梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究若干进展

梅雨锋暴雨中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,对其结构特征、活动规律及其发生发展的物理机制的深入研究,对提高梅雨锋暴雨的预报能力有重大意义。近年来对梅雨锋暴雨中尺度对流系统的研究取得了很大进展,文章对梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究的若干进展作了简要综述,包括梅雨锋暴雨云系多尺度结构、梅雨锋暴雨的β和γ中尺度系统发生发展的环境条件和结构、云微物理分布和转化特征及其对热力动力过程反馈等方面,并对有关问题进行讨论。     

梅雨锋云系中尺度系统回波结构及其与暴雨的关系

梅雨锋云系中中尺度回波带主要有对流带和混合带二种类型,中尺度回波团一般为混合型回波。对流云回波带在初生、成熟和消散三个不同的演变阶段结构特征不同,下垫面对回波带的演变有一定的影响。中尺度系统能够产生高强度降水,多个中尺度系统相继通过一地或中尺度系统与对流回波群的汇集可以造成梅雨期的局地性暴雨和大暴雨。产生暴雨的中尺度系统常具有混合型回波结构,它们降水强度大,对降水的贡献也大。     

梅雨锋前线状中尺度对流系统成熟阶段的空气垂直运动分析

2007年7月8日清晨,中尺度对流系统(MCS)沿着梅雨锋南缘准东西向切变线形成和发展,造成了淮河流域特大暴雨。本文综合分析高分辨率的雷达回波和地面观测资料,较严格验证了1.1 km分辨率的数值模拟结果,进而研究了模拟的MCS成熟阶段的深对流(DC)和层云降水区域(RST)空气垂直运动(w)及其预报方程倾向项的分布。DC区域内以强空气上升运动为主,最强上升运动在对流层中层(~6 km),在低层(<1.5 km)空气上升和下沉运动并存;RST区域中高层弱上升、低层(4～5 km以下)弱下沉。w预报方程各项中,空气扰动密度浮力项(B1)、扰动气压梯度力项(PGA)和水凝物拖曳项(B2)起着主要作用。在DC区域,低层(1.5 km以下)B1项有助于高?se空气上升和低?se空气下沉,PGA有助于空气上升运动,即热力和动力作用共同影响着新的对流的形成;2～10 km高度,水物质的相变造成的热力作用支持着DC区域内强烈的上升运动;云顶附近B1为负、PGA为正,这可能是因为空气弱的上升运动导致绝热冷却和长波辐射的冷却作用。与DC区域相比,RST区域内各项的强度比较弱,在~5 km高度以下,雨滴蒸发冷却作用是导致空气下沉运动的最重要的因子;5～12 km高度,从DC区域卷出到RST区域的暖湿空气及凝华所释放的潜热是造成正的浮力作用(B1>0)的主要原因;云顶附近则与DC的情况类似。      

台湾地区中尺度试验期间梅雨锋及其对流云团的研究

本文对台湾地区中尺度试验(TAMEX)中的两次IOP(加密观测期)过程进行了诊断研究,结果表明: (1)1987年5月13日至17日,台湾地区的对流系统活跃.究其原因,主要系两次锋面过境所致.这两条锋面的温度梯度比长江流域一般的梅雨锋要强.梅雨锋上的对流云团与降水直接有关. (2)高空东移短波槽与梅雨锋的有利配合,是造成台湾地区出现较大降水的重要原因、IOP2有高空短波槽配合,因而降水比IOP1大、槽与锋面的配合,使对流层中低层正涡度区加强,这与华南前汛期暴雨的特征有某些相似之处。 (3)由每小时一次的GMS卫星云图上发现,在此期间台湾地区发展的对流云团与大陆的系统联系密切.此外,NCAR飞机落仪探测资料表明,与环境相比,云团内部有较深厚的湿层;时空加密探空资料的计算结果显示,700hPa以下的水汽主要来自水平方向的辐合,而在高层主要来自垂直输送.对于活跃的云团而言,上述特征更加明显.     

2007年梅雨锋降水的大尺度特征分析

2007年6-7月在华南、长江中下游以及淮河流域先后出现东西走向静止锋暴雨,引起粤东和淮河流域洪涝灾害.分析了这3个地区静止锋暴雨的动力学、热力学结构的异同点.2007年7月引起淮河洪涝的主要强降水是7月8-9日的暴雨,分析了引起这场强暴雨的大气环流特征以及梅雨锋深厚的锋生过程和气旋生成过程.主要结论为:(1)华南前汛期降水、长江梅雨期降水以及淮河强降水出现时东西向静止锋在动力学和热力学的结构相同,可通称为"梅雨锋".(2)2007年淮河静止锋暴雨的出现,是由于中国东部上空有深厚高空槽发展,诱导梅雨锋上气旋生成过程和深厚的锋生过程.气旋生成过程和锋生过程使梅雨锋上出现强烈的上升运动,形成了致洪暴雨.     

梅雨锋暴雨区内中尺度雨带的分布及其演变

本文通过对1983年6日24日南京地区的一次梅雨锋暴雨过程的雷达回波、地面降水以及探空资料的综合分析,详细讨论了梅雨锋暴雨区内中尺度雨带的分布及其形成和演变过程。结果表明,发展成熟的中尺度雨带,往往能造成较大面积的强降水。     

INTERACTION BETWEEN TROPICAL CYCLONE AND MEIYU FRONT

Generally speaking,the convection activities are inactive over western Pacific warm pool andtropical cyclone(TC)activity seldom occurs over the offshore of East Asia during the period ofMeiyu rainfall.However,if a TC is active in this area,the Meiyu rainfall will often weaken or endup.Based on a statistical study with the data from 1980 to 1995,it is found that about 91% of 23TC activities affected the intensity of Meiyu rainfall,and 50% of the end-up of Meiyu events wererelated to the active TCs and the change of subtropical high.The present paper simulates the effectof TC on Meiyu circulation by using MM4 model,and the results agree with the observations.From the point of view of vapor and energy transport,the landing of TC cuts not only thetransport of the water vapor to Changjiang-Huaihe River basin from the Bay of Bengal but also theconversion of the mean flow energy to the Meiyu circulation because of the TC forcing to the zonalcirculation.These two effects make the convection and perturbation existing in Meiyu region lackthe supply of the vapor and energy for their maintenance and lead to the end of Meiyu rainfall.     

梅雨异常与季风区大尺度环流异常的探讨

利用1973—1979年热带地区 u、v 格点资料和1980—1986、1991等年 ECMWF 资料,着重对亚洲季风区大尺度环流系统变异与梅雨异常进行了探讨.结果指出:1.孟加拉湾南部海域越赤道偏南气流的存在和强弱变化是判断梅雨季是否出现异常旱涝的关键.2.梅雨季内出现区域性的持续性暴雨时,赤道附近的纬向环流将发生个一次大调整.3.中国南方夏季风活跃程度,对判断该年梅雨异常旱涝有一定指示意义.     

热带气旋与中纬度环流系统相互作用的研究进展

热带气旋在热带洋面生成后大多向极移动，其结构、强度、移动路径及风雨等均受中纬度环流系统及地形的影响，同时，热带气旋携带的大量水汽和热带扰动能量向中纬度的输送，有利于激发和增强中纬度环流系统的发展，产生严重的灾害性天气。近年来，热带气旋与中纬度环流系统的相互作用已成为国际台风界的研究焦点之一。简要概述了该领域的研究进展，旨在为进一步探讨其相互作用机制及寻找业务转化途径，最终提高热带气旋及中纬度转折性的灾害性天气预报精度奠定基础。     

在准两年尺度上ENS0与亚洲季风相互作用的研究

对ENSO过程中的准两年振荡进行了诊断分析，并在此基础上分析了ENSO与亚洲季风的相互作用，结果表明：在准两年尺度上亚洲季风对ENSO循环有着十分明显的影响，这种影响主要通过亚洲季风爆发南下到热带西太平洋，激发出那里的强对流，进而影响到ENSO循环，这种现象不仅仅反映在准两年模态中，在实际亚洲冬季风的年限变化中也较突出。     

中纬度地形影响大尺度运动简化方程及其物理过程的初步分析

将σ-坐标的运动方程组进行尺度分析,考虑水平尺度为103公里的系统,得到一组封闭的简化方程组。在涡度方程中,凸起的地形脊对流场的影响和一固定的气旋式流场相当;在热力学方程中和一固定的高温区相当。因此,引入了地形相当涡度和地形相当温度的概念来近似表示这种影响。当把运动分解为平流变化和调整变化的相互作用来考察,并且平均气流和切变气流均为西风时,调整变化所造成的垂直运动和边界条件的强迫作用相反,有利于保持大尺度运动的准水平性。但在某些特殊条件下,调整变化可和边界的强迫作用相一致,可进一步加强边界条件的影响。     

STUDY ON THE AIR-SEA INTERACTION ON THE INTERANNUAL TIME SCALE IN THE SOUTH CHINA SEA

In this paper we document the correlationship between sea surface temperature (SST) and lowlevel-winds such as sea level wind and 850 hPa wind in the South China Sea (SCS) based onCOADS (1958—1987) and ECMWF objective analysis data (1973—1986).Further statisticalanalyses tell us that there is a fixed SCS basin mode for variations both of SST and low-level windsin the region on the interannual time scale due to air-sea interactions.A simplified,coupled model that is designed following the McCreary and Anderson's (1985)model and includes the feedback between the upper ocean and the circulation of East Asianmonsoon demonstrates an interannual oscillation in the coupled air-sea system,which is similar tothe observations in the SCS.     

陆地生态系统与全球变化相互作用的研究进展

全球变化及其对生态系统特别是陆地生态系统的影响已经严重地影响到人类生存环境与社会经济的可持续发展 ,引起了各国政府、科学家及公众的高度关注。文中从CO2 浓度倍增、温度变化、水分变化、水热与CO2 协同作用、辐射变化、臭氧变化以及人为干扰等气候环境变化对植物光合生理、生长发育、物质分配、水分利用、碳氮代谢等的影响方面阐述了全球变化影响生态系统的过程与机理 ;从地理分布范围、物候、结构与功能、生态系统的稳定性等方面分析了中国植被、森林生态系统、草原生态系统与农田生态系统对全球变化的响应 ;从植被变化引起的动力条件与热力条件的变化及植被固碳潜力的变化探讨了植被对于气候的反馈作用。在此基础上 ,基于当前全球变化研究前沿 ,提出了未来关于陆地生态系统与全球变化相互作用研究需要重视的方面 ,尤其是关于生态系统对全球变化响应的阈值研究应引起高度重视。     

局地环流与大气边界层湍流相互作用的数值研究

本文建立了一个二维定常大气中尺度数值模式，并用该模式讨论了由下垫面粗糙分布非均匀（局地动力强迫）和温度分布非均匀（局地热力强迫）而产生的局地大气环流与大气边界层湍流的相互作用。结果指出：下垫面存在温度分布非均匀时运动方程中的湍流交换项与水平气压梯项一样可促使局地热力环境的形成，由粗糙度分布非均匀强迫产生的局地环流与由下垫面温度分布非均匀强迫产和的局地热力环流间的非线笥相互作用是通过湍流交换实现的。     

2002年6月20～24日梅雨锋中尺度对流系统发生发展分析

利用“973”中国暴雨试验获得的加密观测资料 ,首先对 2 0 0 2年 6月 2 0～ 2 4日发生在长江中下游地区的中尺度对流系统发生发展进行了分析 ,有 7个尺度较大的α中尺度对流系统在长江中下游地区发展 ,造成了大范围的强降雨。然后针对安徽南部发生的中尺度对流系统发生发展过程进行了详细分析 :MCS生成于切变线南侧的西南暖湿气流中 ,其源地是大别山区和大别山与九华山之间的长江河谷地带 ;低层西南风的水汽输送是安徽南部对流不稳定和对流有效位能积聚的主要原因 ;在降雨发生前整层可降水量有明显增加 ,开始降雨后则逐渐减小。雷达探测的回波显示α中尺度对流系统中有 β和γ中尺度系统的活动 ,β和γ中尺度系统与整个中尺度对流系统的移动方向不一致 ;中尺度对流系统中的带状回波有地面中尺度辐合线配合 ,对流带随地面的中尺度辐合线移动 ,对流带中的对流单体沿辐合带移动。     

一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。