一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断(一)——地形动力作用和潜热作用对西南低涡影响的数值试验对比分析

本文用中尺度有限区域模式对1981年7月11—14日的一次西南低涡暴雨过程进行数值试验,并讨论了地形动力作用和潜热加热对西南低涡形成的影响。 在基本试验中,较好地模拟了西南低涡的形成,其位置以及引起的降水量与实际情况比较一致。地形试验表明,地形动力作用对高原南侧的西南气流具有明显的阻挡作用,并决定着西南低涡的形成。潜热试验表明,潜热通过加强西南低涡上空高层辐散和低层辐合,使该低涡发展。     

一次夏季西南低涡形成机理的数值试验

本文用一个适合于高原地区的简化流体动力学模式,对一次夏季西南低涡的形成进行了多种数值试验。控制试验结果表明,西南低涡形成的位置在高原东侧地形高度3000m附近,与实况基本吻合,降水区分布比较合理。对不同物理过程进行试验表明,动力过程对西南涡的形成起了基本作用,但单纯的动力过程不能使西南涡维持下去。潜热加热对西南涡的维持发展有重要影响。感热加热作用较小。 青藏高原地形对西南涡的形成有决定性影响。模式地形高度削减一半,模拟的西南涡形成位置比实况偏西偏南;去掉地形后,700hPa为一热低压,位于青藏高原内部。     

一次青藏高原低涡和西南涡同步变化过程北大核心CSCD

青藏高原低涡(简称高原低涡)和西南涡是影响我国降水的重要天气系统,两者同步变化是引发我国西南和东部地区强降水的重要方式,而两低涡同步变化的物理过程和机理目前尚不清晰。为探究高原低涡和西南涡同步变化的物理机制,选取2020年超强超长梅雨期间一次高原低涡与西南涡同步变化过程,利用ERA5逐小时再分析资料及降水观测资料,分析两涡共存时特殊时间节点所对应的强度、结构等演变特征及位涡收支。结果显示:水平位置不重叠的高原低涡和西南涡也可发生同步变化,即强度变化特征大致相似。两低涡在同步变化之前各自的演变机理不同,但同步变化时两者的演变机理基本一致。具体地,未发生同步变化时,高原低涡主要依靠加热场作用维持东移,西南涡则依靠水平位涡通量散度作用得以维持;两涡同步变化时,两者强度变化相似,演变机理一致,两涡维持主要依靠水平位涡通量散度作用,加热场作用次之。     

江南丘陵和云贵高原地形对一次西南涡暴雨影响的数值试验

运用MM5数值模式对1998年7月22~23日一次由西南涡引发形成湖南大暴雨的个例进行了数值试验。模式中设计了全地形、去掉江南丘陵地形、去掉江南丘陵和云贵高原地形三种方案。对比试验表明:在去掉江南丘陵和云贵高原后,由于地形的狭管作用消失,南北热力差异减弱,低空急流随之减弱;由于低空急流对西南涡和切变线的正涡度平流输送减弱,以及500 hPa高空槽引导切变线向南移与西南涡结合,造成西南涡增强,切变线减弱、消失。同时,本文还对三种模拟试验中地形作阶梯化处理,进一步验证江南丘陵、云贵高原对偏南风存在狭管作用,对低空急流的形成有促进作用。     

青藏高原东部重力波过程与西南涡活动的统计关系

本文利用2012～2015年西南涡加密观测大气科学实验的剑阁、金川、九龙和名山四站探空资料,统计分析了6～7月西南涡活动期间对流层中、高层（6～12 km）的重力波过程,结果表明:青藏高原东部川西高原南部的九龙站与其余三站不同,重力波源主要来自对流层上层,波能传播方向向上,剑阁、金川和名山三站重力的波源主要来自对流层下层,波能传播方向向下。重力波过程在不同类型的西南涡活动中有明显差异,在移出型西南涡活动初期,重力波水平传播方向主要为东北向,其上传概率远大于下传概率,波动的动能和潜能较大且变化剧烈;而对应源地型西南涡,初期主要呈西北—东南向传播且重力波上传与下传概率相当,动能和潜能较小且变化相对平缓同时本次研究表明,重力波水平传播方向对西南涡的移动方向也有一定指示作用。按照发生时刻本文将重力波分为日发型重力波和夜发型重力波,在夜发型西南涡初期,重力波活动夜发（北京时20:00～08:00）的概率较大,这表明重力波的夜发性与西南涡的夜发性可能存在一定关联。     

地形降水试验和背风回流降水机制

利用中尺度数值模式（ARPS模式）研究了湿气流过山脉地形和地形降水的产生机制。研究结果表明,地形降水是水汽、气流和地形相互作用而形成的。小山脉地形降水主要发生在山脉的迎风坡,表现出典型的迎风降水和背风雨影特征。而回流降水天气是湿气流过大的山脉地形的产物,大的山脉地形有利于风切变临界层的产生,地形降水并不只是简单的上坡降水,还有背风回流和背风波降水机制。     

青藏高原低涡东移的数值试验

本文利用钱永甫的五层有地形的原始方程模式,模拟了一次高原低涡的东移过程。发现非绝热因子(辐射、积云对流、大尺度凝结潜热)只影响高原低涡的强度,其中辐射加热对高原低涡强度影响最大。当高原低涡西部有冷槽配合或高原北部45—55°N有高压脊存在时,有利于高原低涡东移。     

南岭局地小地形背风坡增雾作用的分析

对南岭地区乐昌站和乳源站1968—1998年31年的雾日气候资料进行了统计分析,对比分析发现,在背风坡雾产生的日数明显较多,即南岭地区存在显著的小地形背风坡雾现象。同时,利用CSU—RAMS中尺度数值模式进一步研究局地小地形背风坡雾的作用,模拟结果表明,小地形动力作用对背风坡雾有重要影响。     

增强副热带高压对西南涡影响的数值试验

本文通过对伴随副热带高压(简称副高)东退而东移的一次典型西南涡天气过程(简称20150721过程)进行数值模拟,采用数值敏感性对比试验探讨了增大副高强度对这次东移西南涡的影响,得到以下结论:(1)副高强度增大以后,可长时间稳定维持,能对西南涡中尺度天气系统整个发展演变过程造成持续影响.西南涡路径和强度的变化直接...     

一次东移型西南低涡的数值模拟及位涡诊断

利用非静力中尺度模式WRF对2011年6月16-18日引发强降水的一次东移型西南低涡过程进行了数值模拟,结果表明,WRF模式较成功地模拟了此次西南低涡所引起强降水的范围和移动。低涡首先在低层850 hPa形成,9 h之后在700 hPa出现闭合低涡,发展成熟。西南低涡的初生和成熟阶段在对流层低层都维持与正涡度和高位涡中心相耦合的动力结构,并伴有上升运动;在成熟阶段,上升运动、正涡度柱和高位涡柱明显加强、发展至对流层高层(300 hPa)。低层水汽通量散度对降水带的强度和移动都具有较好的指示意义。位涡收支诊断分析表明,非绝热作用项的垂直结构与垂直通量散度项相反,潜热释放造成的非绝热作用项有利于低层位涡增长、抑制高层位涡增长,对西南低涡的生成、发展有重要作用。     

青藏高原对莫东北侧初夏干旱天气影响的数值研究

本文利用改进的Ｔ４２Ｌ９模式，以１９７９年６月１４日１２时的ＦＧＧＥ－Ⅲｂ资料为初始场，分别在有地形非绝热，有地形绝热以及无地形绝热情形下进行了五天数值预报试验，研究了青藏高原的热力和动力作用对高原东北侧干旱天气的影响，模拟结果指出，在初夏夏季风爆发期间，青藏高原有利于其东侧（包括甘肃南部和陕西南部一带）进入雨季，但也有利于其北侧的河西走廊地区维持干旱，高原的动力和热力作用对高原北侧的初夏干旱天气有着重要的影响。     

一次青藏高原夏季低涡的数值模拟研究

本文利用美国NCAR中尺度模式MM4对1979年6月29－30日一次500hPa高原低涡的生成发展过程进行了数值试验模拟研究。通过对绝热、非绝热、有无地表感热潜热及降低地形等六个对比试验，分析指出：（1）模式对500hPa高原涡中心位置预报与实况吻合，中心平均强度实况接近，平均玫水亦接近（略偏少），落区略有偏差，故可认为对低涡的预报基本合理。（2）低涡主要由非绝热过程引起（22．6，10^－5s^－1），而动力过程是很次要的（6．0）；在非绝热过程中潜热的贡献（8．0）远比由积云对流及湍流所引起的地表感热通量（14．6）小；地表热通量的贡献主要为地表感热通量（13．4），而地表蒸发作用很小（1．2），这与文献[6]的诊断分析结论一致。（3）由半地形高度隆起至全地形时，动力作用对低涡强度的贡献由2．0增至6．0，非绝热过程的贡献由7．2增到22．6。可见模式中真实地处理地形高度是很重要的。本文虽只作了一例，但结论（2）与大量低涡诊断分析的统计结果一致。     

植被分布对青藏高原东侧暴雨过程影响的数值模拟

在颜宏等有限区域细网格的基础上，引入Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ植被参数化方案，并以此模式模拟了青藏高原东侧的两次暴雨过程，模拟表明：加入植被参数化的模式仍保持其稳定性，对降水强度的模拟有一定改进。     

一次高原北侧槽个例的Q矢量分析

本文通过对1982年7月24—29日一次高原北侧槽活动过程的Q矢量分析,发现低压槽在高原上南伸时,一般槽前500 h Pa上有Q矢量辐合带,(?)·Q_(500)<0;对应200h Pa上有Q矢量辐散中心或辐散区,(?)·Q_(200)>0;同时槽线南端伴有强冷锋锋生中心。说明上升运动的维持、加强和冷锋锋生作用是低压槽在高原上南伸的重要机制。     

台风对西南低涡影响的数值模拟与诊断个例分析

利用NCEP再分析资料和MM5中尺度数值预报模式对2004年9月3~6日因西南低涡造成四川盆地和重庆地区特大暴雨天气过程开展了数值模拟和诊断分析。结果表明,在此次特大暴雨天气过程中,西南低涡生成后由于受“桑达”台风的阻塞影响,西南低涡移动速度变慢,强度增大,生命期延长。同时“桑达”台风西侧吹入内陆的东北气流在西南低涡的东南侧转变为西南气流的过程中出现气流辐合并使得水汽迅速聚积,从而触发了在西南低涡附近形成特大暴雨天气过程。     

青藏高原动力和热力作用对季节转换期全球大气环流影响的数值研究

利用ＣＣＭ１（Ｒ１５Ｌ７）－ＬＮＷＰ模式，以１９９６年３月１７日的国家气象中心客观分析资料为初始场，分别采用有、无青藏高原两种方案，数值研究了青藏高原对５月份全球大气环流季节转换的影响。试验结果表明：北半球初夏，青藏高原区域用同纬度地区的一个中空热源，其作用可以在２００ｈＰａ层形成一个２２４Ｋ的暖中心，使大气增暖７Ｋ以上。高原地形的动力和非绝热作用使得南极大陆２００ｈＰａ层大部分地区降温６Ｋ左右，最大负中心可达－８．２８Ｋ，这对于南半球由夏至冬过程中，环极涡旋的强度加深和范围扩大是有利的。高原地形作用对北半球大气环流平均槽脊的形成和维持有十分重要的影响，它加强了高原所在纬度带北侧（减弱了南侧）由南向北的正温度梯度，同时也增强了３０°Ｓ附近由北向南的正温度梯度，从而有利于季节转换过程中全球中纬西风带的整体北移和初夏亚洲季风环流的形成。同时高原地形作用在赤道及低纬地区形成的位势增加区，有利于南半球热带高压脊的北退和北半球副高增强北移。此外，它还有利于南半球极地东风带的增强和５００ｈＰａ层环极低压带的强度减弱，同时增加了罗斯海附近的极涡强度，对赤道的索马里急流的形成也有重要影响     

A NUMERICAL STUDY ON FORMATION OF THE NEGATIVE VORTICITY REGION OVER THE NORTHEAST SIDE OF THE QINGHAI-XIZANG PLATEAU*

In order to investigate the formation of the negative vorticity region over the northeast side of the Qinghai Xizang (Tibetan) Plateau,four sets of numerical experiments have been performed in this paper with a quasigeostrophic barotropical model considering large-scale topography,diabatic heating and dissipation.The diabatic heating in the model contains a constant forcing and timevarying forcing.The time-varying characters are determined by the continuous evolution of the sensible heat flux at Damxung Station (30°29'N,91°06'E) from 31 May to 4 June 1998.Results suggest that there are three types of processes significantly contributing to the formation of the negative vorticity region over the northeast side of the Qinghai Xizang Plateau,and they are the advection of the anticyclonic vortex at the upstream by the basic flow,the energy dispersion of the cyclonic vortex over the south side of the Plateau,and the strengthening of anticyclonic systems produced by the thermal forcing of the Plateau.     

青藏高原OLR的气候特征及其对北半球大气环流的影响

利用１９７４－１９９０年青藏高原地区地－气系统月平均射出长波辐射资料，采用ＥＯＦ方法分析了前３个特征向量场，得到了青藏高原地区地－气系统射出长波辐射的几种异常形式，阐述了它们的天气气候特征，并对不同气候区的持续 及其与北半球大气环流的关系作了研究。     

亚洲季风模拟试验中青藏高原积雪强迫问题的讨论

青藏高原积雪对亚洲季风和东亚，南亚时旱涝灾害的影响，百余年来一直为中外气候学家所瞩目。近几年来用大气环流模式进行数值试验已成为该研究领域的主要手段，但是由于假设的积雪强迫不同，模拟结果很不一致。作者概据美国宇航局ＳＭＭＲ微波逐候积雪深度１０年的观测结果，提出了一个真实的青藏高原积雪强迫试验方案。