多尺度天气分析理论和应用Ⅱ:锋面和气旋的形成机制

利用多尺度天气分析理论,研究了锋面和气旋的形成机制.结果表明,冷、暖气团是由不同性质的亚微团在环境力的作用下向不同方向运动而形成的,而它们的交界面就是锋面.急流附近强动能梯度力能促进微团的分离,因此锋面与急流有很好的对应关系.另外,低空急流附近存在上干冷下暖湿的稳定气流,原因在于急流之上的能量梯度力与重力的方向相反,导致该区域微团所受到的作用力为零,形成稳定的结构.但当微团运动到急流出口处时,这种平衡不再存在,暖湿微团向上运动而干冷微团向下运动,形成剧烈的天气变化.地球自转所形成的离心力使得轻微团产生向北、向上的运动分量,导致极锋向北倾斜.气旋的形成同样是由亚微刚的分离而产生的.当轻微团离开微团,在绝对环境涡度场的作用下将发生旋转,旋转的方向与初始涡度的方向一致,在北半球地转涡度的垂直分量向上,为逆时针旋转,南半球为顺时针旋转.在气旋的形成过程中,轻亚微团在气压梯度力场和绝对涡度力的作用下呈现螺旋运动,是气旋系统普遍存在螺旋云带和雨带的原因.水汽是气旋在形成和加强过程中的基本能源,由于发生地的不同,温带气旋和台风在水汽输送方式上亦有差别:温带气旋主要依靠低空暖输送带进行水汽输送;台风因为发生在热带海洋,水汽充沛,各个层次都有水汽供应.气旋运动主要受三个力的制约:环境气压梯度场力、绝对涡度场力和环境涡度力,这三个力的作用导致台风在沿副热带高压边缘运动的同时,还存在蛇形路径和打转运动.     

多尺度天气系统的共同作用与暴雨成因分析

利用加密的地面常规资料、T213网格点等资料,对2003年5月7日发生在中国东部的大范围暴雨过程进行了诊断分析,发现大范围暴雨是在一定的大尺度环流背景下,各种天气尺度以及中小尺度系统发生发展与相互作用造成的。     

一类降水过程多尺度天气系统结构特征

对2010-2013年弱冷空气影响造成降雨过程,采用统计分析和典型个例分析相结合方法,分析了降水过程中大、中、小尺度天气系统的结构特征。结果发现：（1）不同尺度天气系统一般都具有明显的结构特征,天气系统结构的配置与降雨强度存在对应关系;（2）在A类天气形势下,斜云带更有利强降雨的产生,横云带的降雨强度相对较弱,逗点云系容易产生较强降雨;（3）弱冷空气影响过程中,在地面通常有中尺度负变压区形成,对流主要发生在中尺度负变压区内,以线状对流为常见;（4）约有半数以上的强、中降雨过程有低空急流出现,但也有低空急流出现并无强降雨现象,低空急流与降雨强度呈弱相关的统计关系。     

一次特大暴雨形成中天气尺度和次天气尺度系统的作用

采用中尺度数值模式MM5V2对1998年6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验,着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征,提出本次暴雨过程形成的物理机制：天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道,次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合,为水汽的抬升与凝结提供动力条件;在有利的高、低空急流的配置下,暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北;次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展,促使暴雨增幅;特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心,有利于湿空气在上升运动中释放潜热,形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息,揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用,没有中尺度系统的配合,仅有天气尺度系统信息,或只有次天气尺度系统信息,没有大尺度系统的配合,暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。     

环渤海近海岸雾产生的天气条件及边界层特征分析

利用渤海沿岸微波辐射计、风廓线雷达、四分量辐射仪和超声风速仪等多种观测反演资料,并结合常规站点气象资料,卫星云图,浮标气象水文观测和FNL（Final）再分析资料研究了2016年12月17~19日一次环渤海大雾个例产生的天气水文条件以及边界层垂直分层的辐射和湍流特征。研究发现:（1）此次大雾出现在大陆低压前部、入海高压后部的西南低空急流控制区域,与强急流相伴的暖湿平流输送为雾区提供了稳定的逆温和持续的水汽积累,非常有利于大雾天气的形成;（2）水汽通量的分布与低空急流的移动密切相关,近地面比湿的增速与低空急流的强度成正比;（3）由于低空急流的水汽输送增湿了环渤海低层大气,从而增强了大气辐射的衰减效应,导致雾形成前向下短波辐射逐渐减小,向下长波辐射不断增加,净辐射在大雾形成后趋近于零;（4）逆温有效抑制了湍流的发展,近地层湍流动能和摩擦速度微弱。     

1998年5～6月区域大气角动量收支与东亚天气尺度系统变化

利用NCEP/NCAR再分析资料计算了1998年5～6月区域角动量收支的主要分量,对比分析了范围较大的欧亚区域角动量矩和限制在欧亚大陆范围内的喜马拉雅山角动量矩的差异,发现两者有很好的相关,限制较小范围的计算表明,喜马拉雅山山脉力矩的作用显著。角动量收支项占较大量级的山脉力矩和摩擦力矩,并与梅雨锋区域的700hPa高度...     

宁夏多、少沙尘暴年4月平均环流特征的对比分析

对宁夏春季多、少沙尘暴年4月平均大气环流特征进行了对比分析。结果表明，宁夏春季多沙尘暴年，500hPa东半球极涡偏强，大气环流的经向度加大，我国北方高空纬向西风偏强；少沙尘暴年，则极涡弱，大气环流经向度减小，我国北方高空纬向西风偏弱。不仅如此，西太平洋副高北侧的位势高度距平在偏多年和偏少年也发生了截然相反的分布，说明宁夏乃至我国北方的沙尘暴天气的发生可能还与低纬大气环流有一定的联系。     

次天气尺度及中尺度暴雨系统研究进展

回顾了75年来中国科学院大气物理研究所科研人员在次天气尺度及中尺度暴雨系统领域的研究工作,这些领域主要包括暴雨、中尺度低空急流、低涡、梅雨锋结构及梅雨锋生、对称不稳定和涡层不稳定以及暴雨等灾害天气的天气动力学及数值模拟研究等;总结了在次天气尺度及中尺度暴雨系统研究的不同时期所取得的成就以及这些成就在防止和减轻中尺度暴雨灾害方面所起到的重要作用.     

北太平洋冬季天气尺度涡旋的机理分析

利用1981~2013年NOAA（美国国家大气海洋管理局）海温资料和NCEP（美国环境预报中心）大气再分析资料,采用经验正交函数（EOF）分解方法对850 hPa瞬变高度场进行分解发现:850 hPa瞬变高度场经验正交函数分解的前两模态表征同一发展型波动的传播特征,该波动在日本以西形成然后向东发展,沿东偏北移动,在日界线附近发展达到最强,之后迅速向东北衰弱直至消亡,本文将其定义为西部型天气尺度涡旋（WSE）。合成分析表明,西部型天气尺度涡旋的强弱变化与北太平洋大范围的海温、副极地海洋锋异常存在密切联系,当西部型天气尺度涡旋活动偏强时,北太平洋北部和中部的海温显著偏冷,副热带地区海温显著偏暖,副极地海洋锋大大增强。同时,西部型天气尺度涡旋的强度与大气环流异常存在明显的协同变化,表现为西部型天气尺度涡旋偏强对应于阿留申低压增强且位置偏东,中纬度上空纬向西风增强。海洋和大气环流的这种变化增强了西北太平洋上空大气的斜压性,使得有效位能向扰动动能的转换增加,从而有利于西部型天气尺度涡旋的发展。     

制约中国夏季旱涝分布的一对互补天气系统

利用1965－2000年资料证实，基于冬季副热带西风急流与夏季西太平洋副高之间存在的动能互补属性，用冬季资料预测夏季大范围旱涝分布是完全可能的。     

北极臭氧垂直分布和天气尺度变化的观测研究

北极地区臭氧对北极气候和环境系统起着重要作用。研究其分布和变化有助于了解北极的气候和环境及其对全球气候系统的影响,有助于气候和环境变化的数值预报。中国北极科学探测1999在北冰洋楚可奇海域成功的进行了大气臭氧观测。通过在中国“雪龙”号破冰船甲板上（于1999年8月18-24日在75°N,160°W附近处）释放大气臭氧探空仪获得了高分辨率的大气垂直结构和臭氧分布资料,可以进行大气尺度的大气臭氧变化研究。分析大气监测资料、TOMS臭氧总量资料和NCEP大气环流资料表明,大气臭氧总量随着对流层顶的低一高一低变化呈高一低一高的变化过程。研究还表明,大气柱的臭氧总量与13公里以下的大气臭氧含量关系密切,而在约20公里处的大气臭氧浓度最大值的变化与整个气柱臭氧的关系不大。500 hPa天气形势图上一个弱一强一弱的西南天气型造成的弱臭氧平流可能是这次臭氧变化的主要原因。     

大同地区暴雨的天气分型及其成因的初步分析研究

根据大同市所辖8个县气象站点自有气象记录以来的暴雨资料，应用天气学及气候学等原理，对大同地区暴雨的天气气候特征和形成机制进行了系统的分析与研究，得出了相关结论。     

甘肃省飞机人工增雨天气系统分型和天气特点

选用2000～2003年3～10月,甘肃省实施飞机人工增雨的116架次资料为样本,以增雨当日08时500hPa资料为主,根据冷空气入侵甘肃的不同路径,将有利飞机人工增雨的天气系统分为5种类型：高原低槽型、西南气流型、平直气流型、西北气流型和北方低槽型,并分析了不同系统的特征。     

制约中国夏季旱涝分布的一对互补天气系统

利用1965～2000年资料证实,基于冬季副热带西风急流与夏季西太平洋副高之间存在的动能互补属性,用冬季资料预测夏季大范围旱涝分布是完全可能的.     

影响凉山州的主要天气系统及天气分析

本文分析了影响凉山州的主要天气系统及所产生天气现象的原因。     

武汉天气信息分发服务系统的特性和应用

利用数据广播和微机终端相结合的先进技术，设计和研制成功ＭＹＴＲＯＮＳ系统的分发服务环节－一个高效实时和多功能的武汉天气信息分发服务系统。为基层台站获取中尺度天 气信息发挥发强大分发功能，并取得了显著的社会和经济效益。     

2022年2月大气环流和天气分析

2022年2月大气环流的主要特征是北半球极涡呈偶极型,次中心位于鄂霍次克海至北太平洋一带,较常年同期偏强;欧亚中高纬地区由“两槽一脊”型逐渐转变为“一槽一脊”型,乌拉尔山至贝加尔湖间高压脊稳定维持,我国中高纬度地区位于高压脊前西北—东南向锋区内,多高空槽活动,冷空气较活跃,南支槽强度接近常年同期,对我国南方的影响较为频繁,导致南方地区多雨雪天气过程。2月,我国冷空气活动频繁,但强冷空气过程较少,全国平均气温为-3.2℃,较常年同期偏低1.9℃。月内,全国平均降水量为25.5 mm,较常年同期(16.1 mm)偏多58%。另外,2月中下旬我国南方地区出现持续性低温阴雨雪天气过程。     

天气雷达天伺系统的虚警故障分析

针对汕尾天气雷达天伺系统2011年下半年频发的虚警故障,用穷举法列出可能导致故障的4种情况,用排除法确定导致虚警故障的主要原因.进一步通过对报警信号传输通道节点的筛查,发现虚警故障可能是在俯仰电机上的温度传感电路中存在毛刺的干扰所致.通过并联滤除传感电路毛刺的滤波电容,成功排除汕尾雷达天伺系统的虚警故障.