“93.5”黑风暴发展期中尺度期热量和水汽收支诊断

１９９３年５月４—６日（“９３．５”）在我国西北地区发生了一次极具破坏力的“黑风暴”。为了诊断这次黑风暴发展期的热量和水汽收支，使用了具有高分辨ＰＢＬ参数化及４０ｋｍ细网络的ＭＭ４对该例控制模拟的输出资料和热量与水汽收支方程。对视热源（Ｑ１）和视水汽汇（Ｑ２）的诊断结果指出，Ｑ１的垂直积分在黑风暴的前部和后部分别呈现一条显著的加热带和冷却带。在黑风暴区，Ｑ１和Ｑ２的区域平均垂直廓线揭示，黑风暴的Ｑ１加热主要发生在对流层的上部，而其中部加热主要出现在发展初期；与Ｑ１相应，Ｑ２在低空和中空分别发生明显的增湿变冷和变干加热。这些结果不仅与因黑风暴过程而观测到的强剧强降温率一致，而且也为改进和发展用于模拟和预报黑风暴的中尺度数值模式提供了一些物理依据     

一次黑风暴过程中尺度飑线的数值模拟

利用改进型ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式，以常规观测资料作为初值，较好地模拟了１９９３年“５．５”．黑风暴过程的重要影响系统中尺度飑线的主要特征，即近地面风场切变线，与切变线相伴的风核、狭窄强对流带、强水平温度、气压梯度带以及上述特征带（线）的形成、迅速增强的时间和移动方向，并模拟出这是一条基本无降水的“干”飑线。飑线垂直结构的初步模拟揭示，飑线温度水平剧烈变化及垂直上升速度中心都在对流层低层的７００ｈＰａ（地形高度在８５０ｈＰａ），垂直环流随高度向后倾斜。在干旱、半干旱地区模拟与沙尘暴相联系的中尺度系统，大气湿过程也许不十分重要。     

“5.5”黑风暴中-β尺度飑线的初步数值模拟

利用改进型ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式,以常规观测资料作为初值,较好地模拟了“５．５”黑风暴过程的重要影响系统中－β尺度飑线的主要特征,即近地面风场切变线,与切变线相伴的风核、狭窄强对流带、强水平温度、气压梯度带以及上述特征带（线）的形成、迅速增强的时间和移动方向,模拟显示这是一条降水很小的“干”飑线,从全物理过程和不考虑水汽的干模式对比来看,云降水过程在本例飑线中没有起到决定性作用。飑线垂直结构的初步模拟揭示,飑线温度水平剧烈变化及垂直上升速度中心都在对流层低层的７００ｈＰａ（地形高度在８５０ｈＰａ）,垂直环流随高度向后倾斜。中低层短波扰动引起的槽后强冷平流在飑线后下沉是飑线发展的重要机制。     

黑风暴的沙尘形成与输送参数化及中尺度数值试验

西北地区典型黑风暴和强沙尘暴都是在特定大尺度环流背景和中尺度系统相互作用下发生和发展的，而中、低空强锋区相伴的强冷锋移经沙源充足的大沙漠区是黑风暴和强沙尘暴形成和发展的必要条件。为了研究黑风暴和沙尘暴的沙尘形成、输送及沉降机制，本文提出了一种沙尘源、汇项的参数化方案和一个沙尘输送方程，进而引入已有的ＭＭ４中尺度数值模式模拟系统；应用这个改进和发展的模式模拟系统基本成功地模拟了“９３．５”黑风暴的天气系统演变及其沙尘浓度的近地层和垂直分布以及沙尘的沉降与输送。模拟结果分析表明，用包括沙尘输送方程及其沙尘源、汇项参数化方案的中尺度数值模式来研究黑风暴的沙尘形成、输送和沉降机制是一种具有应用前景的方法。     

包含正定水汽输送算法改进的MM4中尺度模式与暴雨实例数值试验

暴雨预报是一个既重要又十分困难的问题。水汽条件是产生暴雨的关键，水汽的平流输送在模式的水汽方程中占有重要地位，模式对暴雨的预报能力必然涉及到水汽输送的计算精度问题；本文以著名的中尺度模式ＭＭ４为基础，理论测试和分析为依据，以引入新的正定高精度水汽输送算法作为消除模式水汽负值和改进中尺度模式预报能力的途径，研制了取名为改进的ＭＭ４中尺度模式，该模式除仍保留原ＭＭ４模式的所有功能外，增加了５种水汽输送算法的改进与选择，这５种算法是：１）Ｂ网格二阶守恒中心差（原ＭＭ４平流格式），２）上游差分，３）Ｂｏｔ（２阶），４）Ｂｏｔ（４阶），５）Ｐｒａｔｈｅｒ格式。多个暴雨、台风个例试验表明模式预报能力对水汽输送算法精度有显著的依赖性，采用高精度的水汽输送算法水汽保证正值并提高了模式对暴雨区、降水结构、雨团活动的预报能力。改进水汽输送算法的精度是提高中尺度模式对暴雨预报能力的重要途径。     

“93.5”黑风暴发展结构和不同模式分辨率的数值试验

1993年5月4～6日在我国西北部地区发生了一次“黑风暴”。用改进的MM1和高分辨PBL参数化及40 km细网格控制试验能基本上模拟出“93.5”黑风暴的结构和演变。模拟结果表明，黑风暴发展时段，在PBL内与一个中尺度气旋性强涡旋相伴，在对流层内与一个垂直涡柱相伴。这个伸展至对流层顶的涡柱下（上）半部是与低（高）空强烈辐合（辐散）入（外）流相伴的气旋（反气旋）性涡柱。该黑风暴结构不同于一般锋面结构，其主要判别是:界面坡度陡，θe水平梯度大，斜压性强，PBL内暖心明显。该暖心结构与下垫面剧烈热力强迫有关。不     

北半球夏季风区大气视热源和视水汽汇的低频振荡

利用１９８６年５－９月ＥＣＭＷＦ／ＷＭＯ资料计算非洲季风区、印度季风区、南海季风区和副热季风区的视热源和视水汽汇。结果表明非洲季风区和印度季风区Ｑ１、Ｑ２的准４０天周期显著；南海季风区准双周振荡明显；副热带季风区盛行８天左右的周期；准４０天周期振荡也是南海季风区和副热带季风区的重要信号，印度季风区Ｑ１，Ｑ２的准４０天周期振荡比其他季风区的更为显著；非洲季风区Ｑ１振荡位相超前于Ｑ２振荡位相，其他季风     

"93.5"黑风暴的对称不稳定诊断分析

利用一次较好地模拟了“９３．５”黑风暴的ＭＭ４中尺度模式三个时次的输出资料,应用线性和非线性对称不稳定的判据对这次强沙尘暴天气过程进行诊断分析。结果表明,线性理论判据中的湿对称不稳定为这次过程的一种可能机制。非线性理论的分析结果表明,这次飑线过程不但与条件对称不稳定和尖点突变有关,且其移速较线性理论更符合实际过程。     

作物气象灾害危害性的多目标灰色局势决策

计算了１９９１年７月４－９日的梅雨锋强度降水过程的热源Ｑ１和水汽汇Ｑ２，结果表明，存在着两类云系即对流云和层状云对Ｑ１和Ｑ２的结构产生影响。对流加热发生在强降水区上空，而层状云加热发生在对流区周围的弱降水区上空，在对流加热区，大量的潜热释放形成最的热源和水汽汇，热源峰值出现在上部对流层，水汽汇峰值出现在下部对流层，在层状云区，通常０℃层以上为热源和水汽汇，０℃层以下的热汇和水汽源，层状云引起的Ｑ１     

1982年东亚及太平洋地区视热源及视水汽汇的分布

本文对１９８２年东亚及太平洋地区逐月的视热源（Ｑ１）及视水汽汇（Ｑ２）进行了计算。发现视热源及视水汽汇的分布不仅存在明显的季节性变化,而且在１９８２年这一强厄尔尼诺年,视热源及视水汽汇分布和强度也有相应的异常变化。在１９８２年５～６月,厄尔尼诺开始时,印度尼西亚表现为视热汇及视水汽源,而赤道中太平洋为较强的视热源及视水汽汇。随着ＥＮＳＯ事件的发展,这一现象有增强的趋势。赤道太平洋的强视热源及视水汽汇也进一步向东发展。南海、西太平洋副热带及赤道东太平洋等区域强视热源和强视水汇的垂直分布相差很大;在海洋区域多为对流性降水     

“97.12”高原暴雪过程中尺度热量和水汽收支诊断

应用非静力模式MM5V2对1997年12月（简称：97．12”）一交高原暴雪过程进行控制模拟试验。利用其输出资料以及热量和水汽收支方程，对这次暴雪过程进行了热量及水汽收支诊断。视热源（Q1）和视水汽汇（Q2）的诊断结果表明：Q1和Q2垂直积分的正值区分布形势相似且较强，并与地面降雪带的分布一致，因而，此次过程的Q1、Q2主要是由水汽凝结和潜热解释决定的。Q1在对流层为加热层，对流层上层相对为冷层，是暴雪发生发展的主要热力机制。Q1、Q2区域平均的垂直廓线峰值非常相近，该峰值区正是水汽凝结层，它与水汽输送带的水汽凝结变干有关。视水汽汇Q2与视热源Q1具有相近的垂直廓线，表明“97．12”暴雪过程中非对流性凝结降水起决定因素。这些结果为改进和发展用于模拟和预报高原暴雪的中尺度数值模式模拟系统提供了一些物理依据。     

青藏高原牧区大雪期间的水汽和热量平衡

本文通过对１９９６年１月青藏高原牧区大雪期间的水汽和热量收支的计算，分析了大雪期间对流活动的作用和贡献，并与其他地区夏季暴雨期间的能量平衡进行了比较。结果表明，二者都只有一个无辐散层和整层维持上升运动，不同的是降雪期间：１）视水汽汇气柱平均潜热加热率要小得多；２）视水汽汇和视热源的垂直分布差异较大；３）次网格尺度涡动垂直输送主要发生在对流层顶附近     

0707号强热带风暴登陆前后引发雷州地区强降水的成因分析

通过应用卫星云图、OLR日平均场、环境场、比湿场、散度场、K指数等资料对0707号“帕布”引起的强降水进行诊断分析,同时把登陆湛江（9615号）、珠江口附近（7908号、0313号）的台风与之进行对比分析,结果表明：越赤道气流和西南季风的增强促使赤道辐合带加强,为“帕布”强降水的维持提供了水汽和热量条件;双台风和环境场的作用使“帕布”在粤西沿海停留时间较长,使强降水的累积雨量增大;低层辐合、高层辐散的配置有利于雷州半岛附近水汽的辐合,雷州半岛附近K指数在35～38之间和垂直纬向风弱切变表明空气不稳定度大有利于水汽上升,使得“帕布”给雷州以南地区带来强降水,另外,对湛江地区4—9月逐日降水作小波分析后得出了暴雨期存在明显的20 d周期的低频振荡特征。     

夜间中尺度对流复合体形成前环境条件的演变

１９８５年６月１４日，在中部风暴试验俄克拉何马－堪萨斯初步区域试验（ＰＲＥ－ＳＴＯＲＭ）外场阶段生成了一个很强的夜间中尺度对流复合体（ＭＣＣ）．它出现在美国气候上中部暖季降水夜间最大中心附近．本文应用专门的无线电探空测风资料和地面中尺度站网资料研究了支持ＭＣＣ生成的环境条件在夜间如何演变的．这里所研究的ＭＣＣ是一个ＭＣＣ系列中的第４个，是在准静止地面锋以北１００—３００公里处向东北东方向传播的三个ＭＣＣ中的一个．ＭＣＣ经历其最强烈发展区域的特点是，最初在浅薄的楔状冷气团之上为干燥和静力稳定状态（由前面过境的ＭＣＣ造成）。昼夜变化的低空急流和锋的边界之间的相互作用不到３小时就使锋面以上５０百帕厚的气层内气块的平均对流有效位能（ＣＡＰＥ）局地增加２０００Ｊｋｇ（－１）以上。我们的分析表明，当１）由于昼夜调整的低空急流把潮湿的、高θｅ空气向北输送到锋面以上更冷的对流层中层环境区，因而出现特别高的ＣＡＰＥ时，和２）当低空急流末端北部附近特别强的绝热中尺度上升在急流轴上空引起显著的冷却时，准静止地面锋以北地区便成为夜间ＭＣＣ发展的有利地区．冷却作用和强水汽平流一起消除了对流抑制作用［在自由对流高度（ＬＦＣ）以下的负Ｃ     

初夏孟加拉湾风暴活动期间青藏高原大气环流的异常特征

利用1979-2013年美国关岛联合台风警报中心(JTWC)孟加拉湾热带气旋数据以及美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)发布的2.5°×2.5°再分析资料、0.5°×0.5°降水格点资料,分析了35年初夏(5月)17个北上孟加拉湾风暴活动期间青藏高原及其周边地区降水、大气环流、水汽和热量收支及其气候异常特征,探讨孟加拉湾风暴活动对青藏高原大气环流的可能影响。结果表明:初夏孟加拉湾风暴活动期间,我国降水主要分布在青藏高原南侧、西南和华南地区,并相对于初夏气候平均表现为正异常。风暴北上过程伴随南亚高压北上,南支槽加深,青藏高原切变系统活跃等环流特征。与初夏平均相比,青藏高原东南部大气上升运动异常增强。同时受北上孟加拉湾风暴水汽和热量输送影响,该区域视热源和视水汽汇呈正异常区,而风暴影响下垂直运动增强是其热量和水汽收支异常的主要原因。     

“1993．5．5”黑风暴位涡诊断分析

利用ＭＭ４客观分析资料，对１９９３年５月５日发生在我国西北地区的特大黑风暴天气进行了位涡的中尺度试验研究。研究表明，在７００ｈＰａ冷锋区附近存在着正负位涡偶，与飑暴系统中高低气压偶相类似：在黑风暴发生前冷锋附近的负位涡区及黑风暴强盛期的位涡梯度最大区域为黑风暴区；高层位涡向低层传递是导致气旋加强的重要因子之一；层结热力不稳定是风速加大及正反馈作用的因子。     

中国西北地区1993年5月5日黑风暴的机理探讨

该文用天气学、诊断分析方法对1993年5月5日我国西部地区黑风暴天气过程的发生发展及形成机理进行研究。结果表明，这次黑风暴是由强寒潮爆发，在特定季节（春季）和裸露、疏松的下垫面（沙漠、戈壁）条件下形成的中尺度现象。在对流层中低层垂直方向上存在很强的风切变，利于湍流发展；非地转强迫作用对次级环流贡献大于地转强迫作用；黑风暴前后显著的辐射加热不均匀分布所形成的热力正反馈作用，造成近地层局地锋生，并使热力正环流大大加强。     

热带西太平洋定点海域降水的化学特征研究

对热带西太平洋定点（４°Ｓ，１５６°Ｅ）海域长达４个月的降水化学调查，研究了降水中化学成分的变化特征、连续性与断续性降水过程和西风暴发事件（ＷＷＢＥ）及大风暴降雨过程中降水的化学成分。结果表明：定点海域（４°Ｓ，１５６°Ｅ）纯“海洋性”降水的ｐＨ为５．５５，其Ｍｎ／Ｆｅ比值为０．５４，Ｃｌ－与ＳＯ２－４是降水中最大量的离子；连续性降水ｐＨ呈“∨”型分布，Ｅｈ呈“∧”分布，总－２价硫的浓度Ｓ（－Ⅱ）呈降低分布，且最后趋于稳定，ＳＯ２－４，ＮＨ＋４，ＰＯ３－４等在降雨开始后一段时间出现最大值，呈现与其它组分相反的行为；断续性降水ｐＨ，Ｅｈ趋于升高。西风暴发事件（ＷＷＢＥ）期间，绝大多数组分在降水中浓度高于ＷＷＢＥ发生前、后的浓度，而ＮＨ＋４低于ＷＷＢＥ发生前、后的浓度，ＰＯ３－４，ＳｉＯ２－３则是低于ＷＷＢＥ发生前的浓度，而高于发生后的浓度，大风暴降雨Ｃｌ－，ＳＯ２－４的浓度比正常降雨时可高达数倍，说明海上大风暴使大量海水滴被卷入空中，又随降雨落下，这时的降水ｐＨ也有显著增高。     

北京一次大暴雨过程视热源和视减湿特征分析

应用高分辨ＴＢＢ亮温资料和逐６小时一次的ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料,分析了１９９８年７月５日北京地区发生的一次大暴雨天气过程。结果表明：北京地区雨量分布不均是由于西部山区出现两次对流活动而东部平原地区仅为一次,ＴＢＢ低值区右前方下沉区有利于其后部对流的发展;暴雨阶段视热源（Ｑ１）的视减湿（Ｑ２）局地变化项和平流项均非小项,两者具有反位相变化特征,垂直输送项是视热源和视减湿的主要贡献者;Ｑ１和Ｑ２     

全球水循环的海洋分量研究

利用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析月平均和逐日资料,采用“余差”方法,计算了１９８４～１９９４年全球海气淡水通量,分析了全球水汽输送的特点。主要结果有：（１）在全球水循环中,副热带大洋是重要的水汽辐散区,热带辐合带、南太平洋辐合带和南太平洋东南海域是集中的水汽辐合区,赤道东风带是夏季印度洋季风环流的主要水汽通道;（２）再现了全球海气淡水通量的分布,例如副热带“海洋沙漠”带、热带辐合带和南太平洋辐合带净降水区等;展示了细节特征,如黑潮区的净蒸发特点等;（３）发现了北大西洋中高纬度地区存在一东北—西南向的净蒸发带,而前人结果中则为净降水带;（４）分析了各大洋海气淡水通量的季节、年际变化特征,讨论了太平洋相对于大西洋作为水汽汇的特点;指出热带辐合带和南太平洋辐合带是海气淡水通量变率最大的海域