浙江区域性暴雨过程的能谱特征及其中期预报

一次区域性暴雨过程从酝酿到发生,其环流背景发生调整转换,整个过程以超长波与长波在中、低纬一致西退、及超长波衰减、长波增值为特征。与此同时,表征大气能量变化与相互转换的能谱也有一次相应的调整变化过程。本文试从浙江区域性暴雨中期过程中的经向与纬向扰动动能以及扰动动能与平均动能转换率的变化特征,分析其与暴雨的关系,并获得暴雨过程中期预报的依据。     

基于波谱方法的湖北冬季两次长持续低温雨雪天气分析

使用NCEP资料,利用波谱方法,分析了湖北省1954年12月26日至1955年1月18日和2008年1月11日至2月1日两次长持续低温雨雪天气过程的物理量波谱演变。结果发现:(1)40°N纬圈优势波由4波转2波且纬向动能高值区位于35°N时,有利于湖北省维持低温雨雪天气;(2)低温雨雪过程开始前,高纬和低纬分别有纬向动能高值区,过程结束前,35°N纬向扰动动能高值中心或北跳或南移;(3)低温雨雪过程开始前,30°—35°N的长波角动量先辐合,超长波角动量后辐合,过程开始后,35°—55°N负的超长波角动量转正。     

能谱分析在暴雨中期预报中的应用

本文分析了我省暴雨天气发生前期５００ｈＰａ扰动动能、角动量输送谱的演变特征，指出暴雨天气发生前扰动动能在长波（４～６波）有一高能中心形成，而角动量输送在中纬度有强烈的辐合中心，并建立了暴雨天气的中期能谱预报模型。     

许昌麦播期降水500hPa能谱分析

分析许昌麦播期间１８例较强降水天气过程的角动量输送及动能转换率的中期变化特征发现．超长波在过程前１２天及前７～３天时段内，在６０°Ｎ一直维持向南的能量输送；相应地，长波在３０°Ｎ的前１２天和前５天时段内，则分别有持续向北的能量输送，且长波在前８～５天时段内，在５０～６０°Ｎ范围内，平均动能向扰动动能的转换率最大。对５例弱降水过程的能谱特征分析发现，只是在过程前７天以前反映为一向南的能量输送．尔后就转为向北的能量输送，且长波的动能转换率变化快，形成不了较强降水的中尺度系统。     

2011年6月娄底久旱转暴雨天气特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP／NCAR1°×1°和2．5°×2．5°全球再分析资料,对2011年6月娄底市久旱转暴雨天气过程环流演变特征等进行详细分析。结果表明,大气环流形势的调整,特别是纬向环流向经向环流的演变,是久旱转雨的前提条件。经干旱期间与暴雨时段大尺度环流场前后对比分析得出,干旱期间500hPa高度场长期维持“西高东低”环流形势,暴雨时段环流场迅速调整为“东高西低”。干旱时期水汽输送条件弱是干旱发生的重要原因,暴雨期间西南气流加强,水汽输送通道建立,这种水汽输送形势有利于强降水形成和发展。     

春夏季节过渡期间北半球500百帕能量变化的波谱分析和研究

本文利用1972-1982年5月初-7月底春夏季节过渡期间北半球500百帕高度资料计算有关能量谱、角动量输送谱和扰动动能向平均动能转换率谱,分析了大气环流由春到夏季节过渡期间能量谱变化特征及过渡前后特征差异,并揭示了它们与初夏中期主要天气过程-梅雨天气过程的关系。结果表明由春到夏季节过渡前后,对流层中层扰动动能谱和大气波能密度均有显著变化,大气波能密度值有个急剧减弱过程,经向扰动动能集中的波数由超长波向长波转移,55、45、35°N角动量输送平均辐散也有明显转折,这些是春夏二种不同流型在能量学上的基本差异点。对流层中层扰动动能向平均动能转换率谱在季节过渡前后也有显著不同:过渡前高纬强于中纬;而过渡后中纬转换明显增强,并大大超过高纬。大气环流由春到夏的季节过渡,一般由一次或二次长波急剧发展来完成。在大型环流转变上对应为一次副热带高压明显北跳加强及西风带迅速北撒减弱,在天气表现形式上江淮流域对应为梅雨这种大型天气过程的出现。      

100毫巴准常定扰动对角动量输送的长期变化的初步分析

本文采用1956--1976年100毫巴月平均高度资料计算了各个季中月各个纬度带准常定扰动对角动量输送的谱,研究其季节变化和周期变化。计算表明,100毫巴等压面上准常定扰动对角动量的输送几乎全部由波数1—3的超长波完成的。各波输送在各个季节以及在高纬和低纬都呈现不同的特点。功率谱分析表明,在低纬(35°N以南)盛行13—14个月,28—29个月和57个月的周期。指出准两年振荡可能与1波输送和3波输送的相互作用有某种联系。     

汉江流域暴雨的Eliassen-Palm通量特征及潜势预报

利用1980—2018年ERA-Interim全球再分析资料,对汉江上游汉中地区暴雨过程纬向风场及瞬变波活动Eliassen-Palm(下简称EP)通量特征进行诊断分析。结果表明:(1)尝试将瞬变波EP通量特征分析应用到汉江流域典型暴雨过程动力特征研究中,天气尺度瞬变波EP通量的辐散可以表征天气尺度扰动的强迫作用,根据热成风原理,角动量和热量的沉积耗散会进一步影响纬向环流的变化。大气中高层瞬变波活动特征可作为提前量反映汉江流域暴雨的发生。(2)暴雨发生前,30°N附近200 hPa有纬向风减速中心,对应200 hPa为EP通量辐散区,EP通量辐散区扩展加强有利于暴雨的发生,这种大气波动的垂直分布特征及其变化对暴雨发生有指示意义。     

梅雨期特大暴雨的合成分析

每年夏初,我国长江中下游以南地区常维持一条近于东西向(纬向型)的稳定暴雨带。这种稳定持久的暴雨带,就是人们熟知的梅雨期的暴雨,和经向型暴雨有明显的差异。 关于梅雨,过去已有许多人作了大量的工作,如[2-5],但其中不少工作是个例分析或综合描述。关于梅雨环流形势的最本质的共同特征是什么?还有待澄清;这种纬向型特     

夏季北半球中低纬地区热量的垂直输送

本文应用多年平均的风场、垂直速度场和温度场,研究了平均经纬向垂直环流和感热垂直输送的关系.并且讨论了北半球中低纬不同地理区域感热垂直输送的特征. 研究结果表明,夏季北半球中低纬地区感热垂直输送的方向基本上和平均垂直环流的方向相一致.大型定常涡旋对感热输送的高值区和涡旋位能向涡旋动能转化的高值区均在25°—45°N之间的中高空,不同的是后者中心比前者高. 850—200mb之间的对流层中,北半球中低纬有三个感热向上输送的高值区(亚洲大陆及其附近地区,中、东太平洋和大西洋大部分地区)和三个感热向下输送的高值区     

镇江市寒潮特征分析及中、短期预报模型

对镇江地区1980-2010年寒潮天气过程及相关物理量统计分析结果表明:寒潮强度与范围成正比,强寒潮和特强寒潮只发生在镇江市4个基本观测站均达到寒潮标准的情况下。寒潮酝酿阶段500 h Pa超长波以波1、波2为主要波型,暴发阶段波3为主要波型。冷空气影响镇江前,500 h Pa纬向平均有效位能有2次能量积聚过程,纬向平均动能在25-45°N内加强,西风指数在35-55°N内出现≥30 m·s~(-1)的峰值。寒潮强度越强,冷空气影响前1~3天500 h Pa寒潮关键区温度和位势高度越低。冷空气影响前后,镇江站最低气温、最低地温、平均气压和850h Pa温度的降(增)幅均随时效增长而增大。利用超长波、纬向平均有效位能、纬向平均动能及西风指数的中期变化结果,通过权重法建立寒潮中期预报模型;利用"CMA最新寒潮等级方法"的判别标准,确定寒潮发生具体日期;根据500 h Pa寒潮关键区温度、位势高度,镇江850 h Pa温度、日最低气温、地表温度的短期变化情况,建立寒潮短期强度等级预报模型。建立的寒潮中、短期预报模型,对2011-2016年镇江出现的15次寒潮过程全部报出,并报准5次强寒潮中的4次寒潮强度等级。     

1979年夏末欧亚上空的温度变化

在1979年夏末,15°N以北的欧亚地区温度分布发生了显著的变化。在300mb上,大约8月23日欧亚地区沿 20°—25°N平均的纬向平均温度急剧地减小。南亚(50°—100°E)夏季风的撤退是造成这种纬向平均温度减小的重要原因。300mb纬向平均温度的突然减小在8月18日也发生在中纬度大范围地区(40°—55°N),这比南亚夏季风的撤退约早5天左右。 在夏到秋的过渡时期,南北方向垂直环流的强度和位置在欧亚地区也经历了明显变化。在20—25°N,过渡时期(8月18—27日)纬向平均的上升气流明显减弱。减弱的综向平均加热率可能是造成这种减小的主要因子。在45°N,过渡期纬向平均的下沉气流和冷却(辐射)率显著增加有关。 在15°N附近,300mb近于以40天周期准周期地脉动。这种脉动似与40天过滤的绝热冷却(加热)和欧亚平均经圈环流有关的非绝热加热(冷却)之间小的不平衡有联系。     

500hPa波谱分析与江苏省入、出梅中期预报

本文重点分析了1975、1980年500hPa中纬度0—7波、0—3波合成波的调整、超长波和长波角动量输送值与江苏省入、出梅的关系。同时对1971—1981年进行普查分析,得出了中、高纬度超长波(1、2、3波)I_k指数演变特征及振幅极值的变化以及25°N、35°N纬圈角动量的南北输送与江苏省入、出梅的对应关系。且以波谱分析中诸特征量作因子,建立了入、出梅中期预报方程。在1982—1984年的反查中拟合较好,预报时效平均存7天左右。     

淮河流域2003年梅雨时期降水与水汽输送的关系

本文利用2003年6～7月逐日NCEP／NCAR再分析资料分别计算了淮河流域梅雨期的水汽输送和该区域的水汽收支,分析了大尺度水汽输送和梅雨期降水之间的关系。结果表明：2003年梅雨期间(6月20日～7月23日)淮河流域水汽输送的来源主要有2个,一是孟加拉湾的西南气流经中南半岛北部进入华南再向淮河流域输送,二是来自西太平洋副热带高压南侧的偏东气流在南海转向形成的偏南气流进入华南再向北输送,以上两条输送带以定常方式向淮河流域输送水汽。通过计算梅雨期的整层涡动水汽输送,发现经向水汽输送非常稳定,纬向水汽输送具有较大幅度变化。研究还表明：2003年梅雨期间淮河流域的水汽收支主要来自经向水汽输送,特别是南部边界的水汽流入,而纬向水汽输送多表现为水汽的流出。梅雨期间淮河流域经向水汽收支的突然增强和维持稳定往往对应一次强降水过程的开始。梅雨期间淮河流域净水汽收入主要来源于经向从地面到600hPa高度的深厚水汽输送,另外在纬向近地面层还有一支弱的净水汽流入,而中低层为明显的纬向净水汽流出。在经向水汽净输入相当情况下,纬向水汽净输出的减弱有利于增强强降水过程的强度。淮河流域2003年夏季经向水汽收支的爆发性增长和突然减弱和该区域的入、出梅日期对应,它的演变反映了东亚夏季风由南向北推进的进程。     

30—50天振荡动能演变及维持机制的诊断分析

本文采用带通滤波的方法,选取赤道附近(5°S—5°N,80—120°E)和中纬度区域(40—BO°N,140—180°E)的平均量作为研究对象,分析动能平衡方程各项的时间演变特征、季节平均的垂直分布特征以及各作用项与动能变化的可能联系。指出30—50天振荡动能的维持主要与平流作用和平均气流的正压相互作用有关,但其输送在赤道和中纬度地区恰好是反方向的。赤道地区是振荡的源,振荡从基本流中获得能量,同时通过平流作用向外输送,振荡动能对各项作用的响应为5—7天;中纬度地区是振荡的汇,向基本流中输送能量,动能变化对各项作用的响应为2—3天。      

2003年和2006年江淮流域梅雨期暴雨大尺度特征对比分析

2003年和2006年梅雨期有许多相似之处:出梅日和入梅日一致;副热带高压脊线在15～27°N之间摆动;梅雨期暴雨量集中在淮河流域、洪泽湖周边及里下河地区,但2003年梅雨总量却大于2006年.利用T213分析场资料,采用合成平均对比分析的方法,对2003年和2006年江苏江淮流域梅雨期暴雨在天气形势、热力条件和动力条件等方面进行了较深入的分析.得到:(1) 2003年梅雨锋区强于2006年;(2) 2003年梅汛期暴雨具有较强盛的水汽输送、涡散度中心重叠、上升气流强盛等有利条件.(3) 2003年强对流天气产生的暴雨少于2006年.分析表明,梅雨期梅雨量的增幅与物理量的增量成正比关系.     

南半球500hPa月平均场谱物理量的气候特征

本文利用南半球500hPa多年（1972年5月至1987年12月）逐月高度场资料，在地转近似条件下，计算了500hPa高度场的各谱物理量，包括月平均环流场、纬向动能谱、经向动能谱、扰动角动量输送以及扰动动能向平均动能转换率。分析了它们的气候特征，发现谱物理量前3波的分布基本上决定了其总体分布，优势域的位置和强度随季节的变化较显著。     

多年月平均500毫巴图上60°N和30°N纬圈的波谱分析

本文对北半球多年月平均500毫巴图上60°N和30°N纬圈的高度和纬圈平均的经向运动动能进行了波谱分析,探讨了前3个波幅和位相角的季节变化,以及在高低纬度之间的差异。主要结果如下: 1 位势场的高度主要贡献,集中在准静止长波范围内,并具有明显的季节变化。 2 波数为1的波在高低纬度性质有显著的不同,其分界线大约在50°—60°N之间。此外,准静止的长波愈向低纬度去逐渐有向西偏移的现象。例如,在30°N上准静止的长波比60°N上要偏西(1/4)—(1/2)波长。 3 60°N纬圈平均的经向运动动能主要部分亦集中在准静止长波范围内。虽然峰值有明显的季节变化,但最大的极值都出现在波数n=2—4之间。30°N纬圈平均的经向运动动能谱有着明显的季节变化,大致可分成如下3个类型: (1)冬季型:纬圈平均的经向运动动能谱存在着两个极值,最大的极值稳定于准静止长波范围内(n=3附近),次极植位于移动性行星波范围内(n=5—8)。 (2)夏季型:纬圈平均的经向运动动能谱只有一个极值,稳定于波数为6—7的波内。 (3)过渡型:纬圈平均的经向运动动能谱分布较平坦,没有稳定的极值存在。     

2008年初瞬变涡在中高纬阻高异常中的作用分析

2008年1月中旬到2月上旬,我国南方地区发生了历史罕见的、大范围的严重冰冻雨雪天气,中高纬大气环流异常尤其是乌拉尔阻塞高压(下称乌阻)异常发展、维持是非常重要的原因之一。为了探究中高纬阻塞高压(阻高)稳定维持的内在物理机制,以2008年初中高纬的一次阻塞过程为例,利用NCEP逐日再分析资料,从瞬变涡对平均经向、纬向气流的强迫作用、瞬变涡的动量输送以及瞬变涡的热量输送等方面分析和讨论了瞬变涡在中高纬阻高发展维持过程中所起的作用。结果表明,瞬变涡通过对平均流的强迫作用来加强阻高周围的反气旋气流。阻高区域内纬向气流的平均动能不断地转化成瞬变涡动能,而阻高北侧西风气流区域内瞬变涡动能则不断地向纬向气流的平均动能转化,这使得西风急流得以维持,有利于阻高的维持和发展。阻高区域内具有较强的瞬变涡热量输送,使得该区域内的温度梯度强度减弱,这在一定程度上又导致了平均西风气流的减弱,有利于阻高的发展和维持。     

登陆台风与其外围暴雨的相互作用

本文对8116号登陆台风及其环境和外围暴雨区分别作了动能平衡的诊断分析,结果表明,动能制造是三个区域动能平衡的主要能源,动能水平辐散和摩擦消耗则是主要能汇。在台风登陆减弱过程中,暴雨区的动能增加。台风区上层动能水平辐散呈显著的不对称型。台风右侧次天气尺度强风带起了向暴雨区输送动能使暴雨得到发展的作用。暴雨发生后,通过暴雨区北界向环境输送动能,于是,台风辐散的动能通过暴雨区最后输送给环境。这种动能传递过程可能是台风与环境大气相互作用引起台风衰减的机制之一。