青藏高原低涡活动的统计研究

利用1980-2004年5～9月逐日08时、20时(北京时,下同)两个时次的500 hPa天气图资料,统计分析了夏季青藏高原低涡(简称高原低涡)的活动特征.结果表明:夏季高原低涡的发生频次具有明显的年代际、年际和季节内变化特征,20世纪90年代以后低涡出现频次较之80年代有下降趋势,7月份是夏季高原低涡的活跃期;青藏高原上产生低涡的四个源地分别为:申扎-改则之间、那曲东北部地区、德格东北部和松潘附近;移出青藏高原的高原低涡在青藏高原上主要有四个涡源:那曲东北部、曲麻莱地区、德格附近和玛沁附近,也存在季节内变化,与青藏高原上产生低涡的涡源不同;部分高原低涡形成后,能在高原上生存36 h以上并发展东移,移动路径主要有东北、东南和向东三条,其中向东北移动的低涡数量最多;而低涡移出青藏高原后的路径与在高原上的移动路径并不相同,移出高原后的低涡多数是向东移动的,其次才向东北、东南移动;高原低涡移出高原时主要有两条路径:一条为东北路径,主要移向河西、宁夏和黄土高原一带;另一条是东南路径,主要移向四川盆地附近,其中,移向黄土高原的低涡最多;移出低涡也表现出一定的年际变化和季节内变化特征;高原低涡移出青藏高原后,多数在12 h内减弱消亡,有些可持续60 h,极少数能存活100 h以上,最长可达192 h,不仅影响我国东部广大地区的降水,甚至可能影响朝鲜半岛和日本;高原低涡在青藏高原上初生时,暖性涡比斜压涡多近两倍,而移出青藏高原后12 h内的低涡性质却发生了很大改变,以斜压涡居多;与60、70年代相比,80年代中期以后高原低涡的发生源地、移动路径和性质等特征都有所改变.     

青藏高原低涡活动特征统计分析

利用1998~2011年《青藏高原低涡切变线年鉴》的资料,统计分析了高原低涡的活动特征。结果表明:14年共出现高原低涡561次,其中高原东部低涡466次,高原西部低涡95次;2000~2009年,高原低涡出现次数逐年升高;高原低涡主要出现在夏季,月变化明显,其中7月出现次数最多,2月出现最少;高原低涡移出高原的影响系统包括低槽类和切变类,分别占28.8%,71.2%。      

夏季青藏高原低涡的能量场分析

本文采用视热源方程,视水汽汇方程,扰动能量方程和涡度方程对1979年6月的三次低涡进行了分析和研究,得到了以下结论：在低涡生成和发展过程中,积云和乱流引起的总热量的垂直涡旋输送很大。当大气处于条件不稳定时,γs＜γ＜γα,积云和乱流的这种输送结果,使得低涡的正涡度增长上升到较高层次;另外,积云和乱流对总热量的垂直涡旋输送使得低涡内扰动有效位能增加,然后向扰动动能转换,使低涡得以生成和发展。     

青藏高原低涡的客观识别及其活动特征

低涡是青藏高原最主要的天气系统之一,其发生发展和移动对高原及东亚地区的天气气候具有重要影响。本文利用CFSR(气候预报系统再分析资料)高空间分辨率再分析资料和高原低涡年鉴,基于低涡人工识别的判定标准,选取2008年作为特征年,定义、检验和完善高原低涡客观识别判定条件,对1979-2016年青藏高原低涡活动特征进行了分析。结果表明,定义的低涡客观识别方法在2008年高原低涡生成频数年变化等方面与年鉴统计结果相近; 2009年低涡发生位置比前人识别的更接近年鉴结果;近38年来平均每年生成低涡71个,生成个数随时间先减少后增多,整体呈现增加的趋势,1997年前后出现气候突变。涡源主要分布在青藏高原西北部,喜马拉雅山脉南部为生成频数次大值。     

青藏高原低涡移出高原的大尺度条件

利用NCEP再分析资料,计算分析了各类高原涡东移出与未移出高原的对流层中、上层多种合成物理量场。研究指出,高原低涡移出高原是受西风带天气系统与副热带天气系统的相互作用及对流层中层与上层的天气系统相互作用造成的。研究揭示了低涡东移出高原的大尺度条件及物理图像,还揭示了各类高原涡东移出高原的大尺度条件的主要差异。为预报高原涡移出高原的暴雨、洪涝提供了科学依据。     

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。     

青藏高原低涡活动对降水影响的统计分析

利用1998—2004年逐日08:00(北京时,下同)和20:00 500hPa高空图、日雨量和青藏高原低涡(下称高原低涡)切变线年鉴资料,统计分析了冬、夏半年不同生命史的高原低涡对我国和四川盆地东、西部降水的影响。结果表明,冬、夏半年高原低涡以东部涡占多数,6-10月有三分之一的东部涡能移出高原。冬半年高原低涡出现次数少,约占全年的五分之一,但也可造成高原及其周边地区的雨雪天气,特别是生命史超过36h以上的高原低涡有近半数可移出高原,造成高原区域暴雨雪,四川盆地中雨,半数可造成云南大雨雪或暴雨雪。夏半年,随着低涡生命史的增长,高原低涡影响高原及其周边地区和我国其他地区的降水范围和强度在增大,生命史超过60h以上的高原低涡可造成高原暴雨、甘肃中雨以上、四川盆地暴雨或大暴雨及云南大部分地区大雨以上的降水,每年都有1～5次可影响到华中、华东地区产生大雨以上的降水。100°E以东的高原低涡,不论是否移出,均可造成四川盆地中雨以上的降水。影响四川盆地降水的高原低涡以偏东路径为主,但东南路径影响更强。     

基于TRMM资料的高原涡与西南涡引发强降水的对比研究

利用TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星探测结果结合NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析资料, 对2007年7月17日四川、重庆地区的一次西南涡强降水系统和2008年7月21日四川东部的东移高原涡强降水系统的三维结构特征、雨顶高度以及降水廓线特征进行对比分析研究。结果表明:(1)两次降水过程均是发生在西南—东北向的水汽辐合带中, 且降水云群均位于低涡的东南方。(2)两次强降水在水平结构上均表现为由一个主降水雨带和多个零散降水云团组成, 高原涡强降水过程比西南涡强降水的降水强度和范围都要大。降水雷达探测到的两个中尺度降水系统均以降水范围大、强度弱的层云降水为主, 但对流性降水对总降水量的贡献较大, 其中西南涡降水中对流降水所占比例比高原涡的大, 对总降水率的贡献也大。(3)垂直结构上:两次强降水的雨顶高度均是随地表雨强的增加而增加, 且最大雨顶高度接近16 km, 但西南涡强降水中的雨顶高度比高原涡更高, 说明西南涡降水过程中对流旺盛程度强于高原涡。(4)两次强降水中雨滴碰并增长过程以及凝结潜热的释放主要集中在8 km以下, 但8 km以上西南涡降水变化大于高原涡, 且前者在8~12 km高度层的降水量对总降水量贡献百分比大于后者。     

近20年青藏高原气象卫星应用研究回顾与展望

回顾近20年青藏高原卫星遥感技术在气象领域的应用研究成果,主要包括卫星资料在天气分析和预报、气候变化研究,以及森林火险和积雪监测等方面的应用研究,并指出目前青藏高原气象卫星应用研究中亟待解决的问题和对策。     

高原低涡东移出高原的平均环流场分析

利用美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料,挑选出1998—2004年夏季高原涡移出高原多、少的年、月对它们的环流场进行对比分析。对比分析指出,6~8月是高原涡最易移出的月;当500hPa孟湾季风槽偏北,或西太副高明显西伸,高原东部有切变线活动;当200hPa南亚高压东伸明显,高原东部为南亚高压脊前西北气流控制时,有利于高原涡东移出高原。为高原低涡暴雨预报的气候背景提供了科学依据。     

冷空气对高原低涡移出青藏高原的影响

在对1998—2004年冷空气影响高原低涡移出青藏高原 (以下简称高原) 观测事实分析的基础上, 利用NCEP再分析资料对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原的位涡进行诊断分析, 并通过数值试验揭示了托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征和影响机理。结果表明:这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱, 从而使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 低涡24 h内西退, 在高原边缘徘徊。     

基于MODIS-NDVI数据的西藏高原沙漠化信息提取

西藏高原是我国沙漠化发生发展较为强烈的地区之一,沙漠化的监测和防治非常重要。本文以MODIS-NDVI时间序列影像为基础数据源,辅以DEM数据及研究区1：400万土地利用矢量数据,采用按植被覆盖度分区和监督分类的方法,对西藏高原进行了沙漠化土地利用解译,得到西藏地区的沙漠化程度及沙漠化分布：西藏高原沙漠化土地面积为227034.65km2,占全区土地总面积的18.91%,程度以中度和轻度为主。沙漠化土地主要分布在阿里地区、那曲地区和日喀则地区。     

青藏高原低涡及其大尺度环流影响研究的回顾

青藏高原低涡对高原及其周边地区的强降水过程有重要的影响。本文系统的回顾了不同时期高原低涡活动特点及大尺度环流对其影响的研究,讨论了制约高原低涡研究的主要因素,认为深入开展关于大尺度环流影响高原低涡活动的研究是必要而可行的。     

PV Perspective of Impacts on Downstream Extreme Rainfall Event of a Tibetan Plateau Vortex Collaborating with a Southwest China Vortex

An extreme rainfall event occurred over the middle and lower reaches of the Yangtze Basin(MLY) during the end of June 2016, which was attributable to a Tibetan Plateau(TP) Vortex(TPV) in conjunction with a Southwest China Vortex(SWCV). The physical mechanism for this event was investigated from Potential Vorticity(PV) and omega perspectives based on MERRA-2 reanalysis data. The cyclogenesis of the TPV over the northwestern TP along with the lowertropospheric SWCV was found to involve a midtropospheric large-scale flow reconfiguration across western and eastern China with the formation of a high-amplitude Rossby wave. Subsequently, the eastward-moving TPV coalesced vertically with the SWCV over the eastern Sichuan Basin due to the positive vertical gradient of the TPV-related PV advection,leading the lower-tropospheric jet associated with moisture transport to intensify greatly and converge over the downstream MLY. The merged TPV-SWCV specially facilitated the upper-tropospheric isentropic-gliding ascending motion over the MLY. With the TPV-embedded mid-tropospheric trough migrating continuously eastward, the almost stagnant SWCV was re-separated from the overlying TPV, forming a more eastward-tilted high-PV configuration to trigger stronger ascending motion including isentropic-gliding, isentropic-displacement, and diabatic heating-related ascending components over the MLY. This led to more intense rainfall. Quantitative PV diagnoses demonstrate that both the coalescence and subsequent re-separation processes of the TPV with the SWCV were largely dominated by horizontal PV advection and PV generation due to vertically nonuniform diabatic heating, as well as the feedback of condensation latent heating on the isentropicdisplacement vertical velocity.     

冷空气对两例高原低涡移出高原影响的分析

利用NCEP再分析资料对2002年8月12~20日托勒涡及2003年7月12~14日诺木洪涡两例高原低涡在冷空气影响下移出高原的斜压性和温度平流进行诊断分析,结果表明:(1)受切变线影响的托勒低涡移出高原时主要受东北方冷空气不断伸入涡区的影响,西风槽前的诺木洪低涡主要受西北方冷空气伸入涡区的影响。(2)高原低涡是在600 hPa以上涡柱内斜压性较强、500 hPa涡区内斜压性加强情况下移出高原的。不同的是:托勒低涡移出高原,涡柱内对流层中上层斜压性、500 hPa涡区内斜压性都比诺木洪低涡弱;托勒低涡涡柱内北冷南暖现象比诺木洪低涡强。(3)高原低涡是在低涡区内大部分受冷平流控制,涡区西部冷平流比东部强时移出高原的;低涡西部的冷平流加强将会使低涡发展加强,在高原以东持续。不同的是:受切变线影响的托勒低涡移出高原时低涡西部冷平流区强度比受西风槽前诺木洪低涡弱;而托勒低涡区冷平流区比诺木洪低涡移出高原时大。     

Satellite-based Observational Study of the Tibetan Plateau Vortex:Features of Deep Convective Cloud Tops

In this study, an east-moving Tibetan Plateau vortex (TPV) is analyzed by using the ERA-5 reanalysis and multi-source satellite data, including FengYun-2E, Aqua/MODIS and CALIPSO. The objective is to demonstrate: (i) the usefulness of multi-spectral satellite observations in understanding the evolution of a TPV and the associated rainfall, and (ii) the potential significance of cloud-top quantitative information in improving Southwest China weather forecasts. Results in this study show that the heavy rainfall is caused by the coupling of an east-moving TPV and some low-level weather systems [a Plateau shear line and a Southwest Vortex (SWV)], wherein the TPV is a key component. During the TPV's life cycle, the rainfall and vortex intensity maintain a significant positive correlation with the convective cloud-top fraction and height within a 2.5° radius away from its center. Moreover, its growth is found to be quite sensitive to the cloud phases and particle sizes. In the mature stage when the TPV is coupled with an SWV, an increase of small ice crystal particles and appearance of ring- and U/V-shaped cold cloud-top structures can be seen as the signature of a stronger convection and rainfall enhancement within the TPV. A tropopause folding caused by ageostrophic flows at the upper level may be a key factor in the formation of ring-shaped and U/V-shaped cloud-top structures. Based on these results, we believe that the supplementary quantitative information of an east-moving TPV cloud top collected by multi-spectral satellite observations could help to improve Southwest China short-range/nowcasting weather forecasts.     

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。