北半球夏季副热带流型的多平衡态特征

Charney和Devore首先论述了高低指数环流型的多平衡态特征。在相同的外部强迫下,由于大尺度大气运动的非线性,能够激发出两类截然不同的环流形态,这是大气环流系统的一项重要的固有属性。对此,已进行了一系列的研究。这些研究一般限于中高纬度高低指数环流的范畴。     

北半球夏季全球热带和副热带200hPa平均辐散环流的研究

大气的运动场或风场包括两部分:一是旋转部分,另一是辐散部分。虽然旋转部分的方差占总运动场方差的大部分(约占80％),但与辐散风相联系的垂直环流对于天气系统的发展是重要的。Krishna-murti等人最早研究了全球热带的辐散环流。最近他的研究表明,辐散风场的大部分是属于纬向的行星尺度垂直环流的水平分支,这意味着行星尺度系统总是热力直接环流,并且以纬向环流为主。Van der Boogard计算了7月多年平均的速度势场,发现对流层上层最强的辐散中心在中南半岛上空。     

夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向流型的特征

囿于副热带高压(简称副高)中心区域下沉运动不利于成云致雨的传统认识,迄今有关副高中心区域内云和降水过程的研究甚少。基于此,回顾了目前利用卫星遥感观测结果而开展的与之相关的研究成果。对这些研究的主要结论归纳如下: (1)副高中心区域内总云量可达30%以上,夏季副高中心区域以层积云为主(云量14.92%),高层云和卷层云的平均云量均不及5%,卷云的平均云量为12.13%;(2)副高中心区域内云的短波辐射强迫(82.19 W·m^-2)加热地气,长波辐射强迫(22.28 W·m^-2)冷却地气;(3)副高中心区域内四季均存在上升运动及降水,西太平洋副高中心区域内冬、春两季日均降水量为1.5 mm·d^-1,夏季达2.0 mm·d^-1,夏季北美南部至大西洋、北非的副高中心区域内日均降水量达3.0 mm· d^-1以上,其对局地降水的贡献率超过或接近50%;(4)副高中心区域内降水频次与上升运动频次有着准线性对应关系。

     

夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向环流型的特征

根据1958年7月8—18日和1957年7月21—30日东亚低纬度的两个悬殊的环流型,分析了在这两个时期内东亚低纬度环流的各种特征。结果得出,在经向和纬向环流期间,无论北半球纬向风带的位置,长波系统的配置,副热带高压活动的情况以及赤道辐合区的分布都有着很大的不同。此外,台风活动的次数也表现有很大悬殊。其所以有如此悬殊,可以从该两时期低纬度流场的特点来说明原因。在中国大陆上,在这两个时期的天气过程也很不同,在经向环流期间,大陆上的主要雨带成东北—西南向的,而在纬向环流期间,雨带便成东西向分布,并集中在江淮流域之间。 另外,我们又研究了在这两个时期内南北半球间环流关系,从手头所掌握的资料分析结果看,两者关系相当密切。在东亚低纬度经向环流期间,南半球(特别在澳洲)也盛行经向环流,并且在澳洲附近从南半球向北半球的质量输送也最强烈;而在东亚低纬度纬向环流期间,南半球也盛行纬向环流,澳洲附近的冷空气活动不显著,越过赤道向北的质量输送也比较弱。     

1982-1983厄·尼诺年夏季北半球热带和副热带大气超长波能量分析

统计分析表明,强厄·尼诺事件发生后,热带和北半球气温将升高、气温上升较海温滞后2个季节。此外,夏季风主要系统(如副热带高压等)的加强也比海温增暖滞后1—2个季节。可见,厄·尼诺对夏季大尺度环流和天气异常可能有一定的影响。作者曾以1982—1983年厄·尼诺事件为例,分析了这两个夏季大气环流的主要特征,发现1983年热带副热带对流层上部南亚高压强,大洋中部槽(TUTT)加深;赤道东风急流减弱;副热带高压加强,热带大气平均温度升高等现象。进一步分析还发现,1982     

层状云降水过程中的风廓线特征

利用唐山风廓线雷达资料,结合天气雷达资料,分析了2009年2月12日的稳定性降水天气过程。分析表明,风廓线雷达能很好地观测到稳定性降水过程中冷、暖切变的小扰动和急流的下传过程,这些小扰动和急流的下传加强、维持了降水;垂直切变的加大、强下沉气流的着地,预示着降水即将开始;低层偏北风的侵入、强下沉气流的消失预示降水将结束。     

冬夏季节热带副热带OLR场的遥相关分析

本文利用NOAA13年月平均格点资料分析了冬夏热带副热带射出长波辐射(OLR)的气候特征及其遥相关结构。结果表明,OLR场的高低值带有明显的季节变动,低值带中心从冬至夏由赤道西太平洋地区向西北移至孟加拉湾,高值带从冬至夏北移约10—15个纬度,但东南太平洋高值区的位置无明显季节变动。 遥相关结构分析表明,冬夏季节OLR场分别有8个遥相关关键区,它们之间存在着较强的同时性遥相关联系。冬季遥相关型主要由位于赤道低纬度“印度洋—西太平洋—东太平洋—大西洋”的纬向2波式遥相关和在太平洋中部、东亚地区,南北半球副热带与赤道地区的经向负遥相关型组成。夏季OLR遥相关关键区主要分布在孟加拉湾至赤道西太平洋、东太平洋与低纬度大西洋和中纬度东亚沿海与北美大陆,构成低纬度和中纬度两类纬向正遥相关型。进一步分析发现,冬夏OLR遥相关型的年际变化较好地揭示了OLR场异常与ENSO、低纬度Walker、Hadley环流等海—气系统异常的整体联系。      

夏季东亚热带和副热带季风与中国东部汛期降水

利用欧洲中心１９８０～１９８９年逐日２００ｈＰａ、８５０ｈＰａ风场及日本气象研究所提供的ＧＭＳ观测的ＴＢＢ逐日资料,探讨了夏季东亚热带、副热带季风的强弱对中国东部夏季降水的影响．指出东亚夏季风系统中的两条辐合带热带辐合带（热带季风槽）和副热带辐合带（副热带梅雨锋）的强度的变化呈相反趋势,即热带季风槽偏弱时（弱季风）,副热带梅雨锋偏强;反之热带季风槽偏强时（强季风）,副热带梅雨锋偏弱．江淮流域的降水与热带季风槽、副热带梅雨锋的强度密切相关,即热带季风槽偏弱（弱季风）,梅雨锋偏强时,江淮流域的降水偏多;热带季风槽偏强（强季风）,梅雨锋偏弱时,江淮流域的降水偏少．研究表明：热带季风槽和副热带梅雨锋的强度与偏西气流的加强密切相关．当赤道东太平洋海温偏高,赤道西太平洋海温偏低,黑潮地区的海温偏高时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流减弱,东亚季风槽较弱（弱季风）,梅雨锋较强;当赤道东太平洋海温偏低、西太平洋海温偏高,黑潮地区的海温偏低时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流加强,东亚季风槽较强（强季风）,梅雨锋较弱．     

北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法

利用1979—2018年夏季逐日观测和再分析数据,对北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法开展了研究。首先,利用非传统滤波即异常相对倾向（Anomalous Relative Tendency,ART）方法获取了气象要素的次季节变化分量,并采用EOF分析方法提取了北半球夏季热带主要季节内振荡信号,结果表明向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation,OLR）异常相对倾向EOF前两个模态共同反映了北半球夏季起源于印度洋并向东和向北传播的、具有30~60 d周期的季节内振荡（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation,BSISO）信号。回归分析表明,该季节内振荡信号能够导致当地及其北面地区低层风场和位势高度场异常,影响该地区及其北面地区的水汽辐合辐散,从而能引起我国尤其是我国南方地区季节内旱涝变化,并一定程度上反映了我国异常雨带的向北推进过程。而后,将提取的热带主要季节内振荡信号作为预测因子,将降水异常相对倾向作为先行预板对象,利用多元线性回归方法构建了我国夏季旬降水异常相对倾向的预报模型,将预报的旬降水异常相对倾向加上观测已知的降水近期背景距平,从而得到旬降水距平的预报结果。通过历史回报和交叉检验,评估了该模型对梅雨期我国江淮流域降水（包括2020年梅汛期异常降水）的次季节预测能力。     

大地形对夏季北半球副热带高压形成作用的数值试验

本文利用一个σ坐标的三层初始方程热带球圈数值模式,研究大地形对纬向风带的纯动力扰动作用. 结果得到,大地形的直接动力强迫作用,可使纬向均匀的高压带在地形区发生断裂,形成青藏高压、落基山高压和伊朗高压;然后通过大气环流的动力调整,在上述三个高压的上、下游形成北非高压和两个大洋上的高压,两类高压的结构很不相同.大地形的纯动力作用,对于青藏高压和落基山高压这一类“暖性”结构高压的形成,也起了相当的作用.     

利用TRMM PR和IGRA探测分析的拉萨降水云内大气温湿廓线特征

利用热带测雨卫星测雨雷达(TRMM PR)降水回波反射率因子廓线(降水率廓线)与全球探空大气温湿廓线(IGRA)的多年融合资料,研究了青藏高原拉萨站夏季降水结构及相应的大气温湿结构特征。结果表明,该站降水回波反射率因子分布在17~45 dBz,大部分小于26 dBz;回波顶高度达17 km,呈现“瘦高”外形;相应的大气低层湿润,降水云内大气并非饱和,但温度露点差比全部状态时的值小。深厚降水系统的回波外形也呈现“瘦高”,按照降水率随高度的非线性变化,其垂直结构可分为三层,而浅薄降水系统的垂直结构呈现一层,即平均降水率斜率随高度呈对数线性变化,最大平均降水率(0.7 mm·h^-1)出现在地面。深厚降水与浅薄降水云体内400 hPa高度(7.5 km)上下的露点温度递减的速率不同。降水云体内的零度层高度大约6.3 km,但PR没有探测到零度层亮带。统计结果还表明拉萨探空站及附近的大气可降水量为20.89 mm·d^-1,降水转化率为27.0%,深厚降水系统的降水转化率是浅薄降水系统的2.9倍,深厚降水系统和浅薄降水系统的CAPE值分别为1941.7 J·kg^-1和1451.8 J·kg^-1。本研究结果为模式模拟青藏高原降水云内的温湿结构提供了观测依据。     

利用FY-2C静止卫星资料反演云粒子有效半径的试验研究

为充分发挥FY-2C静止卫星在人工影响天气和气候领域的重要作用,基于SBDART辐射传输模式,利用该卫星通道4（3．5～4．0μm）的探测数据,反演了云粒子有效半径,并与TERRA上MODIS的相应产品做了比较。结果表明,FY-2C和MODIS资料能一致地反映云粒子有效半径分布的主要特征,但反演的粒子大小存在差异。反演算法、卫星分辨率及选取通道的不同可能是造成两种资料间差异的主要原因。     

东亚夏季副热带平原和高原地区切变线特征的对比研究

生成于东部平原地区的江淮切变线和西部青藏高原地区的高原切变线,都处在东亚副热带相同纬度带上。为深化对地形高度迥异的江淮切变线和高原切变线的认识与理解,基于ERA-interim再分析资料和合成分析方法,从切变线与暴雨关系、切变线三维结构特征、切变线附近风场与环流特征以及切变线结构演变中的热力机制等方面对二者进行对比研究。结果表明：（1）江淮切变线分为暖切变线、冷切变线、准静止切变线和低涡切变线4类,高原切变线分为高原横切变线和高原竖切变线2类。江淮切变线与高原切变线均与暴雨关系密切,夏季,有近70%的江淮切变线会产生暴雨,暖切变线暴雨对江淮地区切变线暴雨的雨量贡献最大,低涡切变线暴雨的降水强度最大但发生频率较低;近60%的高原横切变线给高原主体地区带来暴雨,超过55%的竖切变线造成高原东侧及其邻近地区暴雨。（2）江淮切变线与高原切变线均为边界层系统,特征层次分别位于850 hPa和500 hPa。时空尺度上,江淮冷切变线和高原横切变线水平尺度分别可达1000 km和2000 km,垂直伸展厚度分别可达5 km和2 km,生命期分别可达48 h和96 h;江淮切变线和高原横切变线在垂直方向上均有从低到高向北倾斜的特征。（3）江淮冷切变线与高原横切变线风场与环流特征存在差异,江淮冷切变线北侧为东北风,南侧为西南风;高原横切变线东、西两段风场有所不同,其西段类似于江淮冷切变线,东段在不同发展阶段风场有明显变化。（4）江淮冷切变线与高原横切变线的动力结构和热力结构存在差异。动力结构上,二者均位于正涡度带内,正涡度中心强度都在强盛阶段达到最大。热力结构上,江淮冷切变线附近低空锋区特征明显,其西段位于暖湿区内,东段位于干冷区内;高原横切变线南侧具有明显的高温、高湿特征,切变线北侧存在锋区结构。（5）切变线附近的大气非绝热加热与高原横切变线和江淮冷切变线演变关系密切,垂直非均匀加热作用是高原横切变线和江淮冷切变线发展增强最为重要的因子。二者热力结构有差异,减弱机制不同,干冷空气的侵入会导致高原横切变线强度减弱甚至消亡,江淮冷切变线的强度减弱则与南方暖湿空气的向北侵入有关。     

热带和副热带湿大气的大尺度运动

本文对热带和副热带湿大气的大尺度运动的热力学性质和动力学性质进行了分析。结果表明,热带湿大气运动的性质与干大气有着巨大的差异,也与中、高纬度地区的大气运动有着很大的不同。指出热带是位势运动、辐合辐散和上升运动广泛盛行的地区。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。我们的结果与实际比较符合,从而证实了谢义炳教授最近提出的空气湿度对大气运动有重要影响的观点。同时,我们提出了一种反映热带大气具有强位势运动特点的风压场的关系,这种关系在任何中、高纬度地区风压场关系的研究中所不曾出现过的。     

基于风廓线仪的华南地区夏季边界层湍流统计特征研究

采用双权重算法,使用2015年6—8月我国东南部业务风廓线雷达资料,通过湍流脉动垂直速度方差和偏度的计算和分析,对晴空和低云主导情况下的边界层湍流特征以及中小尺度局地环流对于边界层湍流的影响进行研究。主要结论如下:(1)晴天情况下垂直速度标准差和垂直速度偏度都具有明显的日变化特征,湍流主要由下垫面加热驱动发展;(2)在低云主导情况下,湍流明显弱于晴天对流边界层的湍流强度,边界层内湍流的发展不仅受地面加热的影响,而且在边界层上部存在明显的自上而下发展的湍流,这主要是由于边界层顶云辐射冷却造成的;(3)除了上述两种情况,边界层湍流发展同时受到局地中小尺度环流或者天气系统的影响,因而呈现出更多的复杂性。      

华北中部夏季气溶胶和云分布特征

气溶胶与云的垂直分布特征是气溶胶间接气候效应关注的重点。基于2018年7—8月华北中部6架次飞机观测数据,研究气溶胶和云滴的垂直和水平分布特征。结果表明:华北中部780~5687 m高度内气溶胶数浓度( Na )平均值为821.36 cm-3,最大量级可达到104 cm-3,云中气溶胶数浓度(Nacc)占总颗粒浓度的80%以上,表明细颗粒占大多数,气溶胶粒子算术平均直径( Dm )平均值为0.12~0.52 μm;大气层结对气溶胶垂直分布影响较大,逆温阻挡气溶胶垂直输送,高空(高度2000 m以上) Dm 的垂直分布受到相对湿度影响较大; Na 和 Dm 在垂直方向波动较大,水平方向波动较小;低层云中云滴数浓度(Nc)较大、液态水含量(L)较小,而中层和高层云中Nc较小、L较大,Nc和云滴有效半径(Re)的概率密度函数均为双峰型分布,L的概率密度函数为单峰型分布;气溶胶数浓度谱基本呈现多峰型分布,而云滴数浓度谱多呈现单峰型分布。     

基于光学厚度和有效半径的白天降水云识别方案

基于卫星资料观测和反演降水是当前监测全球尺度降水的主要方式,而其中一大难题就是如何将降水云与非降水云在像素尺度进行有效分离,这也是准确反演地表降水量的基本前提.为建立一套适用于常见星载可见光/红外探测仪器的降水云识别方法,本文利用热带测雨卫星( TRMM)可见光/红外辐射计(VIRS)和测雨雷达(PR)的融合观测资料,...     

北半球E-P通量分析及其与副热带高压的关系

利用北半球1951－2000年冬季（1月）200hPa,500hPa的月平均资料，计算出E－P通量，并根据平均环流的E－P通量剖面图，研究了北半球冬季在大地形作用下，波动对基本气流的作用，以及波流相互作用下行星波的传播。北半球冬季平均E－P通量的辐合辐散与地形作用形成的大槽大脊相对应，其强度也与槽脊的强度相一致。另外，根据多年夏季（7月）的月平均高度场、风场及降水资料得到E－P通量和副热带高压的关系，进一步得到E－P通量与异常天气的关系。     

利用MODIS数据反演多层云光学厚度和有效粒子半径

利用卫星资料反演云微物理参数不仅有助于对天气变化的监测和预报,而且对人工影响天气的研究十分有益.目前卫星反演云微物理参数的算法一般是假设视场中只有一层云,但是实际环境中多层云出现很频繁.文中研究了多层云的光学厚度和有效粒子半径微物理参数的反演算法,主要针对薄的冰云覆盖在低层水云的多层云情形.算法利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)吸收通道和非吸收通道同时进行反演,在此基础上利用SBDART辐射传输模式模拟冰云覆盖在低层水云上的多层云对云微物理参数反演的影响,模拟表明反演时将多层云作为单层云处理会使反演结果产生较大误差.为此,文中提出了云光学厚度和有效粒子半径反演算法中要考虑多层云的因素,并设计了一套云光学厚度和有效粒子半径反演方案.该方案使用SBDART辐射传输模式建立不同观测几何条件、下垫面类型、大气环境等条件下以光学厚度和有效粒子半径为函数变量的多层云、水云和冰云辐射查找表.经过云检测、云相态识别和多层云检测后,在该查找表的基础上,对MODIS通道1和通道7的数据采用最小方差拟合法反演光学厚度、有效粒子半径.利用该方案对2006年7月12日TERRA卫星MODIS数据进行反演试验,反演结果与NASA发布的MOD06产品中云的光学厚度和有效粒子半径的结果较一致,表明方案具有合理性.