水汽图像在高原天气预报中应用的初步分析

通过对1998年8月4～5日那曲低涡和7月18～20日高原切变线活动的卫星水汽图像以及这次高原低涡形成前改进高原以南洋面上空对流层中上部湿度的数值试验的分析,分析指出(1)水汽图像上水汽涡旋比天气图上高原低涡形成反映提前,且水汽涡旋对高原低涡活动有指示意义.(2)水汽图像上切变线水汽带比天气图上高原切变线形成反映提前,且切变线水汽带的变化对高原切变线活动有指示意义.在切变线水汽带范围变宽时,高原切变线稳定;切变线水汽带减弱时,高原切变线东南移.(3)水汽图像上高原以南洋面上空对流层中上部水汽输送会影响低值天气系统的形成和发展,水汽灰度梯度大值区的变化可预示强降水中心区的变化.(4)数值试验表明利用水汽图像改进高原以南洋面上空对流层中上部湿度,可对数值预报有较大的改进.在高原地区天气预报中应重视水汽图像的应用.     

对流层中上部水汽对高原低涡形成影响的数值试验

对1998年8月4日那曲低涡形成前的卫星监测水汽图像的分析,用η模式对该低涡进行的数值模拟,及对高原以南及洋面上空对流层中上部增加水汽的数值试验,得出印度洋阿拉伯海是这次高原低涡形成在对流层中上部一个重要的水汽源;印度西部-阿拉伯海上空对流层中上部水汽增加,可使高原上出现有利于低涡形成的高度场、温度场条件;用卫星监测的水汽图像改善在高原以南及洋面上空对流层中上部水汽条件,对数值预报结果有改进.     

对流层中上部水汽对高原低涡形成影响的数值试验

对1998年8月4日那曲低涡形成前的卫星监测水汽图像的分析，用η模式对该低涡进行的数值模拟，及对高原以南及洋面上空对流层中上部增加水汽的数值试验，得出：印度洋阿拉伯海是这次高原低涡形成在对流层中上部一个重要的水汽源，印度西部－阿拉伯海上空对流层中上部水汽增加，可使高原上出现有利于低涡形成的高底场，温度场条件，用卫星监测的水汽图像改善在高原以南及洋面上空对流层中上部水汽条件，对数值预报结果有改进。     

高原低涡东移过程的水气图像

通过对1998年8月3～5日水汽图像分析发现(1)对流层中、上部水汽涡旋的出现、乐移、消失对高原低涡的形成、东移、消失有指示意义。(2)与高原低涡相伴的水汽涡旋的东移、变化与贝加尔湖东南部低压所伴有的气旋水汽带的东移、变化是密切相关的。（3）高原低涡的形成与印度洋、阿拉伯海、印度有大范围强水汽向东北输送到高原有关。在向北输送的水汽减弱时，青藏高原地形对水汽输送的屏障作用是明显的。     

高原低涡东移过程的水汽图像

通过对1998年8月3-5日水汽图像分析发现；（1）对流层中，上部水汽涡旋的出现，东移、消失对高原低涡的形成，东移、消失有指示意义。（2）与高原低涡相伴的水汽涡旋的东移，变化与贝加尔湖东南部低压所伴有的气旋水汽带的东移，变化是密切相关的，（3）高原低涡的形成与印度洋，阿拉伯海，印度有大范围强水汽向东北输送到高原有关，在向北输送的水汽减弱时，青藏高原地形对水汽输送的屏障作用是明显的。     

青藏高原切变线对四川盆地西部突发性暴雨影响的数值试验

使用η模式对１９９５年８月２４日四川盆地西部一次突发性暴雨进行了数值模拟和无高原切变线、无西昌小高压的数值试验。由试验结果分析得出：（１）高原切变线活动可使四川盆地西部暴雨增强，而西昌小高压的存在则便四川盆地西部暴雨减弱；（２）高原切变线活动使暴雨增强的主要机制是暴雨区上空对流层低层流场辐合、上升运动、正涡度、水汽通量辐合和对流层中层流场辐合、水汽通量辐合等的加强；（３）对流层低层的动力、水汽条件     

一次高原切变线过程的数值模拟与阶段性结构特征北大核心CSCD

利用非静力中尺度数值模式WRF并结合NCEP-FNL分析资料、常规气象观测资料、FY-2F卫星TBB数据以及CM ORPH降水资料,对2014年6月29日至7月1日的一次高原横切变线过程进行了数值模拟并分析了其演变过程中降水、热力、水汽和动力的结构特征。结果表明,WRF模式较成功地模拟了此次高原切变线过程的降水量和落区。在高原切变线活动期间,不同阶段结构特征存在明显差异。切变线附近通常对应TBB<-20℃的云区;随着切变线的发展,TBB值降低,在云区内有多个TBB<-60℃的对流活动中心,对应主要降水期;在切变线减弱阶段,TBB值升高,降水趋于结束。高原切变线存在"南暖北冷"的热力结构,在切变线发展维持阶段呈现高层稳定、低层不稳定的垂直分布特征;高原切变线也是水汽的聚集带,水汽通量散度的转变对高原切变线的发展具有一定指示作用。在切变线初生阶段和维持、发展阶段,垂直方向上存在正涡度中心和辐合中心,呈现对流层低层正涡度和高位涡中心相耦合的动力结构;气旋式切变有利于高原切变线上正涡度的维持;散度场上的低层辐合、高层辐散的结构特征有利于切变线上垂直上升运动的发展;高原切变线上的辐合带先于正涡度带开始减弱、消失是高原切变线减弱的一种特征信号。     

气流辐合对高原低涡切变的影响

利用欧洲中心ERA-interim再分析资料,通过计算Okubo-Weiss(OW)参数,对青藏高原上一次高原切变线诱发高原低涡生成的过程进行了诊断分析。结果表明：（1）OW负值带可以指示高原切变线的可能生成区;OW值趋于0时,切变线变得不稳定,强度逐渐减弱;OW正值区能够指示高原低涡的后续移动趋势以及发展情况,气流辐合区域与OW大正值区有很好的对应关系。（2）此次高原切变线气流活动以拉伸变形为主。切变线生成阶段,其附近气流作拉伸变形运动;切变线成熟阶段,气流拉伸变形运动达到最强;切变线减弱阶段,其气流拉伸变形运动减弱。（3）切变线的生成以及移动主要受总变形方程的局地变化项影响;低涡的生成位置以及后续移动路径与水平涡度方程的散度项有很好的对应关系。气流辐合在高原低涡形成的初期起主要作用,辐合强度的减弱会抑制高原低涡的东移及发展。     

高原横切变线与高原低涡关系的初步研究

基于大气运动方程组及散度方程,对高原横切变线上扰动稳定性问题以及切变线诱发高原低涡的动力学机制进行了理论分析并用欧洲中心(ECMWF)ERA-interim再分析资料对其进行验证。得出高原横切变线是高原低涡产生的重要背景场,切变线以南的水汽输送与辐合对于低涡的诱发作用是大气处于不平衡状态而引起散度场调整的结果,辐合增强区有利于高原低涡生成,低涡中心对应非平衡正值中心,低涡外围为非平衡项负值区。非平衡项负值大值与水汽辐合带的重叠区对降水落区有较好的指示意义。当高原南部的西南风带向东或东北方向移动或当低涡下游出现非平衡项负值中心时,低涡亦同向移动。若高原出现气旋式环流并且环流中心与非平衡项正值中心对应时,有利于低涡生成;进一步,当低涡中心与非平衡项正值中心对应且正值中心数值不断增大时,低涡趋于发展加强。     

青藏高原东部牧区春季雪灾天气的形成及其预报

对青藏高原东部牧区1967～1996年30a中春季发生的成灾性降雪天气过程进行了较为详细的分析。发现有45％的成灾性降雪过程与该地区的低涡天气系统有关。在归纳总结高原春季降雪天气形成的3种环流模型的基础上，重点分析了通常情况下高原切变线对高原低涡发生发展所起的主要作用。即高原切变线西南段区域内为上升运动区且气流的气旋性涡旋处于发展阶段，切变线东北段区域内为下沉运动区且气流的反气旋性涡旋处于发展阶段，是低涡形成的前期条件；高原切变线附近的流场有利于将周围水汽聚拢，使低涡系统得到持续不断的水汽供给，其中负的水汽通量散度扰动中心位于切变线中段南侧，形成水汽汇，正的水汽通量散度扰动最大值部分位于切变线西南段南侧，是低涡水汽的主要来源。中还给出了高原部分测站降雪量、最低气温的预报方程，可供有关预报人员参考。     

一次高原切变线过程的数值模拟与阶段性结构特征

利用非静力中尺度数值模式WRF并结合NCEP-FNL分析资料、常规气象观测资料、FY-2F卫星TBB数据以及CM ORPH降水资料,对2014年6月29日至7月1日的一次高原横切变线过程进行了数值模拟并分析了其演变过程中降水、热力、水汽和动力的结构特征。结果表明,WRF模式较成功地模拟了此次高原切变线过程的降水量和落区。在高原切变线活动期间,不同阶段结构特征存在明显差异。切变线附近通常对应TBB-20℃的云区;随着切变线的发展,TBB值降低,在云区内有多个TBB-60℃的对流活动中心,对应主要降水期;在切变线减弱阶段,TBB值升高,降水趋于结束。高原切变线存在"南暖北冷"的热力结构,在切变线发展维持阶段呈现高层稳定、低层不稳定的垂直分布特征;高原切变线也是水汽的聚集带,水汽通量散度的转变对高原切变线的发展具有一定指示作用。在切变线初生阶段和维持、发展阶段,垂直方向上存在正涡度中心和辐合中心,呈现对流层低层正涡度和高位涡中心相耦合的动力结构;气旋式切变有利于高原切变线上正涡度的维持;散度场上的低层辐合、高层辐散的结构特征有利于切变线上垂直上升运动的发展;高原切变线上的辐合带先于正涡度带开始减弱、消失是高原切变线减弱的一种特征信号。     

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。     

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。     

中国东部7类暴雨异常环流型

近年来的研究发现,瞬变扰动天气图上的扰动场天气系统对区域暴雨的落区指示能力强于传统天气图上的总场天气系统。为供预报员在业务预报中参考,本文划分1998年发生在中国东部地区的41日次区域暴雨为7类扰动场天气系统。与区域暴雨相联系的7类异常环流型分别是:华南切变线、华南涡旋、华南倒槽、长江切变线与槽、沿江涡旋、华北涡旋和东北涡旋。无论是在对流层的垂直剖面上,还是在850 hPa水平分布上,扰动天气图上位势高度低值和风扰动辐合处并配合大的水汽扰动对应有区域暴雨,而传统天气图上的低值系统和高水汽区与暴雨之间存在位置上的偏移。由此建议,用实况大气变量和中期数值模式产品绘制扰动天气图有助于预报员确定区域暴雨落区。     

一次高原低涡与高原切变线演变过程与机理分析

对一次东移高原低涡减弱、高原切变线生成并在有利的环流背景下东南移,进而引发川渝强降水的高原切变线生成机制以及演变过程进行了初步分析。首先引入描写热带气旋的Okubo-Weiss（OW）参数（V_OW）来定量表达低涡、切变气流中旋转和变形的相对大小,确定高原切变线的潜在生成区域和发展状况。得出在高原切变线生成阶段,500 hPa等压面上V_OW值由正转负,V_OW负值带可以很好地指示高原切变线的潜在生成区域。V_OW负值强度与高原切变线强度有很好的相关性。高原切变线上以V_OW负值中心为主,但也会存在正值中心,说明在切变线上也会有气旋性涡度。此个例高原切变线以伸缩变形为主,高原切变线沿变形场的拉伸轴分布。然后通过涡度方程和总变形方程进一步分析了高原低涡减弱、高原切变线生成的动力机制。高原低涡的减弱、消失主要受散度项的影响,时间演变分析表明系统由强气旋性涡度的高原低涡演变为强辐合性的高原切变线。总变形方程中的扭转项对高原切变线的生成贡献最大,其次为水平气压梯度项,散度项最小;当高原切变线上以拉伸变形为主时,不利于其上高原低涡的发展,切变线可能是影响低涡发展的背景流场。     

风暴-低涡影响下青藏高原一次强降水过程北大核心CSCD

利用联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)最佳路径资料、逐小时降水资料和ERA5再分析资料,研究2017年5月26—31日孟加拉湾风暴与高原低涡共同影响下青藏高原一次强降水过程,结果表明:风暴和南支槽共同作用下建立的孟加拉湾至青藏高原的水汽输送带为高原低涡-切变线区域的降水提供水汽。南支槽后冷气流在青藏高原南部陡坡下沉形成冷垫,孟加拉湾偏南暖湿气流首先沿冷垫向北抬升,爬上青藏高原后向北在高原切变线附近再次抬升,增加降水区地表至对流层高层大气中的可降水量。风暴偏南风暖湿气流与青藏高原北部干冷空气交汇产生锋生,大气湿斜压性显著增长,湿等熵线密集陡立导致垂直涡度剧烈发展,有利于高原低涡加强。风暴北上过程中其高层反气旋式出流加强青藏高原槽前西南风高空急流,辐散增强有利于低层切变线发展和高原低涡东移,产生大范围强降水。高原低涡切变线与风暴水汽输送的正反馈作用,为降水区提供持续视热源和视水汽汇,有利于青藏高原降水系统的维持和发展。     

GMS-5水汽图像所揭示的青藏高原地区对流层上部水汽分布特征

该文利用1995年6月中旬至7月初GMS-5水汽图像，对青藏高原地区对流层上部水汽分布进行了初步分析。发现高原地区对流层上部水汽的汇集主要通过以下4种方式进行:①水汽从高原东南方的雅鲁藏布江河谷等地进入高原，是主要路径；②从西南方越过喜马拉雅山进入高原；③从帕米尔及其以北地区漂过塔里木盆地后进入高原；④对流活动可以引起水汽在高原上空积聚。从多时相平均水汽图像上反映出高原上西北干、东南湿的水汽分布特征，并初步讨论了水汽图像所揭示的在高原生成的系统对我国东部天气的影响。     

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。     

河西走廊西部干旱区一次极端暴雨天气的水汽特征分析

利用高空、地面观测资料、加密区域站雨量资料、FY-2D云图、NCEP 1°×1°再分析资料,使用物理量诊断、后向轨迹模型等方法分析了 2011年6月15—16日河西走廊西部干旱区一次极端暴雨天气的环流形势、中尺度系统、水汽输送和收支特征。结果表明:河西走廊西部受内蒙古西部到河套地区西北—东南向暖性高压脊西部形成的高原低涡中心影响,200～400 km的低涡中心稳定维持在暴雨区上空超过12 h,形成了良好的动力条件;对流层低层湿度增大气温降低,中层冷空气从低涡南部侵入,大气处于弱不稳定状态,地面风速辐合、地形抬升进一步增强了低涡中心的上升运动,触发局地对流。主要存在随西风气流的西路和绕高原的东路两条水汽输送通道,以绕高原的东路水汽输送为主,其在暴雨期间的贡献率高达84.6%,以对流层中层输入最为显著。甘肃中部500和700 hPa异常偏东气流对东路水汽输送通道的形成十分重要,其能将已到达西北地区东部的暖湿空气继续向西北方向输送从而到达河西走廊西部。暴雨时段内水汽平均净输入强度是前期的2.73倍,对流层中层高原低涡中心、对流层低层风速风向辐合和地形辐合造成暴雨区550、700和800 hP...     

卫星水汽图像和位势涡度场在一次变性台风暴雨过程中的解译应用

利用FY-2E卫星水汽图像、常规气象观测资料和ERA-Interim再分析资料,将高层动力场和水汽图像结合,对山东半岛一次台风和冷空气相关的大暴雨过程进行了解译分析。结果表明:台风北上过程中,槽后冷空气入侵台风环流,涡旋云系与斜压叶状云相结合,低层出现锋生。在卫星水汽图像上,台风的非对称结构表现为涡旋北侧加强的湿上升运动和南侧入侵的干闯入,具有高位涡特征的水汽暗区是活跃的动力干带。高空急流带位于短波槽前叶状云向极一侧边界附近的湿上升区一侧,急流的增强与水汽图像上明暗边界的锐化有关,暴雨区位于动力干带前方的湿上升区和高空急流入口区的右侧。强降水发生时,动力干带引起的高层位涡扰动造成正涡度柱的强烈下伸,与台风主体环流的正涡度柱在暴雨区上空形成相互贯通的涡旋系统。位涡异常区前侧的上升运动与台风环流本身的上升运动叠加,有利于加强对流层暖湿气流的抬升。卫星水汽图像体现了高层天气尺度动力强迫的特征,指示重要动力过程的发展。将卫星水汽图像和高层位涡场结合进行解译,有助于从水汽图像上判别高空动力特征的演变,为台风暴雨监测提供参考信息。