暴雨过程中低空急流形成的诊断分析

一、前言 分析预报经验指出,较大范围暴雨的发生同在1—4公里间低空出现强风区有密切联系,一般认为在850mb面上出现16m/s或以上的强风区可作为预报大到暴雨的一个很好指标。这种低空强风区即称为低空急流,在我国大多数为西南风急流,也有少数为东南风急流。低空急流不但能把低层水汽、热量集中往下游输送,使下游地区造成或增大     

关于暴雨和湿急流的讨论

湿急流是20世纪70年代末谢义炳在长期研究降水问题的基础上、在雷雨顺能量学方法对暴雨和强对流天气研究成果的启发下提出的一个科学猜想。近年来在多个暴雨实例的中尺度数值模拟结果都与湿急流猜想相符,即暴雨区中是存在将低空急流和高空急流在垂直方向上连接起来的湿急流,利用可视化技术还可将湿空气块在暴雨云团中的上升、加速和转向的轨迹清楚地展示出来。但是,湿空气块的加速并不仅仅是湿绝热上升过程中浮力的作用,动量收支的计算表明,中尺度水平气压梯度力对气块动量的增加也有贡献。文中还讨论了与暴雨和湿急流相关联的湿斜压平衡方程(湿热成风方程)等问题,指出从总能量收支平衡出发是不能解决暴雨过程中不同形式能量之间的转换过程是如何实现的。由于暴雨过程是高度非地转平衡的,也是非静力平衡的,同时还存在复杂的多尺度之间的相互作用,因此具有完善物理过程的高分辨率的数值模式是暴雨机理研究最有效的方法。     

论暖锋锋区内中尺度急流形成的原因及急流轴线上风速的计算

目前人们十分重视近地面气层内急流的研究。中尺度急流附近常出现狭窄的强风带,稍有偏离,上下风速便急剧减小。由于低空风垂直变化对飞机的飞行和降落有影响,因此中尺度急流的研究已成为感兴趣的问题。现已查明,与对流层低层中尺度急流相联系的风都有急烈的变化。 到目前为止,对导致低空急流形成的原因还无统一的看法。一些作者认为,最大风速的形成机制中热成风起主要作用,而另一些     

一次天气尺度低空湿急流的分析

低空急流对暴雨和其他一些重要天气的明显作用已为广大气象工作者所认识,关于低空急流的成因,国内外气象学者也进行了许多卓有成效的研究工作,“六十年代初期韦克斯勒把恰尼等人用于洋流的惯性边界层理论应用于大气,成功地解释了一些大尺度低空急流的形成;日本的气象工作者认为,中尺度低空急流是高空动量通过对流下传的结果;近年来我国气象专家着重指出,低空急流的发展是与高空急流结合在一起的。本文试从天气动力学的基本理论出发,结合具体个例研究天气尺度低空湿急流的主要物理特征和成因。     

长江流域一次大暴雨过程的低空急流形成和影响机制分析

利用WRF模式对2016年6月30日—7月6日长江流域的一次大暴雨天气过程中的低空急流进行数值模拟,在成功模拟低空急流基础上,分析此次急流过程中可能的影响机制;同时对地形高度进行敏感性试验,分析地形因素对此次低空急流可能的影响。(1)此次低空急流发生时,东侧为西太平洋副热带高压,西侧则为西南涡。这种“东高西低”的高低压配置为低空急流的形成与发展提供了有利的背景场。(2)高空急流和低空急流的耦合作用是低空急流发展的一个重要背景条件。(3)垂直方向高空动量不断下传为低空系统的发展提供了动力支持,是低空急流发生的一个重要条件。(4)逆温和垂直风切变之间的正反馈机制是低空急流形成与加强的因素之一。(5)山体在急流生成及发展过程中对气流有摩擦和阻挡作用,这种阻挡作用随着山体地形高度的增加而有所加强,同时山脉的走向会改变原始的风向,使得急流前端超前或滞后。青藏高原有强背风波效应,它的绕流和挤压作用会使得低空气流表现为狭长的带状,使动量更加聚集从而风速增加形成低空急流。      

北京地区夏季边界层急流的基本特征及形成机理研究

首先指出了北京地区夏季边界层急流的基本特征, 即北京地区边界层急流一般出现在白天高温背景下或发生局地暴雨的夜间, 强度存在明显的日变化, 垂直分布具有明显的"鼻状"结构特征, 急流核高度一般为600～900 m.从中尺度扰动方程出发, 并通过天气过程演变实例, 研究了地形热力作用、局地强降水在边界层急流形成过程中的作用, 指出: (1)夏季高温背景下, 平原与山区之间温度梯度方向、强度的变化, 是造成低空风垂直切变加速或减速, 即边界层急流形成或消失的直接原因, 因此这种边界层急流的高度一般要低于山体的高度.(2)局地暴雨与边界层急流之间存在明显的正反馈现象: 由于局地暴雨同时改变了对流层中层和近地面层气温的水平分布, 这种热力强迫作用造成了边界层气流加速; 反过来, 边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合--如果急流方向水平垂直于山坡, 这种迎风坡上的辐合将更强, 造成局地降水强度进一步增强.     

次天气尺度低空急流的形成

本文指出次天气尺度低空急流的超地转特征主要是由变压风叠加在地转风场上所致。并且高层辐散引起低层辐合,上下层质量调整是造成低层出现变压风的一个重要原因。明确了暴雨对急流反馈的直接效果就是增加其变压风.通过一个实例的诊断分析,对上述观点进行了验证。     

低纬垂直积分的水汽输送和行星尺度湿急流结构的初步分析

本文使用1979年5—7月FGGE—ⅢB资料和部份OLR资料及卫星云图,利用垂直积分(地面～300毫巴)的水汽通量矢量图,采用能够直观反映三度空间大尺度气流和水汽输送特性的分析方法,逐日地分析了南北半球中低纬度地区的大尺度水汽输送气流的分布与配置及其变化,发现大尺度的水汽输送在空间上具有连续性,在时间上具有稳定性,在结构上具有鲜明特点。文中描述了大气环流季节性转换期中各支不同来源的大尺度水汽输送气流强度和相互配置的演变,认为这是南北半球间和北半球中低纬间相互作用在水汽输送方面的反映。最后得出了几点具有天气学意义的结论。      

华北暴雪过程中的急流特征分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2009年11月10 11日华北中南部大范围暴雪过程进行了分析。结果表明:(1)这次大暴雪发生在500 hPa高空槽、700 hPa低涡切变线及河套锢囚锋共同配合的天气系统下。(2)暴雪区位于200 hPa极锋急流入口区的右后方和副热带急流出口区的左前方、700 hPa西南急流的左前方、925 hPa和850 hPa偏东急流的右前方。(3)不同高度的急流共同作用形成这次大范围的暴雪天气过程。低空急流是在高空急流的耦合下形成和发展的。容易耦合的区域是在高空急流入口区右侧或在高空急流出口区左侧,正涡度平流随高度增大的区域。(4)西南急流为暴雪区提供充足的水汽并在暴雪区形成高湿区,从而建立和维持了暴雪区上空的对流不稳定层结。(5)西南急流与偏北急流在暴雪区上空形成辐合,在暴雪区上空产生抬升作用。(6)高、低空急流耦合所形成的次级环流,增加了上升运动并触发不稳定能量的释放,增加了暴雪强度和持续时间。(7)925 hPa东风急流在暴雪区的边界层形成了干冷空气垫,有利于偏南暖湿气流的爬升,加强了动力抬升作用。     

锋、急流和对流层顶的结构及动力学

1.高层锋和急流二十世纪初期风筝等携带气象计的温度探测,首次使气象研究工作者观测到锋的垂直结构.Bjerknes和Palmén(1937)运用这些新观测论述了锋的"过渡带"结构,修正了早期的零阶不连续锋的概念.随着高空天气观测网空间分辨率的提高,研究人员优化了他们的关于锋、急流和对流层顶的概念模式.     

边界层急流型重力波─-飞机颠簸的一种形成机制

采用线性化的Boussinesq流体边界层绝热流动方程,比较一维边界层急流型重力波的垂直运动量级,讨论边界层急流型重力波中的湍流发展,认为边界层急流型重力波是造成边界层飞机颠簸的一种机制。     

冬季太平洋SST异常对风暴轴和急流的影响

利用观测资料分析了冬季太平洋表温度异常对风暴轴和急流的影响。结果表明：在冬季黑潮区域正ＳＳＴ异常进,风暴轴和急流均明显北移,并且风暴辆的强度在入口区显著增强,急流核的中心强度却变化不大;而在冬季赤道中,东太平洋地区正ＳＳＴ异常时,风暴轴和急流主要向东南方向明显扩展,强度也在太平洋中东部显著增强,但急流核的中心强度同样变化不大。     

低空急流和非均匀层结条件下重力惯性波的传播与发展

本文从基流背景下线性化Boussinesq方程组出发,采用WKBJ方法,首先求得重力惯性波的广义波作用量变化方程及波参数随波包的变化方程,讨论了基流切变对重力惯性波传播和发展的影响;然后用Runge-Kutta方法讨论了不同层结(含降水影响)下重力惯性波的传播路径。得到了降水强度大、静力稳定度小的区域对重力惯性波有“吸引”作用,因而引起重力惯性波能量的集中,进而触发和强化对流天气的结论。      

冬季东亚-西太平洋西风急流基本结构及其异常的诊断分析

利用ECMWF再分析资料ERA40中的逐月风场和温度场资料,对冬季位于东亚-西太平洋上空的西风急流(WJS)基本结构和异常特征进行了分析.结果表明,一年当中最为强盛的冬季200 hPa WJS主体稳定地分布于东亚至西太平洋上空,向上向下均迅速减小.在对流层中高层,从东亚沿海到太平洋上空的西风系统较为深厚,低层对应着显著的大气斜压区.通过对东亚-西太平洋地区冬季200 hPa纬向风异常的EOF分解得到三种异常空间分布型,第一模态的中纬度西风异常主要发生于日界线以东的中东太平洋上空,第二、三模态则分别对应WJS主体发生增强/减弱和位置的北/南移动.WJS的这三种空间异常形态与中纬度低层大气斜压性的三种异常分布型相对应.通过对冬季WJS长期趋势的初步分析发现,近二十年来,洋面上空西风急流有增强趋势,这是由于急流轴南侧洋面上空大气存在显著增暖趋势、而急流轴北侧洋面上空却有变冷的趋势所造成的.     

偶极子型系统及其阻塞结构成因的数值试验

偶极子型系统及其阻塞结构成因的数值试验徐祥德，赵天良（中国气象科学研究院，北京１０００８１）（贵州省气象局，贵阳５５０００２）Ｌａｒｓｅｎ，Ｒｅｄｅｋｏｐｐ以及Ｎｏｇａｍｉ，Ｙａｍａｇａｔｅ，Ｙａｎｏ〔１，２〕，我国气象学家巢纪平〔３〕等将Ｒｏｓｓｂ...     

辐合带台风形成与对流层中、低空急流的联系

本文的目的,是探讨我国近海辐合带中台风的形成与其两侧对流层中、低空急流的联系。11次实例的分析结果表示,多数(8/11)辐合带台风形成前,在其两侧或一侧有明显的、大尺度的对流层中、低空急流。辐合带扰动,是在这些中、低空急流加强和基本气流气旋性切变增大以后发展成台风的。扰动发展的动能,可能主要来自具有较强气旋性切变的基本气流动能。辐合带两侧明显的中、低空急流的出现和加强,可以作为台风形成的一个预报依据。     

1998年夏季副热带高压的短期结构特征及形成机制

通过对 1998年 7月副热带高压短期结构及其演变的诊断 ,指出 5 0 0hPa西太平洋副热带高压内并非均一的下沉运动 ,而是多处、多时存在上升运动 ,这是由西太平洋副热带高压的复杂的动力和热力性所决定。诊断还发现 ,在西太平洋副热带高压脊区下方的近地面层 ,多存在一个辐散下沉层 ,这是副热带高压内天气一般多晴空或少云的主要原因。利用动力学理论 ,研究副热带高压的复杂结构的成因 ,指出在 5 0 0hPa副热带高压的西部 ,高低空风场的分布决定了该区域必然多上升运动 ;高空强负涡度平流的存在是副热带高压内出现下沉运动的主要强迫机制     

云南一次持续性风雹过程中低空急流的若干特征

本文分析了１９９７年３月１５～１９日滇南一次持续性风雹天气过程中低空急流的动力、热力特征及其与昆明准静止锋的关系。结果表明,大风冰雹出现在急流轴左侧具有较强正涡度及风场气旋式切变的区域内,当低空急流区伴随强的辐合上升运动且低层有冷气活动时,有利于风雹天气的发生,风雹地区具有较强的斜压不稳定层结。