高空急流加速与中低层锋生函数

以1983年4月28日影响江淮地区的冷锋天气过程为例,讨论了高空急流加速与锋生函数之间的关系。计算结果表明了在这次冷锋天气过程的前期,高空急流加速对对流层中层锋生具有重要贡献。而在这次冷锋天气过程的后期,低层锋生可能是由斜压波从基流中获得发展的能量而诱使低层锋生。     

急流加速产生的高空锋生和低空锋生

本文用数值模拟方法证实了曾庆存提出的一种锋生机制,即高空急流加速或高空动量输入通过地转适应过程造成高空锋生.我们采用二维非弹性数值模式模拟了五种急流加速分布产生的锋生过程:三个低空锋生,分别由中尺度地面、中尺度低空和次天气尺度低空急流加速产生;二个高空锋生,分别由高空次天气尺度和天气尺度急流加速产生.模拟的结果表明:(1)通过地转适应产生的位温梯度的大小依赖于急流的空间结构以及Rossby变形半径和急流扰动尺度的比值,比值越大,适应锋生越强.(2)在相同的尺度条件下急流加速产生的高空锋生比低空锋生更强.(3)地转适应过程将加速的高空急流动量向下层传输,使锋区变陡并向对流层中、下层延伸,这种对流层高低层的非地转耦合可能是低空急流形成的另一种机制.(4)在模拟的五个过程中急流振荡的主频率约是惯性频率的1.7倍.     

对流层静力稳定度对高空锋生的影响

文中根据一个二维半地转模式用比容作为等熵垂直坐标，研究由汇全强迫产生的非粘滞、干燥和绝热流体中的高空锋生。初始条件是在地面有温度对比存在的情况下用一给定的连续解析位涡场来确定。由于地面与模式最低几层相交，下边界条件需做适当处理。文中讨论了中低对流层位涡水平变化在高空急流锋系统加强中所起的作用，与暖气团相关的冷气团的去稳作用有助于高空急流强度的增强。     

一次暴雪过程的锋生函数和急流—锋面次级环流分析

2008年1月25～28日一次远离地面准静止锋的锋后暴雪突破了武汉百年气象史的多项纪录。利用NCEP再分析资料、MICAPS常规观测资料和FY-2CTBB资料诊断分析了这次暴雪过程。结果表明,这次暴雪与华南准静止锋关系密切,锋生、锋消变化与降雪天气的出现和停止一致;锋生函数各项在不同时段对锋生、锋消的贡献不同;水平变形...     

与低层“湿度锋”耦合的两头带状CISK和暖切变型梅雨锋的产生

如果大氏层有一条强的湿度梯度带（底层“湿度锋”）则在尺度相地大的高空扰动诱发下，“湿度锋”南界附近最利于发生第二类条件不稳定，即在这里出现ＣＩＳＫ增长率极大轴。发展的南北向尺度基本取决于“湿度锋区”宽度。由此可在“湿度锋”紧南侧发展起一条具有相当正压结构的切变线。文中分别讨论了Ｅｋｍａｎ－ＣＩＳＫ和Ｗａｖｅ－ＣＩＳＫ两种情况，均有类似的结果。这种与低层“湿度锋”耦合的ＣＩＳＫ可以解释长港湾以域梅雨     

中国西南低空急流和西南低层大风对比分析

通过从垂直切变角度对中国低空急流的定义,表明西南低层大风现象有两类:有垂直轴的低空急流和无垂直轴的西南低层大风(简称低层大风),并揭示了二者的气候学和天气学特征差异。分析表明:在江南地区,低空急流主要活动在4~7月850 hPa,有明显的日变化,和华南、江淮地区的暴雨期同步;在东北地区,低空急流在全年都有较多活动,多在925 hPa,日变化不明显,和降水季节没有同步性。低层大风主要活动在700 hPa,日变化不明显,江南地区主要发生在12月至翌年4月,东北地区全年都有少量出现;江南地区低空急流日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显减小,风速随高度减小,大风只存在于对流层低层。东北地区低空急流日的气压梯度随高度减弱不明显,低空急流轴浅薄,位于925 hPa左右的低层,其上方仍然受高空急流控制。低层大风日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显增大,风速随高度增强,大风存在于对流层整层。风场和气压场变化趋势都近似满足地转风关系。江南地区低空急流的水平尺度和垂直厚度比较大,东北地区的低空急流尺度与“狭管”地形相当。江南地区的西南低层大风当其活动高度下降到850 hPa以下并和副高西侧西南气流配合时,也有较强的水汽输送作用,伴有明显降水天气。东北地区的低空急流和低层大风,主要是与中高空大风的向下延伸和地形强迫有关,气流一般为西北再转成西南风,水汽输送能力小,不利于产生大的降水天气。总之,低空急流和低层大风有着不同的结构和成因,它们的动力热力学涵义也不同,通过对二者区分,可以更合理地理解中国低空急流与暴雨(雪)天气的关系。     

低层锋生型暴雨特征合成分析

应用湖北省县级以上84个气象观测站点24 h降水资料,统计分析了2008—2011年5—8月低层锋生类型10场暴雨的雨量特征,对天气系统和各种物理量特征进行合成分析。结果发现:低层锋生型暴雨主要是由于低层锋生强迫触发不稳定能量的释放,同时形成跨锋面的次级正环流,其上升支与高层次级反环流的上升支在暴雨区上空叠加,形成深厚的上升运动区,触发位势不稳定能量的释放。在中层槽前正涡度平流、低层西南急流风速辐合以及锋面倾斜导致倾斜涡度发展等共同作用下,中尺度低涡发生发展。中尺度低涡中心区域和低涡移向的右前方动力水汽辐合最强烈,是暴雨发生的主要区域。     

梅雨锋上MCS的发展、传播以及与低层"湿度锋"相关联的CISK惯性重力波

采用一个包含简单积云对流参数化的线性模式讨论在长江流域相当正压性质的梅雨锋上,贯穿整个对流层的深厚惯性重力波的发生、传播和频散性质.结果表明,与积云对流加热场有最密切关系的低层湿度条件及其水平分布不均匀性质都对扰动的波速和稳定度有重要影响,最有利出现不稳定发展的地方是在"低层湿度锋区"南界附近,因此这里是中尺度对流系统(MCS)的活跃地带.关于频散性质的分析表明,能允许群速度大于相速度的低层湿度条件及其水平分布的特征值范围比较宽.而在上述稳定度接近中性的条件下最有利于出现沿"湿度锋区"轴向的上、下游效应.这个结果也许能很好地解释:在梅雨锋上,恰恰是当一个旺盛的MCS达到顶点而开始趋向衰减时,在它的上、下游很快发展起新的MCS,新、旧MCS一起形成"云团波串"这样一个重要而有趣的观测事实.     

低空西南急流与冷锋快速南移的关系

该文提出了冷锋的不连续传播是引起冷锋快速南移的直接原因的观点，即主冷锋南侧的锋生及其发展代替了主冷锋，在南方的锋生过程中，西南低空急流起了重要作用。     

梅雨锋锋生过程的诊断分析

本文分析了一次梅雨锋的锋生过程,并利用锋生函数和温度平衡方程,讨论了影响梅雨锋形成和维持的因子。结果表明:感热加热是使江淮流域低层锋区消失的主要原因,潜热加热以及水平运动造成的变形是维持梅雨锋存在的重要因素。     

回流暴雪过程的诊断分析和数值试验

利用常规观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料,分析了2018年初豫南特大暴雪过程的特征与成因。结果表明：此次特大暴雪过程发生在500 hPa乌拉尔山以东地区阻塞高压稳定维持和中、高纬地区多支短波槽东移并同位相叠加的环流背景下,具有持续时间长、过程降雪量大、降雪强度大、积雪深等特征;强降雪阶段,对流层低层豫南地区同时存在两个水汽来源,一是700 hPa西南急流对孟加拉湾水汽的输送,二是850 hPa东南气流对东海南部水汽的输送;低层较强的水汽输送及辐合、贯穿整个对流层的湿层、维持较高的比湿和整层可降水量对暴雪的形成与持续有一定的指示意义;低空冷垫有利于逆温层之上西南暖湿气流在其上爬升,低空垂直风切变的变化对降雪强度变化有较好的指示意义;高空急流先于低空西南急流而建立,高空急流轴南压使得低空急流发展北上,高低空急流耦合激发次级环流圈上升支,为暴雪发生发展提供了强烈的上升运动;对流层低层700 hPa与850 hPa持续强烈锋生,有利于暴雪加强和持续。

     

环渤海近海岸雾产生的天气条件及边界层特征分析

利用渤海沿岸微波辐射计、风廓线雷达、四分量辐射仪和超声风速仪等多种观测反演资料,并结合常规站点气象资料,卫星云图,浮标气象水文观测和FNL（Final）再分析资料研究了2016年12月17~19日一次环渤海大雾个例产生的天气水文条件以及边界层垂直分层的辐射和湍流特征。研究发现:（1）此次大雾出现在大陆低压前部、入海高压后部的西南低空急流控制区域,与强急流相伴的暖湿平流输送为雾区提供了稳定的逆温和持续的水汽积累,非常有利于大雾天气的形成;（2）水汽通量的分布与低空急流的移动密切相关,近地面比湿的增速与低空急流的强度成正比;（3）由于低空急流的水汽输送增湿了环渤海低层大气,从而增强了大气辐射的衰减效应,导致雾形成前向下短波辐射逐渐减小,向下长波辐射不断增加,净辐射在大雾形成后趋近于零;（4）逆温有效抑制了湍流的发展,近地层湍流动能和摩擦速度微弱。     

江淮气旋影响下的山东降雪过程相态特征

利用常规的地面观测资料、高空探测资料、自动气象站1 h间隔观测资料、NCEP/NCAR再分析资料（1°×1°,6 h）和ERA5再分析资料（0.25°×0.25°,1 h）,针对1999—2013年山东省12例江淮气旋降雪过程,总结了降水形态类型及时空分布、相态转换等特征并讨论了降水相态“逆转”现象的物理机制。结果表明：1）江淮气旋降雪过程的降水形态种类多样,可出现雨、雪、雨夹雪、冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇,降水相态转换过程中,除了雨夹雪,冰粒也是一种过渡形态;2）冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇5种特殊降水形态最易出现在2月和3月,“雷打雪”现象亦多发于2月和3月;3）鲁东南和半岛南部地区以降雨为主,鲁西北地区多出现降雪,雷暴集中出现在鲁中的中西部和鲁南地区,尤其是鲁东南地区;4）江淮气旋降雪过程相态转换的基本形式为雨转雪,以有无明显雨雪分界线为依据,可分为“典型雨转雪”和“无明显雨雪转换”两类,二者的影响系统特点显著不同;5）范围较大的相态逆转现象易发区域在地面雨雪分界线附近,位于地面倒槽后部,走向与地面倒槽槽线走向一致。气旋生成前低层暖温度平流增强引起低层增温以及气温日变化导致的中午前后近地层浅薄增温均可引起相态逆转,上述两个因素均与地面倒槽的发展态势关系密切。     

我国东部沿海地区“高后型飑线”的一种形成机制

该文分析了1988年5月初出现于苏皖东部地区的一次飑线。下部深厚的辐合层与上部强烈的辐散层迭置为其存在空间;低层低空急流轴与θs e场高值轴几乎重合,使该空间不仅有丰富的能量贮存,而且有利于扰动动能释放;沿低空急流的重力波传播与高压后部回流冷空气前缘的重力波“相交处”,冲击力可能很大,飑线正在此处出现。     

冬季中东急流对中国西南地区覆冰形成的影响

采用西南地区 (25°N～35°N, 95°E～110°E) 96个常规气象观测站1961年1月1日～2009年12月31日逐日气象要素资料, 利用同时满足地面日最低气温在-10～1 ℃、 相对湿度大于80%、 日照时数小于等于2个小时这三个条件, 计算1月中国西南地区覆冰日数。利用NCEP/NCAR再分析格点资料, 分析大气环流特征。结果表明: 强覆冰年时欧亚地区500 hPa高度距平场为 “北高南低”、 中高纬地区 “西高东低”、 中低纬地区“西低东高” 的形势, 乌拉尔山高压脊、 里海东部低压槽、 副热带高压均偏强, 有利于冷暖空气在西南地区强烈交汇, 是西南地区形成覆冰的基本条件; 冬季中东急流强, 则有利于西南地区覆冰的形成, 相关最好的区域位于四川—云南—贵州三省交界处、 贵州省大部分地区、 云南省北部与西藏东南部交界处、 陕西省西南部以及川西二郎山附近, 这些均是最易发生严重覆冰的区域; 500 hPa中亚低槽活动, 将中东急流变化与西南地区覆冰强弱紧密的联系了起来; 前期12月北大西洋百慕大群岛附近海表温度的异常偏低是1月中东急流异常偏强的重要影响因素。     

大气边界层非常定下沉急流和阵风的起沙机理

首先用动量原理导出水平沙尘通量Q的Bagnold型公式,由此可以反推出使Q达到统计平衡态所需的气流水平动量下传的作用时间.其次导出准常定下沉急流情况下的公式Q,此时公式中的摩擦速度u*应由u* *代替,其中u4* *=u4*m+u4*,u*m和u*各指由下沉平均急流和脉动的动量垂直通量所对应的特征速度(习惯上称为摩擦速度).其后指出,在研究风蚀和计算沙尘通量时,应以1 min做统计平均为宜,否则会过低估算了起沙尘的时段长度和起沙尘量.最后指出,不同频率的扰动和脉动的起沙尘效率是不同的,以适中的频率效率最高,从而在非常定急流作用下,应用u* *e代替u* *,其中u4* *e=u4*m+u4*e+(1+A4) u4*g,而u*m,u*e和u*g则各为由平均急流、湍流脉动和阵风所导致的相应摩擦速度,A为阵风增益系数.     

The Propagation of Wave Packets and Its Relationship with the Subtropical Jet over Southern China in January 2008

The propagation of wave packets and its relationship with the subtropical jet was investigated for the period 26-29 January 2008 over southern China using ECMWF Interim re-analysis data.Wave packets propagated from the north to the south side of an upper front with eastward development along the upper front during this period.Due to the eastward development of propagation,the acceleration of geostrophic westerly winds shifted eastward along the front.There were two primary sources of the propagation of wave packets at around 30 N.The first was the temperature inversion layer below 500 hPa,and the second was baroclinic zones located along the polarward flank of the subtropical jet in the middle and upper troposphere.Most wave packets propagated horizontally from the baroclinic zones and then converged on the zero meridional gradients of zonal winds.     

2016年梅雨期间长江中下游强降水与对流层上层斜压波包的关系

2016年6—7月,长江中下游地区发生了自1998年以来最严重的强降水事件,造成了重大的经济损失。利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2479站逐月及逐日降水资料,研究了2016年梅雨期间长江中下游地区降水与欧亚大陆对流层上层斜压波包活动的关系,并诊断了两者之间的信息流向。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动具有明显的下游频散效应。波动起源于黑海,沿西北—东南方向于3—4 d后传至长江中下游地区。斜压波包为长江中下游地区强降水的发生提供了必要的能量。波作用通量矢量的分布表明,梅雨期间逐日均有来自西风带上游的扰动能量向长江中下游流域传播。而梅雨期间降水与斜压波包的信息流关系表明,二者之间存在信息传递。因此,3—4 d并源于黑海附近的斜压波包活动是2016年长江中下游梅雨期间异常降水的成因。这些结果为深刻认识长江中下游地区强降水事件发生的成因和有效预测提供了线索。