单多普勒天气雷达的中尺度风场探测技术研究

利用1998年6月海峡两岸暴雨试验中收集的香港天文台的多普勒雷达资料、GMS—5红外卫星云图等资料对1998年6月9日00～11UTC的暴雨过程进行综合对比分析。分析结果表明：UW方法反演的低空风场中的中尺度流场系统的位置、移动和生消变化与雷达回波的分布及时间演变完全配合，并且与红外卫星云图有良好的对应，因此可以认为，利用UW方法能够从多普勒速度场反演出风场中的中—β以上尺度的切变线系统，为强对流天气的临近预报提供高效、实用的预警产品。     

发生在中国大陆的台风变性加强过程分析

通过对登陆台风Winnie(1997)的演变过程分析，发现登陆后的台风经历三个阶段：衰减阶段、变性阶段、重新加强阶段。其变性过程类似于Sekioka等人提出的复合型，变性后逐渐演变为Shapiro—Keyser气旋模型。通过对物理量的诊断分析发现，对流层中高层冷空气的下沉入侵以及对流层低层的暖平流是热带气旋变性的原因。冷空气的入侵使具有暖心结构的热带气旋演变为斜压结构的温带气旋。变性后气旋得到了重新发展，低层维持的较明显暖平流以及与高空急流相对应的散度区和高空涡度平流是导致气旋重新发展的重要物理因子。     

关于暴雨和湿急流的讨论

湿急流是20世纪70年代末谢义炳在长期研究降水问题的基础上、在雷雨顺能量学方法对暴雨和强对流天气研究成果的启发下提出的一个科学猜想。近年来在多个暴雨实例的中尺度数值模拟结果都与湿急流猜想相符,即暴雨区中是存在将低空急流和高空急流在垂直方向上连接起来的湿急流,利用可视化技术还可将湿空气块在暴雨云团中的上升、加速和转向的轨迹清楚地展示出来。但是,湿空气块的加速并不仅仅是湿绝热上升过程中浮力的作用,动量收支的计算表明,中尺度水平气压梯度力对气块动量的增加也有贡献。文中还讨论了与暴雨和湿急流相关联的湿斜压平衡方程(湿热成风方程)等问题,指出从总能量收支平衡出发是不能解决暴雨过程中不同形式能量之间的转换过程是如何实现的。由于暴雨过程是高度非地转平衡的,也是非静力平衡的,同时还存在复杂的多尺度之间的相互作用,因此具有完善物理过程的高分辨率的数值模式是暴雨机理研究最有效的方法。     

2008年初冰雪灾害和华南准静止锋

2008年1月中、下旬中国南方广大地区受到低温雨雪冰冻的极端异常气象灾害(简称"0801冰雪灾害").其降水性质属于隆冬季节华南准静止锋产生的持续性降水.以1月28日的锋面为例,用经典天气学分析方法从等压面图、垂直剖面图和单站探空曲线,讨论了华南准静止锋的三维空间配合.     

台风变性加强过程的数值模拟和试验分析

1997年登陆的Winnie台风经历了变性重新加强的过程,利用中尺度数值模式MM5对该过程进行了数值模拟和分析.等熵位涡分析显示重新加强过程经历了2个阶段:(1)高层扰动加强期,北上的变性气旋在其高层维持了小的位涡区,使上游东移的位涡槽加强;(2)气旋斜压发展期,低层气旋上的斜压带与高层加强的扰动耦合,气旋获得斜压发展.该过程伴随着高层风速的加强并发展为急流,这是动力平衡和低层斜压动能输送的结果.高层扰动和急流演变过程说明了变性气旋自身对其发展的重要性.通过热带气旋分离的方法,利用数值试验对变性气旋以及与气旋相关的物理因子的作用进行分析.结果显示,低层变性的气旋Winnie首先通过潜热过程加强了高层的扰动,然后在其北移过程中和高层的扰动位相锁定而得到斜压发展,演变过程说明了登陆台风自身的重要性.在这个过程中,初始气旋的涡旋环流足最主要的,其次是水汽,而斜压性影响最少.斜压性影响最少是由于在气旋环流和高湿度的环境下,斜压带得到重建,使气旋仍然可以和高层的扰动相互作用而得到斜压发展.所以,斜压性仍是变性气旋再度发展的直接原因.综观台风Winnie的变性以及重新加强过程,气旋中斜压性的产生以及维持都和与降水相关的潜热过程密切相关.     

气象信息科学视算环境及其若干问题

多维动态气象数据的科学视算环境通过多视角的图形、图像表达方式 ,能够直接、准确地展示复杂多样的天气过程及其时空演变 ,辅助解释人员和预报人员形成天气系统的四维空间 /时间结构 ,已成为天气系统分析的重要工具。文中首先讨论了描述天气系统和天气过程的常用图形、图像表达方式 ,然后通过若干典型天气系统数值模拟结果的示例分析 ,介绍了目前气象信息科学视算环境的主要功能 ,最后结合当前的应用状况和气象科学发展的需求 ,讨论了气象信息科学视算环境中的若干问题及其解决方案 ,并展望了未来气象信息科学视算环境的发展前景。     

Windows下二维气象绘图软件——客观分析诊断图形系统

客观分析诊断图形系统是一款操作界面友好的二维气象绘图软件，它运行于微软Windows操作系统下，具有多种数据接口，能够绘制等值线、流线、矢量、多种投影地图及不规则数据分布图等多种图形。客观分析诊断图形系统还能够对气象地面、探空数据进行客观分析诊断，并能根据用户所选择气压层、变量由客观分析诊断的结果绘制相应图形。     

谢义炳对大气环流系统研究的贡献

对谢义炳在大气环流系统方面所做出的科学贡献作了简要的全面回顾。其中包括:(1)北美切断低压的生命史;(2)东亚高空锋和急流的多层结构;(3)中国降水系统的结构和演变规律(包括梅雨锋、西南低涡等),热带和中纬度扰动相互作用在暴雨过程中的重要性;(4)西北太平洋的台风形成在ITCZ(赤道辐合带)/季风槽中;印度西南季风的低频变化;(5)降水系统的湿斜压动力学理论及其在天气预报中的应用;(6)大气环流的中期变化理论。谢义炳的这些贡献为我们更好地理解大气环流系统并改善了中国的暴雨预报。     

强对流天气预报的一些基本问题

对深厚湿对流(业务中通常称为雷暴)和强对流天气的发展条件和机理(尤其龙卷发展条件和机理)的科学理解是做好对其预报的基础。本文首先分析了对流有效位能和对流抑制能量与抬升气块温湿状态的关系、对流温度的物理意义、对流发展所需的水汽条件;然后提出了我国重大强对流天气的定义,给出了强对流天气时空分布的一些规律、极端强降水与地面露点的关系、雷暴大风产生机制、冰雹融化层高度与湿球温度之间的物理联系、超级单体风暴和龙卷的环境条件、龙卷的形成机理等;最后对涡度和风矢端图及其与龙卷、中气旋发展的关系进行了分析说明。文中列举的对各个概念不尽相同的解释和阈值以及我们的一些认识和理解,可供相关人员学习和比较。     

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。