一次东北冷涡背景下MCS过程多尺度能量相互作用研究

采用WRF模式对东北冷涡背景下MCS过程进行模拟,利用Barnes滤波将模式数据分解为3个尺度,分别代入相应的能量方程中进行计算,从能量角度研究MCS发展过程,多尺度系统能量相互转化,以及动能与降水的联系。研究表明:在此次过程中各尺度之间都有位能向动能的大量转化,为系统发展提供能量。在对流单体发展到M CS成形前,中低层天气尺度动能减少,天气尺度动能向β中小尺度动能转换,促进对流单体的发展;高层天气尺度动能增强,对应高空急流增强,促进对流系统发展;β中小尺度系统在中层对α中尺度系统有动能输送,促进MCS形成。在MCS形成和发展阶段,各尺度位能向α中尺度和β中小尺度动能转化达到最大。在MCS减弱阶段,天气尺度系统和α中尺度系统在中高层对β中小尺度系统有一定的抑制作用,使β中小尺度系统发展减弱。此次过程中β中小尺度系统是降水的直接成因,动能变化的正值中心对应大的降水中心。     

华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究,主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的“可维持性”条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

基于雷达资料同化的2003年7月一次暴雨过程的数值模拟及分析

利用我国CINRAD/SA多普勒雷达资料与中尺度模式ARPS的资料分析系统ADAS,对初始场进行调整,然后利用高分辨率的中尺度模式WRF对2003年7月4-5日的暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果可信的前提下,对暴雨过程中的中尺度对流系统(MCS)的结构及演变过程进行了分析.表明:多普勒雷达资料有助于提高暴雨模拟的精确度,利用其对中尺度系统进行高分辨率数值模拟,可以进一步认识中尺度系统的细致结构及演变情况;在中-β对流系统发展的过程中,大尺度环境场的有利条件可以对其发展起到促进作用,但具有中尺度特征的水汽条件、上升运动等因素也会起到关键的作用;中-β对流系统中可以同时有一支或多支的上升气流支出现,与降水有密切关系;2003年7月4-5日的两个中-β对流系统在发展过程中有从低空向高空移动的现象,即在发展初期,系统的中心位于低空,而在其旺盛时期则移至高空.     

一场大范围强对流天气的成因分析

利用常规气象资料,对造成2005年5月30日大范围强对流天气过程的中α尺度对流系统发生、发展的大尺度环流背景、天气尺度影响系统、卫星云图逐时演变情况和大气层结稳定度进行了天气学分析;利用T213数值模式的物理量预报产品对造成此次强对流天气过程的中α尺度对流系统发生、发展的物理量场分布进行了动力学诊断分析。分析表明:此次中α尺度对流系统的发生、发展是典型的由于蒙古冷涡旋转东移南压,在高低层有高空急流和低空急流,低层有暖湿舌伸展,中层有干舌叠加在低层湿舌之上和大范围存在对流不稳定层结等诸多有利的温湿条件和动力条件下,首先激发中γ尺度对流系统,再由几个中γ尺度对流系统合并而成中β尺度对流系统,然后由几个中β尺度对流系统合并发展而成。     

"03.7"江淮梅雨锋暴雨中尺度系统的数值模拟研究

应用非静力中尺度数值预报模式MM5,对2003年7月4～5日的江淮梅雨锋暴雨过程进行了24h模拟,结果较好地再现了中β尺度暴雨系统的发展过程.进而利用时空分辨率较高的模式输出资料,对与这次暴雨过程相伴随的中β尺度系统的结构、生消变化状况及其可能的形成机制进行了研究.研究结果表明,梅雨带上强烈发展并东移的多个中β尺度对流系统,是造成这次江淮暴雨最直接的影响系统.在对流系统发展初期,锋生强迫下的次级环流加强了锋生区附近大气低层的风向风速辐合,它与对流活动有正反馈作用.对称不稳定可能是中β尺度系统发生发展的一种重要机制,在中β尺度系统发生的弱对流不稳定区,湿位涡的斜压项mpv2起了主导作用.     

舟曲泥石流天气过程中云团合并的卫星观测

利用极轨和静止气象卫星红外云图资料,对2010年8月7日甘肃舟曲发生的特大泥石流天气过程中出现的对流云合并现象进行分析。从卫星监测结果来看,多个对流单体合并而成的中尺度对流系统,在发展过程中产生了局地强降水,从而引发了特大泥石流灾害。整个过程中有5个阶段出现了合并现象:首先,多个对流单体合并形成中尺度对流系统; 在中尺度对流系统的发展和维持过程中,3个阶段出现了新旧对流系统的合并; 在系统即将消散的阶段又出现了两个强中心的合并。合并过程不仅促成中尺度对流系统的生成,使得云体增强发展,而且为对流系统维持补充了能量,使系统生命史延长。另外,在5个阶段的合并过程中,合并机制可以归结为内部动力结构变化和外致碰撞合并两大类。其中,在系统形成阶段,外致碰撞合并是主要机制; 而在发展维持阶段,包括气压梯度力、辐合抬升、下沉-上升环流加强等在内的内部动力结构变化影响是发生合并的主要原因。     

华南沿海2011年7月15-18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究.主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的"可维持性"条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

季风槽环境中暴雨中尺度对流系统的分析与数值预报试验

应用地面降水观测资料、卫星云图、雷达回波以及NCEP再分析资料,对华南沿海受季风槽影响下发生的一次持续性暴雨的中尺度对流系统（MCS）进行分析,并探讨采用数值模式对中尺度对流系统降水进行预报的可能性。分析表明,暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成。在相似环境中,不同中尺度对流系统发展形态和水平尺度有较大差异,最大可组织发展成α中尺度对流复合体（MCC）,但一般为β中尺度线状或带状对流系统。对其中发展形态分别表现为椭圆形中尺度对流复合体（MCS-2）和带状β中尺度对流系统（MCS-4）的对比分析发现,对流的起始发展均发生在夜间,与季风槽中低空急流的南风脉动有良好对应关系。基于临近探空资料的诊断发现,被认为对中尺度对流系统组织发展有指示作用的关键物理量如对流有效位能（CAPE）和风垂直切变难以区分不同中尺度对流系统的发展形态和趋势,探空资料的代表性将影响诸如“配料法”等暴雨客观预报方法的建立和应用。利用华南区域中心GRAPES（GRAPES_GZ）数值模式对两个中尺度对流系统进行的模拟预报结果表明,采用数值模式对中尺度对流系统降水进行显式预报已成为可能。比较而言,3 km水平分辨率模式可以更好地预报出暴雨的发生,但结果对是否调用对流参数化（CP）方案敏感。尽管不依靠对流参数化方案模式能够较好地预报出中尺度对流系统初始降水的发生,但会过度预报发展成熟后的降水。模式中如何描述中尺度对流系统对流的组织发展机制、如何处理对流参数化方案的“灰色区分辨率”问题需要仔细考虑。      

局地强对流系统发展多样性的个例研究

在北京"7.18"强降水天气过程中,中尺度对流系统的启动、发展方式较为复杂,造成对流系统发展多样性特征的机制也存在差别。天气尺度动力条件和局地层结不稳定结构都表明,此次局地强天气的发生有良好的环境条件。通过高分辨率中尺度观测的分析表明,怀柔—密云地区存在孤立发展的对流系统,最终发展为多单体雷暴群;而在北京西南部线状对流的不连续传播发展特征十分显著。数值模拟结果表明,地面中尺度切变线的活动对北京东北部怀柔—密云地区对流系统的启动起了关键作用;在环境场与对流的相互作用机制下,北京西南部的中尺度对流系统的发展传播与重力波活动有密切关系。对流系统的表现形式和发展演变的多样性特征,体现了起支配作用的物理机制的差异。     

河南省对流性暴雨云系特征与概念模型

利用2005—2010年FY-2C/E和MODIS卫星资料、A0报文、自动气象站降水资料及常规观测资料,修订了河南省对流性暴雨中尺度对流系统标准,统计分析了暴雨中尺度对流系统的活动规律和降水特征,初步建立了河南省典型对流性暴雨概念模型。河南省对流性暴雨中尺度对流系统主要包括新生对流云团、β中尺度对流系统、α中尺度对流系统及带状中尺度对流系统。对流性暴雨易产生于中尺度对流系统的发生、发展期,多发于中尺度对流系统云顶亮温低中心附近及后侧梯度大值区, 云系上云光学厚度高值区为中尺度对流系统发展潜势区。低槽 (涡) 切变型和低槽型过程中干冷气团对中尺度对流系统的发生、发展起触发作用;高压后部型与午后边界层辐射增温关系密切,能量锋、边界层辐合线是中尺度对流系统的触发系统;切变型过程中干线的作用较重要。河南省对流性暴雨中尺度对流系统多发展于山区附近,移动路径有东移、东北移和东南移型,高层云导风可为中尺度对流系统的移动发展提供预报信息。     

A Simulation Study of the Mesoscale Convective Systems Associated with a Meiyu Frontal Heavy Rain Event

In this study, evolution of the mesoscale convective systems （MCSs） within a Meiyu front during a particularly heavy rainfall event on 22 June 1999 in East China was simulated by using a nonhydrostatic numerical model ARPS （Advanced Regional Prediction System）. Investigations were conducted with emphasis on the impact of the interaction among multi-scale weather systems （MWSs） on the development of MCSs in the Meiyu frontal environment. For this case, the development of MCSs experienced three different stages. （1） The convections associated with MCSs were firstly triggered by the eastward-moving Southwest Vortex （SWV） from the Sichuan Basin, accompanying the intensification of the upper-level jet （ULJ） and the low-level jet （LLJ） that were approaching the Meiyu front. （2） Next, a low-level shear line （LSL） formed, which strengthened and organized the MCSs after the SWV decayed. Meanwhile, the ULJ and LLJ enhanced and produced favorable conditions for the MCSs development. （3） Finally, as the MCSs got intensified, a mesoscale convective vortex （MCV）, a mesoscale LLJ and a mesoscale ULJ were established. Then a coupled-development of MWSs was achieved through the vertical frontal circulations, which further enhanced the MCV and resulted in the heavy rainfall. This is a new physical mechanism for the formation of Meiyu heavy rainfall related to the SWV during the warm season in East China. In the three stages of the heavy rainfall, the vertical frontal circulations exhibited distinguished structures and played a dynamic role, and they enhanced the interaction among the MWSs. A further examination on the formation and evolution of the MCV showed that the MCV was mainly caused by the latent heat release of the MCSs, and the positive feedback between the MCSs and MCV was a key characteristic of the scale interaction in this case.     

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。     

国家气象中心业务数值预报发展的回顾与展望

本文回顾了国家气象中心建立数值预报业务以来,国家级业务数值预报系统,主要是中、短期预报系统的发展历程,评估了目前业务数值预报的预报水平和基本特点,简述了我国业务数值预报发展的不同阶段取得的主要进展。通过对目前我国业务数值预报发展中存在的问题和不足的分析,讨论下一步的工作重点,并对未来的发展做初步展望。     

不同尺度云团系统上下游的传播与1998年长江流域大暴雨

利用加密的卫星和雷达资料,对云团系统的传播和发展与1998年长江大暴雨的关联进行了探讨.结果表明,热量和水汽的输送通道的重建以及青藏高原低涡向长江流域的传播是1998年7月长江流域大暴雨发生的重要背景条件,它们向下游输送和传播的形式有3种类型,即纬向型、西南型和混合型;而下游地区多个中尺度对流系统的连续生成及其不同形式的组合、发展则是过程降水异常的关键因素.     

夏季南亚高压及西太平洋副热带高压强度变化与前期海温异常的关系

本文利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究了热带海表面温度对南亚高压与西太平洋副热带高压发展变化的影响,得到以下主要结论：在两高压强年与暖海温年(两高压弱年与冷海温年)里,冬、春两季赤道印度洋、太平洋海温距平呈现显著的正?负?正(负?正?负)的厄尔尼诺(拉尼娜)现象,中南半岛附近的对流层高层产生异常西风(东风)气流,有利于(不利于)南侧异常反气旋环流的产生,从而促进（阻碍）南亚高压发展;菲律宾海域的对流层产生异常下沉(上升)气流,有利于(不利于)西北侧异常反气旋环流的产生,从而促进(阻碍)低层西太副高的发展。夏季,热带印度洋的暖海温（冷海温）有效地增加（降低）了当地的对流效应,使大气对流层温度增暖（减低),影响南亚高压与西太平洋副热带高压的发展。     

数值产品再分析诊断与图象显示在天气分析预报中的应用

本文介绍了数值产品再分析诊断(MOD)与图象显示技术在国内外研究的现状,讨论了作为天气分析预报的新技术在天气预报业务中的作用及发展趋势。文中还就北京气象中心及省级微机图象业务系统最近的工作和设想进行了讨论和评述。     

准地转理论基本问题回顾与讨论

准地转理论是大气动力学的中心问题之一,它提供了从大气动力学基本原理入手分析大尺度天气系统演变的方法。准地转理论有助于预报员理解中高纬度大尺度天气系统的三维结构,分析、预报天气系统的发展和移动,因此被称为短期天气预报的理论基础。准地转理论具有完整的理论体系,它包含了较多的基本假定,故容易导致对其中的一些基本问题的理解有混淆。本文从基础的动力学知识出发,对准地转理论的基本概念、基本近似、核心理论及其在实际天气预报过程中的应用作了回顾和讨论。内容包括:准地转运动与准地转近似定义、准地转运动理论的范畴、天气图上的大尺度运动、准地转运动理论与短期天气预报的关系、由斜压二层模式下的准地转理论对高空槽脊和地面气旋发展与移动的判断等。     

台风暴雨过程中不同尺度系统的相互作用

采用数值模拟和带通滤波相结合的方法,对一次台风暴雨过程中的大中尺度系统进行了分离;推导出一个包含大中尺度系统相互作用机制的涡度方程,对中尺度系统发生发展的主要影响因子和大中尺度系统之间的相互作用机制进行了定量诊断分析.结果表明:大中尺度系统之间的相互作用是中尺度系统发展增强、进而造成强降水的一种重要机制;当中尺度系统发展到一定阶段后,由中尺度涡度场、散度场和垂直速度场之间的相互配置所决定的散度项和扭曲项又会引起中尺度系统的减弱消散,这种中尺度系统发展演变的内在调节机制使得强降水在时间上也呈现出中尺度特征.     

概率整形编码调制技术

随着5G通信技术的发展,多样化的应用场景对光纤通信系统的接入灵活性提出了更高的要求.概率整形是一种具有低复杂度、高灵活度的新型调制编码技术.目前,该技术已经在国内外掀起了研究的热潮,引起众多科研工作者的关注.概率整形不仅可实现灵活的宽带光接入,而且可以对超大星座尺度的正交幅度调制信号进行优化.本文介绍了笔者所在团队在概率整形方面的一系列研究成果并展开讨论,希望能为未来光纤通信系统的研究提供借鉴与依据.     

Vegetation dynamics: A deterministic modelling approach using the concept of spreadability

Summary Various approaches have been developed for modelling processes related to vegetation dynamics. Most of them are biogeographical models (empirical) or dynamical models. Recent development in dynamical systems analysis has led to the investigation of an original concept essentially motivated by vegetation migration. It is the so-called spreadability concept developed by El Jai et al. (1994). The purpose of this paper is to consider this new idea and to show how it can lead to dynamical models which describe the expansion of a vegetation area. We give some mathematical examples showing the migration of the system state and also present some results related to control and numerical implementation of such systems. These results are, at the moment, completely academic, but they can be usefully applied in the analysis of real ecosystems and the dynamics that govern the behaviour of these systems.With 6 Figures