面层有明显的辐合流场,TBB分布反映出暴雪期间有中小尺度系统配合,TBB最大值在-45~-40℃之间;此次极端暴雪过程中地形对温度的急剧下降起了重要的作用。