青藏高原东侧大暴雨数值分析及截断水汽场数值试验

利用天气学原理和η-坐标有限区域中尺度数值模式进行数值试验，分析探讨由西太平洋副热带高压、东北冷涡、西风槽及高原低值系统共同作用造成的青藏高原东侧陕西大暴雨天气过程的成因。结果表明：高原东侧暴雨形成的诸多因素中，水汽场及其输送是很重要的因素，截断暴雨区的主要水汽通道，降水会发生明显的改变，对流场及高层散度场有重要影响。     

"中日合作气象灾害研究计划"近日在京签约

建立高原周边地区大气特种观测业务站网是发展中国天气、气候灾害综合监测和预警能力的重要环节。青藏高原观测作为上游天气敏感区的特种观测业务站网建设是高原及周边地区实施减灾、防灾,包括下游地区防洪预警洪涝,改进中国灾害预警系统,发展减灾和预测新技术,整体上提高中国天气气候预测水平的迫切需求。中日合作JICA项目全称为:“中日合作气象灾害研究计划”,该项目实施目标为在局地强对流、暴雨与大范围洪涝灾害性天气上游“强信号”区———“世界屋脊”青藏高原及周边区域,建立大气边界层及水分循环综合观测网,集成现代先进观测设备…     

青藏高原地气耦合系统及其天气气候效应:第三次青藏高原大气科学试验

由于青藏高原（简称高原）是影响中国极端天气和气候事件的关键区,对天气、气候预报有重要影响。因此,中国气象局、国家自然科学基金委员会、中国科学院共同推动了"第三次青藏高原大气科学试验（TIPEX-Ⅲ）"工作。自2013年的预试验开始,TIPEX-Ⅲ在高原西部狮泉河、改则和申扎新建全自动探空系统,填补了高原西部缺少常规探空站的空白;在高原中、西部建成土壤温、湿度观测网;实施了高原尺度和那曲区域尺度的边界层观测,那曲多型雷达和机载设备的云降水物理特征综合观测,高原多站的对流层-平流层大气成分观测。在研究成果方面,项目结果指出,在高原中、西部草原、草甸和裸土下垫面状况下地表热量湍流交换系数和感热通量明显低于过去较早的估计值;高原主体的对流云活动主要不是来自南亚季风区的向北传播,而可能是局地发展所致;揭示出那曲对流云日变化特征、云宏微观特征以及云中水不同相态之间的转化机制,提出了夏季高原加热在维持亚洲大气"水塔"中的作用,以及高原加热对亚洲、非洲、北美洲气候的调节作用。在数值预报模式中,Γ分布比M-P分布更适合于高原雨滴谱特征,通过改进高原热传导过程参数化方案可以降低模式中高估的地表感热,并提升模式对中国中、东部雨带的模拟能力;此外,考虑青藏高原关键区信号可以提升中国中、东部降水的预报技巧。TIPEX-Ⅲ还带动了地面和高空常规观测、天气业务雷达和风廓线雷达等观测数据加工处理业务技术的发展,提升了中国国家级土壤湿度、水汽含量等遥感产品和高分辨率多源降水融合产品的质量,促进了气象监测、预报和数据共享业务的发展。      

青藏高原热源与天气系统影响灾害性天气的研究进展

青藏高原热源与天气系统对我国灾害性天气的影响一直是高原气象学的重点和难点。本文从高原热源与天气系统影响灾害性天气关键区与强信号、高原涡与西南涡基本结构和演变特征及其东移机制、高原热源与天气系统关系及其对暴雨天气影响、基于高原影响的灾害性天气分析诊断预报技术等4个方面,综述了其近10年内的最新进展;并针对高原地-气过程影响、天气系统分布演变特征、高原影响灾害性天气机理和高原气象观测试验布局等研究指出了存在的主要问题;最后,围绕高原气象综合观测系统、高原天气变化理论和高原天气预报技术展望了青藏高原影响灾害性天气未来的主要发展趋势。      

第三次青藏高原大气科学试验的观测基础

本文围绕第三次青藏高原大气科学试验的观测需求,从高原气象科学技术问题、高原气象前期科学试验、高原气象观测设计与站网布局等方面,分析了发展青藏高原及周边地区气象综合观测系统的重要意义、技术关键和重点目标,提出了观测系统的布局思路和建设方案,为我国第三次青藏高原大气科学试验提供观测基础支撑。     

青藏高原大气科学试验研究进展

该文对半个世纪以来, 我国气象工作者在青藏高原研究, 特别是1979年和1998年两次大规模青藏高原大气科学试验科学成果进行了全面回顾, 给出近年来青藏高原研究许多有重要价值的研究成果, 可概要地归纳为以下几个方面:两次青藏高原大气科学试验在青藏高原边界层研究、对流特征研究方面取得新进展, 发现许多新的观测事实。证明青藏高原也可能是低频振荡源地。试验发现青藏高原摩擦层风的Ekman螺线及热力混合层特征, 发现青藏高原上对流边界层高度可达2200 m, 湍流边界层高度比平原地区明显偏高; 研究给出了青藏高原近地层与边界层动力、热力结构及其湍流、对流云特征可构成青藏高原地区边界层的综合物理图像。追踪分析研究发现, 连续成串从青藏高原中部或东部发生、发展的对流云团族呈显著东移的特征, 认为长江暴雨洪水的初始对流云系统可追溯到青藏高原; 研究发现, 在适当的云天条件下, 在青藏高原上可观测到极大的太阳总辐射、有效辐射和地表净辐射。青藏高原地面反照率的变化产生热源、热汇的区域影响效应, 这种源汇带来季节性和区域性的变化将进一步影响到大气中长波波形的季节尺度变化, 研究还强调指出青藏高原雪盖的年度变化的反馈作用表现对行星尺度环流特征的影响, 在热带洋面也产生对SST异常的相互作用与影响; 青藏高原与亚洲季风系统影响研究取得显著进展; 研究发现, 青藏高原“感热气泵” (SHAP) 的有效工作导致了青藏高原地区由冬到夏大气环流的突变及南亚高压的突然北跳, 并维持着亚洲季风期; 研究揭示出青藏高原周边“大三角”区域是影响我国长江中下游暴雨的水汽输送关键区, 揭示在青藏高原地区及其东部水汽输送的“转运站”特征。水汽流向东的“转运”效应对长江梅雨期洪涝形成甚为重要; 青藏高原大气物质输送及其臭氧异常特征研究取得进展, 研究发现夏季在青藏高原上大气臭氧总量有一明显的低值中心存在, 并且发现拉萨的臭氧递减趋势比我国东部同纬度地区大, 而拉萨位于青藏高原臭氧低值中心的区域。     

青藏高原地气系统气象科学数据集成和共享

观测资料匮乏是制约青藏高原地球科学问题深入研究的关键因素。中国气象局国家气象信息中心联合中国气象科学研究院、中国科学院青藏高原研究所和西北生态环境资源研究院对近几十年来我国青藏高原区域的地气系统的大气和陆面观测资料及相关分析产品进行了整合集成,获得了高原区域长年代、多要素的地气系统综合气象数据,研发了综合气象数据库及其数据共享平台。本文系统介绍了相关科学数据的观测及数据情况,包括中国气象局长期业务观测数据、历次青藏高原大气科学试验数据、中国科学院部分野外台站长期观测试验数据和一些科学研究项目的产出数据成果,描述了多种数据的标准化集成技术和成果,设计并发布了青藏高原地气系统多源信息共享平台,为研究和解决青藏高原地球科学问题提供宝贵的数据资源。     

青藏高原周边异常多雨中心及其水汽输送通道

采用整层水汽通量诊断分析方法重点探讨了青藏高原周边多雨中心的水汽输送结构，揭示了高原东南部整层水汽输送扰动尺度辐合特征及其与高原周边多雨中心的相关关系，并分析了整层水汽通量合成相关矢量场，揭示出高原周边多雨中心水汽源及其多通道的异常辐合特征。     

青藏高原那曲地区夏季一次对流云降水过程的云微物理及区域水分收支特征

第三次青藏高原科学试验针对高原夏季云和降水物理过程开展了大量观测研究,为进一步揭示高原云微物理结构、云中水分转化和区域水分收支特征,本文采用中尺度数值预报模式（WRF）并结合高原试验期间的各种观测资料,对那曲观测试验区2014年7月5~6日的一次较为典型的夏季对流云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明WRF模式能够基本再现高原夏季对流云的发展演变过程以及降水的日变化特征。模拟结果显示高原夏季对流云中具有较高的过冷云水和霰粒子含量,冰相过程在高原云和降水的形成和发展中具有十分重要的作用,地面降水主要由霰粒子融化产生。暖雨过程对降水的直接贡献很小,但在霰胚形成中具有十分重要的作用。霰粒子胚胎的形成主要来源于冰晶与过冷雨滴的撞冻过程,雪粒子和过冷雨水的碰冻转化及过冷雨滴的均质冻结贡献相对较小。霰粒子的增长过程在12 km（-40℃）以上层主要依靠对冰晶、雪粒子的聚并收集过程,而在其下层的增长过程主要依赖对过冷云水的凇附增长,对雪粒子的聚并收集和凝华增长过程较小。高原那曲地区净水汽收支为正,日平均降水转化率可达20.75%,接近长江下游地区,高于华北、西北地区。该地区日降水再循环率为10.92%,说明局地蒸发的水汽对高原降水的水汽来源具有一定的贡献,但高原降水的90%仍然由外界输入的水汽转化形成。     

采用TIPEX科学试验资料对1998年7月长江特大暴雨系统的梅雨期区域边界水汽输送模型及其数值试验

采用1998年第二次青藏高原大气科学实验(TIPEX)现场观测资料,包括加密探地面与探空观测、系留气球资料及遥感和高原试验中的中日合作研究(GAME/Tibet)基地Doppler雷达资料对青藏高原上空发展的积云对流系统及其生成和移动进行监测,讨论了与1998年长江下游暴雨的关系。结果表明:1)卫星云图动态分析及TBB资料制作的Hovmoller时空剖面分析表明,1998年7月下旬的长江暴雨洪水系统可追溯到高原。2)对上述TBB分析的云团在安多站过境时段(7月18-19日)进行Doppler跟踪,Doppler雷达回波跟踪分析揭示出,这种在高原中部地区发展和东移、加强的回波十分频繁。TIPEX多种仪器联合观测资料的综合分析可捕捉高原对流系统的生消和移动轨迹,对诊断预测高原系统对其下游的影响很有价值。3)综合分析上述TIPEX同时段地面和高空加密观测报告的时空剖面发现,高原腹地区(那曲地区)对流云系频繁发展,与准静止的地面风场辐合的维持有关。高原地面风场的动力辐合、高原上空风场垂直切变以及高原西风增湿过程所提供的高原水汽输送对1998年长江暴雨的发展与加强起重要作用。4)对高原水汽垂直分布的中尺度过滤分析发现,高原水汽的高值与低值随时间的交替变化,清楚地揭示了生命史为几小时的次天气尺度的波动。高原中尺度波动东移的揭示进     

卫星资料在模式初值中的初步应用研究

运用物理初值化方法,将气象卫星资料引入模式初始场,使初始场向观测场逼近,试图改进由于初始资料不完善而造成的模式积分前期降水量偏少的现象。应用ARPS中尺度模式对天津地区的一次强降水天气过程进行了数值模拟对比试验,结果表明,加入卫星观测资料后,部分卫星观测为对流云区,水汽和云水物质的水平和垂直分布进行了较为明显的调整,模式的临近短时降水预报也有明显增强的趋势。可判断出模式的初始状况更接近观测实际,对提高中小尺度天气系统的短期和临近预报的准确率有积极作用。     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 I.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入     

我国暖季深对流云分布与日变化特征分析

本文利用1996-2008年近12年3-10月(无2004年资料,部分时段资料缺失)的地球静止卫星逐时多通道(红外1、红外2和水汽通道)数字云图资料给出了我国及周边地区暖季深对流云时空演变特征,并对比分析了相关文献中的雪暴日数分布及低轨卫星观测的闪电密度分布.本文以TBir1(红外1通道亮温)≤-52℃、TBir1-TBir2(红外2通道亮温)<3 K、TBir1～TBir2(水汽通道亮温)≤8 K来识别深对流云.分析结果表明:我国暖季有4个深对流云活跃区域,分别为青藏岛原中东部、华南和云贵高原东北部、新疆伊犁河谷及周边区域、浙闽赣大部分区域;总体来看深对流云夏季(6-8月)最活跃,春季(3-5月)次之,秋季(9-10月)最不活跃;不同季节深对流云地理分布特征显著不同;不同季节、不同地区的深对流云日变化特征具有明显差异,秋季日变化最不显著;由于春季日落时间早于夏季,一般说来深对流云日变化主峰时段春季早于夏季;青藏高原中东部、两广丘陵与浙闽丘陵地区深对流云都为单峰型日变化;四川盆地深对流云具有显著的夜发性特征;江淮地区春夏季节深对流云日变化都为双峰型,这可能与该区域较多MaCS密切相关;青藏高原中东部热对流比较活跃;夏季两广丘陵、四川盆地和江淮地区不仅热对流活动频繁,其他天气系统(比如台风、梅雨锋等)触发和维持的对流活动也非常活跃.     

2009年江苏一次强对流天气过程的遥感监测

以卫星水汽图为主,结合可见光云图、雷达资料和常规天气观测资料,分析2009年6月5日发生在江苏徐州沛县的一次冰雹、龙卷天气,结果表明：卫星水汽图中动力异常区与对流系统的交界处和可见光云图上两个对流云团出流边界处触发的新的雷暴云团区域容易产生龙卷等强对流天气;水汽图上的水汽输送带与可见光云图的对流云系相一致,并且水汽图像特征与导致垂直运动和气流变形场的大尺度天气过程有关系,代表着对流层中上部的动力特征;强对流天气发生在低亮温对流云团中。高时空分辨率的卫星和雷达遥感资料很好地反映了短时强对流天气系统的发展与演变,有效地补充了常规天气资料分析的不足,为短时天气预报提供一种思路。     

引发舟曲特大泥石流灾害强降雨过程成因

利用自动气象站观测资料、MTSAT卫星红外亮温资料、NCEP/NCAR再分析资料、AIRS卫星大气温湿资料、MODIS卫星气溶胶光学厚度资料和ECMWF模式预报的地面风、压、温、湿资料,对2010年8月7—8日甘肃省甘南州舟曲县引发特大泥石流灾害的强降雨天气过程的成因进行了天气动力学诊断分析,结果表明:由于地表强烈增温与高空槽后冷空气平流作用,8月7日午后舟曲及其上游 (西北方向) 地区大气不稳定性极强,区域平均对流有效位能 (CAPE) 值为4393 J·kg-1、对流零浮力层 (LNB) 高度达16.54 km;南北气流交汇与局地复杂小地形使得近地面形成多个中小尺度辐合线和辐合中心,于8月7日14:00(北京时) 左右触发了对流的产生;强盛的西北太平洋副热带高压与台风电母之间的偏南气流在23°~30°N纬度带转向西输送水汽直达青藏高原东缘,在高原地形作用下转为向北传输到达舟曲附近区域,为该区域对流发展提供水汽条件;对流云团形成后,在高空西北气流的引导下向东南方向移动,于8月7日夜间到达舟曲地区造成该地区强降雨,引发特大泥石流灾害。     

长江流域水汽收支与高原水汽输送分量“转换”特征

文中采用"箱体"模型边界的整层水汽输送特征描述长江流域梅雨带水汽收支总体效应,发现长江流域夏季降水与"箱体"模型整层水汽输送收支总量呈显著相关;青藏高原动力、热力强迫构成周边水汽输送特殊流型结构,大地形动力强迫导致高原周边水汽输送在高原南侧与东侧存在经向或纬向不同分量的水汽流型,且它们分别对长江流域梅雨带"箱体"模型水汽收支具有重要的影响.研究还发现高原南侧经向水汽输送与高原东侧纬向水汽输送分量之间呈显著相关特征,此研究揭示了长江流域洪涝过程上游高原周边关键区水汽输送不同分量间的"转换"特征,且此类水汽输送流型对夏季长江全流域各区域降水具有不同程度影响.上述高原周边水汽输送经向-纬向分量间的相互"转换"效应,是认识长江流域异常洪涝过程形成的关键环节之一.高原周边水汽输送分量相关结构及区域边界水汽收支问题将为长江流域洪涝预报提供科学依据.     

贵州西部两场典型暴雨个例对比分析

利用ECWMF数值预报产品资料、逐日客观分析资料、常规观测资料以及高密度区域气象自动站降水资料和物理量资料,对2011年6月中、下旬发生在贵州西部地区的两场暴雨天气过程进行对比分析。结果表明:①两场暴雨的发生,中低层均有西南低涡沿切变线东南移和强盛的西南暖湿气流,第1场有高原槽,第2场既有高原槽又有南支槽等天气条件的有效合理配置,以及较强的垂直上升运动和充足的水汽、能量条件,为暴雨产生提供充分的条件。②区域气象自动站降水资料显示,中小尺度天气系统演变对强降水落区有很好的指示意义。③WRF模式较准确地模拟出降水落区、强度以及700 hPa上西南涡沿切变线移动趋势,对类似暴雨短时临近预报具有重要的指示意义。     

灾害天气研究进展

2011年,灾害天气国家重点实验室积极推进实验室改革发展,编写完成“灾害天气国家重点实验室深化改革方案”并上报中国气象局。在灾害天气遥感监测、数值模式研发、灾害天气结构和机理研究等基础研究领域开展了大量工作,取得了预期的进展。积极推进第3次青藏高原大气科学试验,加强实验室业务系统数据支持平台和青藏高原、暴雨观测外场试验基地建设,雷达监测等方面的成果进一步得到推广和应用。     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 Ⅰ.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入高原西部.在讨论夏季高原地区高湿状况的维持机制时发现,相对于高原东部,只需要较少的水汽输入就足以维持高原西部大气的高湿状态;高原西部的降水、蒸发和向土壤中渗透是接近于平衡的,水分循环主要是局地的内循环.     

2010年6月中国南方持续性强降水过程：天气系统演变和青藏高原热力作用的影响

2010年6月中国南方发生持续性强降水,其强度与2008年6月相当,超过近年来其他年份。但是,与2008年6月相比,2010年6月对流层中低层低值系统活动在青藏高原至长江中下游地区异常频繁,副热带高压(副高)位置异常偏西、强度偏强,导致低层异常风场辐合区及强降水区域相对偏北。分析2010年6月14—24日中国南方连续出现的4次持续性强降水过程,发现南亚高压、对流层中层的中纬度槽脊和西太平洋副高以及低层切变线和东移低涡是造成持续性强降水的主要天气系统。利用WRF模式对2010年6月强降水过程实施显式对流集合模拟试验,在控制试验重现观测到的地面降水和天气系统特征的基础上,在敏感性试验中将青藏高原的地表短波反照率修改为1.0,对比两组模拟试验的结果表明:控制试验中青藏高原的地表感热加热作用使得高原及其周边地区的大气温度发生变化,相应的热成风平衡调整使得对流层低层至高层大气环流和天气系统特征发生显著变化,增强了中国南方的持续性降水。200 hPa青藏高原西部形成反气旋性环流异常,东部形成气旋性环流异常,青藏高原东部南下的冷空气加强,中国南方辐散增强;500 hPa青藏高原北部的脊加强,中国东部的槽加深,副高西北侧的西南风明显增强,从青藏高原向下游传播的正涡度也显著加强;850 hPa的低涡强烈发展并逐步东移,华南沿海的西南低空急流更为强盛,导致降水区的水汽辐合、上升运动及降水强度都增强。