夏季江淮地区中尺度对流系统的统计特征分析

利用2007—2013年6—8月FY-2D逐小时相当黑体温度(TBB)资料,普查了夏季我国江淮地区的中尺度对流系统(MCS)个例。根据MCS的组织形式将其分为中尺度对流复合体(MCC)、持续拉伸状对流系统(PECS)、β尺度中尺度对流复合体(MβCCS)和β尺度持续拉伸状对流系统(MβECS),并对各组织形式MCS的统计特征做了对比分析。结果表明:夏季江淮地区带状MCS发生的频次明显高于圆状MCS,占62.2%;7月份MCS个例数最多,而6月份MCS成熟时平均面积最大;整个夏季,MCS成熟时平均最低云顶温度约为-76℃;MCS多形成于午后14—17时,成熟于17—19时,18—23时均为MCS易消散时段,具体到各类型,其日变化特征又有所差异;影响江淮地区的MCS多生成在陆地上,海上个例很少,有向东、东北和东南3个主要移向,共占73.1%,移动1~5个经纬距的MCS所占比例最大,为64.6%,MCS的移动距离与其生命史长度密切相关。     

2007年夏季川渝与江淮流域MCS分布与日变化特征

2007年夏季川渝地区及江淮流域持续性降水、极端强降水和强对流事件频发.利用强暴雨发生时段2007年6月28日至7月26日逐时FY-2C红外TBB资料对这两个地区及周边区域(25°～38°N、100°～130°E)进行普查,共获得570个生命史≥3小时的中尺度对流系统(MCS).MCS的定义为-52℃ TBB闭合等值线内TBB≤-52℃的面积≥400km~2,不区分形状与生命史.MCS识别由计算机自动完成,MCS追踪由人工完成.普查结果发现,云南西北部至四川西部、四川东部与重庆、云贵高原东部和广西北部山区至洞庭湖、淮河流域四个区域是MCS活跃区,但淮河流域又有三个波动状MCS活跃中心.普查区域内总体MCS和川渝地区活动最频繁的MCS持续时间为3～7小时,但江淮流域活动最频繁的MCS生命史为4～9小时.按时间尺度将570个MCS分成三类,第一类MCS生命史3～5小时,第二类MCS生命史6～11小时,第三类MCS生命史≥12小时.三类MCS的地理分布特征及触发机制各不相同:第一、二类MCS在西太平洋副高平均位置的内、外侧都有发生,它们的发生、发展及移动受中尺度因素影响明显,可能与地形、中尺度辐合线等有关;第三类MCS发生在西太平洋副热带高压平均位置的外侧,其发生、发展及移动路径受天气尺度环境控制因素显著.三类MCS日变化具有明显不同的日变化特征.三类MCS的形成高峰都出现在午后.第一类MCS无显著的夜发性特征,第二、三类MCS有较显著的夜发性特征.第一、二类MCS在午后最活跃,但第三类MCS活动最活跃时段在下半夜(18UTC).川渝地区和江淮流域的MCS都具有多峰型日变化特征,但二者的活跃时段有所不同.本文还给出了2个引发强降水的MCS典型个例及1个长生命史MCS演变特征.     

我国中东部地区夏季MCS统计分析

目前较详细的中尺度对流系统(MCS)分类普查研究还较少.文章使用我国风云2号地球静止卫星红外数字图像资料分类普查了2008-2010年夏季(6-8月)我国中东部地区(27°～40°N、110°～124°E)中尺度对流系统时空特征.根据尺度大小将MCS分类为α中尺度对流系统(MαCS)和β中尺度对流系统(MβCS),又根据MCS形状将MαCS分类为中尺度对流复合体(MCC)和持续拉长状对流系统(PECS),MβCS分类为β中尺度对流复合体(MβCCS)和β尺度持续拉长状对流系统(MβECS).3年夏季共识别了208个MCS,其中68个MαCS和140个MβCS,拉长状系统居多,占MCS总数79.3％,这表明拉长状的MCS是该区域夏季的主要对流系统.从月际变化来看,7月最多,8月次之,6月最少.大部分MCS移动路径自西向东,少数为自南向北或自北向南的移动路径,自东向西的路径极少.MCS形成高峰时段为9-10 UTC(世界时),成熟高峰时段为10-11 UTC,消散高峰时段为12-13 UTC,生命史约为6.5h.MαCS从形成到成熟需3～4 h,成熟至消散需4～5 h;MβCS发展和减弱时间相当,为2～3 h.     

夏季黄河下游地区中尺度对流系统的气候特征分布

利用1996~2008年逐小时卫星资料、NCEP再分析资料及统计方法, 研究了位于黄河下游地区的中尺度对流系统(Mesoscale Convective System, 简称MCS)的气候特征, 其中包括中尺度对流复合体(Mesoscale Convective Complex, 简称MCC)、持续拉长状对流系统(Permanent Elongated Convective System, 简称PECS)、β中尺度对流复合体(Meso-β Scale MCC, 简称MβCCS>)、β中尺度持续拉长状对流系统(Meso-β Scale PECS, 简称MβECS)4类。结果表明:MCC和PECS是黄河下游地区影响夏季降水的主要MCS, 其中7月份MCC最多, 并且MCC的数量明显大于PECS;与发生在美国的MCS比较, 发生在黄河下游地区的MCC和PECS在成熟期的面积和平均偏心率较大、生命史较长, 但MβCCS和MβECS的生命史较短、平均偏心率变化不大;黄河下游地区PECS表现出成熟较快和消亡较慢的特征, 其最低相当[A1] 黑体温度 (BlackBody Temperature, 缩写为TBB) 平均值为-72℃, 比MCC低1℃左右, 生命史比MCC长0.9 h;在MCC的形成、成熟及消亡期, 其日循环特征均表现为明显的双峰特征, 而PECS却呈现出单峰特征;黄河下游地区MCC的发生时间主要集中在2个时段, 一个是在下午形成, 傍晚成熟, 凌晨消亡, 另一个则在后半夜形成, 凌晨成熟, 上午甚至中午才消亡;MCS具有明显的年际变化特点, 在MCS较少的1999年, 500 hPa的副热带高压偏南, 华北地区位势高度较常年明显偏高, 而在MCS较多的2001年, 副高异常偏强, 华北地区位势高度较常年明显偏低, 850 hPa上为一低压槽, 黄河下游地区主要受副高边缘的西南气流影响。     

弱天气背景下鲁南一次暖区大暴雨触发 与维持机制分析

利用区域自动站资料、ERA5再分析资料、FY-2F云顶亮温资料和多普勒雷达资料等,对2019年8月5—6日鲁南大暴雨过程的环流背景、环境场条件、中尺度对流系统（MCS）演变特征及其触发机制进行了分析。结果表明：（1）这次暴雨过程发生在副热带高压边缘的弱天气强迫背景下,大尺度环流形势配置不是很有利;（2）深厚的湿层、较低的抬升凝结高度（LCL）和自由对流高度（LFC）、上干下湿的不稳定层结为大暴雨的产生提供了有利的环境条件;（3）暖区强降水发生在鲁中山脉向苏北平原的过渡带上,呈狭长带状,5日午后和夜间先后生成的准静止β中尺度对流系统（MβCS）共同导致大暴雨过程的发生,小时强降水中心主要出现在MβCS云团TBB梯度大值区附近;（4）5日午后鲁南和6日凌晨枣庄中部强降水的触发机制为地面中尺度辐合线,MCS沿着辐合线不断新生和发展,形成“列车效应”,造成大暴雨。6日凌晨临沂西北部强降水由850 hPa露点锋触发,鲁中山脉峡谷风效应和迎风坡的动力抬升作用促使MCS增强发展;（5）强降水的持续与850 hPa露点锋、冷池和边界层暖湿气流增强引起的地面辐合线的长时间维持有关。     

Life Cycle Characteristics of MCSs in Middle East China Tracked by Geostationary Satellite and Precipitation Estimates

2020年7月4—10日长江流域出现了一次极端强降雨过程。本文利用高时空分辨率的风云四号A星相当黑体温度（TBB）数据和中国地面与CMORPH融合逐小时降水产品,基于面积重叠法的对流自动识别追踪方法将本次过程长江流域二级地形及以东区域（105°—125°E,25°—35°N）生成的中尺度对流系统（MCS）进行识别、追踪和分类,并研究了西部、东部和东移MCS的时空分布特征和物理量参数特征。结果表明,西部MCS生成数量有明显增多的变化趋势,东部MCS生成数量始终变化不大,东移MCS主要发生在5—6日。西部和东部MCS的初生峰值一般出现在午后和凌晨,而东移MCS主要发生在凌晨。东移MCS比西部MCS的生成位置更偏东,更有利于东移影响下游地区。相比于西部和东部MCS,东移MCS的最低亮温更低、降雨强度更大、生命史更长、对流发展更为迅速、降雨面积和对流云面积都更大,移动路径更长,影响范围更广,表明东移MCS的对流发展更为旺盛。同时,随着生命史的增加,MαCS数量越来越多,而MβCS数量逐渐减少。

     

冷涡背景下MCS的统计分析

文章首先给出冷涡的定义,根据冷涡的定义识别出冷涡,2005—2011年4—9月7年共识别出60个冷涡,主要形成在蒙古和我国的东北地区。然后根据中尺度对流系统(MCS)的标准按尺度大小将MCS分类为α中尺度对流系统（MαCS）和β中尺度对流系统（MβCS）,又按MCS的形状将MαCS分类为中尺度对流复合体（MCC）和持续拉长状对流系统（PECS）,MβCS分类为β中尺度对流复合体（MβCC）和β中尺度持续拉长状对流系统（MβECS）。利用FY 2C(2005—2009年)和FY 2E（2010—2011年）的TBB资料对60个冷涡背景下的MCS进行识别并对其时空分布特征及其与冷涡的关系进行统计分析。结果表明：(1) 60个冷涡过程识别出61个MCS,MCS通常产生在我国东北和华北,MCC和PECS生成较分散;MβCC主要集中在华北和东北地区;MβECS主要集中在东北地区。(2) 6月生成的MCS最多,有16个,9月最少。MCS大多形成于当地的下午和晚上,此时对流发展旺盛,有利于中尺度对流系统的产生,到了夜间MCS发展成熟,至凌晨—日出时分消散。(3) 冷涡背景下的MCS的移动路径多数是从西向东偏北的,其生成后主要向东移动,这和我国中纬度西风带天气系统的移动路径基本一致,但由于受冷涡等天气系统的影响,会出现不同的移动方向。位于冷涡东侧且距离冷涡中心距离较近的MCS有向东偏北方向移动的趋势;位于冷涡南侧且距离中心较远的MCS有向东偏南方向移动的趋势。(4) 冷涡背景下的MCS主要产生在冷涡的发展阶段,成熟和消散阶段相对较少。(5) 冷涡背景下的MCS主要形成在冷涡的东南部,西南部也有一小部分。(6) MβCS系统发展较MαCS系统快,持续的时间也较MαCS短。     

黄河中游地区中尺度对流系统的统计特征

利用2005—2014年逐时FY-2E卫星资料、实况观测资料和NCEP再分析资料,采用统计方法对黄河中游地区中尺度对流系统(MCS)的特征进行了分析,包括中尺度对流复合体(MCC)、持续拉长状对流系统(PECS)、β中尺度对流复合体(MβCCS)和β中尺度持续拉长状对流系统(MβECS)等4类。结果表明:(1)甘肃中南部、山西中南部和陕西中北部以及蒙、晋、陕3省(区)交界处为MCS高发区;一年内5—10月均有形成,夏季更易发展成熟,MCC和MβECS是该区影响夏季降水的主要MCS。(2)MCS具有明显的日变化特点,多成熟于午后或傍晚到次日凌晨;大多数MCS表现出生成快、消亡慢的特点,其移动方向以偏东和偏东南方向为主,且圆形状的较拉长状的移动少。(3)圆形状的MCS的平均TBB较拉长状的低,其中MCC发展最旺盛、强烈,且8月最强,而MβECS的发展受季节影响不大。成熟时的平均离心率,MCC和PECS较美国的偏大;与黄河下游地区相比,MCC偏大,PECS则偏小。(4)MCS造成的降水特征复杂,地域差异明显,多个合并后的对流系统造成的降水范围更大、强度更强、持续时间更长;暴雨主要出现在左后象限,最大雨强出现在成熟阶段,一般50 mm·h~(-1);生成于不同区域、不同类型的MCS,其雨区和云区面积比的差异较大。(5)MCS具有明显的年际变化特点,其中最多年2011年和最少年2009年的环流形势表现出几乎相反的特点,除与副热带高压、500 hPa中纬度位势高度距平、低层暖湿气流输送和聚集等有关外,还与500 hPa冷涡活动密切相关。     

西北气流下乌鲁木齐短时强降水中小尺度特征个例分析

利用乌鲁木齐多普勒天气雷达、风廓线雷达、GPS/MET水汽探测仪以及FY—2E/G卫星、区域加密自动气象站资料和GFS/NCEP 0.5°×0.5°逐6 h再分析资料,对2015年6月9日18:30—20:00出现在乌鲁木齐的短时强降水过程进行分析,重点分析了强降水过程的环境场和中小尺度特征。结果表明:该短时强降水过程有4个降水集中时段,每个时段约为10~15 min。降水发生在高压脊前低槽后部的西北气流控制之下,700 h Paβ中尺度西北急流上γ尺度对流单体是短时强降水直接影响系统。该降水过程水汽来自于乌鲁木齐周围并在2~3 h内快速集中。对流不稳定潜势从午后14 h开始发展,到降水开始仅4.5 h。沿西北低空急流出现多个γ中尺度对流单体以"列车效应"形式依次影响乌鲁木齐造成短时强降水,对流单体组合反射率最强达45~50 d Bz,生命史仅15~20 min。降水发生在局地新生中尺度对流云团西南侧云顶亮温TBB梯度最大处,TBB最低达-44℃,对流云团生命史2~3 h。     

基于SWAP平台的新疆中尺度对流系统判识及应用

利用近10 a FY-2系列红外云图资料、MICAPS常规资料、新疆105个基本气象观测站逐小时降水量资料,参考国内外中尺度对流系统(MCS)标准,给出了新疆区域MCS判识标准。统计分析新疆35次短时强降水过程的MCS空间分布及参数演变特征,总结新疆不同区域MCS预警阈值。基于卫星天气应用平台(SWAP)平台追踪检验短时强降水对应MCS特征参数变化,表明新疆MCS的TBB预警阈值下限偏低4℃,上限偏高2~4℃;天山山区、南疆偏西地区的TBB梯度为0.3℃·km~(-1),北疆偏西、巴州北部与我国中东部一致。短时强降水发生在引导气流方向靠近暖区一侧的冷云盖边缘TBB梯度最大处,TBB梯度图对云团发展变化表现更清楚。基于SWAP平台定位追踪对流云团对下游可能发生的强降水有2~6 h预警时效,且30 min外推预报与实况基本一致,对新疆强降水短临预报预警有一定的指示意义。     

Analysis of the Characteristics of the Low-level Jets in the Middle Reaches of the Yangtze River during the Mei-yu Season

Here, we analyze the characteristics and the formation mechanisms of low-level jets(LLJs) in the middle reaches of the Yangtze River during the 2010 mei-yu season using Wuhan station radiosonde data and the fifth generation of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ERA5) reanalysis dataset. Our results show that the vertical structure of LLJs is characterized by a predominance of boundary layer jets(BLJs) concentrated at heights of 900–1200 m.The BLJs occur most frequently at 230...     

阴山山脉对内蒙古中部地区气象要素影响初探

文章选用阴山山脉山北乌拉特后旗、白云、达茂旗、苏尼特左旗、化德,山南杭后旗、包头、呼和浩特、察右前旗、兴和1971—2000年气温、降水量、天气现象等资料进行对比分析,得到阴山山脉对内蒙古自治区中部地区气象要素影响初步结论。     

加强业务管理提高测报质量

我局从1999～2003年,测报工作连续4年未出现错情,在此期间共有1个250个班,9个百班无错通过上级业务部门验收.在仪器保管、使用、维护上符合要求,对外报送的各种表、簿都能做好出门合格.     

准两年振荡对大气中微量气体分布的影响

NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的两维模式（SOCRATES）移植回国后进行了初步的模拟试验,用以研究某些对环境问题重要的微量气体的化学、辐射、动力传输过程。在不考虑极地平流层云和气溶胶表面非均相化学等情况下,模式积分多年,计算结果稳定,模拟的风场、温度场显示出正常的季节变化,模拟的微量气体分布与卫星实测资料对照,结果也比较一致。为了探讨热带平流层风场的准两年周期振荡（QBO）对平流层微量气体分布的影响,我们做了QBO强迫的数值试验,即在模式中加入QBO强迫,并与不考虑QBO强迫的模拟结果对比。结果表明,QBO与其相关的次级环流所引起动力输送的变化,使平流层微量气体分布发生变化。     

热带气旋眼墙非对称结构的研究综述

热带气旋的眼墙非对称结构与其发展过程密切相关。在热带气旋移动过程中,非对称风场伴随着边界层内非对称摩擦而引起的辐合,影响着热带气旋眼墙内的对流分布。此外,风垂直切变作为影响热带气旋强度的重要因子,将上层暖心吹离表层环流,引起眼墙垂直运动的非对称,导致云、降水在方位角方向的非均匀分布。当存在平均涡度的径向梯度时,罗斯贝类型的波动可以存在于涡旋内核区域,影响眼墙非对称结构。海洋为热带气旋提供潜热和感热形式的能量,是热带气旋发展的重要能量来源,关于海洋如何影响热带气旋眼墙非对称结构的相关研究较少。文中着重回顾了热带气旋与海洋相互作用的研究成果,并提出海洋影响热带气旋眼墙非对称结构的机制。海洋对热带气旋最显著的响应特征是冷尾效应,该效应通过降低海表温度,减少海洋向大气输送的潜热和感热,从而影响热带气旋眼墙非对称结构。此外,海浪改变海表粗糙度,通过边界层影响移动热带气旋的眼墙结构。     

土壤水分常数测定之我见

通过对土壤容重、田间持水量、凋萎湿度测定方法的研究,提出了土壤水分常数测定规范中存在和应注意的问题,以利做好当前的土壤水分常数测定工作。     

Addressing the necessity of the registration of the effects of causal mechanics in the example of a simple barotropic model of the atmosphere

Summary Considering the effects of causal mechanics on geophysical problems enables us to explain a number of phenomena, which cannot be explained from conventional positions. This paper shows that the introduction of the force of causality in a simple barotropic hydrodynamic model of weather forecasts results in the outcomes, which, on the one hand, can not be described from the positions of classical hydro-thermodynamics, whilst on the other hand, exist in nature.     

大西洋阻塞高压上层冷中心的成因

基于ERA-40再分析资料以及多尺度子空间变换和多尺度能量分析方法,探讨了大西洋阻塞高压平流层底部冷中心的形成机制,发现该冷中心形成的根本原因为16 d以下(高频尺度)和64 d以上过程(基本气流)向阻高尺度有效位能的正则传输,所获得有效位能在阻高尺度内被输运到西北和东南侧,并转换成动能,起到使阻高强度增加或者维持的作用。这种过程在西北侧表现得尤为明显,这可能是阻高形态不断向西北侧扩展的原因。在传统的认知中,大气有效位能从大尺度向小尺度传输,但本研究发现,阻高发生时,有效位能在平流层底部的传输方向表现为从高频尺度和基本气流尺度同时向阻高尺度传输。此外,前人的研究表明,阻高发展加强之后对流层中阻高动能向有效位能转化使得阻高消亡,而本文的分析表明两种能量的转换方向在平流层底部完全相反——由有效位能向动能转换,起到了使阻高加强或维持的作用。最近的研究表明对流层顶附近的动力学对于阻高的发展和维持非常重要,上述发现增进了对这些动力学深层的了解。     

Modeling the evolution of the family of Mediterranean cyclones using the regional model of the atmosphere

Due to the complex orography and the presence of the moisture-saturated air, the Mediterranean region is characterized by the increased baroclinic and convective instability, that leads to the sudden cyclogenesis and the formation of dangerous weather phenomena. The results are given of the investigation of formation mechanisms of Mediterranean cyclones, peculiarities of stages of their evolution and dynamical processes, which occur throughout the atmosphere, using the regional numerical ETA model of the atmosphere by the example of individual cases of the cyclogenesis over the Mediterranean Sea. It is revealed that the cold Arctic air outbreak (the intrusion of the cold Arctic air) to the south of the Western Europe, leading to the formation of the areas of the baroclinic instability and the increased moisture content of the air in the area of the vortex origin, favors the cyclogenesis. The use of the vertical coordinate η in the model enabled to compute more precisely the vertical wind speed, therefore, the influence of the orography on the moisture content and precipitation increase became pronounced. The transformation of the structure of meteorological fields in the course of the development of vortexes is considered. The computation of the helicity is made, and it is shown that this characteristic can be one of the earliest predictors of cyclogenesis.     

青藏高原抬升加热气候效应研究的新进展

对近4年来关于青藏高原加热影响气候的研究进行回顾.首先介绍利用位涡方程和热力适应理论,揭示;夏季高原上空低层气旋式及高层反气旋式环流结构稳定维持的动力学机理.结果表明高原加热作用造成的低层正涡源是低层气旋式环流得以稳定维持的重要原因.而边界层摩擦产生的负位涡是平衡正位涡的主要因素.高原加热还在高原上空形成负位涡,它影响着盛夏的大气环流,是青藏高原上空强大而稳定的反气旋环流得以维持的重要因素.在春夏过渡季节青藏高原非绝热加热对大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的影响力方面,进一步确认了感热加热在过渡季节早期(5月中旬以前)环:流演变中的重要作用.青藏高原非绝热加热的时间演变引起了海陆热力差异对比的变化,使副热带高压带首先在孟加拉湾东部断裂,亚洲季风因而在孟加拉湾爆发.结果还表明,用纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.在青藏高原非绝热加热与北半球环流系统年际变化的联系方面,发现夏季青藏高原的加热强(弱)的年份,高原感热加热气泵(SHAP)高(低)效工作,使高原加热对周边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地区的排放作用加强(减弱),高原及邻近地区的上升运动,下层辐合和上层辐散均增强(减弱),从而影响着高原和周边地区的环流以及亚洲季风区大尺度环流系统.而且高原的加热强迫还能够激发产生一支沿亚欧大陆东部海岸向东北方向传播的Rossby波列,其频散效应可影响到更远的东太平洋以至北美地区的大气环流.研究还表明,盛夏的南亚高压存在"青藏高压型"和"伊朗高压型"的双模态,它们与高原加热状态有关,且显著地与亚洲季风区的气候分布密切联系.