高原涡与高原切变线伴随出现的统计特征

高原涡、高原切变线是影响高原地区最主要的天气系统。利用2005-2016年NCEP/CFSR高分辨率再分析资料,采用客观识别方法,统计分析了高原涡、高原切变线伴随发生的数量、生成的先后顺序和源地等。结果表明,近12年来,客观识别的高原涡年平均生成45个,高原切变线年均生成48条,30%左右的高原涡与高原切变线伴随出现,相伴出现的现象在整个高原均有发生。两者伴随出现时,高原切变线往往先于高原涡生成;当高原涡伴随高原切变线出现时,高原切变线的维持时间较长;而无论是否有高原切变线伴随,高原涡的维持时间基本保持不变。     

夏季青藏高原不同类型切变线的动力、热力特征分析

利用1979-2009年NCEP 2.5°×2.5°月平均资料及2000年以来的1.0°×1.0°每日4次再分析资料,诊断分析了高原切变线的平均动力和热力特征、不同行星尺度环流背景下的横切变线特征和高原竖切变线特征。结果表明,多年平均的500 hPa横切变线处于高原上相对暖湿区中,辐合上升运动与正涡度带吻合;不同行星尺...     

青藏高原低涡的客观识别及其活动特征

低涡是青藏高原最主要的天气系统之一,其发生发展和移动对高原及东亚地区的天气气候具有重要影响。本文利用CFSR(气候预报系统再分析资料)高空间分辨率再分析资料和高原低涡年鉴,基于低涡人工识别的判定标准,选取2008年作为特征年,定义、检验和完善高原低涡客观识别判定条件,对1979-2016年青藏高原低涡活动特征进行了分析。结果表明,定义的低涡客观识别方法在2008年高原低涡生成频数年变化等方面与年鉴统计结果相近; 2009年低涡发生位置比前人识别的更接近年鉴结果;近38年来平均每年生成低涡71个,生成个数随时间先减少后增多,整体呈现增加的趋势,1997年前后出现气候突变。涡源主要分布在青藏高原西北部,喜马拉雅山脉南部为生成频数次大值。     

高原低涡东移出高原的平均环流场分析

利用美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料,挑选出1998—2004年夏季高原涡移出高原多、少的年、月对它们的环流场进行对比分析。对比分析指出,6~8月是高原涡最易移出的月;当500hPa孟湾季风槽偏北,或西太副高明显西伸,高原东部有切变线活动;当200hPa南亚高压东伸明显,高原东部为南亚高压脊前西北气流控制时,有利于高原涡东移出高原。为高原低涡暴雨预报的气候背景提供了科学依据。     

青藏高原气象研究

高原涡的气象特征与结构研究 高原涡是夏半年发生在青藏高原上空的一种α中尺度的浅薄系统,是夏季高原地区的主要降水系统,研究高原涡的气候和结构特征,对于认识其形成发展机理及其监测预报具有重要意义. 利用新一代再分析资料CFSR,对青藏高原地区2000—2009年4—10月出现的高原涡进行分析:高原涡主要出现在5—8月,7月...     

三次高原切变线过程演变特征及其对降水的影响

为了揭示高原切变线的动、热力等特征,进一步认识高原切变线线演变机制,应用MICAPS资料、NCEP 1°×1°再分析资料和风云卫星红外亮温资料,选取出现在初夏(2008年5月19 22日)、盛夏(2007年7月1 3日)和夏末(2009年9月19 21日)的三次高原切变线个例,对夏季高原切变线不同时期、不同发展阶段的演变特征及其对降水影响进行了分析。结果表明:(1)当切变线两侧南北风速减弱,特别是北风风速减弱时,切变线过程趋于减弱。冷暖空气势力强弱影响切变线所处位置,初夏和盛夏切变线位置偏北,夏末切变线位置偏南。(2)切变线活动期间有正涡度、辐合上升运动与切变线配合。当切变线减弱消失,辐合带先于正涡度带减弱消失。切变线附近多正涡度中心和辐合中心,可能与低涡活动有关。盛夏和夏末切变线正涡度辐合中心东移特征明显,辐合上升区更为偏东且较强。(3)切变线附近通常有TBB-20℃的带状或块状区域,切变线维持发展阶段,TBB进一步降低,盛夏切变线和形成初期的夏末切变线多TBB低值中心,对流活动比较旺盛。(4)由于地形的阻挡和加热,高原东坡和南坡是大气不稳定能量聚集地。盛夏在切变线附近近地层聚集的高温、高湿能量明显。初夏切变线引发的降水以稳定性降水为主,降水量小,呈零散分布,盛夏和夏末切变线引发降水其对流不稳定降水特征明显,带来的降水更强、范围更广,呈带状分布在切变线附近。(5)500 hPa切变线也是水汽聚集带,切变线附近上空的水汽和不稳定能量聚集,正涡度东传和对流发展是切变线引发强降水的重要机制。     

高原涡移出高原后持续的对流层高层环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、历史天气图与青藏高原低涡切变线年鉴,继高原涡移出高原后持续的对流层中层环流特征分析基础上,依据持续强影响高原涡的分类,对1998-2012年持续强影响高原涡不同类型在生成、移出高原、持续强盛与将减弱消失时的对流层上部多种物理场进行了合成与对比分析。结果表明:持续强影响高原涡持续的对流层高层共同的环流特征是,南亚高压脊线在25°N-28°N,东伸到100°E以东;低涡附近或以北的200 h Pa上空有≥32 m·s-1急流核区的西风急流,和300 h Pa上空有≥20 m·s-1中心区的较强偏西风气流,影响低涡活动的500 h Pa天气系统与低涡的上空200 h Pa有辐散区。反映了高空辐散、高空锋区分别对低涡起了利于低涡辐合加强、高位涡下传引起低涡涡度增加的作用。研究分析还揭示了各类高原涡移出高原后持续的对流层高层的环流特征的主要差异和物理图象。     

高空急流对青藏高原切变线影响的数值试验与动力诊断

利用NCEP 1°×1° FNL分析资料和中尺度数值模式WRF对一次青藏高原（简称高原）切变线过程进行了数值试验,主要研究高空急流强度对高原切变线的影响,并结合ω方程分析了影响高原切变线上垂直上升运动的若干因子。研究得出高空急流的强度对低层风场有重要影响,急流增强会使高原切变线上的风切变增大,切变线变长,同时高空急流强度的增强也有利于高原切变线上水汽的辐合。高空急流可通过影响高层辐散、低层辐合的散度场垂直配置对高原切变线上的正涡度柱与辐合上升运动产生作用。ω方程的诊断分析表明,温度平流的拉普拉斯项对高原切变线上的垂直上升运动起主导作用,低层暖平流有利于切变线上产生上升运动。高空急流强度的变化对差动涡度平流项的影响要大于温度平流拉普拉斯项,高空急流强度的增强会放大差动涡度平流项和温度平流项的正贡献,从而更加有利于上升运动及高原切变线的维持。      

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2≧0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。      

东亚夏季副热带平原和高原地区切变线特征的对比研究

生成于东部平原地区的江淮切变线和西部青藏高原地区的高原切变线,都处在东亚副热带相同纬度带上。为深化对地形高度迥异的江淮切变线和高原切变线的认识与理解,基于ERA-interim再分析资料和合成分析方法,从切变线与暴雨关系、切变线三维结构特征、切变线附近风场与环流特征以及切变线结构演变中的热力机制等方面对二者进行对比研究。结果表明:（1）江淮切变线分为暖切变线、冷切变线、准静止切变线和低涡切变线4类,高原切变线分为高原横切变线和高原竖切变线2类。江淮切变线与高原切变线均与暴雨关系密切,夏季,有近70%的江淮切变线会产生暴雨,暖切变线暴雨对江淮地区切变线暴雨的雨量贡献最大,低涡切变线暴雨的降水强度最大但发生频率较低;近60%的高原横切变线给高原主体地区带来暴雨,超过55%的竖切变线造成高原东侧及其邻近地区暴雨。（2）江淮切变线与高原切变线均为边界层系统,特征层次分别位于850 hPa和500 hPa。时空尺度上,江淮冷切变线和高原横切变线水平尺度分别可达1000 km和2000 km,垂直伸展厚度分别可达5 km和2 km,生命期分别可达48 h和96 h;江淮切变线和高原横切变线在垂直方向上均有从低到高向北倾斜的特征。（3）江淮冷切变线与高原横切变线风场与环流特征存在差异,江淮冷切变线北侧为东北风,南侧为西南风;高原横切变线东、西两段风场有所不同,其西段类似于江淮冷切变线,东段在不同发展阶段风场有明显变化。（4）江淮冷切变线与高原横切变线的动力结构和热力结构存在差异。动力结构上,二者均位于正涡度带内,正涡度中心强度都在强盛阶段达到最大。热力结构上,江淮冷切变线附近低空锋区特征明显,其西段位于暖湿区内,东段位于干冷区内;高原横切变线南侧具有明显的高温、高湿特征,切变线北侧存在锋区结构。（5）切变线附近的大气非绝热加热与高原横切变线和江淮冷切变线演变关系密切,垂直非均匀加热作用是高原横切变线和江淮冷切变线发展增强最为重要的因子。二者热力结构有差异,减弱机制不同,干冷空气的侵入会导致高原横切变线强度减弱甚至消亡,江淮冷切变线的强度减弱则与南方暖湿空气的向北侵入有关。      

基于客观判识的青藏高原横切变线结构及演变特征合成研究

利用1981—2016年6—8月每天4次,分辨率为1°×1°的ERA-Interim再分析资料,基于纬向风的经向切变、纬向风速0线和相对涡度3个参数,在计算机客观自动判识青藏高原横切变线（简称高原横切变线）基础上,选取位于33°—35°N的高原横切变线个例13个,采用合成分析技术,研究了高原横切变线结构及演变特征。表明高原横切变线位于青藏高原主体80°—100°E范围内,在500 hPa呈东西走向、水平尺度近2000 km,垂直方向在高原上空可伸展至480 hPa、厚度可达近2 km。高原横切变线出现的环流背景是:500 hPa高纬度两槽两脊,青藏高原两侧分别为带状分布的西太平洋副热带高压（西太副高）和伊朗高压。在动力场上,高原横切变线走向与500 hPa正涡度带轴线走向一致,切变线附近为带状的涡度正值区和上升运动区,对应于无辐散带,辐散/辐合带分布在高原横切变线北/南侧;高原横切变线附近正涡度带垂直可伸展到350 hPa,上升运动伸展至200 hPa,但高原横切变线仅至480 hPa左右,为浅薄的斜压性天气系统,呈现随高度升高向北倾斜的特征。在水汽热力场上,高原横切变线是水汽汇聚带;高原横切变线附近南侧的600—500 hPa存在高假相当位温中心,具有非常明显的高温、高湿特征。高原横切变线从初始产生到发展强盛再减弱的演变过程中,其生命期近4 d,伴随西太副高西移过程,随着高原横切变线附近正涡度带范围增大、强度增强,高原横切变线发展,干冷空气的侵入导致高原横切变线强度减弱甚至消亡。      

青藏高原地区上空NCEP/NCAR再分析温度和位势高度资料与观测资料的比较分析

利用青藏高原12个探空站资料及NCEP/NCAR再分析资料,对各标准等压面上的月平均温度和位势高度资料进行了比较,结果表明:NCEP/NCAR再分析资料能够客观地反映青藏高原上空温度和位势高度多年平均的气候特征;与实际探空资料相比,在年际变化中再分析资料的温度和位势高度也具有较高的可信度;但在长期趋势变化上,再分析资料在青藏高原对流层低层存在着明显虚假的变化趋势.总之,再分析温度和位势高度资料在青藏高原气候研究中有较高的参考价值,尤其是1979年后再分析资料的质量在平流层低层得到明显的改善.     

基于气象卫星的青藏高原低涡识别

利用长时间序列气象卫星及多源数据,研究青藏高原低涡综合识别方法,完成低涡数据集并与青藏高原低涡年鉴中低涡位置、路径和分布进行对比分析。研究表明:卫星识别多年平均低涡分布存在两个高值区,分别位于西藏的中北部和青海西南部及青藏高原西部,在有探空站的青藏高原东部（90°E以东）,卫星识别低涡高值区和年鉴数据吻合,冬半年,卫星识别低涡活动明显高于年鉴,主要为青藏高原西部低涡活动引起,逐年及2008年低涡路径对比也显示,有探空站区域卫星识别低涡和年鉴具有较好的一致性,表明卫星识别低涡在青藏高原东部地区的可信性;2015年青藏高原中西部新增3个探空站,年鉴中90°E以西低涡约占全年低涡总数量的22%,该区域卫星识别低涡和年鉴一致性较高,表明卫星识别低涡在高原中西部的可信性。因此,卫星识别低涡与年鉴低涡在有探空站区域有较好的一致性,可对年鉴中青藏高原东部低涡源地进行追踪,又可识别青藏高原中西部尤其是活跃于冬半年的低涡,是青藏高原年鉴低涡数据的有效补充。     

Study on the Structure of a Horizontal Shear Line over the Tibetan Plateau Based on CRA-Interim Datasets and Its Comparison with ERA-Interim Datasets

The CRA-Interim trial production of the global atmospheric reanalysis for 10 years from 2007 to 2016 is carried out by the China Meteorological Administration (CMA) in 2017. The structural characteristics of the horizontal shear line over the Tibetan Plateau (TPHSL) based on the CRA-Interim datasets are examined by objectively identifying the shear line, and compared with the analysis results of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF)the European Center (ECMWF) reanalysis data (ERA-Interim). The case occurred at 18UTC on July 5, 2016. The results show that both of the ERA-Interim and CRA-Interim datasets can well reveal the circulation background and the dynamic and thermal structure characteristics of TPHSL, and they have shown some similar features. The middle and high latitudes at 500 hPa are characterized by500hPa present the circulation situation of     

夏、秋季北极海冰异常与秋、冬季青藏高原极端低温日数的关系及影响机理

利用1979~2012年青藏高原125个基本、基准站观测日最高及最低气温数据、Hadley中心月平均海冰覆盖率资料、ERA-Interim的风场、高度场等再分析资料,根据相关统计分析、合成分析等方法系统地分析了青藏高原地区秋、冬季冷昼和冷夜日数(低温日数)与关键影响海区海冰的关系及影响机理。结果表明,夏、秋季关键海区海冰偏少时,秋、冬季极地和青藏高原地区500 h Pa位势高度减小,中高纬西伯利亚地区位势高度增强,北极至青藏高原有明显由北向南波动通量,高压反气旋系统在西伯利亚地区形成与壮大,青藏高原以北风场呈现明显偏北风,Rossby波在青藏高原及其以北地区呈现由北向南波动形式,青藏高原以北的西风带地区Rossby波东传减缓,导致经向活动加强,北部冷空气易于通过气流向高原侵袭,秋、冬季青藏高原低温日数将偏多。     

Validation and Application of Reanalysis Temperature Data over the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau has substantial impacts on the weather and climate of the Northern Hemisphere,due in large part to the thermal effects of the plateau surface.Surface temperature over the Tibetan Plateau is the most important parameter in determining these thermal effects.We present a method for verifying widely used reanalysis temperature products from NCEP-R2,ERA-Interim,and JRA-25 over the Tibetan Plateau,with the aim of obtaining a reliable picture of surface temperature and its changes over the plateau.Reanalysis data are validated against the topography elevation,satellite observations,and radiosonde data.ERA-Interim provides the most reliable estimates of Tibetan Plateau surface temperature among these three reanalyses.We therefore use this dataset to study the climatology and trends of surface temperature over the Tibetan Plateau.ERA-Interim data indicate a dramatic warming over the Tibetan Plateau from 1979 to2010,with warming rates of 0.33℃ per decade in annual mean temperature,0.22℃ per decade in summer and0.47℃ per decade in winter mean temperatures.Comparison with the results of previous studies suggests that surface warming over the Tibetan Plateau has accelerated during the past 30 years.This warming is distributed heterogeneously across the Tibetan Plateau,possibly due to topographic effects.     

黄河源区土壤温湿和大气参量变化特征

利用中国科学院西北生态环境资源研究院玛曲土壤温湿观测网2008-2009年、2013-2014年数据验证了3套再分析资料ERA-Interim,CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）和JRA-55（Japanese 55-year Reanalysis）在黄河源区的适用性,结合中国气象数据网玛曲气象站1980-2014年观测资料与CLM4.5（Community Land Model 4.5）进一步分析了黄河源区近35年气候变迁、土壤温湿分布和变化,结果表明:CFSR能够较好地描绘黄河源区土壤湿度变化,ERA-Interim对于土壤温度刻画能力更强,JRA-55效果较差;35年来气温、土壤温湿总体呈上升趋势且发生突变;近年来10 cm土壤温湿有暖干化趋势,降水量稍有增加,土壤冷季冻结周期变短,暖季持续时间拉长;CLM4.5模拟精度高,能够较好地刻画源区土壤温湿变化细节,两湖及黄河周边暖季为冷湿中心,冷季为暖干中心。     

1979—2013年ERA-Interim资料的青藏高原低涡活动特征分析

为分析青藏高原低涡活动特征,利用1979—2013年ERA-Interim再分析资料500 hPa高度场,基于气旋客观识别和追踪算法得到青藏高原及其附近地区低涡路径,同时利用客观分析方法对500 hPa温度场进行分析得到低涡的冷暖性质,从而得到一套青藏高原低涡活动的资料。对高原低涡的频次、强度、持续时间、地理位置和移出高原等特征分析结果表明,35年间青藏高原上活动的系统主要为高原低涡,年均约53个,其中,年均6.7个高原低涡移出青藏高原;高原低涡持续时间从少至多呈指数减少,强度和冷暖性质的出现频次均呈正态分布,初生的高原低涡以暖涡居多,占81%。高原低涡发生且强度较大主要在青藏高原的汛期(5—9月),高原低涡源地主要在西藏那曲地区西部和阿里地区北部,消亡地主要位于源地高频中心东侧的唐古拉山地区和青海西部当曲河流域,高原低涡的消亡可能受地形影响。近35年来高原低涡生成频次呈不显著减少趋势(－2个/(10 a));移出高原低涡数(－1.4个/(10 a))和高原低涡移出率(－2.3%/(10 a))均显著减少。      

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。