一次暴雨过程中天气尺度与次天气尺度系统的相互作用

文章利用动能方程计算天气尺度与次天气尺度系统动能以及非线性动能的作用，以分析强降水系统中主要动力过程。结果表明:在暴雨系统中，存在着天气尺度和次天气尺度系统间的相互作用，次天气尺度运动增加天气尺度动能，使暴雨系统得以维持。     

武汉暴雨过程中天气尺度与次天气尺度系统的相互作用

利用动能方程计算天气尺度与次天气尺度系统动能以及非线性动能的作用,以分析1998年7月发生在武汉的1次强降水系统中的主要动力过程。结果表明:在暴雨系统中,存在着天气尺度系统与次天气尺度系统间的相互作用,天气尺度动能减小,次天气尺度动能增加,但天气尺度动能和次天气尺度动能不能直接进行转换,而必须通过不同尺度之间的非线性相互作用来实现。也就是说,对次天气尺度系统而言,天气尺度系统是动能源,通过非线性相互作用,把能量传递给次天气尺度系统。     

“96.8”暴雨过程中不同尺度系统的相互作用

利用动能方程计算了天气尺度,次天气尺度的动能以及非线性相互作用的动能,分析了“９６．８”暴雨过程强降水时段的主要动力过程,结果表明：在暴雨系统中,存在着天气尺度和次天气尺度系统间的相互作用,天气尺度动能减小,次天气尺度动能增加,即对于次天气尺度系统而言,天气尺度系统是一个动能源,通过非线性相互作用,天气尺度系统把动能传递给次天气尺度系统,使暴雨系统得以发展。     

95.8暴雨过程中天气尺度和中尺度系统相互作用的数值模拟

本文依Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通波场的连续性特征进行尺度分离，分析了暴雨过程中天气尺度系统和中尺度系统的作用，并用中尺度数值模式对该暴雨过程中天气尺度和中尺度系统的相互作用进行了数值模拟。     

一种分离暴雨过程天气尺度和次天气尺度特征的方法

作者提出利用奇异谱主分量重建技术进行气象变量场尺度分离的新构想,并设计出尺度分离的具体实施方法.使用此方法对1998年7月下旬长江流域强暴雨过程的卫星观测亮温(TBB)场进行了试验性尺度分离.结果表明,该分离技术可以将这次暴雨过程天气尺度和次天气尺度系统的基本结构清晰地分离出来.在天气尺度场上,长江流域呈现出明显的切变线上连续性对流云系的特征.在次天气尺度场上,可以清楚地显现出偶极子系统的演变特征,其活动与暴雨过程有很好的对应.     

“8.11”暴雨过程的物理量特征

分析了８月１１～１２日造成鲁东南特大暴雨的不同尺度天气系统及物理量场特征,并重点分析了地面的中小尺度流场、散度流场、散度场、能量场;结果表明这次特大暴雨的影响系统主要为９９０７号热带风暴减弱后与弱冷空气结合,在切变线上重新发展的中尺度气旋。强降水区与地面流场中小尺度辐合中心、散度场辐合中心相吻合,与能量场上的高能中心相一致。     

山东“8.11”暴雨主要特征分析

通过对“８．１１”山东特大暴雨过程的天气形势、冷空气活动、水汽、稳定度条件、中尺度系统和地形的分析,指出西风带弱冷空气与副高边缘热带风暴环流的相互作用是造成特大暴雨的大环流背景,特大暴雨的产生是热带风暴环流、热带辐合带、习冷空气与东南暖湿气流共同作用的结果,地形对局地特大暴雨有着重要的影响。     

“96.8”暴雨过程的尺度分离动能方程的诊断

用尺度分离的动能平衡方程,对1996年8月3～5日华北地区台风暴雨过程雨区内的动能制造和转换进行诊断。结果表明:动能在暴雨发展过程逐渐减小,动能转换项也是逐渐减小的。暴雨发生前,尺度相互作用制造项GKMS起最重要的作用,大尺度动能制造项次之,中尺度动能制造项消耗少量的动能;暴雨发生时,尺度相互作用和天气尺度运动仍制造动能,只是比发生前明显减少,中尺度运动由消耗动能转变为制造动能,动能转换主要来源于低层且数值明显减少;暴雨发生后,动能制造项数值仍为正,此时天气尺度动能制造最重要,但数值比前两阶段小,动能的转换主要出现于高层。可见,此次暴雨过程总动能的制造项一直为正,主要出现于高层,只是其制造量逐渐减小;动能转换是从低层向高层进行的,水平转换项起主要作用,是一种尺度减小的动能转换过程。     

一次特大暴雨形成中天气尺度和次天气尺度系统的作用

采用中尺度数值模式MM5V2对1998年6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验,着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征,提出本次暴雨过程形成的物理机制：天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道,次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合,为水汽的抬升与凝结提供动力条件;在有利的高、低空急流的配置下,暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北;次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展,促使暴雨增幅;特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心,有利于湿空气在上升运动中释放潜热,形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息,揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用,没有中尺度系统的配合,仅有天气尺度系统信息,或只有次天气尺度系统信息,没有大尺度系统的配合,暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。     

台风暴雨过程中不同尺度系统的相互作用

采用数值模拟和带通滤波相结合的方法,对一次台风暴雨过程中的大中尺度系统进行了分离;推导出一个包含大中尺度系统相互作用机制的涡度方程,对中尺度系统发生发展的主要影响因子和大中尺度系统之间的相互作用机制进行了定量诊断分析.结果表明:大中尺度系统之间的相互作用是中尺度系统发展增强、进而造成强降水的一种重要机制;当中尺度系统发展到一定阶段后,由中尺度涡度场、散度场和垂直速度场之间的相互配置所决定的散度项和扭曲项又会引起中尺度系统的减弱消散,这种中尺度系统发展演变的内在调节机制使得强降水在时间上也呈现出中尺度特征.     

多尺度天气系统的共同作用与暴雨成因分析

利用加密的地面常规资料、T213网格点等资料,对2003年5月7日发生在中国东部的大范围暴雨过程进行了诊断分析,发现大范围暴雨是在一定的大尺度环流背景下,各种天气尺度以及中小尺度系统发生发展与相互作用造成的。     

“96.7”集中暴雨过程的天气尺度诊断分析

对影响集中暴雨发生的主要系统，如副热带高压、冷涡、西风槽、中低以切变进行描述并从热力因素、动力因素两方面对其特征予以剖析，找出集中暴雨预报的着眼点。     

次天气尺度与中尺度暴雨间相互作用的研究综述

参考了近年来有关次天气尺度与中尺度暴雨间相互作用的文献,主要论述了低空急流与中尺度暴雨、高低空急流耦合与中尺度暴雨之间的关系。指出暴雨的研究主要是使用滤波、数值模拟及诊断分析;暴雨的诊断研究还是集中在垂直速度、水汽通量、辐合辐散等方面,有必要寻找并研究新的指数和物理量。     

导致“7.21”特大暴雨过程中水汽异常充沛的天气尺度动力过程分析研究

2012年7月21日北京发生了历史罕见的特大暴雨,最大累计降水量达到541 mm,最大雨强100.3 mm/h,强降水持续10多个小时,造成了巨大的损失。使用常规观测资料和NCEP再分析资料在讨论环境大气湿度条件与特大暴雨关系的基础上,分析了实现充沛的水汽远距离输送到华北并在北京上空积累的天气尺度动力过程及其形成的原因。结果表明,“7.21”特大暴雨产生在大气异常潮湿的环境中。在暴雨发生时,比湿最大值达到19 g/kg,而且,对流层中下层的比湿比北京区域性暴雨历史个例高40%。产生长时间强降水的重要原因是边界层以上高湿的特征在暴雨产生的过程中一直维持。充沛的水汽被一支从低纬度一直贯通到40°N附近的低空偏南气流从孟加拉湾和中国南海向北输送。偏南风持续增大形成低空急流,增大了水汽的输送。而且,随着急流核向东北方向移动逐渐靠近北京,在北京上空对流层低层产生了-17.7 g/（hPa·m²·s）异常强烈的水汽通量辐合。同时,高空强烈辐散与低空辐合的耦合不断加强,不仅增加了低层水汽在暴雨区汇集,而且也通过增强垂直速度将更多的潮湿空气向上输送,使高层大气湿度增大。通过上述两个天气尺度动力过程,实现了水汽的远距离输送,并在暴雨区上空强烈辐合,导致北京地区水汽异常充沛。输送水汽的偏南风持续增大的原因主要有两个：一是台风外围环流的影响;二是在海上副热带高压稳定维持的情况下,大陆上低压加强、东移,造成东西向气压梯度增大,在地转偏向力的作用下,南风增强。最后,得到了实现水汽远距离输送的天气尺度动力过程机理模型。     

华北“7·19”暴雨中低涡系统演变及多尺度相互作用机制研究

为探究华北暴雨的维持及中尺度系统演变机制,利用NCEP/NCAR的GFS资料、地面自动站观测资料等,借助数值模拟、涡度收支分析和尺度分离等方法,对2016年7月19日前后一次华北暴雨过程进行了观测分析和模拟研究。(1)本次极端降水过程与东移低槽切断形成的深厚低涡密切相关。低涡与副高脊线形成"东高西低"形势且雨区始终处于高层辐散低层辐合的动力配置下,有利于对流维持。涡旋与低空急流的配合使来自西南侧和东侧的水汽在华北辐合,并使雨区处于能量锋区,对流层中低层形成深厚逆温层,为暴雨维持提供水汽和能量保障。(2)低涡系统总体呈增强趋势,中心涡度最高达55×10-5 s-1以上。成熟阶段呈现贯穿对流层的直立正涡度柱,但涡度变化集中在500 hPa以下,中心维持在850 hPa附近。涡度增长主要受正涡度区与辐合中心重合产生的拉伸效应以及干侵入等因素的促进作用。(3)低层辐合中心由三种不同尺度系统叠加而成,其中中尺度系统对中心的强度和位置影响最大,而大中尺度风场间的辐合也使辐合区更大、强度更强。低层涡旋增长与风场辐合加强之间形成正反馈调节,有利于低涡和降水的维持。     

次天气尺度及中尺度暴雨系统研究进展

回顾了75年来中国科学院大气物理研究所科研人员在次天气尺度及中尺度暴雨系统领域的研究工作,这些领域主要包括暴雨、中尺度低空急流、低涡、梅雨锋结构及梅雨锋生、对称不稳定和涡层不稳定以及暴雨等灾害天气的天气动力学及数值模拟研究等;总结了在次天气尺度及中尺度暴雨系统研究的不同时期所取得的成就以及这些成就在防止和减轻中尺度暴雨灾害方面所起到的重要作用.     

“8.11”特大暴雨过程水汽条件分析

通过中尺度模式输出的物理量论断场资料,分析了特大暴雨的水汽源地、输送路径、辐合区域及降水机制。结果表明,本次特大暴雨是在弱有稳定层结条件下产生,通过潜热释放,又对大气环境场形式正反馈机制,从而使降水加剧。稳定的台风倒槽和低层切变、强的水汽输送是产生持续性强降水的重要条件,鲁中山区和胶东半岛特定地形对特大暴雨有重要影响。     

“96.7.2”特大暴雨天气动力过程诊断分析

通过分析１９９６年７月２日鄂东北特大暴雨环流背景、中低层辐合系统及物理量场，揭示这场犊在蚶垢物理机制和各要素场特征；并利用数值模拟，探讨地形的增雨作用     

一次MCS的尺度分离动能分析

利用尺度分离动能方法对１９９４年６月１１日０９ＵＴＣ－１２日１０ＵＴＣ影响湖南省的一次ＭＣＳ进行了研究，结果表明：１．大尺度运动中非地转风以及两种尺度间风场与气压的相互作用产生的动能，是这次ＭＣＳ的主要能源；２．中尺度动能以及两种尺度风场相互作物 动勇，随ＭＣＳ发展而增加；３．在ＭＣＳ的整个发展阶段，高层的总体动能锐减。     

一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究II.实际应用

本文利用中国自动站与CMORPH（Climate Prediction Center Morphing technique for the production of global precipitation estimates）融合的逐时降水量0.1°网格数据集资料挑选出一次典型的梅雨锋暴雨个例,运用WRF中小尺度模式进行模拟,对模拟得到的高分辨率结果进行Barnes滤波,最后将滤波结果代入动能和位能方程中,目的是定量地分析各个尺度能量的变化以及它们之间的相互作用对暴雨强度的影响。研究发现:模式模拟的降水过程和强度与实况较为吻合,推导的能量方程适用于这次暴雨过程。三种尺度能量之间的相互作用包含了各种跨尺度能量的相互作用。在整个暴雨过程中,跨尺度之间的斜压能量转换包括位能向动能的能量转换和动能向位能的能量转换。同尺度之间的斜压能量转换总是单向的,且量值较大,动能的强度主要靠位能向动能的能量转换来维持。斜压能量转换的多少影响着暴雨的强弱。大尺度斜压能量转换在中高层比较强,中尺度斜压能量转换在低层较强,尤以β中小尺度系统变化最为显著,β中小尺度系统扰动是影响暴雨强度的关键系统。风切变的大小影响各尺度动能之间的能量转换。温度或位温梯度的大小影响各尺度位能之间的能量转换。位能与动能之间的能量转换主要与各尺度垂直速度和温度的垂直分布有关,暖空气上升冷空气下沉是各个尺度位能向动能转换的主要过程。