2010年秋季一次海南东海岸特大暴雨的中尺度分析

综合利用NCEP再分析资料、地面加密观测、多普勒雷达观测和卫星观测等常规和非常规资料,对2010年10月5日海南琼海特大暴雨过程的天气背景、环境场特征以及中尺度云团的活动特征进行分析。这次过程发生时热带辐合带(ITCZ)异常活跃,热带低压在海南岛附近活动,为此次特大暴雨的发生提供了有利的环流背景,偏东气流在海南岛的东岸特殊地形的影响下形成中尺度切变线。切变线上有中尺度对流系统自南向北移近琼海,并发展加强。采用WRF模式的精细模拟结果,进一步研究了造成琼海特大暴雨的中尺度对流系统形成和维持的主要原因。结果表明,在海南岛东岸稳定维持的β中尺度对流带及其上活跃的对流系统是造成特大暴雨的直接影响系统。新的对流系统不断地沿对流带尾部生成,并沿对流带自南向北移动发展可能是造成琼海地区强降水持续的直接原因。该模拟阶段雨强的发展加强,伴随着偏东风急流的发展和北抬。急流的扰动不仅增强垂直风切变,还通过倾斜项的作用将水平涡度转化为垂直涡度,同时,在海南岛中尺度地形的抬升和阻滞下,并有水平平流及热力条件的配合,使对流在迎风坡的上游发展加强,造成此次特大暴雨。      

两次由热带气旋登陆粤中北行诱发的重大暴雨过程分析

１９９５年８月广西地区在９５０４、９５０５两强热带风暴登陆粤东地区以后，受与其活动相关的涡旋云团接连影响，造成了罕见的次生低涡重大暴雨天气过程（简称９５０４、９５０５过程，下同）。从天气学特征分析，两者既有许多相似之处，也有很大的差别。其一为热带辐合带内扰动西移影响，另一次则是高原东南部由极锋锋区扰动而产生的“类西南涡过程”。经过综合分析，可以认为热带气旋登陆后，其伴随着辐合带内扰动云团的强烈发展及不断西移，是桂南局地出现特大暴雨的重要原因，这要在暴雨分析中引起特别注意。     

两次由热带气旋登陆粤中北行诱发的重大暴雨过程分析

１９９５年８月广西地区在９５０４、９５０５两强热带风暴登陆粤东地区以后，受与其活动相关的涡旋云团接连影响，造成了罕见的次生低涡重大暴雨天气过程（简称９５０４、９５０５过程，下同）。从天气学特征分析，两者既有许多相似之处，也有很大的差别，其一为热带辐合带内扰动西移影响，另一次则是高原东南部由极锋锋区扰动而产生的“类西南涡过程”。经过综合分析，可以认为热带气旋登陆后，后伴随着辐合带内扰动云团的强烈发展     

2002-07-04子长特大暴雨中尺度分析

对陕北子长一次特大暴雨的中-β尺度对流云团分析得出:云顶亮温较一般暴雨云团偏低,有2个单体在对流尺度内相互作用,一侧单体增伏变化为暴雨云团形成提供了有利抬升机制、水汽资源和能量,为强对流单体形成暴雨云团提供了发展条件。另外,大尺度环流长波槽后部弱上升气流是暴雨发生的大尺度背景场。对流中低层干空气的侵入是特大暴雨形成的重要特征之一。     

2018年吉林省一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测数据、吉林省加密自动站观测数据、NCEP的1°×1°再分析资料和卫星云顶亮温数据,对2018年8月13—15日吉林省一次暴雨过程成因进行分析。结果表明:“三带”(西风带、副热带和热带环流)是暴雨产生的大尺度环流背景。大气整层水汽通量显示副热带高压外围的西南气流与远距离台风外围东南气流共同为暴雨输送充沛的水汽。降水有两个主要阶段,大气层结特征均为高层有正值位涡扰动并沿假相当位温锋区下滑,大气层结不稳定,水汽充沛,不稳定能量较大。降水第二阶段水汽输送、动热力条件、不稳定能量均小于第一阶段。云图表现特征为中尺度对流辐合体和中尺度对流云团,中尺度对流辐合体云团发展旺盛时,低层呈现气旋式涡度、中尺度辐合,高层呈反气旋式涡度、中尺度辐散。925 hPa低空切变线和地面辐合线是暴雨发生的中尺度触发条件。     

前汛期防城港一次弱环境风场条件下产生暴雨原因分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和FY-2E卫星云图资料对前汛期防城港一次弱环境风场条件下产生暴雨的环流形势和物理量进行诊断分析,结果表明:(1)地面弱冷锋南下为对流提供能量触发条件;对流层中低层均有切变存在,系统较深厚,为对流抬升提供了动力条件;华北槽东移的过程中形成流场的奇异线,孟加拉湾地区低槽的存在,为暴雨提供有力的水汽和动量条件;(2)前汛期尽管环境风场很弱,但只要湿层较厚,一旦具备有一定的动力触发机制,并配合有热带云团就可能出现大范围强降水;(3)热带云团是否爆发东移影响是预报的难点,假相当位温在一定程度上可以反映热带云团的演变情况;(4)弱冷空气南下,有利于触发热带云团对流发展,进一步加强降雨。     

9608台风低压外围暴雨中尺度分析

１９９６年８月３－５日河北特大暴雨在叶风低压外围停滞的中α－云团产生的、中－α云团在三支气流汇合和共同作用下发生发展;（１）低层偏东风干冷气流,（２）中低层南风暖湿急流,（３）副热带高空急流,中－α云团内的中尺度扰动现象明显。其中有中－β东风切变线扰动先后出现３次以上;中－β低压先后出现２个以上。中－β系统均伴随强雨团活动。雨团在石家庄西部山区停工达１４小时,３６小时雨量达到６７０ｍｍ,暴雨中心出     

2008年“7.1”鄂东北特大暴雨过程的中尺度分析

利用常规气象资料、新一代雷达和卫星云图资料等,分析了2008年7月1日鄂东北特大暴雨过程中尺度扰动系统的发生发展、暴雨中尺度对流系统（MCS）结构特征以及地形对中尺度系统的影响。结果表明,鄂东北暴雨与中尺度气旋的发生发展关系密切,红安等地特大暴雨就是中尺度气旋波冷切变上激发的多个β中尺度对流系统相继东移产生的;中尺度气旋形成于黄淮锋面气旋波发展阶段,雷达反射率因子形态、结构特征较好地反映了该中尺度气旋波发展过程;对流易在红安西侧加强,同冷空气沿大别山和桐柏山之间南下与天气尺度西南气流交汇形成局地中尺度辐合线有关;红外云图上特大暴雨MCS形态为指状云团,由不同生命史阶段的子云团构成,是产生持续性强降水的云团的显著特征。     

海南岛秋季非热带气旋暴雨特性分析及预报

对海南岛秋季非热带气旋暴雨特性的分析发现： 暴雨的发生、维持和消失主要与大陆冷高、南海低值系统、热带云团活动密切相关,暴雨一般与华南沿海的低空偏东风急流相伴。Ｔ１０６ 流场预报为低空急流的生消预报提供了一个客观依据, 文章还对Ｔ１０６ 多个物理量场作了误差分析     

梅雨静止锋积云群整体属性的诊断研究

本文利用积云群整体诊断模式，对一次梅雨静止锋暴雨过程的积云对流活动进行研究，计算了质量通量、云内温度、比湿、液态水等积云属性，讨论了云中凝结蒸发过程以及对流能量输送特征。结果表明，梅雨积云质量通量比热带扰动大，但积云的发展高度不及热带深厚对流；积云群的降水效率约为50％；潜热在对流能量铅直输送中占显著地位，其量值远大于热带扰动中的对流活动。     

青奥开幕式期间南京地区浅层对流成因及逆向移动特征分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、多普勒雷达资料及NCEP 1°×1°再分析资料,针对第二届青年奥运会开幕式期间形成发展于对流层低层偏东气流中的对流引发南京局地短时强降水天气进行了分析,探讨了低层偏东气流中浅层弱对流的形成机制、降水期间伴随在降水云系中逆向移动的两类对流单体的雷达特征和移动原因。结果表明,降水期间,南京上空对流层低层维持偏东风,中层以上则为西南风,两者之间的过渡区对应一干层,该干层由对流层中层的一支偏北气流携至的干空气形成,叠置于对流层低层较浅薄偏东暖湿气流之上,促进了对流层中低层对流不稳定层结的发展。地面风场扰动形成的局地辐合及地面非锋性斜压带激发了对流层低层偏东气流中对流的形成。镶嵌于降水回波中逆向移动的两类对流单体结构差异明显,两类对流单体质心高度、垂直伸展厚度与所在高度层中所盛行的背景风场决定了对流单体的传播与移动。     

Kinematics, cloud microphysics and spatial structures of tropical cloud clusters: A two-dimensional cloud-resolving modeling study

Kinematics, cloud microphysics and spatial structures of tropical cloud clusters are investigated using hourly outputs from a two-dimensional cloud-resolving model simulation. The model is forced by the large-scale vertical velocity, zonal wind and horizontal advections obtained from Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean–Atmosphere Response Experiment (TOGA COARE). A period of 1600–2300 LST 21 December 1992 is selected for this study when the zonal-mean westerly winds in the lower troposphere intensify while the zonal-mean easterly winds above weaken. Under the vertical-shear environment, there are a westward-propagating cloud cluster, a newly-formed cloud cluster, and four eastward-moving cloud clusters. Two weak eastward-moving cloud clusters merge into strong westward-moving cloud clusters. Merged clouds display notable growth in the eastern edge, indicating that merging processes enhance convection. The development of the new cloud at the western edge of the existing cloud cluster before merging may account for the westward propagation of cloud cluster group, while the advection of the maximum total hydrometeor mixing ratio by the westerly winds after merging may cause the eastward propagation of individual cloud clusters.     

Dissipation process of summer tropical easterly waves in Western North Pacific

Tropical easterly waves are common features in the trade wind zones and they are important sources of tropical cyclogenesis. Despite numerous studies have analyzed the genesis and maintenance of easterly waves in the Western North Pacific, few had examined their dissipation processes. Focusing on tropical easterly waves during May-September of 1979–2017, this study shows that most of the easterly waves (∼70 %) eventually dissipate when encountering the monsoon trough and associated westerlies, while 22 % were carried northward by the monsoonal southwesterly flows and became recurving disturbances. Less than 10 % of easterly waves propagate across the South China Sea against the prevailing monsoon westerlies and into the Indochina peninsula. The vorticity budget analysis illustrates that total vortex stretching in the lower troposphere is the key factor in propelling the small number of easterly waves westward, suggesting that stronger and more convectively active easterly waves tend to move further into the developed monsoon trough. This echoes the previous observation that tropical disturbances alone have a limited probability in developing into a typhoon, for those disturbances or easterly waves almost always need to interact with the monsoon trough or a monsoon gyre, as well as other intraseasonal features to sustain the organized convection and rotation.     

一种对资源不稳定性敏感的EASY-backfill算法

利用合成技术对1995—2006年冬季（11月—次年2月）生成在西北太平洋上的34个热带气旋（tropicalcyclone,TC）个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明：冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为＂热带低压型扰动＂,为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

西北地区退耕还林对区域气候的影响

利用NCEP再分析资料对2009年3月20日夜至21日凌晨豫北强对流天气过程进行了分析,结果表明：①导致这次强对流天气发生的湿位涡场分布特征为,对流层低层MPV1〉0,同时MPV2〈0;强对流发生时,对流高层表现为MPV1〉0,同时MPV2〈0,即高低层均为异常的湿对流稳定区。②强对流的发生发展与湿位涡的时空演变有着很好的对应关系,对流层高低层湿位涡“正负区垂直叠加”的配置是强对流天气发展的有利形势。这次强对流天气发生在低层湿位涡正压项等值线密集的零线附近以及大于零的区域和湿位涡斜压项的负值区,同时高层为湿位涡正压项等值线密集正值区域和湿位涡斜压项的负值区。③中低层急流和地面东路冷空气入侵高温高湿不稳定区是形成这次强对流天气的主要原因,中尺度对流云团是造成此次强对流天气的直接影响系统,且强对流发生前,近地面存在逆温层。     

庆阳市一次局地冰雹天气分析

利用常规气象资料和多普勒雷达资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征3方面分析了2006年8月2日庆阳市局地强降雹的天气过程。结果表明：此次降雹过程在500hPa高空环流形势场上呈典型的西北气流型,低层辐合、高层辐散,对流层中层正涡度区的耦合激发低层上升运动加强,有利于本地水汽向上输送;河套北部短波槽促使冷空气动力下传是这次局地强对流天气最主要的动力触发机制;从雷达回波的演变来看此次降雹并非是典型的冰雹云回波特征,而是由飑线造成的对流云相互碰并增强后产生的冰雹;同时卫星云图上云顶亮温的变化与对流云团的发展也有着很好的对应关系,单个云团的合并有利于能量的集中和加强,易于产生冰雹。     

深对流云输送对于对流层O3、NOx在分析的作用

利用一个冰雹云模式与云化学输送模块耦合而成的三维对流云化学／输送模式, 研究对流云对重要的大气污染物臭氧 （Ｏ３）、氮氧化物 （ＮＯｘ, 包括ＮＯ 和ＮＯ２） 的输送作用。模式较好地体现了一个单体积云的发展过程及其特征。云化学／输送模式的结果表明, 云内强烈的垂直输送能在３０ ｍ ｉｎ 左右, 把低层低体积分数的Ｏ３和高体积分数的ＮＯ２快速、有效地输送到对流层的上部, 造成化学物种的再分布。而在云顶附近, 由于对流穿透了对流层的顶部,造成了上层高体积分数Ｏ３的向下侵入,说明云的对流活动除了能把边界层内的污染物向上输送, 其夹卷作用还可以造成平流层和对流层化学物质的交换。     

A Case Study on MJO Energy Transport Path in a Local Multi-scale Interaction Framework

A new local kinetic energy (KE) budget for the Madden-Julian Oscillation (MJO) is constructed in a multi-scale framework. This energy budget framework allows us to analyze the local energy conversion processes of the MJO with the high-frequency disturbances and the low-frequency background state. The KE budget analysis is applied to a pronounced MJO event during the DYNAMO field campaign to investigate the KE transport path of the MJO. The work done by the pressure gradient force and the conversion of available potential energy at the MJO scale are the two dominant processes that affect the MJO KE tendency. The MJO winds transport MJO KE into the MJO convection region in the lower troposphere while it is transported away from the MJO convection region in the upper troposphere. The energy cascade process is relatively weak, but the interaction between high-frequency disturbances and the MJO plays an important role in maintaining the high-frequency disturbances within the MJO convection. The MJO KE mainly converts to interaction KE between MJO and high-frequency disturbances over the area where the MJO zonal wind is strong. This interaction KE over the MJO convection region is enhanced through its flux convergence and further transport KE to the high-frequency disturbances. This process is conducive to maintaining the MJO convection. This study highlights the importance of KE interaction between the MJO and the high-frequency disturbances in maintaining the MJO convection.     

陕西一次持续性强对流天气过程的成因分析

利用常规资料、地面加密资料、TBB和NCEP再分析等资料,对2006年6月23—25日陕西一次持续性的强对流天气过程进行了天气动力学诊断和中尺度特征分析。结果表明：（1）这次持续性的强对流天气发生在蒙古冷涡的大尺度环流背景下,从冷涡底部分裂的下滑冷槽是强对流天气的影响系统;中高层冷槽和低层暖温度脊、湿舌的上下叠置,有利于对流不稳定的建立和发展。（2）对流层低层850 hPa附近的逆温层所形成的干暖盖,更有利于深厚对流活动的发生;大气温度直减率越大越有利于雷暴大风的发生,对流有效位能（CAPE）和垂直风切变的大小与对流性天气的强弱有很好的对应关系。（3）23和24日的强对流天气是由生命史达6小时左右的β中尺度雹暴云团造成,而25日的剧烈天气是由生命史达10小时左右的α中尺度飑线云团造成。（4）地面辐合线或干线是触发强对流天气的因子之一,对流单体一般生成于地面辐合线附近,在地面辐合线与干线结合处易于对流单体或云团的新生和发展。     

Quantifying contributions of climate feedbacks to tropospheric warming in the NCAR CCSM3.0

In this study, a coupled atmosphere-surface “climate feedback-response analysis method” (CFRAM) was applied to the slab ocean model version of the NCAR CCSM3.0 to understand the tropospheric warming due to a doubling of CO₂ concentration through quantifying the contributions of each climate feedback process. It is shown that the tropospheric warming displays distinct meridional and vertical patterns that are in a good agreement with the multi-model mean projection from the IPCC AR4. In the tropics, the warming in the upper troposphere is stronger than in the lower troposphere, leading to a decrease in temperature lapse rate, whereas in high latitudes the opposite it true. In terms of meridional contrast, the lower tropospheric warming in the tropics is weaker than that in high latitudes, resulting in a weakened meridional temperature gradient. In the upper troposphere the meridional temperature gradient is enhanced due to much stronger warming in the tropics than in high latitudes. Using the CFRAM method, we analyzed both radiative feedbacks, which have been emphasized in previous climate feedback analysis, and non-radiative feedbacks. It is shown that non-radiative (radiative) feedbacks are the major contributors to the temperature lapse rate decrease (increase) in the tropical (polar) region. Atmospheric convection is the leading contributor to temperature lapse rate decrease in the tropics. The cloud feedback also has non-negligible contributions. In the polar region, water vapor feedback is the main contributor to the temperature lapse rate increase, followed by albedo feedback and CO₂ forcing. The decrease of meridional temperature gradient in the lower troposphere is mainly due to strong cooling from convection and cloud feedback in the tropics and the strong warming from albedo feedback in the polar region. The strengthening of meridional temperature gradient in the upper troposphere can be attributed to the warming associated with convection and cloud feedback in the tropics. Since convection is the leading contributor to the warming differences between tropical lower and upper troposphere, and between the tropical and polar regions, this study indicates that tropical convection plays a critical role in determining the climate sensitivity. In addition, the CFRAM analysis shows that convective process and water vapor feedback are the two major contributors to the tropical upper troposphere temperature change, indicating that the excessive upper tropospheric warming in the IPCC AR4 models may be due to overestimated warming from convective process or underestimated cooling due to water vapor feedback.