初夏青藏高原东侧一次特大暴雨的综合分析

分析了2002年初夏发生在高原东侧的一次特大暴雨,认为这次暴雨的成因是新疆低槽与高原槽合并东移并引导较强冷空气在高原东侧与四川至陕西的西南暖湿气流交汇而形成的。高空西风急流增强、我国东部高压的阻挡及低层偏南暖湿气流的加强、北伸为发生暴雨提供了有利条件。冷锋前暖区内中β尺度对流系统(MβCSs)的活跃直接导致了特大暴雨的发生。低层中尺度辐合系统与中β尺度对流云团的活动、大暴雨出现的时间和落区等密切相关。中尺度对流系统(MCSs)散度垂直分布的特殊结构,即从对流层低层列高层存在的辐合辐散“双重结构”对大暴雨时强烈上升运动和深对流形成有着重要作用。     

冷空气对高原低涡移出青藏高原的影响

在对1998—2004年冷空气影响高原低涡移出青藏高原 (以下简称高原) 观测事实分析的基础上, 利用NCEP再分析资料对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原的位涡进行诊断分析, 并通过数值试验揭示了托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征和影响机理。结果表明:这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱, 从而使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 低涡24 h内西退, 在高原边缘徘徊。     

青藏高原绕流和爬流的气候学特征

本文利用1951～2008 年NCEP/NCAR 再分析资料, 通过绕流和爬流方程, 将高原附近表层风场分解为绕流分量和爬流分量两部分, 计算出了实际大气中的绕流和爬流运动的强度, 分别探讨它们的气候态特征。结果表明:高原主体年平均绕流场围绕高原地形并在高原西南部(32°N, 75°E)附近产生分支, 分支点下游的高原主体南部和北部分别表现为气旋性和反气旋性流型;年平均的爬流分量场沿喜马拉雅山脉辐散, 高原主体为偏南上坡风, 东北部为偏北上坡风。夏季绕流场为气旋式流型, 中心位于高原中部(35°N, 90°E)附近;秋季绕流场围绕高原地形边缘基本为一个反气旋流型。夏季, 高原主体偏南风爬流与偏北风爬流在高原南北中线附近辐合, 除夏季外, 沿高原南侧喜马拉雅山脉为爬流辐散区。高原主体和高原附近的关键区内, 绕流和爬流存在不同的季节循环特征。从绕流和爬流分解公式出发, 本文详细探讨了表面流场的绕流和爬流运动各分量对地形高度及地形梯度的依赖性:经向绕流与纬向绕流比值、经向爬流与纬向爬流分量比值为仅依赖于地形高度的定常值。年平均的绕流及爬流矢量强度随着所处地形高度的升高而逐步增强;从区域分布的角度而言, 高原附近绕流强于爬流的区域范围较广, 绕流占主导地位。地形纯动力强迫产生的爬流运动与观测资料中高原附近的垂直运动具有很高的位置对应关系, 但冬季和夏季均存在强度上的差异。     

一次陕北区域性暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料和NCEP1°×1°6h再分析资料,对2014年7月8—9日陕北一次区域性暴雨过程进行了分析,结果表明:暴雨过程在河套北部冷空气和高原槽前的偏南暖湿气流共同作用下形成,高原槽、低涡切变是主要高空影响系统,西北路冷锋是地面的主要影响系统,降水主要发生在冷锋附近到其后部低层冷空气与高空暖湿气流交汇区域。雷达回波分析表明,暴雨过程有两个不同的降水时段,8日14—20时主要为对流性降水,回波强度大于55dBz的带状回波,造成陕北东部出现了20~50mm的降水;9日02—08时为冷锋后的层状云降水,回波以均匀的层云降水回波为主;速度图在2.4km高度上有18m/s左右的偏南急流,是降水持续的主要原因。物理量分析表明,暴雨落区与700hPa的水汽通量散度大值区对应很好;暴雨区上升运动层深厚,最大上升运动区在600hPa附近;在暴雨区北侧为冷锋后部的东北风下沉气流,同时暴雨区上空有西南风上升气流,这股气流沿着暴雨区北侧低层冷空气爬升,冷暖气流交汇,产生强降水;暴雨发生在能量锋区附近,陕北地区对流层中低层有显著锋生,有利于上升运动的加强,形成强降水。     

青藏高原大地形对冷涌作用的理论研究

本文从包含大地形效应的线性浅水波方程组出发,考虑青藏高原大地形为由西向东等科率倾斜,导得两类重力波解,一类是两个高频重力惯性波解,另一类是由地形激发的低频地形重力波解。后者与Kelvin波有某些类似之处。它们分别类似于数值试验所得冷锋迅速南下和冷涌强风速中心沿青藏高原大地形东侧边缘较慢向南传播的重力波。特别当无地形时,则低频波消失,仍有高频波。还求得了重力波波射线的传播路径为次摆线方程,这与数值试验所得冷涌强风速中心环绕青藏高原大地形东侧边缘的弧形路径颇为一致。且沿大地形下游沿海地区可能存在地形重力波波导管。     

5月大—暴雨的短期预报

5月是我县大—暴雨雨日最多的月份,是降水预报服务的重要时期。 造成我县5月大—暴雨的主要地面天气系统是冷锋(15.2％)、气旋波(26.1％)、静止锋(52.2％)。这三种天气系统影响前,本站要素有不同的变化特征:冷锋影响前,降压、升温、升湿,风向偏东南;气旋波影响前,降压、降温,风向偏南;静止锋影响时,要素多小波动,风向多变,大—暴雨多出现在有新冷空气补充南下,前期多有降压时。这三种系统影响前本站都有一个降压过程,67％的大—暴雨出现在气压曲线的谷点和谷点后一天,85％的大—暴雨前一天是负变     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究 I：冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型 ,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题。冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。当冷锋位于迎风坡时 ,其坡度减小 ,位于背风坡时 ,其坡度增大。在静止冷锋存在两类不同的环流系 ,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。静止冷锋位于背风坡 ,其冷域中的这支闭合环流增强 ,范围增大 ,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移 ,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大。当静止冷锋位于迎风坡时 ,结果相反。冷锋移动较慢时 ,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。当静止冷锋移离地形时 ,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用 ,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现。由于边界层摩擦的辐合作用 ,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带 ,当冷锋位于迎风坡时 ,其强度增强 ,当冷锋位于背风坡时 ,其强度减弱。当冷锋位于背风坡时 ,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大 ,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区     

青藏高原对东亚大气环流及其低频系统影响的数值试验

本文利用P—σ混合坐标系的五层原始方程模式,研究了夏季青藏高原对东亚大气环流及其低频振荡(10—20天)的影响。结果表明,当没有青藏高原存在时,高原及孟加拉湾地区的降水明显减少;我国长江流域也干旱少雨;对流层中低层高原的强大热源作用也有所减弱;南亚高压位置偏南。数值试验证明,青藏高原是低频波传播的一个源地,同时还表明,高原对对流层中低层上的低频振荡有激发作用,当没有高原地形时,500hPa上低频环流将减弱。高原对低频波的径向传播有明显影响,而对低频波的纬向传播的影响却不显著。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究Ⅰ:冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题.冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关.当冷锋位于迎风坡时,其坡度减小,位于背风坡时,其坡度增大.在静止冷锋存在两类不同的环流系,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系.静止冷锋位于背风坡,其冷域中的这支闭合环流增强,范围增大,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大.当静止冷锋位于迎风坡时,结果相反.冷锋移动较慢时,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡.当静止冷锋移离地形时,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽.地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现.由于边界层摩擦的辐合作用,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带,当冷锋位于迎风坡时,其强度增强,当冷锋位于背风坡时,其强度减弱.当冷锋位于背风坡时,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区.     

黑龙江省一次伴有龙卷的暖区暴雨成因分析

2014年7月19日夜间黑龙江克山出现雨强超过90 mm的短时强降水,利用常规观测资料、区域站资料、NCEP/NCAR再分析资料等对此次冷锋前部的暖区强降水成因进行分析。结果表明:(1)此次强降水出现在580 dagpm线附近,副高诱发的超低空急流为强降水提供了充沛的水汽和不稳定能量。(2)地面辐合线和地形抬升触发对流。高空急流东移,高空急流出口区左侧和辐散区与低层辐合相耦合促使对流快速发展增强。耦合消失,强降水则快速减弱。(3)低层暖平流明显,尤其地面具有暖锋锋生特征。强降水出现在不稳定层结和上升运动快速增强的阶段。(4)地面～200 hPa辐合层形成深厚的上升运动区,促使对流快速发展。(5)中尺度对流雨带沿地面辐合线生消。降水先出现在暖湿舌前部。随后,强降水产生的冷空气抬升暖湿空气形成冷锋特征的降水,由于强降水和冷空气的正反馈作用,降水持续时间长。冷空气势力最强时,伴随中尺度气旋性环流及0～1 km强垂直风切变有利于龙卷产生。(6)开口状地形的辐合作用、抬升及局地地形导致的中尺度环流风场对暖区降水的形成和维持作用显著。     

THE EXCHANGE OF MASS BETWEEN STRATOSPHERE AND TROPOSPHERE OVER THE TIBETAN PLATEAU AND ITS SURROUNDINGS IN 1998

n this paper,using NCEP dataset and the Wei's method,we calculate the exchange of massacross the thermal tropopause during 1998 over the Tibetan Plateau and its surroundings.Theresults indicate that:(1)There is strong air transport from troposphere to stratosphere in summerover the Tibetan Plateau and its surroundings.The air transport reaches the summit in midsummerwith three large value centers among which the Bay of Bengal is the largest and the other two largecenters lie in the east and northwest of the Tibetan Plateau,respectively.In May and October thecross-tropopause mass exchange reaches balance.In other months the mass transport is fromstratosphere to troposphere.(2)As far as the cross-tropopause mass exchange from June toSeptember in 1998 is concerned,the net mass transport is 13.7×10~(18) kg from troposphere tostratosphere,So the area from Tibetan Plateau to the Bay of Bengal is a channel through which airmass gets into stratosphere from troposphere.     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF ANOMALOUS SURFACE SENSIBLE HEAT FLUX IN THE TIBETAN PLATEAU AND ITS VICINITY ON THE EAST ASIAN WINTER MONSOON*

Based on NCEP/NCAR reanalysis monthly data,the relation between the surface sensible heat flux,(SHTFL) in the Tibetan Plateau and its vicinity and the East Asian winter monsoon is revealed as follows:on the inter-annual and longer time scales,the difference between SHTFL anomalies in the east and southern slope of the Tibetan Plateau last spring has influence on the East Asian winter monsoon,that is,SHTFL anomaly in the east of the Tibetan Plateau was positive and that in the southern slope was negative last spring,then the East Asian winter monsoon would become more vigorous,and vice versa.Both the most significant period of the difference between SHTFL anomalies in the east and southern slope of the Tibetan Plateau and that of the East Asian winter monsoon index are 2 to 4-year time scales.On the 2 to 4-year time scales,the heterogeneous spatial distribution of SHTFL anomalies in the east and southern slope of the Tibetan Plateau last spring has effect on the East Asian winter monsoon,after SHTFL anomaly in the east of the Tibetan Plateau was positive and that in the southern slope was negative last spring,then the East Asian winter monsoon would be more powerful,and vice versa.The lag influence of the difference of SHTFL anomalies in the east and southern slope of the Tibetan Plateau on the East Asian winter monsoon brings into effect mainly on 2 to 4-year time scales.In the end an reasonable explanation for their relationship has been discussed.     

北半球东半部对流层夏季平均环流形成物理机制的流体模拟实验

在旋转流体盘中做物理实验 ,模拟研究北半球东半部对流层夏季平均大气环流的形成物理机制。用镍铬电阻丝通电加热实验盘底作为热源 ,用冷水循环的铜管对实验盘底制冷作为冷源。将热源及冷源分布在绘有北半球极赤射面投影地图的底面上。人工地制造出中高纬西风带及越赤道气流模型。用流体物理模拟实验方法研究北半球东半部对流层夏季平均大气环流物理机制。逐个地试验了海陆温差、青藏高原地形及其高空热源、中高纬西风带 ,及来自南半球的越赤道气流的作用     

中国南方准静止锋对冬季大范围冻雨的影响

利用1979—2016年1月逐日0.125°×0.125° ERA-Interim再分析资料及冻雨观测资料,通过个例合成等方法,探讨了中国南方准静止锋和冬季大范围冻雨的关系。结果表明:（1）中国南方大范围冻雨受昆明和华南准静止锋共同影响呈东西带状分布;（2）青藏高原东侧逆温之强,范围之广以及水汽之充沛的主要原因,一是冷空气常堆积在横断山脉以东和南岭山脉以北等中国广大的南方地区,其形成机制主要为冷平流和绝热冷却,地势较高地带非绝热冷却也较明显;二是700和850 hPa暖平流形成的暖层也十分宽广;三是850 hPa源自中国南海和西太平洋的湿平流输送;（3）500 hPa东亚大槽、700 hPa南支槽、850 hPa反气旋和地面蒙古冷高压为青藏高原东侧对流层低层极地大陆性气团与热带海洋性气团和热带大陆性气团交绥创造了必要的环流条件;（4）东亚冷空气爆发从青藏高原东侧南下,迫使近地面暖湿气团抬升形成华南准静止锋。同时,受青藏高原东部地形的阻挡产生冷空气堆积。当冷空气堆积到一定厚度向西爬上低纬高原时,又与南支西风相遇形成昆明准静止锋。由昆明和华南准静止锋形成的复杂锋面结构,伴随宽广而强烈的逆温有利于中国南方大范围冻雨的产生。      

THEORETICAL STUDY ON EFFECT OF QINGHAI-XIZANG PLATEAU UPON COLD SURGE*

Starting from the linear shallow-water wave equations including in themselves the effect of a large-scale orograpny, two types of gravity wave solutions are derived on the assumption that the Qinghai-Xizang Plateau serves as an orography in question inclined from west to east at the same slope. One type contains two solutions of high-frequency inertia-gravitational waves and the other solution of low-frequency topography-excited gravity waves, bearing some similarity to Kelvin mode. Both types are similar, respectively, to the gravity waves of the front of the cold surge during the rapid southward advance, and to the strong velocity center of the surge when it propagates southward slowly along the east brim of the Plateau, as shown by the numerical study.Results indicate that the low-frequency wave vanishes whereas its counterpart remains especially in the absence of the orography. In addition, we find that the propagation of the gravity-wave rays is in the form of a trochoid equation, a result in good agreement with the curved path of the strong velocity center going down the east fringe of the Plateau as shown by the numerical study. And probably a waveguide tube of topographic gravity mode is present in the coastwise area downstream of the orography.     

春季华南在冷空气垫上空南支西风中低压槽东移时的天气过程分析

春季,冷空气进入华南以后,青藏高原以东往往在低空出现一层较薄的冷空气垫。在高空平直的西风环流下,沿南支西风急流带,有低压槽在冷空气垫之上东移,地面高气压区域中常有低压槽和锋生出现。本文查考了1958—1962年3—5月华南地区这类天气过程,并讨论了这类天气形势下的降水和雷暴的短期预报。     

青藏高原气温的年际变率与大气环状波动模

基于1961年3月至2002年2月间青藏高原地区64个台站的地面气温观测资料和ERA40再分析数据集,研究了青藏高原上空气温的年际变率及其与大尺度环流的关系。结果表明除夏季外,高原地面气温与整个北半球副热带、极地对流层的温度和位势高度有显著的同位相变化关系,而与中高纬度对流层有显著的反位相变化关系。其中北半球副热带还有5个分别位于青藏高原、西太平洋、北美西部、大西洋中部、北非到阿拉伯半岛的活动中心。这3条环状活动带和5个副热带活动中心共同组成了一种北半球大气环状波动模,其纬向特征为异常偏强的中纬度西风气流以及热带和高纬度东风气流,并伴有中纬度大气长波槽脊的减弱;经向基本特征为异常偏强的Hadley和Ferrel环流以及副热带下沉气流和中纬度上升气流,垂直方向呈相当正压结构。当这种环状波动模处于正位相时,异常增强的绝热下沉增温效应和减弱的冷空气活动共同使得高原上空对流层中、低层气温异常偏暖。     

A COMPARATIVE STUDY OF THE HEATING EFFECTS OF THE TIBETAN PLATEAU AND THE WESTERN PACIFIC*

A zonal domain primitive equation modeling system(ZDMS) is used to study the effects of the initial heating anomalies over the Tibetan Plateau and the western Pacific on the East Asian and the Chinese summer climate,the relative importance and the mechanisms are discussed.Results show that in spite of the different locations of the heating anomalies the influences of the two anomalyareas are much similar to each other when the scaling of the two areas is the same.The two areas of heating anomalies have their own affecting domains in which one is more important than the other.In the western Pacific the heating anomaly over the western Pacific is more evident and in the Tibetan Plateau area the heating anomaly over the Tibetan Plateau is more obvious.For the east part of China the effects of the two heating anomalies both exist and almost have the equal importance.The initial anomaly of the sea surface temperature(SST) over the western Pacific can be kept during the entire time integration while in the Tibetan Plateau it can not be maintained.     

西北太平洋冷海温对东亚初夏大气环流影响的数值研究

利用改进的NCAR CCM3气候模式, 研究了1992年西北太平洋持续冷海温对东亚初夏季节大气环流的影响。西北太平洋冷海温不利于初夏东亚南支西风急流季节性北移, 引起亚洲东部沿海低槽明显加深, 东亚大槽平均高度场降低了4.66 dagpm, 从而也不利于西太平洋副热带高压的西伸加强。西北太平洋冷海温还不利于我国大陆初夏温度场回升, 特别是引起我国东北地区近地面温度下降2~5 ℃, 是影响东北冷夏现象的重要原因之一。模拟结果表明, 1992年初夏江淮入梅期较常年偏晚, 降水异常偏少, 与紧邻东亚大陆的西北太平洋持续冷海温有关。