加热效应对南海季风低压垂直环流的贡献

人们对季风低压的研究大多是限于印度季风低压,而对南海季风低压研究甚少。近年来作者用合成法对南海季风低压的结构做了一些研究,同时根据FGGEⅢB资料用涡度方程和扰动动能方程做诊断分析,讨论了南海季风低压的发生发展过程。结果表明:对于南海季风低压的形成和维持,积云对流和环境场的作用有着重要贡献,而斜压不稳定和正压不稳定的贡献很小。     

印度洋偶极子对中国南海夏季西南季风水汽输送的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中科院大气物理研究所PIAP3大气环流模式,分析了印度洋偶极子对夏季中国南海西南季风水汽输送的影响。结果表明,印度洋偶极子正位相期间夏季中国南海西南水汽输送较强,负位相期间则较弱。原因可归结为以下:正位相期间,MJO（Madden-Julian Oscillation）多活动于热带西印度洋,其向东传播受到阻碍,但经向传播明显,通常可传播至孟加拉湾地区,同时PIAP3显示印度洋季风槽位置偏北,且印尼以西过赤道气流较强,从而使得这一地区气旋性环流得到建立与加强。孟加拉湾地区对应着较强的对流活动以及深厚积云对流加热,从而通过对流加热的二级热力响应使西太平洋副热带高压位置向北推进,进而使得南海地区西南季风水汽输送得到建立与加强。在此期间孟加拉湾、中南半岛至南海地区对流活动较强,而苏门答腊沿岸对流活动受到抑制,由此增强了Reverse-Hadley环流,使低层经向风较强,进而增强了南海西南季风的水汽输送,PIAP3大气环流模式证实了Reverse-Hadley环流的增强。负位相期间,MJO多活动于热带东印度洋,在东传过程中受到Walker环流配置影响,在140°E赤道附近形成东西向非对称积云对流加热热源,其东侧Kelvin波响应加强了东风异常并配合副热带高压南缘东风压制了中国南海的西南季风水汽输送。在此期间,MJO在南海地区的经向传播较强,但经向传播常止步于南海地区15°N附近,虽携带大量水汽,但深厚积云对流强烈地消耗水汽使大气中水汽含量降低,PIAP3大气环流模式证实负位相期间深厚积云对流对水汽消耗加大,从而使得负位相期间南海地区水汽含量与正位相期间大体相近,但由于经向风不足使水汽向北输送较弱。     

东亚冷涌期间低纬环流和降水形成的数值试验

应用数值试验的方法，研究了东亚冷涌期间低纬环流和降水的形成。结果表明：低纬积云对流作用加强了东北季风和东北信风，但阻滞了热带辐合带进一步南移。印尼和澳大利亚北部季风降水可以独立存在。南海冷涌以及越赤道的西太平洋东北信风都可以是澳大利亚北部夏季风及降水形成的重要因子。数值研究还指出；印尼加里曼丹的强季风降水及常驻性低层扰动形成的基本因子是南海冷涌所触发的积云对流发展。印尼、加里曼丹地形及东北信风扰动可影响该处降水的强度。     

印度夏季风垂直环流圈的数值试验

为了研究山脉、非绝热加热、特别是大气湿非绝热过程(水汽凝结、云与辐射过程的反馈和积云对流过程等)对印度季风垂直环流的影响,本文利用一个五层原始方程模式,对印度季风中断和活跃过程分别进行了五种数值试验。试验中采用了实际地形,初始场取自FGGE—3B格点资料。结果表明:包括湿过程的非绝热加热作用对沿80°E附近的经向垂直环流的结构和强度有重要影响。当减少大气中的水分含量或略去积云对流过程或去掉整个非绝热过程时,季风环流圈的范围和强度均减小。季风中断与季风活跃时期,山脉与不同季风环流相互作用的结果也不同,中断时期,在印度中部有山试验比无山试验的上升运动弱、降水量少;活跃时期则相反。     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅱ:数值试验

通过数值试验研究了孟加拉湾季风爆发期间该地区旺盛的对流凝结加热对南海季风爆发和副热带高压“撤出”南海的影响,结果证明在孟加拉湾地区引入模拟的对流凝结潜热使该地区出现了强烈的上升运动,引起了孟加拉湾季风的爆发。同时由于对凝结加热的非对称Rossby响应,在南海北部导致西风出现和增强及垂直上升运动。因低层水汽平流的共同作用下,在南海北部引起了对流的发展。而正是南海北部的凝结加热促使南海地区温度经向梯度逆转,使副热带高压脊面的倾斜从冬季型转为夏季型,即低层的副热带高压减弱南移。最后当对流在南海地区发展起来时,副热带高压移出南海地区。     

南海季风爆发期间大气环流结构与对流热量、水汽输送特征

利用中国南海季风试验(SCSMEX)区1998年5～6月"科学1号"和"实验3号"观测船得到的一天4次加密探空资料,重点分析了南海北部地区(15～25°N,108～122°E)夏季风爆发前后大气环流的动力、热力和湿度场分布与海洋对流热量和水汽输送特征.结果表明,南海北部季风爆发前后的大气动力场、温湿场出现快速而明显的变化.季风爆发前,南海北部地区高层辐合、低层辐散,以下沉气流为主;季风爆发后,在200 hPa左右高层辐散,而在900～950 hPa左右低层辐合,并出现强上升气流.这种动力场的显著变化引起温度、湿度场的改变,直接导致南海对流的快速发展,对流活动伴随着剧烈的热量和水汽垂直输送和转化.     

1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统 的研究：Ⅱ中尺度对流系统对大尺度场的作用

通过对1998年南海季风爆发过程中大尺度风场、温度场、厚度场、地面气压场以及视热源与视水汽汇的演变分析研究了对流活动对大尺度场的作用,结果表明:大尺度环流与中尺度对流活动之间可能存在着一种正反馈机制。在季风爆发早期,大尺度背景与中尺度对流活动的关系主要表现为前者为季风爆发以及中尺度对流活动的发生提供有利的天气和动力条件;季风爆发后期持续的大范围中尺度对流活动反过来会对大尺度环流存在明显的反馈作用。由对流活动强烈发展产生的凝结潜热释放在南海北部造成了显著的大气加热,使对流层中上层出现一明显的加热中心,这导致:(1)南海上空经向温度梯度由高层向低层发生反向,形成北高南低的温度梯度,从而使大尺度环流发生季节性改变;(2)相应南海北部地面气压不断加深,形成宽广的季风槽和明显的减压区,促使副热带高压从南海地区最后撤离;(3)随着中低层低压环流的不断发展,对流系统和降水区进一步加强并向南扩展,有利于南海季风在南海中、南部地区爆发和维持;(4)季风槽的加深使其南侧的季风气流与水汽输送进一步加强,促使季风爆发过程达到盛期。     

低纬环流系统对江淮梅雨暴雨影响的数值模拟

利用有限区域细网格模式与Ｔ４２Ｌ９谱模式进行三维嵌套，对１９９１年７月１０－１１日０８时江淮梅雨暴雨过程作了数值模拟，探讨了低纬环流系统和由其形成的水汽输送通道对江淮梅雨的影响。结果表明：孟加拉湾水汽源地及其西南季风水汽输送通道的贡献大于南海水汽源地及其东南季风水汽输送通道；两个水汽源同时存在，对江淮梅雨暴雨引起非线性叠加增强；台风环流和季风低压环流强度的变化对江淮梅雨暴雨有重要作用。     

关于东亚地区夏季季风环流圈的数值试验

本文利用一个包含有各种非绝热加热作用、摩擦耗散以及大气湿过程的原始方程模式在有山脉的条件下模拟出东亚地区的季风经圈环流和两条强降水带,与实况比较一致。削减大气水汽含量、去掉积云对流过程和山脉所进行的对比试验结果表明:东亚地区的季风经圈环流对大气中的湿度场有很强的敏感性,且在120°E经度上这种敏感性比100°E上显著。积云对流过程的有无对于季风经圈环流的强弱有显著作用。山脉的存在对100°E上经圈季风环流的影响比对120°E上的影响显著,这可能意味着,这两个经度上的季风经圈环流的成因有显著的不同。      

一个孟加拉湾低压水汽场的初步分析

根据1979年夏季季风试验时期较稠密的高空资料,本文对7月3—9日发生在孟加拉湾地区的一个季风低压进行了水汽场的分析,计算了可降水量、垂直加权的相对湿度、水汽通量散度和海面蒸发的分布,发现随着低压环流的发展,低压由一个干涡迅速地转变成一个湿涡.在成熟期,各种湿度参数都达到低压生命期的最大值.总的来说,这个低压湿度场的演变似乎是低压环流场发展的一种结果.可降水量与低压环流很相似;平均相对湿度与ω分布有更密切的关系;水汽辐合场很不对称(主要在低压以西和以南),它与实际云区和降水区一致.研究还发现;低压的发展和     

单块积云对环境大气能量的转换和输送

本文建立了一个二维弹性积云数值模式,利用西太平洋考察的平均探空资料,采用能量学方法,讨论单块积云对环境大气能量的转换和传输,为积云参数化提供依据。 文中计算了积云发展演变过程中各种形式的能量的变化。结果表明在云演变过程中释放的凝结潜热是积云发展的主要能量来源,但积云对大尺度的反馈主要不是凝结潜热直接加热大气,而是通过对流及蒸发等过程使积云对流影响的整个区域内大气位势不稳定减小,而离云较远的地区层结变得更不稳定。     

物理过程参数化方案对中尺度暴雨数值模拟影响的研究

利用中尺度非静力MM 5模式和中国 2 0 0 1年 8月的 4个暴雨个例 ,研究了非绝热物理过程对中国暴雨动力和热力场预报的影响 ,深入分析了对流参数化方案在中尺度暴雨预报中的作用 ,讨论了利用模式扰动方法开展中国暴雨集合预报的可行性。结果表明 ,在短期数值预报中 ,非绝热物理过程对高度场预报影响较小 ,但边界层方案和对流参数化方案对产生暴雨的 3个基本条件即水汽通量散度、垂直速度、不稳定层结的影响很明显。不同对流参数化方案所预报的中尺度热力、动力场离差的结构特征与所预报降水的离差特征相似 ,且主要是在模式积分初期迅速增加 ,其后即趋于稳定。对中国热力场较均匀的暴雨过程 ,可以通过扰动模式的边界层和对流参数化方案 ,构造集合预报模式     

9406号台风登陆造成华南及长江中游暴雨过程的数值模拟试验

本文应用有限区域数值预报模式，并根据不同的积云参数化方案对１９９４年第６号台风登陆后低压的移动规律及其对应降水分布进行了数值模拟试验，结果表明积云对流参数化对于台风移动及其降水分布影响极大，是作出台风暴雨预报的关键过程。     

近海水汽初值和对流影响一次华南前汛期沿海强降水对流系统发展过程的机理研究

本研究在对华南季风降水试验（SCMREX）观测资料分析的基础上,采用数值模拟试验探讨南海北部区域湿度场初值误差和海上对流对2014年5月8日华南沿海地区的一次强降雨过程的中尺度对流系统（MCS）的发展和移动的影响。加密探空和风廓线观测分析表明在珠江口地区有西南风和偏东风急流形成的辐合区,为对流在该地区增强发展提供了条件。增加和减少近海湿度以及关闭积云和微物理过程潜热释放,所造成的温度场以及风场的变化对广东沿海地区的对流的强度和移动路径都有明显的影响。特别是增加海上关键区的湿度,由于海上对流的发展改变了整个区域的环流,抑制了陆地上对流的发展。关闭海上关键区对流过程潜热的释放,导致低空急流到达更加偏北的位置,对流系统在模拟的后期向东北移动。通过这些试验表明,海上的湿度等要素场和对流活动对沿海地区的降雨预报有着十分重要的影响,需要进一步加强海上观测及其资料同化方法。     

“98.7”特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支诊断

1998年7月20~23日 (“98.7”) 发生在鄂东和鄂西南地区的特大暴雨过程, 不仅与700 hPa上低涡切变线的生成和持续发展密切相关, 而且与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS与MβCS直接关联。利用非静力模式MM5.V2.12成功模拟提供的高分辨输出资料对这次特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支进行了诊断。结果发现:当有强对流发生并伴有强降水时, 就会有强的视热源Q₁和视水汽汇Q₂出现, 而强的Q₁与Q₂和强降水区基本是对应的; Q₁随高度增高而增大, 最大加热位面基本上都在486.1 hPa (σ=0.54) 附近; 在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制; 在对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件, 积云对流在中、低空的凝结潜热不仅加热对流层中层大气, 而且向高层输送, 加热高层的环境大气; 在暴雨初期, Q₂的双峰结构与低空层积云及中空积云对流凝结变干有关; Q₂的中空峰值大体与Q₁的峰值相应, Q₂的深厚变干层与Q₁的深厚加热层非常一致。 诊断结果表明, 用非静力中尺度模式成功模拟的高分辨输出资料对Q₁和Q₂进行数值诊断是可行的。通过对强暴雨过程Q₁和Q₂的诊断, 可为改进积云对流参数化中加热和增湿廓线提供可靠的物理依据。     

东北冷涡数值预报系统建立与业务应用

东北冷涡强降水一直是东北地区气象预报的难点和重点。从提高东北冷涡降水数值预报质量着手,选择模式中可能对东北冷涡强对流有影响的不同辐射方案、边界层方案和积云参数化方案等多种物理过程,对东北冷涡降水预报的性能进行批量试验;利用天气学检验方法,选择预报结果较好的RRTM长波辐射方案、Gayno Seaman边界层方案、Grell积云参数化方案和混合相湿过程显式方案等物理方案,组合建立了东北冷涡数值预报系统。经检验表明：系统对东北冷涡降水预报的水平较东北区域中尺度数值预报业务系统有所提高。同时利用天气学检验方法,从降水预报的强度、落区和移速等方面着手,评估东北冷涡数值预报产品对冷涡降水预报的性能和系统误差,得出降水强度易偏强、落区易偏西偏南和范围易偏小等定性结论,可直接应用于预报业务,取得了较好的应用效果。     

下曳气流在积云对流中的作用

利用国家气象中心高分辨率有限区域业务预报模式（ＨＬＡＦＳ）对有无下曳气流的积云参数化方案进行了对比试验,通过对积云内容各物理量及大尺度物理量场的诊断分析研究下曳气流对积云对流发生发展的作用以及对大尺度热力,动力场的影响。结果表明：（１）下曳气流具有湿冷的特征,主要出现在强对流时段时流层中下层;（２）下曳气流的引入,促进了模式中强积云对流的发生发展,并在更高更多的空间层次上更强地加热及干化环境大气,     

Preliminary Results from Numerical Experiments of a Heavy Rain Process with PENN STATE / NCAR MM5

PENN STATE/NCAR MM5 is used to simulate precipitation of the heavy rain process during 12-13 July 1994.The effects of different PBL parameterizations,resolvable scale moisture schemes and cumulus parameterization on the process rainfall simulation are investigated.By comparing the results of hydrostatic and nor.hydrostatic experiments,the nonhydrostatic impact upon precipitation is also examined.It is found in this study thai PENN STATE/NCAR MM5 has advantage not only in theory but also in simulating results with real data.In MM5.however,the selection of physical processes,especially water-cycle process,is very important and crucial to precipitation forecast of the case.It is concluded that the model with Grell (1993) scheme for convection and condensation method for resolvable scale precipitation captured the rainstorm during 12-13 July 1994 in Beijing area more successfully     

台湾地形诱生中尺度系统对台风Meranti(1010)迅速加强影响的数值研究

台风Meranti（1010）北上进入台湾海峡过程中迅速加强,登陆时达到其最大强度。利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°资料及中尺度数值模式WRF,诊断分析台湾地形诱生的中尺度系统对台风Meranti迅速加强的影响。研究发现,Meranti在进入海峡过程中,台湾地形在台湾海峡内诱生出中尺度涡旋,激发中尺度扰动波列,加强台风环流内的垂直运动。台风水汽、热量的收支诊断表明,强烈的上升运动使热量和水汽向上输送,加强台风内的积云对流和潜热释放,使其强度增强。计算台湾地形诱生中尺度系统与台风间的动能交换发现,中尺度系统通过加强垂直运动向台风中高层输送涡动动能,使中尺度系统动能向台风动能转换,为Meranti的迅速加强提供能源。敏感性试验表明,如果台湾地形不存在,中尺度系统消失,台风的水汽、热量的向上输送和积云对流明显减弱,Meranti则不能达到迅速加强标准。