引发强降水的一次东移高原云团的能量演变特征研究

利用日本气象厅葵花-8卫星亮温资料、欧洲中心ERA5（the fifth generation of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis）再分析资料,根据时间尺度分解的局地能量诊断方法,本文从能量学多个角度研究了2016年6月5日00时（协调世界时,下同）至6日15时（持续40小时）一次东移并引发强降水的高原对流云团,得到了以下主要结论。本次事件中,高原东移对流云团在不同阶段的主要影响系统有所不同。移出高原前,其主要受高原涡和高原短波槽的共同影响,随着云团移出高原,高原涡消亡,而高原短波槽则随时间发展加强,成为东移云团的最主要影响系统。高原东移对流云团具有显著的深对流特征,自西向东引发了一系列的降水,移出高原后,其对流重心显著降低,降水达到最强。不同阶段高原东移对流云团的能量转换特征显著不同。云团位于高原上时（第一阶段）,背景场通过动能的降尺度能量级串为造成强降水的扰动流直接提供能量,这是此阶段扰动流动能维持的主要方式;云团移出高原过程中（第二阶段）,降水凝结潜热明显增强,由此制造的扰动有效位能也显著增强。在垂直运动配合下,扰动有效位能斜压释放所制造的动能是本阶段造成强降水扰动流动能维持的最主要能量来源;云团移出高原后（第三阶段）,背景场对造成强降水扰动流的影响再次增强,但是不同于第一阶段的直接影响方式,该阶段背景场的作用是以一种间接的影响方式出现。其首先通过有效位能的降尺度级串将背景场的有效位能转换为扰动流的有效位能,然后通过扰动有效位能的斜压能量释放为扰动流的动能维持不断地提供能量。此外,本阶段内还出现了扰动流向背景场动能的升尺度级串供给（即扰动流的反馈）,但其强度不足以对背景场的演变产生显著影响。     

引发梅雨锋暴雨的频发型中尺度低压(扰动)的诊断研究

利用再分析资料及加密观测资料,对1999年6月下旬有利大尺度环境条件下长江中下游地区梅雨锋上频发的5个中尺度低压(扰动)进行了诊断研究.由合成分析得到了长江中下游地区中尺度低压(扰动)的基本特征(共性);依其特征将之归纳为两种类型;之后选择两个典型个例分析了它们各自发生发展过程中特征的异同(个性).分析结果揭示了梅雨锋中尺度低压(扰动)的动力和热力结构特征、暴雨过程中对流活动的详细过程及典型雨团的路径和生命史.此外,高山站每小时的风记录等信息反映出低空西南急流和其上大风速中心同中尺度低压(扰动)及暴雨发生演变过程有密切关系.高空急流对中尺度低压(扰动)的发展及暴雨有明显的作用,有无高空西风急流与低空急流的耦合似乎是未来发展与不发展中尺度低压(扰动)之间重要的动力学区别之一.     

梅雨锋两类中尺度低压(扰动)及其暴雨的数值研究

对1999年6月梅雨锋频发型中尺度低压(扰动)及其暴雨代表个例,利用区域中尺度数值模式MM5进行了数值研究.基准试验成功复制出中尺度低压(扰动)和暴雨的发生发展过程,系统和降水的演变与强度结果比较合理.借助于高时空分辨率的模式输出,在一定程度上可以揭示中尺度低压(扰动)发生发展较详细的演变过程,同时也可描述出发展演变中某些更加细微的特征和反映对流层高低空气流的特征以及它们之间的相互作用.在基准试验基础上设计的一组数值试验,探讨了同中尺度低压(扰动)暴雨相关的物理过程,包括降水的显、隐式参数化方案,凝结潜热释放,行星边界层过程,局地地形对中尺度低压(扰动)及其所伴暴雨发生发展的影响.这些结果能在更加深入理解梅雨锋上两类中尺度低压(扰动)及其暴雨过程的具体物理图象方面提供一些有益的帮助.     

2003年夏季梅雨期强弱江淮气旋成因对比分析

在位涡框架下,利用位涡反演方法,对2003年夏季梅雨期间沿梅雨锋东移的一次弱江淮气旋的形成和维持过程进行了分析,并与强气旋的结果进行了对比。结果表明:对流层中高层的扰动在低层气旋中心位势高度降低或地面低压减压中起主要作用,而中低层的扰动起反作用,低层热力异常呈现一个弱的周期性作用。但在强江淮气旋的形成和发展过程中,中高层强迫对低层气旋发展期间的加深或地面低压的减压几乎没有贡献,中低层的非绝热加热是低层气旋加深或地面低压下降的主要贡献者。     

长江流域雨带形势下的一次低涡暴雨天气过程分析

对发生在嘉陵江到渠江流域的一次西南低涡暴雨天气过程的结构分析表明:本次过程属于长江流域季风雨芾形势下中～α尺度雨带中的中～β尺度雨团;与其对应的中小尺度初始扰动同次天气尺度低涡、切变线和急流核的形成有关;并利用中尺度扰动的对称不稳定理论诊断扰动波包的发展,指出了热成风偏差和对流不稳定局地变率在暴雨形成中的作用.     

基于CISK理论对环境流场影响台风发生发展的分析

本文用一基于第二类条件性不稳定机制(CISK)的简单数值模式研究了由于非热成风的存在和环境风场垂直切变的水平变化对台风低压发生发展的影响。结果表明,环境风场的涡度分布在对流层低层为气旋性涡度随高度增加,而在对流层高层为反气旋性涡度随高度增加时有利于台风低压的发生发展;非热成风存在且与热成风符号相反时有利于台风低压的发生发展。      

阿留申低压低频变化及其相关的瞬变动力学过程分析

利用NCEP/NCAR 1979—2013年的再分析资料,研究了冬季阿留申低压低频变化的环流特征,探讨了阿留申低压低频变化形成和维持的相关天气尺度瞬变强迫机制。冬季阿留申低压的低频变化在850 h Pa环流场上表现为北太平洋海盆区一个异常气旋/异常反气旋在局地强弱变化的过程,即阿留申低压在低频尺度上先异常增强/减弱随后逐渐恢复正常态的演变过程;850 h Pa上大气温度低频变化表现为低频冷中心在西北太平洋建立并逐渐东移的过程。对天气尺度瞬变扰动活动及其强迫的异常进行分析表明,北太平洋海盆区上空的瞬变动力强迫在阿留申低压异常增强的时期为负异常,有利于阿留申低压低频变化异常空间型的形成和维持。由瞬变热力强迫异常引起的温度倾向异常场表现为北太平洋中部以40°N为界南正—北负的空间分布,其南部正异常在一定程度上抑制和削弱了低频冷中心向南的扩张。     

浙江暴雨过程的中尺度低压

本文应用带通滤波法分析浙江暴雨过程中的中尺度天气系统。结果表明:(1)分析的五次暴雨过程都与中尺度地面低压有密切联系;(2)中低压是暖性的,有一较强的中尺度水汽辐合中心与它相伴,位于它的北部或东部;(3)暴雨的发生与水汽辐合中心密切相关,暴雨的地点、雨强和水汽辐合中心的位置、强度相对应;(4)地面中低压的发展与300hPa上发散流场和辐散中心的出现,以及对流层内非热成风涡度和上升运动的发展等环境条件有密切关系。     

长江流域雨带形势下的一次低涡暴雨天气过程分析

对发生在嘉陵江到渠江流域的一次西南低涡暴雨天气过程的结构分析表明：本次过程属于长江流域季风雨带形势下中－α尺度雨带中的－β尺度雨团；与其对应的中小尺度初始扰动同次天气尺度低涡、切变线和急流核的形成有关；并利用中尺度扰动的对称不稳定理论诊断扰动波包的发展，指出了热成风偏差和对流不稳定局地变率在暴雨形成中的作用。     

一次广东典型龙舟水暴雨过程的扰动形势分析

“龙舟水”期间的极端降水,常以近似平行的多条雨带出现,过量的降水会造成流域的或大范围的洪涝灾害。分解大气中的基本变量为瞬变气候与瞬时扰动两个部分,用后者揭示龙舟水期间强降水的区域分布特征。2020年6月5—9日出现在广东省中部和北部地区的多条近似平行的雨带和闪电高密度带只是华南和江南区域降水过程中的一个片段。分析结果表明:控制这片区域雨带活动的是南北两侧缓慢东移的扰动反气旋环流系统。在黄海扰动反气旋环流的南边缘和南海扰动反气旋环流的北边缘各形成了一条扰动风切变线与湿涡度扰动线对应,在它们之间形成了一个扰动低压气流区和其中的多个湿涡度扰动条带,决定了其中条状雨带的走向。分解欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式产品可以提前1~5天获得指示两个扰动反气旋环流系统和扰动低压气流区中湿涡度扰动分布的信息。      

ON THE SYMMETRIC DEVELOPMENT OF MESOSCALE DISTURBANCES

The effects of baroclinic basic flow on a paralleled mesoscale disturbance development are investigated.By using the WKB method,two-dimensional perturbation equations with the anelastic approximation areanalyzed.The result indicates that the symmetric development of a mesoscale disturbance is due to the in-homogeneous thermal wind deviations and unstationality of the basic field.     

98.6连续暴雨的对称不稳定研究

通过分析98.6连续暴雨过程的扰动风场与降水强度之间的关系,以及扰动风场与非线性和线性对称不稳定之间的关系,进而研究非线性和线性对称不稳定与降水强度和位置之间的关系,认为在日常降水预报中应注意扰动风场的变化以及非线性和线性对称不稳定。     

扰动风场对水汽输送过程的作用

给出了梅雨期暴雨过程中水汽输送３种内在输送过程的空间分布实例。指出无论在对流层中层或低层，无论是０８时或２０时的资料分析，均以扰动风场输送平均水汽场和平均风场输送扰动水汽场为主要输送过程，其中又以扰动风场输送平均水汽场占主导地位，故突出扰动场作用对预报降水落区更有参考意义。     

不同途径获得的大气重力波参数扰动场特征对比分析

重力波参数气候特征是确定全球大气模式中重力波参数化方案的一个重要环节,利用高垂直分辨率探空资料扰动场是获取重力波参数气候特征的基础数据和重要手段。目前,通常采用2～4阶曲线拟合、带通滤波方法获取高垂直分辨率探空资料扰动场,但针对不同方法之间的扰动场差异特征研究较少,本文利用2～4阶曲线拟合、带通滤波方法(0.5～5.0km)获取2014—2017年太原地区(112.55°E,37.78°N)高垂直分辨率探空资料扰动场,采用相关系数、Lomb-Scargle、不同区间范围占有率方法进行研究,结果表明:①不同方法之间的纬向风扰动场、经向风扰动场、温度扰动场均存在较明显差异,且相关性均较弱;②Lomb-Scargle分析表明,不同方法得到的平均纬向风扰动场、平均经向风扰动场、平均温度扰动场显著含有(通过90%置信检验)的垂直波长均存在明显差异;③不同方法得到的纬向风扰动场、经向风扰动场、温度扰动场显著含有的垂直波长,在不同区间范围内的占有率均存在明显差异。     

气象场相关结构对EOFs展开稳定性的影响

本文从矩阵扰动理论出发,提出利用矩阵的范数(norm)作为度量气象场随机扰动的稳定性指标,并由此间接推估EOFs展开的稳定性。经理论论证、数值试验和实例计算表明,气象场的相关性越好,达到稳定相关结构所需样本越小,由此得到的EOFs稳定性也越好,反之则不然。上述规律又直接受样本大小n和站点数目p的影响。对于不同的气象场来说,达到稳定EOFs的样本临界值不同,必须警惕EOFs展开有可能不是稳定的。     

夏季风时期南海扰动对大气热量、动量的调整

本文计算了1981年7月到9月南海区域的热量、动量收支,分析了扰动活跃期的运动场特征,讨论了次网格扰动对大尺度热量场和动量场的再分配作用。结果表明,扰动对大尺度场有两方面的贡献。一方面是释放凝结潜热,引起热成风调整,产生更有利于扰动发展的环境场,这是一个正反馈过程。另一方面是扰动对动量场的耗散作用,使运动场均匀化,破坏了扰动赖以存在的环境条件,构成负反馈过程。当正反馈过程占优势时,扰动发展;反之,当负反馈过程占优势时,扰动将消亡。      

西北太平洋热带气旋移动路径的年际变化及其机理研究

利用JTWC的热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析的风场资料以及Scripps海洋研究所的海温资料分析了西北太平洋热带气旋(TC)移动路径的年际变化及其机理。结果表明,西北太平洋TC移动路径有明显的年际变化并与西太平洋暖池热状态有很密切的关系。当西太平洋暖池处于暖状态,西北太平洋上空TC移动路径偏西,影响中国的台风个数偏多;相反,当西太平洋暖池处于冷状态,西北太平洋的TC移动路径偏东,影响日本的台风个数偏多,而影响中国的台风个数可能偏少。本研究以西太平洋暖池处于冷状态的2004年与西太平洋暖池处于暖状态的2006年的西北太平洋TC移动路径的差别进一步论证了这一分析结果并从动力理论方面分析了在西太平洋暖池不同热状态下,季风槽对赤道西传天气尺度的Rossby重力混合波转变成热带低压型波动(TD型波动)的影响,以此揭示西太平洋暖池的热状态对西北太平洋TC生成位置与移动路径年际变化的影响机理。分析结果表明,当西北太平洋暖池处于暖状态时,季风槽偏西,使得热带太平洋上空对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的位置也偏西,从而造成TC生成平均位置偏西,并易于出现西行路径;相反,当西太平洋暖池处于冷状态时,季风槽偏东,这造成了对流层低层Rossby重力混合波转变成TD型波动的区域,以及TC生成的平均位置都偏东,从而导致TC移动路径以东北转向为主。     

THE DEVELOPMENT OF SYMMETRIC DISTURBANCE SUPERPOSED ON BAROCLINIC FRONTAL ZONE UNDER THE ACTION OF DEFORMATION FIELD

The development of symmetric disturbance superposed on the background field of Hoskins-Bretherton (1972) frontogenesis model is investigated by means of WKBJ approach,It is found thatthe forcing of large-scale deformation,the frontal circulation and the spatial-temporal variations ofstability parameters (F~2,N~2,M~2) can bring about the development of symmetric disturbance,even though the frontal baroclinic flow is symmetric stable (F~2N~2-M~2=q>0),Thefrontogenetical process of deformation confluence zone and the ascending branch of frontalcirculation are in favor of the development of symmetric disturbance,The actions of ageostrophicshear in frontal zone and the variation of stability parameters are dependent on the structure ofdisturbance.