"1998年二度梅"暴雨与非线性亚临界对称不稳定的初步研究

对1998年7月20日00时8月1日12时这段梅雨暴雨过程进行诊断分析，并利用MM5V3中尺度模式作梅雨暴雨的数值试验，结果表明：(1)本次梅雨暴雨分为3大段过程，非线性亚临界对称不稳定可能是3段梅雨暴雨形成的重要机制；(2)扰动风场增长与降水增长关系密切，扰动风场的增长会超前于降水的增长，非线性亚临界对称不稳定的增强可能使降水增强；(3)非线性亚临界对称不稳定主要发生在高层200hPa，中层500hPa也有发生。非线性亚临界对称不稳定使线性对称稳定的大气变为不稳定。降水区和暴雨中心主要位于高层200hPa和中层500hPa扰动风场极大值南侧与低层850hPa扰动风场极大值北侧之间。(4)非线性亚临界对称不稳定扰动的P折时间和空间尺度，分别为5～8h和200～300km。     

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。     

Wave-CISK与快速增长的对称不稳定

本文应用一准两维的非静力平衡数值模式研究了凝结加热反馈对线性及非线性对称不稳定的影响。数值试验结果表明:当Ri<1时，对于一定的加热廓线，Wave-CISK可以激发出快速增长的线性对称不稳定，其指数增长率比无加热时增加一倍半，并产生向暖区的移动，而加热廓线对对称不稳定的发生发展及结构都有明显的影响。具有凝结加热的非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定强度，非线性作用增强，其不稳定增长速度就减慢，原来对称的环流结构被破坏，正环流不断减弱，负环流不断增强。     

圆形涡旋大气中的横波不稳定

讨论涡旋大气中,存在沿切向基流传播的横波型扰动,并采用数值方法讨论了柱坐标系下圆形涡旋系统斜压气流中这类扰动的不稳定,这是一类中尺度的重力惯性波的不稳定.研究了涡旋环境大气的层结稳定度参数N2、切向风垂直切变Vz、凝结潜热、涡旋特性及科里奥利参数f0对不稳定增长率的影响.圆形涡旋中同样存在横波不稳定的Eady模态和中尺度模态,得到了中尺度模态的扰动场分布特征:流场的不规则"猫眼"结构及慢速传播的扰动均集中在低层,而快速传播的扰动均集中在高层的扰动特征.     

近四百年北半球气温变化的分析:EMD方法的应用

利用一个二维非弹性非静力的数值模式，讨论了初始扰动的尺度对于对称不稳定发展的影响。结果表明：虽然对称不稳定是β-中尺度的不稳定，但其不一定必须由β-中尺度的扰动来激发；由不同水平尺度的扰动所激发的倾斜环流有不同的特点；对称不稳定倾斜环流可能存在最小临界尺度；对称不稳定的发展存在最优扰动水平尺度，而扰动的垂直尺度对于对称不稳定的发展影响不大。     

“0730”上海强对流天气个例的中尺度观测分析及数值模拟

利用上海多普勒雷达、中尺度自动站等资料和中尺度数值模式WRF模拟结果,分析了2005年7月30发生,在上海地区的一次强对流天气(简称"0730")的发生、发展过程。结果表明,边界层中尺度辐合线和扰动能够在弱冷空气南下和局地中小尺度斜压不稳定的背景下产生,中尺度扰动不稳定随垂直运动上传、触发对流;低层高湿度梯度的大气层结、垂直风向剧烈非均匀切变和能量锋区的耦合配置,促进了强对流的迅速发展。结合数值模拟和诊断分析初步揭示了这次强对流过程发生冰雹、暴雨、大风等天气的原因。     

“080527”湖北老河口短历时暴雨的中尺度天气成因分析

以2008年5月27日发生在湖北老河口的短历时暴雨为例,利用NCEP客观再分析资料,开展中尺度天气系统诊断分析。结果表明：干线、500 hPa冷温度槽、冷切尾部辐合区、中低层湿区及地面风场辐合线等中尺度天气系统的活动与暴雨发生、发展密切相关。干空气自北向南、自上而下侵入湿区,具有典型的湖北干侵入暴雨特征。干侵入使干冷空气与暖湿空气汇合上升,同时激发冷切尾部辐合区中的正涡度柱沿假相当位温锋区向上发展,配合地面中尺度辐合线,增强对流上升运动。500 hPa冷温度槽活动及干侵入造成垂直方向上对流不稳定,冷式切变线尾部由于冷暖平流、干湿平流交汇构成水平方向不稳定区,不稳定区受露点锋生扰动,从而触发强对流天气。中低层深厚湿区的维持和水汽辐合为老河口中尺度暴雨提供了水汽来源。     

与海南岛秋季暴雨有关的一类热带中尺度涡旋的动力学分析

对惯性重力内波方程组分别通过线性和非线性求解探讨造成2010年10月海南岛一次特大暴雨中一类热带中尺度涡旋生成发展的动力、热力机制,研究发现:（1）在副热带高压和大陆冷高压南侧反气旋性纬向水平风切变大值区、静力不稳定大气层结、积云对流潜热释放、低空急流、适当强度的冷空气有利于热带中尺度涡旋的形成和发展;（2）非线性惯性重力内波的孤立波解与这类热带中尺度涡旋有很好的联系,在静力不稳定的大气层结下,热带中尺度涡旋的形态主要由对流凝结潜热加热所决定,即潜热加热下的孤立波解要求热带中尺度涡旋在垂直方向是一个浅薄的涡旋系统;另外强盛的对流凝结潜热对热带中尺度涡旋垂直运动振幅的增强起主要作用,更有利于涡旋的发展和维持。基于天气事实分析的理论研究为深化影响海南的热带中尺度涡旋乃至南海中尺度对流系统的机理认识进行了探索。      

非静力平衡大气非线性层结对称运动的稳定性和突变

在假定了环境地转风具有水平和垂直的线性切变的情况下,考虑大气层结的线性和非线性切变的作用,建立了一个非线性常微分方程组,然后构造了一个Hamilton函数,通过讨论Hamilton函数的凸凹性,得到了非线性层结对称运动的不稳定判据,同时讨论了非线性层结对称运动产生突变的条件。     

维向切变流中的非线性对称不稳定

讨论了维向切变流中的非线性对称不稳定问题。中采用绝热无粘的非线性对称扰动方程组，利用多尺度摄动方法分析其不稳定波动的有限振幅特性。研究结果表明：不稳定波的有限振幅在强度上呈现出振荡趋势。无论是超临界切变情况，还是次临界切变情况，对称扰动振幅都随时间呈现出周期性的变化，振荡周期的大小不仅与基本场稳定度参数及波的特性有关，而且还与初始扰动的振幅及其增长率有关。     

Wave-CISK与对称不稳定

本文主要研究了存在凝结加热时的对称不稳定,对流凝结加热采用了Wave-CISK方案.计算结果表明对流凝结加热通过CISK机制可以产生传播的对称不稳定扰动,且对扰动的传播方向、增长率及结构有影响.     

具有凝结加热反馈的对称不稳定的解析研究

本文采用非地转非静力条件下存在对流凝结加热反馈的Boussinesq方程组,借用Emanuel(1982)的Wave-CISK方案来考虑凝结反馈作用,并应用Green函数方法和Fourier方法,求得了任意加热廓线时对称不稳定的流函数的解析表达式及其频散关系。本文还对取某些特定的加热廓线时的情况进行了讨论。      

RESEARCH ON MOIST SYMMETRIC INSTABILITY IN A STRONG SNOWFALL IN NORTH CHINA*

The concept of wet bulb potential vorticity and SCAPE(slantwise convective available potential energy) is used to calculate the horizontal and vertical distribution of moist symmetric instability including convective symmetric instability(CSI) and local symmetric instability(LSI) in the process of a storm snowfall in North China.The potential contribution of moist symmetric instability to a narrow storm snowfall belt occurring in the Hetao and Lindong,Linxi region of Inner Mongolia and the relationship between moist symmetric instability and direction of the basic flow,wind shear and moisture are discussed.It is found that the strong snowfall belt is almost parallel with negative value area of wet bulb potential vorticity at low levels in the vicinity of snow area.And the dynamical mechanism of the strong snowfall center in the Lindong,Linxi region is different from that in the Hetao region.The former is induced by frontogenetical forcing with weak symmetric instability in the warm section of frontal area and the latter triggered by obvious moist symmetric instability.     

RESEARCH ON MOIST SYMMETRIC INSTABILITY IN A STRONG SNOWFALL IN NORTH CHINA

The concept of wet bulb potential vorticity and SCAPE (slantwise convective available potentialenergy) is used to calculate the horizontal and vertical distribution of moist symmetric instabilityincluding convective symmetric instability (CSI) and local symmetric instability (LSI) in the processof a storm snowfall in North China.The potential contribution of moist symmetric instability to anarrow storm snowfall belt occurring in the Hetao and Lindong,Linxi region of Inner Mongolia andthe relationship between moist symmetric instability and direction of the basic flow,wind shear andmoisture are discussed.It is found that the strong snowfall belt is almost parallel with negative valuearea of wet bulb potential vorticity at low levels in the vicinity of snow area.And the dynamicalmechanism of the strong snowfall center in the Lindong,Linxi region is different from that in theHetao region.The former is induced by frontogenetical forcing with weak symmetric instability in thewarm section of frontal area and the latter triggered by obvious moist symmetric instability.     

一次华北强降雪过程的湿对称不稳定性研究

运用湿球位涡和倾斜有效位能的概念从条件性对称不稳定（ＣＳＩ）和局地对称不稳定（ＬＳＩ）这两个侧面计算了一次华北强降雪过程的湿对称不稳定的水平分布和垂直分布状况，并比较详细地讨论了湿对称不稳定对１９８６年１１月２２—２３日发生在内蒙古河套地区和林东、林西地区附近的一条狭长的强降雪带的可能作用以及湿对称不稳定与基本气流走向、风垂直切变和水汽的关系，发现：这条降雪带与雪区附近低层的湿球位涡负值区走向大体平行；在降雪带中分别位于呼和浩特、东胜地区和林东、林西地区的强降雪中心有着不同的动力学机制，前者主要为在暖区具有弱的对称不稳定的情形下锋生强迫作用所致，后者则是由明显的湿对称不稳定所致。     

强迫流与不稳定流的相互作用

通过数值试验的方法,研究非保守系统中的基流平衡被破坏和重建过程中,产生非平衡中尺度环流与不稳定能量造成的对流关系,着重探索在形成持续时间较长、尺度较大的深厚湿对流的物理过程中,强迫与不稳定的相互作用.研究结果表明:强迫流比不稳定流小一个量级.强迫流虽然本身的量值较小,但是强迫流是不稳定流的触发机制.如果环境场具有深厚的不稳定层(垂直或倾斜方向),并且环境场强迫出一定振幅的呈上升运动的强迫流,则在0～3小时以后,将在强迫流上升运动中心激发出不稳定流上升运动中心,或使已经存在的不稳定流上升运动中心向强迫流上升运动中心移动.     

凝结潜热对锋生的影响

本文在二维半地转峰生模式中，考虑了水汽凝结加热和边界层抽吸作用对锋生及越锋环流的影响。水汽凝结加热考虑了大尺度凝结加热和对流凝结加热两种方式。计算结果表明：水汽凝结加热和边界层抽吸对峰区环流具有显著的作用，凝结加热使锋生加快，使锋区上升运动倍增，并使其水平尺度明显减少。边界层抽吸作用也使垂直环流加强。现在     

Evolution of instability before and during a torrential rainstorm in North China

NCEP-NCAR reanalysis data were used to analyze the characteristics and evolution mechanism of convective and symmetric instability before and during a heavy rainfall event that occurred in Beijing on 21 July 2012.Approximately twelve hours before the rainstorm,the atmosphere was mainly dominated by convective instability in the lower level of 900-800 hPa.The strong southwesterly low-level jet conveyed the moist and warm airflow continuously to the area of torrential rain,maintaining and enhancing the unstable energy.When the precipitation occurred,unstable energy was released and the convective instability weakened.Meanwhile,due to the baroclinicity enhancement in the atmosphere,the symmetric instability strengthened,maintaining and promoting the subsequent torrential rain.Deriving the convective instability tendency equation demonstrated that the barotropic component of potential divergence and the advection term played a major role in enhancing the convective instability before the rainstorm.Analysis of the tendency equation of moist potential vorticity showed that the coupled term of vertical vorticity and the baroclinic component of potential divergence was the primary factor influencing the development of symmetric instability during the precipitation.Comparing the effects of these factors on convective instability and symmetric instability showed some correlation.     

北京“7.21”暴雨的不稳定性及其触发机制分析

本文利用WRF模拟的高分辨率资料对2012年7月21日北京特大暴雨过程的对流不稳定和条件对称不稳定性及其触发和维持机制进行了诊断分析。分析结果表明:(1)在临近暴雨发生时刻及暴雨初期, 大气低层主要以对流不稳定为主, 随后对流触发, 不稳定性减弱, 而低空急流和湿斜压性的增强, 使得条件性对称不稳定加强, 维持和加强了暴雨的不稳定性。(2)分析表明, 在暴雨过程中主要由于较强的水平风的垂直切变造成湿位涡的斜压分量异常, 从而导致条件性对称不稳定的产生。(3)本文分别对暴雨发生过程中的对流不稳定与条件对称不稳定的触发机制进行了分析, 主要结论如下:暴雨初期对流性降水阶段, 切变线上有利的垂直上升环境与地形的强迫抬升相互配合, 触发了对流性降水。另外, 北京上空的干冷空气入侵, 也增强了大气的对流不稳定性, 更易触发对流;对称不稳定导致的降水阶段, 主要是由于北京上空冷暖空气的长期对峙, 冷空气逐渐深入到暖湿空气下方, 使得暖湿气团沿冷气团爬升, 从而触发对称不稳定, 造成持续性降水。此次暴雨过程中0900～1300 UTC时刻暴雨增幅的重要原因是0900 UTC北京风向突变, 转为偏东风, 且风速骤增, 北京西北侧的喇叭口状的地形的强迫抬升作用, 与上空750 hPa移来的切变线上的垂直运动相互叠加, 形成中尺度涡旋, 产生了强烈的上升运动, 触发不稳定, 产生大暴雨。