1991年江淮特大暴雨的降水性质与对流活动

从计算大尺度热源和分析ＴＢＢ资料两个方面，阐述了１９９１年江淮梅雨期间降水性质与对流活动的季节性演变特征。结果表明：梅雨期间江淮上空３个强上升运动时段分别形成了３场暴雨，由暴雨释放的热量使江淮大气出现了３个时段的强加热；３场暴雨的降水性质呈显著的季节性演变，由第１场暴雨以锋面性降水为主发展到第３场暴雨异常强的对流性降水。文中详细分析了热源和水汽汇的时空分布特征，并从大气运动场和热力结构讨论了盛夏强对流降水期间积云对流以涡动形式对热量和水汽的强铅直输送作用。江淮地区ＴＢＢ值能很好地反映降水状况，雨期一致地对应于ＴＢＢ低于２５０Ｋ的时段。梅雨中后期东亚地区对流活动季节性地增强，带状对流区（特别是ＴＢＢ高负距平区）与雨带位置相符。对流带位置及对流活动强弱与西南暖湿气流活动密切相关，它很好地表征了东亚地区的低空急流（给积云输送热带对流大气）。梅雨期间对流带主要出现在江淮流域，但可在东亚范围内飘移，它落在江淮与否则决定了江淮暴雨的维持与中断     

暴雨过程大尺度热量、水汽和动量收支分析

近年来对长江流域梅雨期热源热汇分布的一些研究[1]-[3]表明,热源热汇的分布和梅雨期降水性质存在着年际变化,同时,研究区域不同,天气形势和时空尺度不同,所得各类收支的垂直分布特征亦有较大差别。本文用曲面拟合方法计算了1989年梅雨期6月27日至7月4日江南地区暴雨过程的时空平均热量、水汽和动量收支,得到的垂直分布特征是:(1)加热率Q₁峰值位于400—500百帕气层,减湿率Q₂峰值位于500—600百帕气层,两者垂直分布特征说明,该暴雨过程凝结潜热和对流垂直输送作用均十分重要。(2)视西风动量源在600百帕以下为正值,以上为负值,说明东风动量向高层输送;视南风动量源在400百帕以下为负值,以上为正值,说明南风动量向高层输送。      

1991年江淮暴雨时期的能量和水汽循环研究

通过对 1991年 5～ 7月江淮暴雨期全球范围的水汽输送和不同降水过程中江淮暴雨区及其临近区域的水汽收支和视热源和视水汽汇的计算分析得到了以下结论 :( 1)从水汽输送的机制来看 ,一方面 ,有大量的水汽以定常涡动的方式从孟加拉湾及南海输送到中国江淮地区 ;另一方面 ,江淮地区的瞬变涡动水汽向北输出 ,这可能与江淮地区频繁活动的α和β中尺度系统有关 ,它们将江淮地区汇集的充沛的水汽除了大部分以降水形式降下外 ,剩余部分继续向水汽较少的高纬地区输出 ,以维持全球水汽的平衡。( 2 )在降水过程中 ,局地蒸发项在水汽的供应中或再循环中十分重要 ,其数值一般为降水量的 13 ～ 12 ,这与1998年的降水情况相似。( 3 )在降水过程中 ,暴雨区的水汽主要是从南边界和西边界流入的 ,东边界和北边界则流出 ,并且水汽的流入、流出主要在中低层进行。 (a)在流入边界上 ,水汽通量的垂直分布存在差异 ,暴雨区西边界和南边界的水汽流入的垂直差异可能与其所在的地理位置有密切关系。 (b)对于暴雨区 ,不同强度的降水过程水汽的主要来源有所不同。( 4)在 5次降水过程中 ,视热源和视水汽汇的较大值对应降水的大值区 ,表明了水汽凝结加热对大气加热所起的主要作用。梅雨期降水 ,以对流性降水为主 ,对流活动随季节变化     

夏季亚洲大气热源汇的变化特征及其与江淮流域旱涝的关系

用2001年和2003年NCEP/NCAR再分析资料，计算了亚洲季风区两年逐日的大气热源汇〈Q1〉，再用谐波分析方法对〈Q1〉作带通滤波， 得到了准30~70 d的〈Q1〉低频分量，并分析了两年夏季大气热源汇和其低频振荡变化特征的差异，然后研究了一些“关键”区〈Q1〉低频分量的变化与我国降水的关系。结果表明:在2001年和2003年夏季的亚洲季风区，一方面应该有这样一种过程，大气热源汇低频分量经向和纬向传播的差异→江淮流域旱涝期东亚地区大气热源汇低频分量南北配置的差异→东亚地区大气热源汇本身的南北分布不同。另一方面，夏季的5~8月期间，高原中南侧有较强的低频热源 (热汇) 时，可导致其后期江淮流域降水偏多 (少)；中国南海的作用则正好相反，南海有较强的低频热源 (热汇) 时，不仅可导致其后期江淮流域降水偏少 (多)，还可导致其后期青藏高原东部降水偏少 (多)。因此，夏季亚洲季风区热源、热汇季节内变化特征的不同可导致我国江淮流域异常的旱涝发生。     

ERA与NCEP2大气热源的对比分析以及全球大气热源性质变化规律的研究

首先,对比分析了ECMWF再分析资料(简称ERA)和NCEP/NCAR第2版再分析资料(简称NCEP2)计算的大气热源,并在此基础上研究了全球大气热源性质(符号)变化的规律.分析两套资料计算的大气热源差别较大的某些地区,发现ERA资料在这些地区估算的大气热源要优于NCEP2,因此,在接下来的研究中主要采用了ERA资料.对全球大气热源性质(符号)变化规律的研究主要揭示了全球永久大气热源和永久大气热汇的地理分布特征.永久大气热源中心主要分布在赤道附近地区,在赤道非洲的西部、苏门答腊岛西边的海域和赤道中西太平洋地区各有一个较强的永久热源中心,另外,在日本南部及其东边的太平洋上也有一永久热源中心.永久热汇地区的分布比较有规律,除了南北半球60度到两极之间为永久热汇地区外,南半球5°S～40°S各大陆西边的大洋上都有一个永久热汇中心,另外,在阿拉伯海的北端,北半球15°N～40°N之间太平洋和大西洋的东部也分别有一热汇中心.     

1999年夏季江淮地区热源和水汽汇时空变化特征

利用1999年的NCAR再分析网格点风场、温度场、湿度场及含HUBEX试验加密观测的降水资料等,诊断分析了夏季长江流域梅雨暴雨集中期及其前后江淮地区的大气热源、水汽汇的时空分布及多时间尺度特征.     

作物气象灾害危害性的多目标灰色局势决策

计算了１９９１年７月４－９日的梅雨锋强度降水过程的热源Ｑ１和水汽汇Ｑ２，结果表明，存在着两类云系即对流云和层状云对Ｑ１和Ｑ２的结构产生影响。对流加热发生在强降水区上空，而层状云加热发生在对流区周围的弱降水区上空，在对流加热区，大量的潜热释放形成最的热源和水汽汇，热源峰值出现在上部对流层，水汽汇峰值出现在下部对流层，在层状云区，通常０℃层以上为热源和水汽汇，０℃层以下的热汇和水汽源，层状云引起的Ｑ１     

东亚大气热源的气候学特征分析

利用1948~2008年共61年NCEP/NCAR再分析资料对全球的大气热源(汇)统计处理,采用经验正交函数分解方法、气候态平均分析方法,分析了东亚地区的大气热源、热汇的基本气候特征,对61年来东亚地区大气热源热汇各月,各季节的气候态分析,并从全球的大气热源、热汇剖面分析中了解了其变化规律。揭示了全球大范围的大气热源区主要分布在南亚—热带印度洋—热带太平洋的中部和西部两侧、南美洲的赤道及其南侧地区一带,并得出其变化的平均趋势;0~60°N,每10个纬度带内热源、热汇的年变化不仅与全球纬向平均的热源、热汇年变化有非常大的差异,而且亚洲,青藏高原、东亚大陆、西太平洋地区6个平均纬度带之间的差异也非常明显。     

1991年江淮持续性特大暴雨的夏季风活动分析

文章分析了1991年江淮梅雨期间的东亚夏季风活动及其在梅雨期对流性暴雨形成中的作用。结果指出，第一场暴雨发生在夏季风暴发之前，它主要受副热带西风气流影响；后两场暴雨期间由于副高和东南季风稳定少动，西南季风的暴发和活动起了十分重要的作用，其进退演变导致了江淮梅雨的维持和中断。西南季风的一个重要作用是将热带地区（阿拉伯海及孟加拉湾）对流性很强的大气输送到江淮一带，由此使江淮流域在梅雨中后期形成了远强于一般年份的对流性降水，特别是第三场暴雨。文中通过定义低纬偏西风强度，讨论了强风带上强风速核的地域分布和传播特征。     

全球大气季节平均热源的三维分布——非绝热加热与瞬变加热之对比

利用1958—2001年ERA40逐日大气再分析资料,使用热力学方程剩余项法计算和对比分析了全球大气季节平均非绝热加热和瞬变加热的四季气候平均三维分布。结果表明,全球大气非绝热加热主要为热带强大深厚对流性热源、中纬度浅薄热源以及副热带和高纬度的深厚性热汇,热带热源总是向夏半球偏移,但中纬度热源和高纬度热汇在冬半球偏强。全球大气瞬变加热的三维分布主要表现为:副热带热汇-中高纬度热源的南北偶极型和中纬度低层热汇-高层热源的高低层偶极型,该分布型导致瞬变热源具有从高纬度低层向中纬度高层的倾斜结构。瞬变加热与风暴路径密切相关,冬半球风暴路径的瞬变活动强,因而其瞬变热源和热汇也强,而夏半球则相对弱。瞬变加热在北半球具有位于大陆东部和大洋西部的区域性特征,而在南半球具有纬向带状分布,尤其在冷季时南太平洋瞬变热汇和热源带出现分离现象。瞬变加热在全球大部分区域对非绝热加热起减弱抵消作用,但在中纬度对流层中高层起支配性作用。因此,大气瞬变活动帮助高纬度和中纬度中高层大气获得更多的热量,从而对非绝热加热造成的大气热量进行空间上的重新分配。     

1998年夏季HUBEX/GAME期间热量和水汽收支(英)

By using the high-resolution GAME reanalysis data, the heat and moisture budgets during the period of HUBEX/GAME in the summer of 1998 are calculated for exploring the thermodynamic features of Meiyu over the Changjiang-Huaihe (CH) valley. During the CH Meiyu period, an intensive vertically-integrated heat source and moisture sink are predominant over the heavy rainfall area of the CH valley, accompanied by strong upward motion at 500 hPa. The heat and moisture budgets show that the main diabatic heating component is condensation latent heat released by rainfall. As residual terms, the evaporation and sensible heating are relatively small. Based on the vertical distribution of the heat source and moisture sink, the nature of the rainfall is mixed, in which the convective rainfall is dominant with a considerable percentage of continuous stratiform rainfall. There are similar time evolutions of the main physical parameters(〈Q1〉,〈Q2〉,and vertical motion ω at 500 hPa).The time variations of〈Q1〉and〈Q2〉are in phase with those of -ω500, and have their main peaks within the CH Meiyu period. This shows the influence of the heat source on the dynamic structure of the atmosphere. The wavelet analyses of those time series display similar multiple timescale characteristics. During the CH Meiyu period, both the synoptic scale(～6 days) and mesoscale (～2 days and ～12 hours) increase obviously and cause heavy rainfall as well as the appearances of the maxima of the main physical parameters. Among them, the mesoscale systems are the main factors.     

“98.7”特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支诊断

1998年7月20~23日 (“98.7”) 发生在鄂东和鄂西南地区的特大暴雨过程, 不仅与700 hPa上低涡切变线的生成和持续发展密切相关, 而且与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS与MβCS直接关联。利用非静力模式MM5.V2.12成功模拟提供的高分辨输出资料对这次特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支进行了诊断。结果发现:当有强对流发生并伴有强降水时, 就会有强的视热源Q₁和视水汽汇Q₂出现, 而强的Q₁与Q₂和强降水区基本是对应的; Q₁随高度增高而增大, 最大加热位面基本上都在486.1 hPa (σ=0.54) 附近; 在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制; 在对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件, 积云对流在中、低空的凝结潜热不仅加热对流层中层大气, 而且向高层输送, 加热高层的环境大气; 在暴雨初期, Q₂的双峰结构与低空层积云及中空积云对流凝结变干有关; Q₂的中空峰值大体与Q₁的峰值相应, Q₂的深厚变干层与Q₁的深厚加热层非常一致。 诊断结果表明, 用非静力中尺度模式成功模拟的高分辨输出资料对Q₁和Q₂进行数值诊断是可行的。通过对强暴雨过程Q₁和Q₂的诊断, 可为改进积云对流参数化中加热和增湿廓线提供可靠的物理依据。     

暴雨中尺度环境场特征及积云对流的反馈作用

本文利用一套具有中尺度分辨率的观测资料,对发生在1983年6月下旬的一次长江流域梅雨暴雨过程进行了诊断研究,并比较了该过程的对流降水活跃期和非活跃期的中尺度环境场特征。结果表明,两个时期的动量场存在明显差异,而水热场差异不大,Q₁和Q₂以及涡度收支也存在明显差异。在降水活跃期（暴雨集中期）,积云对流对能量和涡度的垂直输送有着重要作用;在水热收支中,起主要作用的是垂直输送项,潜热加热基本上为抬升冷却所平衡,水汽的垂直输送是积云对流的主要水汽源;在涡度收支中,低层散度项和扭转项制造正涡度,并通过积云对流向上输送,无论在低层或高层积累的正涡度都被平流非线性过程所耗损。      

物理协调大气变分客观分析模型及其在青藏高原的应用II:那曲试验区云—降水、热量和水汽的变化特征

本文利用约束变分客观分析法构建的物理协调大气变分客观分析模型,通过融合地面、探空、卫星等多源观测资料和ERA-Interim再分析资料,建立了青藏高原那曲试验区5年（2013～2017年）长时间序列的热力、动力相协调的大气分析数据集,并以此分析那曲试验区大气的基本环境特征与云—降水演变和大气动力、热力的垂直结构。分析表明:（1）试验区350 hPa以上风速的季节变化非常明显,风速在冬季11月至次年2月达到最大（＞50 m s?1）,盛夏7～8月风速的垂直变化最弱,温度的垂直变化最强,大气高湿区在夏秋雨季位于350～550 hPa,在冬春干季升至300～400 hPa。（2）试验区6～7月上旬降水最多;春、秋、冬三季,300～400 hPa高度层作为大气上升运动和下沉运动的交界处,是云量的集中区;夏季,增多的水汽和增强的大气上升运动导致高云和总云量明显增多,中、低云减少。（3）夏季的地表潜热通量与大气总的潜热释放最强,大气净辐射冷却最弱,高原地区较强的地面感热导致试验区500 hPa以下的近地面全年存在暖平流,500 hPa以上则由于强烈的西风和辐射冷却存在冷平流。此外,试验区整层大气全年以干平流为主,但在夏季出现了较弱的湿平流。（4）视热源Q₁具有明显的垂直分层特征:全年500 hPa以下大气表现为冷源,300～500 hPa和100～150 hPa表现为热源,150～300 hPa则在冬春干季表现为冷源,在夏秋雨季表现为热源,不同高度层的冷、热源的形成原因不同,其中夏季由于增强的上升运动、感热垂直输送和水汽凝结潜热以及高云的形成,因此几乎整层大气表现为热源。     

NATURE OF PRECIPITATION AND ACTIVITY OF CUMULUS CONVECTION DURING THE 1991 MEIYU SEASON OF CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN

Seasonal variability regarding the nature of precipitation and the activity of cumulus convectionduring the 1991 Meiyu season of Changjiang-Huaihe River Basin(Jianghuai)has been investigatedby calculating apparent heat source/apparent moisture sink and analyzing TBB(cloud-topblackbody radiation temperature)data.It is found that three periods of strong ascending motionduring the Meiyu season lead to three episodes of heavy rain,and the latent heat due to theprecipitation is of the sole heat source of the atmosphere.The nature of precipitation showsdistinct seasonal variability,from frontal precipitation of the first episode to the extremely strongconvective precipitation of the third episode.TBB field of East Asia may well reflect not only theintensity of convection and rainfall,but also the movement of rain belt and convection belt.In thewhole Meiyu season.convection belt mainly stays in Jianghuai.but may shift within the domain ofEast Asia.Its locating in Jianghuai or not determines the maintenance or break of Meiyu.In thethird episode,the narrow convection belt over Jianghuai is mainly caused by southwest monsoonwhich takes moist and convective atmosphere from tropical ocean.     

NATURE OF PRECIPITATION AND ACTIVITY OF CUMULUS CONVECTION DURING THE 1991 MEIYU SEASON OF CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN*

Seasonal variability regarding the nature of precipitation and the activity of cumulus convection during the 1991 Meiyu season of Changjiang-Huaihe River Basin(Jianghuai)has been investigated by calculating apparent heat source/apparent moisture sink and analyzing TBB(cloud-top blackody radiation temperature)data.It is found that three periods of strong ascending motion during the Meiyu season lead to three episodes of heavy rain,and the latent heat due to the precipitation is of the sole heat source of the atmosphere.The nature of precipitation shows distinct seasonal variability,from frontal precipitation of the first episode to the extremely strong convective precipitation of the third episode.TBB field of East Asia may well reflect not only the intensity of convection and rainfall,but also the movement of rain belt and convection belt.In the whole Meiyu season.convection belt mainly stays in Jianghuai.but may shift within the domain of East Asia.Its locating in Jianghuai or not determines the maintenance or break of Meiyu.In the third episode,the narrow convection belt over Jianghuai is mainly caused by southwest monsoon which takes moist and convective atmosphere from tropical ocean.     

1999年6月长江中下游梅雨暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和加强观测期资料,对1999年6月发生在我国长江流域的持续性梅雨期降水过程的大尺度环流特征进行了分析,结果表明:(1)1999年梅雨期,我国长江中下游强降水带状分布非常明显,强降水主要发生在长江中下游地区,强降水带呈东西向分布,并且雨带的南北边界非常清楚。(2)在对流层低层,从孟加拉湾来的西风气流和西太平洋副热带高压前缘的东南气流在长江流域维持,为此次强暴雨过程产生和发展提供了有利的大尺度条件。高空急流和低空急流的存在和维持为此次梅雨锋暴雨过程的发生提供了有利的抬升机制,而对流层中低层的中性对流不稳定特征则为持续性暴雨过程的发生提供了有利的不稳定机制。(3)梅雨锋区对流层低层的水汽辐合非常明显,水汽输送主要来自孟加拉湾和西太平洋,同时南海季风槽在向梅雨锋区输送水汽的过程中起到了非常重要的作用,它是热带海洋地区向我国内陆输送水汽的通道。(4)平均纬向风速u对流层高层出现了与高空西风急流与高空东风急流相对应的两个强风速核;径向平均风速v在400 hPa以下层次盛行南风,而在400 hPa以上的高层盛行北风;受两侧下沉气流的制约,梅雨锋降水带南北两侧存在位势不稳定层结中的不稳定能量无法释放,因此没有出现明显的降水。     

地面热通量对降水的影响

本文利用一个10层细网格模式,在考虑边界层摩擦和积云对流参数化的基础上,设计了几种方案,就地面热通量对暴雨系统的影响进行敏感性试验,得出以下初步结果:(1)在一定的环境流场下,地面热通量对最大降水的发生时间可能发生影响,可使午后降水减小,凌晨降水加大;(2)地面热通量对降水影响的主要机制是通过改变近地层的层结稳定度来改变地面湍流系数,并与低空急流中心风速的水平分布不均相耦合,造成水平散度场和水汽辐合场的改变,并通过平流作用将此变化了的场移至雨区上空,引起雨区降水条件的改变;(3)云和CO_2对辐射和地面热