长江中下游地区冬季极端降水事件与天气尺度瞬变波活动的可能联系

利用ERA40、NCEP/NCAR逐日再分析资料和长江中下游地区85站逐日降水资料,从大气内部天气尺度瞬变波的角度对长江中下游地区极端降水事件进行了成因分析。研究发现瞬变波活动与极端降水的发生关系密切;冬季在两支急流并存的欧亚大陆上空存在南北两支瞬变波活跃带。南支瞬变波在冬季极端降水频发、少发年存在较明显的差异。总体而言,极端降水频发年,瞬变波活动活跃,欧亚大陆上空的瞬变波持续时间长、传播连续、强度偏强;极端降水少发年,则反之。从逐日变化来看,南支瞬变波的强度和能量传播过程与极端降水的发生频次均具有一定的对应关系。北支瞬变波的传播及瞬变波对水汽的输送和极端降水的发生也有一定促进作 用。这些结果均表明,冬季极端降水的发生与天气尺度瞬变波的活动联系紧密,天气尺度瞬变波的异常活动及传播可能是极端降水发生的重要条件,研究可为极端降水的成因研究提供新的思路。     

用滤波插值方案作气象要素场的客观分析及次天气尺度分离

Ｂａｒｎｅｓ权重法在进行网格点插值的同时，通过选择适当的滤波参数ｃ、ｇ滤去资料中短波噪音，使分析结果平稳光滑；另外可通过它构成一带通滤波器，根据实际需要分离出影响天气过程的各种尺度。本文给出Ｂａｒｎｅｓ权重法作滤波插值及带通滤波的详细步骤，并以１９８６．９．７．０８时７００ｈＰａ风场为例作了实例分析，可以看出客观分析结果与实况相符合，经带通滤波后次天气尺度（波长５００～１５００ｋｍ）表现更加明显，而这种次天气尺度波动正是夏季影响我区暴雨主要天气系统。     

汉江流域盛夏暴雨与天气尺度瞬变波EP通量的可能联系

利用1980—2015年ERA-5全球再分析资料,对汉中地区典型暴雨发生前纬向风场变化及天气尺度瞬变波活动(Eliassen-Palm通量特征)进行分析。结果表明:瞬变波Eliassen-Palm(EP)通量特征分析为汉江流域暴雨潜势预报提供一个有利的参考指标;暴雨发生前,33°N附近200 h Pa有纬向风减速中心,对应200 hPa为EP通量辐散区,这种垂直分布模型是暴雨前期的有利形势,随着纬向风减速趋势加快,EP通量辐散区扩展并加强,有利于暴雨的发生;与8月相比,7月暴雨强度更强,暴雨范围更广,纬向风变化更明显,200 hPa的EP通量辐散更强。若简单地将盛夏暴雨整体进行研究,会影响对不同月份瞬变波活动及大气环流变化趋势的诊断,造成诊断偏差且难以准确反映瞬变波与暴雨的联系。因此在讨论盛夏季天气尺度瞬变波与对流层环流的相互作用时,应按月份讨论。     

天气尺度波列对长江中下游6月梅雨的影响

采用1979—2007年6月NCEP/NCAR2.5°×2.5°逐日再分析资料和中国743站逐日降水资料,利用相关分析、合成分析等方法,分析了天气尺度波列的特征及其对长江中下游6月梅雨的影响。结果表明:当长江中下游6月梅雨较少时,东亚及西太平洋区域存在一个天气尺度波列;该波列的延伸距离较短(从黄河河套地区经过长江中下游至南海、菲律宾海一带),维持时间也很短,且仅仅在500 h Pa以下较强。诊断及个例分析表明,当该波列异常显著时,长江中下游梅雨降水明显减少,而其南部区域降水则增多,说明该波列对预报长江中下游降水具有重要的指示意义。     

一次特大暴雨形成中天气尺度和次天气尺度系统的作用

采用中尺度数值模式MM5V2对1998年6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验,着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征,提出本次暴雨过程形成的物理机制：天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道,次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合,为水汽的抬升与凝结提供动力条件;在有利的高、低空急流的配置下,暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北;次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展,促使暴雨增幅;特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心,有利于湿空气在上升运动中释放潜热,形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息,揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用,没有中尺度系统的配合,仅有天气尺度系统信息,或只有次天气尺度系统信息,没有大尺度系统的配合,暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。     

阿留申低压低频变化及其相关的瞬变动力学过程分析

利用NCEP/NCAR 1979—2013年的再分析资料,研究了冬季阿留申低压低频变化的环流特征,探讨了阿留申低压低频变化形成和维持的相关天气尺度瞬变强迫机制。冬季阿留申低压的低频变化在850 h Pa环流场上表现为北太平洋海盆区一个异常气旋/异常反气旋在局地强弱变化的过程,即阿留申低压在低频尺度上先异常增强/减弱随后逐渐恢复正常态的演变过程;850 h Pa上大气温度低频变化表现为低频冷中心在西北太平洋建立并逐渐东移的过程。对天气尺度瞬变扰动活动及其强迫的异常进行分析表明,北太平洋海盆区上空的瞬变动力强迫在阿留申低压异常增强的时期为负异常,有利于阿留申低压低频变化异常空间型的形成和维持。由瞬变热力强迫异常引起的温度倾向异常场表现为北太平洋中部以40°N为界南正—北负的空间分布,其南部正异常在一定程度上抑制和削弱了低频冷中心向南的扩张。     

瞬变天气涡旋对北大西洋涛动的增强效应

使用NCEP/NCAR再分析资料计算了冬季北大西洋瞬变涡旋活动强度与北大西洋涛动(NAO)逐日指数的时间序列,结果发现:当涡旋活动强度出现峰值后会伴随NAO模态增强现象;而随着NAO的增强,涡旋能量同落.为了判断是否涡流相互作用将天气尺度的能量转换为低频尺度的能量,使用瞬变涡度通量来研究涡度与能量的传输.通过分析瞬变涡...     

天气尺度波激发的阻塞流的生命循环:观测结果和数值试验

通过观测研究证实了天气尺度波激发的阻塞流的生命循环是频散和非频散之间的转换过程。除此之外，进行了一个数值试验，发现天气尺度波似乎对阻塞的形成和支配作用，而地形似乎起位相锁相的作用。同时可以发现天气尺度波在阻塞的产生过程中分裂成两支。这些结果支持了我们所得到的观测结果。     

多尺度天气系统的共同作用与暴雨成因分析

利用加密的地面常规资料、T213网格点等资料,对2003年5月7日发生在中国东部的大范围暴雨过程进行了诊断分析,发现大范围暴雨是在一定的大尺度环流背景下,各种天气尺度以及中小尺度系统发生发展与相互作用造成的。     

形势场相似计算方案的比较研究

结合天气分析方法,对常用的形势场相似算法效果进行了对比分析,结果表明:"相关系数"是较好的"形"相似判据;对经向和纬向分别计算相似度可以发掘出更多有预报参考价值的信息;另外,对相似计算方案的边界条件及执行效率等问题也作了探讨.     

Roles of Synoptic to Quasi-Monthly Disturbances in Generating Two Pre-Summer Heavy Rainfall Episodes over South China

In this study, power spectral analysis and bandpass filtering of daily meteorological fields are performed to explore the roles of synoptic to quasi-monthly disturbances in influencing the generation of pre-summer heavy rainfall over South China. Two heavy rainfall episodes are selected during the months of April-June 2008-15, which represent the collaboration between the synoptic and quasi-biweekly disturbances and the synoptic and quasi-monthly disturbances,respectively. Results show that the ...     

1998年汛期嫩江松花江流域大暴雨成因分析

分析了 1 998年汛期嫩江、松花江流域大暴雨形成的大尺度环流异常特征 ,指出东亚阻塞高压持续强盛位置偏西 ,乌拉尔山到西西伯利亚维持长波高压脊和西太平洋副热带高压与东亚阻高在 1 30°E附近同位相叠加是形成 1 998年汛期嫩江、松花江流域大暴雨的大尺度环流主要特征。它们为大暴雨的形成提供了优越的大尺度环流背景。频繁活动的东北冷涡是在这一大尺度环流背景下形成大暴雨的天气尺度系统。进一步分析了东北冷涡生成维持的环流条件和活动特征 ,得出东北冷涡在蒙古东部滞留少动是形成嫩江松花江流域特别是嫩江流域持续性大暴雨的主要原因     

天气学和天气预报的研究进展

全面回顾了75年来中国科学院大气物理研究所科研人员在气团、锋面、梅雨、寒潮、阻高、副高、暴雨、高低空急流、亚澳季风区内涡旋和对流等现象的天气学研究进展及其在不同时期所取得的研究成果,总结了在短中期天气预报及短期气候预测领域在模式发展和改进以及在数值模拟等方面所取得的成就和进展.同时指出模式发展和预测在中国数值天气预报及短期气候预测方面所做出的贡献.     

弱天气尺度背景下太行山极端短时强降水预报失败案例剖析

2015年7月31日夜间,太行山区出现极端短时强降水天气,石家庄和邢台的西部山区有5个雨量站雨量超过100mm,其中石家庄市赞皇县院头镇和邢台市临城县南中皋村最大雨强都超过50mm·h~(-1),3h雨量超过100mm,属极端短时强降水。数值预报、上级指导预报以及各级台站预报对暴雨均为漏报。本文利用常规高空地面观测资料、加密自动站观测资料、石家庄新一代天气雷达资料以及数值预报检验,反思该极端短时强降水预报思路和预报失败原因。此次极端短时强降水是发生在青藏高压东北侧高空西北气流的弱天气尺度背景下,预报的关键在于把握太行山东侧边界层偏东风与地形的作用、青藏高压加强使中层西北气流加强使垂直风切变加大、低层切变线东移影响、西南暖湿气流增强使水汽输送增加、中空干层与加厚的低空湿层叠加使对流不稳定性加强的特征。预报失误的主要原因是没有分析最大不稳定能量(订正CAPE值)导致对山西不稳定条件的低估,致使对山西雷暴在夜间的再次发展估计不足,同时预报员没能有效地使用非常规资料用于实时检验和订正数值预报结果,导致没能预见到雷暴下山增强的可能。目前对弱天气背景下强降水产生条件缺乏有效的概念模型,数值模式可预报性较差,未来需要提高预报员对观测资料的全面分析能力和对数值预报产品的释用能力,通过大量个例的研究发展有效的预报(概念)模型。     

弱天气强迫背景下浙江两次暖区大暴雨过程成因分析

2021年6月9日夜间和6月12日夜间,浙江绍兴出现了两次暖区大暴雨过程,主、客观预报均出现较大偏差。本文利用地面加密自动站、多普勒雷达资料以及ERA5再分析资料,对这两次过程的环流场、触发机制和中尺度对流系统演变情况进行分析,结果如下:(1)两次过程均发生在弱天气强迫背景下,“609”过程是在边界层急流的作用下发生的,“612”过程发生在副高边缘;(2)“609”过程中垂直螺旋度大值中心最高伸展至对流层中层,上游位涡扰动不断向下游输送,促使暴雨区位涡扰动持续发展;“612”过程中垂直螺旋度大值中心仅伸展至对流层低层,等熵面上存在干冷空气侵入,有利于位涡扰动迅速加强;(3)两次过程的触发机制均为β中尺度辐合线,中尺度对流系统沿着辐合线不断发展,并处于“准静止”状态,造成大暴雨,“609”过程β中尺度系统较“612”过程停滞时间更长,同时受迎风坡地形抬升作用影响,降水总量更大。     

福州市大雾天气环流分型研究

利用1981～2005年NCEP再分析资料、常规地面和高空观测资料,结合Lamb-Jenkinson（L—J）环流分型方法和传统天气形势分型方法,分析了福州大雾发生时的天气形势特征。分析结果表明：传统分型方法和L—J分型方法对大雾发生时的主要天气形势分型具有基本一致的气压场分布,即大雾发生时海平面气压为均压场分布;并且L-J分型方法可得到较传统分型方法更细致和全面的结果,可为福州大雾的客观预报提供重要的依据。     

MICAPS中天气图交互制作子系统

该文详细讨论了MICAPS中天气图交互制作子系统主要功能的实现技术与方法,包括使用组合设计模式定义图形对象,得到的类结构体现了图形对象之间的联系,不仅使代码可复用性较高,而且便于新类型图形对象的加入;使用状态设计模式设计了图形对象交互绘制过程的程序结构,既为用户提供了自定义手势事件功能,又增加了程序代码的可读性和可维护性;提出了修改曲线型图形对象的算法;使用命令设计模式实现了编辑图形对象的撤销/重做功能和软件系统运行日志,提高了软件系统的易用性和可靠性;讨论了编辑文档的自动保存功能的实现方法。通过以上功能的实现,天气图交互制作子系统方便用户操作,具有较高的运行效率和可靠性。     

有利于火箭人工增雨作业的天气条件分析

对有利于火箭人工增雨的天气条件进行了分析,给出了石家庄容易出现对流天气的天气形势特征及关键指标,通过编程实现关键指标的客观判断,达到提醒预报员灾害天气发生的可能。常规资料和每小时一次的自动站资料可以较高时效来判断对流天气的威胁区,尤其通过自动站资料计算得到的假相当位温高值区配合风场辐合带可以更高精度预测强降水落区;每小时一次的卫星云图和亮温资料可以跟踪云系、云团的演变,判断云系的发生、发展、维持情况,文中给出了判断云系发展、维持、移向和移速的云系特征,为提前寻找适合于增雨作业的时间和部位打下基础,为山区火箭增雨作业争取了时间。