移出与未移出高原的两类低涡环流特征的对比分析

利用NECP再分析资料,采用对比分析方法,对2000-2004年汛期(6-9月)的高原低涡活动过程进行普查,并对移出高原低涡与未移出高原低涡在其生成时刻的环流特征场,以及移出高原低涡的移出高原时刻与未移出高原低涡的强盛时刻的环流特征场进行对比分析。分析表明:500 hPa上,移出高原低涡背景环流中巴尔喀什湖低槽、东亚大槽比未移出高原低涡深,蒙古高压脊更强,背景环流经向度大,而且副热带高压比未移出高原低涡西伸明显;暖平流对高原低涡的生成很重要,而涡后新疆冷平流有利于高原低涡移出高原主体;青藏高原上的正涡度平流有利于高原低涡的生成和加深,河套地区正涡度平流带的存在有利于高原低涡的移出。在200 hPa上,南亚高压的存在有利于高原低涡的生成,移出高原低涡上空的南亚高压强度要强于未移出高原低涡;青藏高原东北部、四川盆地到陕西一带位于高空急流入口区南侧时有利于高原低涡东移。找出高原低涡移出与未移出高原主体的环流场、温度平流场、涡度平流场的异同特征,为高原低涡能否东移出高原主体提供科学依据。     

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。     

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。     

移出高原后长生命史高原低涡在不同移动路径下的大尺度环流特征及差异

利用NECP再分析资料及高空观测资料,对2000—2010年移出青藏高原后生命史长达3天或以上的高原低涡进行统计,并根据移动路径的不同将其分为东移、东北移和东南移三类,统计结果表明:在不同时间段,不同移动路径的长生命史高原低涡具有不同的活跃度,盛夏7月,东移个例远远多于东北移和东南移个例,东南移个例多于东北移个例;而在夏末8月,东南移个例则远多于东北移和东移个例。选取不同移动路径的个例,进行对流层中上层环流背景特征分析,指出其500hPa环流形势,温度平流及200hPa环流形势的共同特征和差异。分析结果表明:500hPa环流形势,副热带高压的位置、走向分布对长生命史高原低涡的移动路径有显著影响。东移、东北移、东南移三种路径,副热带高压依次减弱。印缅地区,东南移路径为季风低压,而东移和东北移路径则为季风槽或印缅槽,即东南移路径25°N以南具有相对较低的位势高度,有利于高原低涡的向南移动;200hPa环流,东移、东北移、东南移三种路径,南亚高压1252dagpm东伸脊点依次偏西。东移路径,南亚高压东伸脊点的明显偏东,使得高原低涡移出高原后受一致西风引导气流的影响,而对于东南移个例,相对北抬的南亚高压前及相对较深的110°E槽后的西北气流对高原低涡的东南移具有一定的引导作用。温度平流带随时间的走向与不同路径的移动方向有着较好的对应关系。移出高原后的长生命史高原低涡基本在平均冷平流带中移动,东南移的高原低涡个例具有相对较强的冷空气活动,使得高原低涡能够向相对较暖的南方移动。     

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。     

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。     

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.     

高原低涡移出高原的观测事实分析

应用天气学、统计学原理,结合TRMM资料,分析了1998—2004年5—9月移出高原的低涡的活动特征。结果指出:6—8月是高原低涡移出高原影响中国东部天气的主要时段,它与高原低涡在高原上的活动特征及西南低涡移出高原特征均不同;移出高原的高原低涡的涡源主要在曲麻莱附近、德格附近,这与高原上产生低涡的涡源不同;移出高原的高原低涡的移动路径多数是随低槽的活动而向东、向东南移动,这与高原低涡在高原上多数是沿切变线移向东北不同,高原低涡移出高原后,不仅影响中国的范围广,还可能影响到朝鲜半岛、日本;高原低涡移出高原后涡的强度、性质会有变化,在高原以东活动时间长(≥36 h)的高原低涡,移出高原前多数为暖性低涡,移出高原后多数为斜压性低涡,低涡加强、多数可产生暴雨、大暴雨;高原低涡移出高原后移到海洋上,往往因下垫面不同而变化,出海后都有降水加强、多数位势高度下降的现象;移出高原后的高原低涡因东面海上热带气旋活动而少动,与其南面热带气旋活动相向而行,因季风低压少动而少动的现象。     

高原切变线研究回顾

本文系统地回顾了半个多世纪以来高原切变线特征,切变线形成的大尺度背景场,切变线维持移动机制,切变线与其它系统相互作用机制,以及切变线对降水的影响等方面的研究成果。同时指出高原切变线研究存在着许多薄弱的地方,在降水的不同阶段切变线起着怎样的作用,切变线活动对我国持续性强降水的影响,切变线的云系特征,冬季切变线活动特征及对天气的影响,切变线的东移机制,切变线与不同层次,不同纬度,不同尺度系统之间的相互作用机制研究等方面有待进一步加强。     

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。     

青藏高原东北侧夏季异常高温的环流特征及诊断

利用青藏高原东北侧80个气象观测站(1960~2003年)逐日最高气温观测资料,NCEP/NCAR(1971~2000)再分析资料,探讨青藏高原东北侧(甘肃境内,下同)夏季高温天气的变化趋势;选取了异常高温天气的典型个例,进行了环流特征和动力诊断分析,以及同一次高温过程可能影响的最大范围分析。结果表明:西风指数由高指数调整为低指数,并且低指数维持时,高温天气出现并维持,由低指数调整为高指数时,高温天气结束;南亚高压与西太平洋副热带高压的上下叠加是引起高温天气最主要的环流特征;高空的正变温及上下一致的负涡度亦是高温维持的重要原因;兰州市的高温与其周边地区的高温具有较好的相关性,即当兰州出现高温时,青藏高原东北侧大部分地区也同时出现高温。     

高原切变线的客观识别与时空分布的统计分析

本文利用计算机客观识别技术,稳定地识别出高原切变线并分析了高原切变线的气候特征。通过对比三套常用的高分辨率再分析资料（ERA-Interim、NCEP CFSR和JRA-55）在高原地区中低层大气的适用性,筛选出与高原地区500 hPa风场较为吻合的NCEP CFSR（National Centers for Environmental Prediction Climate ForecastSystem Reanalysis）再分析资料作为基础数据,根据人工判识切变线的基本标准与计算机几何学知识,定义了高原切变线的客观识别标准。对客观识别出的2005~2015年高原切变线与《青藏高原低涡切变线年鉴》中的结果进行对比分析与验证,并在此基础上统计分析了近11年高原切变线的气候特征。高原切变线年均生成49.4条,其中东部型切变线年均38条,是高原切变线的基本型;高原切变线维持时间多为6 h;切变线两侧的水平散度、垂直涡度和总变形三个物理量的大值区均出现在94°~95°E。客观识别高原切变线的方法可以较为高效地识别高原切变线,为高原切变线研究提供了新的途径。     

1998年5～8月青藏高原东部和邻近地区大气热源日变化特征及其与高原环流的关系

利用1998年5－8月“南海季风试验”期间观测站的探空及地面资料，计算并分析了高原及邻近地区大尺度大气热源和水汽汇的日变化特征及其与高原环流的关系。初步结果表明：中南半岛－高原东部的大气热源在早上弱，傍晚较强；南海北部－华南－华中的热源在早上强，傍晚弱。水汽汇的日变化与热源基本相似。傍晚高原东部上升运动明显增强，高原及其南侧的局地经向季风环流增强；高原东部下游地区傍晚的上升运动减弱或变为下沉，形成一个西升东降的局地日变热力纬向环流。1998年夏季长江中偏上游的致洪暴雨和华南的降水主要集中在夜间至午后。     

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     

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。     

近年来影响我国东部洪涝的高原东移涡环流场特征分析

利用NECP再分析资料,对1998—2004年间5次影响我国东部地区严重暴雨的高原东移涡过程的对流层中上层环流场特征进行了分析,指出了影响高原低涡东移出高原的四种天气系统类型:北槽南涡型、切变线、切变流场及西风槽前部;揭示了高原低涡东移出高原与500 hPa上的冷空气、副热带高压位置、200 hPa上的南亚高压及西风急流之间的关系;获取了高原低涡东移出高原的强信号,为高原东移涡暴雨预报提供了科学依据。     

青藏高原隆升对春、夏季亚洲大气环流的影响

利用全球大气环流谱模式R42L9,进行了有、无青藏高原大地形两种情况的10年积分,通过两个试验结果的比较,研究了青藏高原大地形对春、夏亚洲大气环流的影响。模拟结果表明：春季,青藏高原大地形对低层西风的阻挡引起了绕流,其北支气流加强了北方冷空气在高原东侧的南下;同时,作为一个弱热源,它的热力作用加强了高原南侧的南支西风气流,为华南地区输送了大量的暖湿空气。冷暖空气的交汇,加强了华南地区春季的降水。夏季,青藏高原强热源的存在,引起的低层气旋性环流,加强了青藏高原东侧的东亚夏季风,使其向北发展。盛夏,青藏高原“感热气泵（SHAP）”在南亚地区上空低层造成了负涡度和辐散异常,使南亚地区的夏季降水减少,南亚夏季风减弱;在对流层上层高原上宅形成负涡源,并通过遥相关加强了伊朗高压。