榆林市2017年两次暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP FNL1°×1°间隔6 h再分析资料,对2017年7—8月榆林市相继出现的两场区域性暴雨过程（7月26日暴雨过程,简称“7·26暴雨”;8月22日暴雨过程,简称“8·22暴雨”）的热力、动力机制进行对比分析。结果表明：两次暴雨与高低空急流关系密切,当高低空急流加强,出现强动力抬升时出现强降水,暴雨落区位于低空急流左前侧的强水汽辐合区。“7·26暴雨”低空急流和水汽辐合更强,大暴雨出现在高低空急流耦合的强上升区。两次降水过程热力机制有所不同,“7·26暴雨”过程中层有冷空气卷入,中低层存在强对流不稳定,低层切变线触发不稳定能量释放,产生强降水;“8·22暴雨”过程大气整层饱和,锋面作用显著,暖湿空气被冷空气抬升,低层存在对流不稳定,大尺度稳定降水系统伴随中小尺度对流发展,降水加强。对流层低层VMP1（湿正压项）负高值中心对暴雨落区有较好的预报指示意义。     

不同时间尺度上的热带海气耦合扰动

本文从热带地球流体运动的物理特征出发,建立了适合热带地区特点的海气耦合模式方程组并对之进行了系统的尺度分析,指出时间尺度不同的运动其受控的物理过程各异。基于这种时间尺度的差异,我们有可能将不同时间尺度的运动分开来研究。计算结果表明,去掉海洋中的波动过程,仅仅考虑与海洋表面温度场的变化相联系的扰动形式会对耦合系统及耦合扰动的性质造成很大影响。由此看来,Ｎｅｅｌｉｎ所谓的“快波极限”不是一种好的近似。     

三维变分同化雷达资料暴雨个例试验

采用中国新一代数值预报模式及其同化系统开展雷达资料的三维变分同化和数值模拟研究.通过一次暴雨个例的对比试验,结果表明:不考虑垂直运动影响的情况下,仅同化多普勒雷达径向风资料可以增加初始场中的中小尺度系统信息,并在一定程度上改善预报开始阶段的降水;同化由反射率因子导出的垂直速度、雨水混合比并令上升区饱和,可以较大改善降水预报结果;联合同化径向速度和反射率因子资料将得到它们的共同影响.模拟的β中尺度对流系统6 h的演变过程与观测十分一致,基本消除了旋转加强现象.发展旺盛阶段的对流单体南北方向范围约50 km,最大上升速度位于500 hPa附近,超过3.0 m/s;雨水最大含量在400 hPa附近,超过5.0 g/kg;云水最大值位于600 hPa,约0.5 g/kg;造成的降水强度可达30 mm/h,具有明显的β中尺度系统的特征.初始场中水汽是否达到β中尺度降水维持所需条件是至关重要的,如果初始场中水汽条件较差,即使含有云水、雨水、垂直速度的信息,这些信息也会很快消亡,难以维持下去;此外,雷达资料的质量控制也是十分重要的.     

一次高原低涡过程的数值模拟与结构特征分析

利用非静力中尺度数值模式MM5,模拟了2009年7月29～31日的一次高原低涡过程,结果表明,TBB卫星资料显示出在低涡发展过程中具有同热带气旋类低涡相似的涡眼结构.MM5模式能较好地模拟出低涡的降水落区、强度以及内部结构,正位涡区随着低涡的东移而东移.在动力结构上,低涡发展过程中,涡心处散度和涡度的变化不大,垂直速度...     

广义坐标系η中的位涡方程

给出了在广义坐标系（η）中导出的位涡方程,以及它分别在笛卡尔坐标（z)、气压坐标（p）或等熵坐标（θ）时的具体表达式。结果表明,由此得出的各坐标系的位涡方程和过去人们在各坐标系中分别推出的位涡方程一致。并且得出位涡在绝热和无摩擦的条件下守恒。     

鄂北春播期降水异常能量输送及成因分析

利用1981—2018年降水观测信息,结合NCEP再分析资料,采用合成诊断以及大气能谱方法,对比分析鄂北春播期降水异常天气成因。结果表明:降水偏少年副热带高压偏弱偏南,极涡偏弱,中纬度扰动动能表现为经向弱,纬向输送位置偏南,角动量以向南输送为主,南北能量交换弱,因而鄂北地区冷暖空气交汇不明显,对流层低层为辐散气流,不利于产生锋生动力。降水偏多年副热带高压和极涡均偏强,高原槽活动频繁,中纬度扰动动能表现为经向强,纬向输送位置偏北,角动量南北输送均明显,能量交换频繁,因而鄂北地区冷暖空气交汇明显,对流层低层为辐合气流,利于产生锋生动力。     

副热带高压对登陆台风等熵面位涡演变影响的数值模拟研究

选取1997年第11号台风“温妮”为研究个例, 通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、 变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis et al.(1996) 提出的片段位涡反演方法, 提取具有副热带高压物理意义的位涡扰动, 采用片段位涡反演的方法, 改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度, 并引入Ertel等熵面位涡收支方程, 深入分析不同强度的副热带高压环流系统在登陆台风结构演变的过程中等熵面位涡的守恒性, 以及守恒性与非守恒性相对作用的大小。研究表明: 台风北上深入内陆的过程中, 高空槽大值位涡源源不断的输送使得对流层低层西北侧位涡增长, 台风中心上空的辐散形势有利于台风强度的再次增强。由于摩擦和非绝热加热的存在, 对流层位涡局地变化主要决定于位涡的水平平流 (守恒项)、 位涡的垂直平流、 加热的垂直微分 (非守恒项) 的分布。台风经历变性及再增强的过程中, 其影响范围内位涡守恒性经历了先减弱后增强的过程, 非守恒项中位涡的垂直平流能较好地描述对流层中层位涡局地变化趋势, 而加热的垂直微分则在对流层低层和高层表现良好。副高强度的加强使台风加速北上, 加快了台风变性速度, 高层位涡的向下输送明显提前且强度增强, 位涡守恒性的破坏、 重建也相应提前, 位涡垂直平流的整层负值减小, 加热垂直微分对对流层低层位涡增长的正贡献加强, 且持续时间更长。     

南疆西部干旱区两次极端暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料、ERA5分析场数据等资料,对南疆西部两次极端暴雨过程的环境条件和形成机理进行对比分析,以更深入理解南疆极端降水特征和产生机制。两次过程分别发生在春季和夏季,高层环流存在显著差异,南亚高压分别呈东部型和双体型,但配合中层的“阶梯槽”形势,均为极端降水提供了特殊有利的环流背景。低空700～850 hPa偏东急流是南疆西部极端降水发生的重要天气系统,其不但是暴雨发生地主要水汽通道,还与地形形成强烈辐合,是极端降水重要的触发和水汽集中机制。引入二阶湿位涡对两次暴雨过程的非均匀特征及可能产生机制进行了对比分析。结果表明,二阶湿位涡高值区与降水的发展演变呈现较高一致性,二阶湿位涡主分量包含对流稳定度与绝对涡度垂直梯度的耦合,体现极端降水大气的主要动热力结构特点:发生在2021年6月15～16日的夏季过程,极端降水区主要位于昆仑山沿线,与塔里木盆地南侧强烈的低层气旋性旋转有关,旋转促进水汽快速集中,垂直方向表现为中层负涡度叠加于正涡度之上,垂直涡度梯度显著,同时水汽抬升凝结,中层大气加湿加热,对流稳定度在垂直方向非均匀性增强,两种垂直梯度结构均有助于垂直运动增强,促进极端降水形成;发生在2020年4月17～24日的春季过程,降水主要位于南疆西部喇叭口地形区,“阶梯槽”形势造成的越山干冷气流和塔里木盆地的偏东暖湿气流辐合,形成中层正涡度带,激发上升运动,是极端降水的主要成因。     

广义坐标素η中的位涡方程

给出了在广义坐标系（η）中导出的位涡方程,以及它分别在笛卡尔坐标（ｚ）,气压坐标（ｐ）或等熵坐标（θ）时的具体表达式,结果表明,同此得出的各坐标系的位涡方程和过去人们在各坐标系中分别推出的位涡方程一致,并表得出位涡在绝热和无摩擦的条件下守恒。     

东北冷涡持续活动的分析研究

本文首先分析了东北冷涡的持续性活动特征，然后讨论了东亚大气10～20天低频振荡及瞬变扰动对东北冷涡持续活动的影响。结果表明，准双周振荡在我国东北地区十分活跃，从时间连续的低频天气图上发现，该地区附近周期性循环出现的低频气旋同东北冷涡的形成和发展关系密切，并且其传播路径也较有规律。另外，本文还通过→E矢量分析以及月平均准地转位涡的收支计算，研究了东亚大气瞬变扰动对形成时间平均冷涡的影响，得出，在时间平均东亚阻高／东北冷涡偶极子系统控制的区域附近有瞬变扰动动能向时间平均气流动能转换，同时这里也存在有明显的→E矢量辐合，导致平均西风减弱，而有利于经向环流的发展。时间平均气流的位涡平流不利于阻高／冷涡偶极子系统的存在，且使偶极子系统高、低压中心的经向距离拉大，而瞬变扰动的位涡输送则有利于冷涡高位涡值和阻高低位涡值在原地维持，阻止它们向下游传播。