一次大暴雨过程中低空急流演变与强降水的关系

利用营口新一代天气雷达提供的每6分钟一次的风廓线资料,详细分析了2006年6月29日辽宁省西部大暴雨过程中强降雨时段的低空风场结构。得出:此次强降水天气的发生与低空急流的迅速加强和向下扩展相对应,短时大暴雨发生前低空西南急流提前2小时左右开始有动量快速下传,当20m.s-1的急流中心下传到≤1km超低空,1.2～2.1km低空出现24m.s-1东南急流,有利于产生短时大暴雨;说明低空脉动及向地面扩展程度与短时强降水之间关系密切。低空急流到达测站上空不一定立即产生强降水,有时会滞后1～2个小时,强降水或强烈天气的发生都存在着一定的动量下传,引起低空扰动加强,同时低空急流的强度和伸展高度,以及动量下传的能量大小,都直接制约着强降水的强弱。低空急流指数增大的程度和降水量的强度呈正比关系,低空急流指数不仅可以说明低空急流的脉动以及向地面扩展程度与中小尺度的强降水存在密切的关系,同时对强降水的出现以及雨强的大小有一定的预示作用。     

Role of the Nocturnal Low-level Jet in the Formation of the Morning Precipitation Peak over the Dabie Mountains

The diurnal variation of precipitation over the Dabie Mountains(DBM) in eastern China during the 2013 mei-yu season is investigated with forecasts of a regional convection-permitting model. Simulated precipitation is verified against surface rain-gauge observations. The observed morning precipitation peak on the windward(relative to the prevailing synoptic-scale wind) side of the DBM is reproduced with good spatial and temporal accuracy. The interaction between the DBM and a nocturnal boundary layer low-level jet(BLJ) due to the inertial oscillation mechanism is shown to be responsible for this precipitation peak. The BLJ is aligned with the lower-level southwesterly synoptic-scale flow that carries abundant moisture.The BLJ core is established at around 0200 LST upwind of the mountains. It moves towards the DBM and reaches maximum intensity at about 70 km ahead of the mountains. When the BLJ impinges upon the windward side of the DBM in the early morning, mechanical lifting of moist air leads to condensation and subsequent precipitation.     

基于多普勒测风激光雷达的低空急流观测研究

基于相干多普勒测风激光雷达于2018年8月在山东德州获取的为期一个月的风廓线观测数据,进行了低空急流的判定、识别与统计分析。参考BONNER对低空急流的判定标准,对1 500 m高度以下的每10 min平均风廓线数据进行低空急流识别与统计,急流发生频率仅为3.6%。参考张世丰对低空急流的判定标准,统计了350 m高度以下10 min平均风廓线的低空急流风速、高度、风向及风切变等结构特征。急流发生频率为24.9%,急流速度主要介于6～10 m·s-1之间,急流高度出现3个峰值,分别位于110 m、160 m和220 m左右,急流风向主要为偏东风和偏南风。结果表明,多普勒激光雷达可以获取高时空分辨率的风廓线数据,进而可以有效检测低空急流结构的存在及其特征。     

Objective Analysis of Circulation Extremes During the 21 July 2012 Torrential Rain in Beijing

It has been reported that the heaviest rain event since 1951 hit Beijing on 21 July 2012 （henceforth referred to as the 721 case）.The frequency and extreme attributes of the large-scale circulation patterns observed during the 721 case are explored by using obliquely rotated T-mode principle component analysis （PCA） and reanalysis data from NCEP/NCAR.The occurrence frequency of the 721-type circulation during the summers of 1951-2012 is 10.9%,while the frequency of torrential rain under this type of circulation is 4.51%.Relative to other rainstorms with similar large-scale circulations during the study period,the 721 case is characterized by a more westward extension of the subtropical high over the western North Pacific,a stronger low-level jet in the lower troposphere over the south of Beijing,a larger amount of ambient precipitable water,and a stronger vertical wind shear over Beijing.Among the 621 days with the 721-type circulation during the study period,the 721 case ranks the 54th in terms of the 925-hPa low-level jet south of Beijing,the 209th in terms of the local vertical wind shear,and the 8th in terms of the local precipitable water.The 721 case is particularly extreme with respect to the 925-hPa low-level jet south of Beijing and local precipitable water.Cases with similar circulations and equal or greater values of the 925-hPa low-level jet south of Beijing and local precipitable water have occurred thrice during the summers of 1951-2012 （i.e.,once every 21 years）.     

Influence of Nocturnal Low-level Jets on Eddy-covariance Fluxes over a Tall Forest Canopy

Observations of low-level jets (LLJs) at the Howland AmeriFlux site in the USA and the jet’s impact on nocturnal turbulent exchange and scalar fluxes over a tall forest canopy are discussed. Low-frequency motions and turbulent bursts characterize moderately strong LLJs, whereas low-frequency motions are suppressed during periods with strong LLJs and enhanced shear. An analysis based on the shear-sheltering hypothesis seeks to elucidate the effect of LLJs on flux measurements. In the absence of shear sheltering, large eddies penetrate the roughness sublayer causing enhanced mixing while during periods with shear sheltering, mixing is reduced. In the absence of the latter, ‘upside-down’ eddies are primarily responsible for the enhanced velocity variances, scalar and momentum fluxes. The integral length scales over the canopy are greater than the canopy height. The variance spectra and cospectra from the wavelet analysis indicate that large eddies (spatial scale greater than the low-level jet height) interact with active canopy-scale turbulence, contributing to counter-gradient scalar fluxes.     

利用风廓线分析影响中山降水的低空急流特征

利用中山市风廓线资料,对2019年4-6月(前汛期)的对低空急流特征以及与降水关系进行分析,结果表明:(1)低空急流(3 km以下)的强度与面雨量、单站最大日雨量之间存在正相关性,其中4、6月相关性较好,低空急流风速较大,中山的降雨量相应较大,5月相关性不显著;大雨量级对应的低空急流平均风速值最大,无雨情况对应的平均风...     

1955—2014年华北地区低层气旋性风切变的变化趋势及成因

利用1955—2014年华北地区21站逐月降水观测资料、中国气象局国家气候中心环流指数资料和NCEP/NCAR再分析资料,统计分析近60 a华北地区低层气旋性风切变频次的变化趋势和突变、周期特征,并对其演变成因进行初步探讨。结果表明:近60 a来,华北地区低层气旋性风切变频次呈现显著减少趋势,风切变频次在1967年出现由多到少的明显突变,且在1955—1965年、1992—2000年间存在准3 a的振荡周期,而在1980—1992年间准4 a的振荡周期较显著,这与同期华北地区降水量的变化周期较吻合。华北地区低层气旋性风切变出现明显转折变化的原因主要是大气环流在前一年发生了较为显著的调整。     

Thermodynamics and Microphysical Characteristics of an Extreme Rainfall Event Under the Influence of a Low-level Jet over the South China Coast

In this paper, the data of Automatic Weather Stations (AWSs), ERA5 reanalysis, sounding, wind profile radar, and dual-polarization radar are used to study an extreme rainfall event in the south China Coast on 11 to 12 May 2022 from the aspects of thermodynamics and microphysical characteristics under the influence of low-level jets (LLJs). Results show that: (1) The extreme rainfall event can be divided into two stages: the first stage (S1) from 0000 to 0600 LST on May 12 and the second stage (S2) from 0700 to 1700 LST on the same day. During S1, the rainfall is mainly caused by the upper-level shortwave trough and the boundary layer jet (BLJ), characterized by strong upward motion on the windward side of mountains. In S2, the combined influence of the BLJ and synoptic-system-related low-level jet (SLLJ) increases the vertical wind shear and vertical vorticity, strengthening the rainstorm. In combination with the effect of topography, a warm and humid southwest flow continuously transports water vapor to farther north, resulting in a significant increase in rainfall over the study area (on the terrain’s windward slope). From S1 to S2, the altitude of a divergence center in the upper air decreases obviously. (2) The rainfalls in the two stages are both associated with the mesoscale convergence line (MCL) on the surface, and the wind field from the mesoscale outflow boundary (MOB) in S1 is in the same direction as the environmental winds. Due to a small area of convergence that is left behind the MOB, convection moves eastward quickly and causes a short duration of heavy rainfall. In S2, the convergence along the MOB is enhanced, which strengthens the rainfall and leads to strong outflows, further enhancing the surface convergence near the MOB and forming a positive feedback mechanism. It results in a slow motion of convection and a long duration of heavy rainfall. (3) In terms of microphysics, the center of a strong echo in S1 is higher than in S2. The warm-rain process of the oceanic type characterizes both stages, but the convective intensity in S2 is significantly stronger than that in S1, featuring bigger drop sizes and lower concentrations. It is mainly due to the strengthening of LLJs, which makes small cloud droplets lift to melting levels, enhancing the ice phase process (riming process), producing large amounts of graupel particles and enhancing the melting and collision processes as they fall, resulting in the increase of liquid water content (LWC) and the formation of large raindrops near the surface.     

乌鲁木齐市区低空风特征及其对空气污染的影响

利用2a乌鲁木齐对流层低层风场和3种大气污染资料,分析了乌鲁木齐低空风特征及其对空气污染的影响。     

郑州市气象因子对大气颗粒物浓度的影响研究

基于2015、2016年河南省环境监测中心站获取的郑州市9个监测点颗粒物浓度和逐日气象数据,对气象因素和颗粒物浓度相关性进行了研究。结果表明:郑州市大气颗粒物浓度受季节影响较强,总体呈现冬季高、夏季低的趋势。降水量与大气颗粒物浓度呈现明显的负相关。相对湿度的增高不利于PM_(2. 5)浓度的降低,而PM_(10)的浓度则随着相对湿度的增高有所降低。春夏秋三季的主要风向为东北偏东,当春季风为东南风和西风时,颗粒物浓度最低;当夏季风为东北偏东风时,颗粒物浓度最低;秋季吹东北风时,颗粒物浓度最低。冬季吹西北风(郑州冬季盛行风向)时,大气颗粒物质量浓度最低。     

2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析

利用FY-2C卫星红外辐射亮度温度(T_BB)资料、多普勒天气雷达资料、加密自动站资料、NECP再分析资料、常规观测资料对2009年7月7日发生在南京地区的一次短时大暴雨过程的中尺度特征进行分析,结果表明:在有利的天气尺度背景形势下,多个中尺度对流系统在南京地区合并,合并后的中尺度对流系统强度强,移速慢,造成了南京地区的强降水。这次短时暴雨的中尺度特征在云图T_BB资料上表现为对流云团合并后强度和范围显著增强,移速缓慢,T_BB梯度大值区在南京地区停留;在地面风场上体现为南移的中尺度辐合线与南京地区局地生成的中尺度辐合中心合并,使得地面风场辐合显著增强;在雷达回波上表现为,南京地区上空不断有对流单体并入形成大面积高效率降水回波,镶嵌其中的γ尺度对流单体沿着相同方向依次通过南京地区。分析中还发现,低空急流、低空切变线是这次短时暴雨天气过程的重要影响系统,利用多普勒雷达资料可以识别和分析它们的发展、变化特征,为短时暴雨的临近预报提供依据。     

复杂地形下雷暴增强过程的个例研究

本文基于多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）反演的对流层低层热力和动力场,并结合多种稠密观测资料,对北京地区2009年7月22日一次弱天气尺度强迫下雷暴在山区和平原增强的机理进行了较深入的分析。研究结果表明：雷暴过程受大尺度天气系统影响不明显,对流前期地面弱冷锋,是此次雷暴新生的触发机制,高层冷平流、低层偏南暖湿气流的稳定维持和对流不稳定能量的聚集是本次雷暴增强的必要条件。雷暴从河北北部移进北京西北山区后,在下山和到达平原地区时,经历了两次明显的发展增强阶段。雷暴第一阶段下山增强,地形强迫起着主要作用,具体表现在三个方面：（1）地形斜坡使得雷暴冷池出流下山加速与稳定维持的偏南气流形成了强的辐合区;（2）地形抬升使得偏南暖湿入流强烈地上升,从而加剧了对流的发展;（3）地形抬高了冷池出流高度,使得出流与近地面偏南气流构成随高度顺转的低层垂直风切变,低层暖空气之上有冷平流叠加,使得雷暴前方的动力和热力不稳定增强。雷暴第二阶段在平原地区再次增强的主要原因是：组织完好的雷暴到达平原地区后,其冷池与低层暖舌在城区（朝阳地区）的对峙,产生了强的扰动温度梯度;强的冷池出流与势力相当的偏南暖湿气流相互作用产生了强的辐合上升气流,并与下沉气流在较长时间内共存;冷池出流形成的负涡度与低层切变产生的正涡度达到近似平衡状态。运用RKW理论,三者导致雷暴前方低层的辐合抬升最强,最有利于雷暴的维持发展。     

干侵入对济南“7. 18”暴雨的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料对2007年7月18日发生在济南地区的短时大暴雨过程进行了详细的分析, 发现这次强降水过程是在高空槽和低空风切变的有利形势下产生的。济南附近最大干空气侵入出现在暴雨发生前1～2天, 干空气侵入有利于深厚干层的形成和维持, 而深厚干层的存在则有利于对流有效位能在中高层的产生、 积聚和释放, 从而导致强的对流上升运动, 为暴雨的产生提供了条件。济南以北地区干空气侵入现象在暴雨过程中一直存在, 主要有两种表现形式: 对流层顶附近向下的干空气侵入和对流层低层由北向南的干空气侵入。济南外的干侵入一方面有利于低层产生辐合、 高层产生辐散, 导致上升运动的发展, 另外一方面还对锋区的形成和移动具有重要作用。上述两方面表明干侵入在这次暴雨过程中起到了至关重要的作用。     

塔克拉玛干沙漠地面风场特征及周边地区沙丘排列关系分析

通过对1996~2000年17个气象站风资料的分析和计算, 结合高空环流形势分析, 对塔克拉玛干沙漠近地面风场特征进行了研究, 并对风场特征与周边地区沙丘排列方向之间的关系进行了分析。研究表明:①塔克拉玛干沙漠近地面风场特征是在高空西风带的背景下, 经过青藏高原、天山山脉的动力分支和抬升等作用下形成的。冬季, 尼雅河以东盛行偏东风, 以西盛行偏西风; 夏季, 克里雅河以西地区盛行偏西北风和西风, 以东盛行东北风。②从东到西, 东北风系影响逐渐减弱而西北风系影响逐渐加强; 南北方向变化较为复杂。③除若羌地区外, 塔克拉玛干沙漠输沙势都小于200 VU, 属于低能风环境, 且以单峰或锐双峰为主。在区域分布上, 沙漠东部及中部强度较大, 西部及南部较小。④沙丘排列方向主要由主、次输沙方向的夹角及二者的输沙比率决定, 其走向与最大输沙总量垂直。     

江苏省龙卷发生特征及其在年际尺度上与ENSO的关系研究

利用1976—2005年江苏省龙卷信息化资料和高分辨率再分析资料,对江苏省龙卷的发生特征以及ENSO事件对江苏省龙卷发生数的影响进行了分析。结果表明:(1)1976—2005年,江苏省龙卷发生数年际和年代际变化明显,空间分布不均匀:1990s龙卷发生数较多;盐城南部和南通沿海地区是龙卷较为多发的区域。(2)ENSO事件对江苏省龙卷的发生频率有重要影响:ENSO冷事件月份平均龙卷发生数多于暖事件月份;非ENSO事件月份平均龙卷发生数居中。(3)ENSO冷事件时西南低空急流发生频率明显增加,由于低空急流增强而引起的江苏省地区水汽供应、动力条件和不稳定能量的分布均有利于龙卷的发生,导致在ENSO冷事件情况下江苏省龙卷发生数偏多。     

2009.3.23东京成田机场坠机的气象条件分析与数值模拟

2009年3月23日美国联邦快递公司的一架飞机在东京成田机场坠毁,事故发生的原因与当时的气象条件密切相关。利用美国新一代非静力平衡中尺度数值预报模式(WRF V2.2)对该次过程进行数值模拟,着重分析事故发生前后各种物理量的水平分布和垂直配置,并诊断分析了该时段内位温平流的分布特征。结果表明,强风发生在位温平流梯度区。强冷空气影响下形成的低空水平风的垂直切变、低层强下沉速度引起的侧风切变和地面强风是造成此次事故的主要气象原因。     

北极低空急流和低层逆温特征观测分析

利用北冰洋冰表面热量平衡计划1997年10月中旬至1998年10月上旬的探空气球探测结果,分析了北极地区近地层逆温和低空急流特征.结果表明,96％的观测时次(11:15和23:15,协调世界时)出现近地层逆温,其中22％的逆温为贴地逆温,70％的逆温厚度在250～850 m之间,冬半年贴地逆温发生频率、逆温层厚度和逆温层内的温度变化都明显要大于夏半年.全年间低空急流出现频率为41％,平均高度为520 m,最大频率出现在150 m附近,70％的急流出现在600m高度以下.急流平均风速为10.6m·s-1,风速在4～13 m·s-1范围内的急流约占总数的75％,东和东南方向为全年急流的主导风向.根据对急流核和地面风速之间转换角分布的分析,惯性震荡可能是北极低空急流的主要成因.     

北京地区大气PM10和SO2的背景浓度分析

用 2 0 0 0年 1、 4、 7、 1 0月北京地区 5个测站的逐时环境监测资料 ,同期 2 0个测点的逐时气象观测数据 ,结合风场诊断和随机游走扩散模拟方法 ,分析北京城区污染物的输送扩散作用对郊外清洁对照点 (定陵站 )浓度监测结果的影响 ,并初步推断这一地区大气可吸入颗粒物 (PM1 0 )和二氧化硫 (SO2 )的背景浓度。结果表明 ,清洁对照点定陵站受北京城区大气污染物的影响显著。去除这种影响并经进一步的概率分析 ,获得本地区SO2 的背景浓度估计值在冬季 ( 1月 )约为 0 0 4 4mgm- 3 以下 ,其他各季约为 0 0 0 8mgm- 3;PM1 0在冬春夏季 ( 1、 4、 7月 )的背景浓度估计值约为 0 0 3～ 0 0 4mgm- 3,秋季( 1 0月 )约为 0 0 1～ 0 0 2mgm- 3。     

春季沙尘天气对内蒙古相关城市颗粒物污染影响研究

沙尘天气是造成我国北方春季区域性沙尘型重污染的主要原因,然而目前对此研究并不多见。因此,本文利用中国环保网2014年1月1日-2016年12月31日内蒙古11个城市环境监测站的颗粒物浓度的逐日和逐时资料,首先分析近3年该地区颗粒物污染浓度的年变化特征,然后对比这3年沙尘天气发生的次数及时段,探究颗粒物污染的年变化特征及其与沙尘天气之关系。统计结果表明,近3年春季内蒙古沙尘天气的发生次数是逐年增加的,中西部是沙尘天气频发区,与之相对应,西部颗粒物浓度的年变化高于东部,且造成内蒙古主要城市PM10浓度春季出现全年的最高值,表明沙尘天气频繁发生对当地粗颗粒物污染有显著的影响。对比内蒙古全年3个时间段的PM10浓度值,其排序是：春季沙尘期间＞春季非沙尘期间＞其他季节;即春季沙尘期间PM10浓度比非沙尘期间高69%,比其他季节高101%。有所不同的是,3个时间段平均PM2.5浓度排序则为：春季沙尘期间＞其他季节＞春季非沙尘期间;春季沙尘期间PM2.5的平均浓度比其他季节高16%,比春季非沙尘期间高29%;可见,春季沙尘天气对相关城市PM10浓度的影响明显大于对PM2.5浓度的影响。最后对内蒙古地区典型沙尘暴和扬沙个例进行细致研究, 发现沙尘暴个例中PM10浓度的增加倍数在2.3~15.1之间,而扬沙过程PM10浓度的增加倍数在0.8~5.6之间,两者相比可看出,沙尘暴过程对颗粒物污染的影响显著大于扬沙过程。