近几年中尺度动力学研究进展

近几年,中尺度气象由于在逐日天气预报中的重要作用和在气象灾害预报中的显著贡献,已经成为一个热门的研究课题.中尺度气象研究并预测中尺度天气系统的发生发展及其引发的灾害性天气,如暴雨、冰雹、龙卷风等.本文主要总结了2007年以来我国在中尺度研究中取得的显著性成果.主要包括:波动、涡旋、锋面、稳定性、Q矢量和不变量.在波动方面包括重力波的形成和传播的研究,包含旋转Rossby波、混合低频旋转Rossby波和高频惯性重力波在内的台风波动以及考虑水汽作用的中尺度波作用守恒.涡旋部分主要介绍了青藏高原低涡(TPV)和热带气旋内部的涡旋问题.除了涡旋之外,锋面在中国也是一个关键系统.在锋面方面的进展有:梅雨锋中的β中尺度双雨带机制的产生和维持的实验性研究,以及基于广义位温的锋生函数的提出,这些成果使得对锋生过程的描述更接近于实际大气状况.在不稳定问题上,主要介绍了采用Energy-Casimir方法建立的拟能量波作用方程和基本气流具有线性和非线性切变时的横波扰动的不稳定.关于Q矢量,介绍了从地转Q矢量,半地转Q矢量到非地转Q矢量,非地转湿Q矢量的发展,以及由湿地转Q矢量和垂直风切变耦合得到的新型散度方程.最后,讨论了有关质点的两个不变量位温和位涡的相关研究新进展.     

副热带高压边缘连续两次强降水形成机制分析

利用常规观测资料、自动气象站加密观测资料、GPS/MET水汽监测资料、FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对副热带高压边缘山东南部连续两次强降水的形成机制进行分析。结果表明,两次强降水都是由副热带高压边缘500 hPa弱西风槽过境影响产生的,副热带高压主体加强西移,850～700 hPa有较强的西南急流。强降水产生在西南低空急流的前方、暖式切变线附近;西南低空急流加强北上强降水开始,急流减弱强降水结束。强降水区与CAPE的高值区、低层水汽通量高值舌、水汽辐合中心、暖平流中心有较好的对应关系。西南低空急流、GPS/MET水汽监测对强降水的短时预报有一定的指示性。对流云团TBB最低为-78～-62 ℃,各观测站对应最大小时雨量为40～90 mm。强降水期间,850 hPa及以下有中尺度涡旋发展,涡旋尺度小,气压场上表现很弱,流场上表现明显,有明显的气旋性环流中心,在925 hPa涡旋中心东南部的暖平流中心降水强度最大。第一次强降水的中尺度涡旋源地发展,稳定少动,在其东南部上升运动强且降水强度大;第二次强降水中,冷空气在低层从西北部侵入,形成气旋,向东北移动,强降水产生在冷锋前部的暖区中,对流不稳定能量高,降水强度大、范围大。     

渭河流域一次致洪暴雨过程的中尺度滤波分析

利用常规高空观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°的再分析资料以及25点低通滤波技术,对2003年8月28—29日发生在渭河流域的一次致洪暴雨进行了中尺度分析和探讨,分析出中尺度环流演变特征,总结了渭河流域致洪暴雨的概念模型,认为这次暴雨过程中在以西南气流为主的平均气流场上隐藏着尺度较中尺度平均流场小得多的涡旋,其移动方向和发展程度决定了强降水落区及其强度;高空西风风速脉动与低层南风风速脉动耦合形成了中尺度次级环流圈,其上升支为强降水提供了足够的动力抬升机制;而850 hPa低空急流、700 hPa中尺度低涡、南风脉动以及高空西风风速脉动等条件的合理配置是中尺度次级环流形成的必备因素;地面中尺度辐合线是本次暴雨的触发机制。     

Typhoon Vortex Self-Organization in a Baroclinic Environment

Self-organization of typhoon vortex in a baroclinic environment is studied based on eight numerical experiments with the fifth-generation Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research （PSU/NCAR） Mesoscale Model （MM5）. The results show that, when there are only two 400-km-away mesoscale axisymmetric vortices with a radius of 500 km in the initial field, the two vortices move away from each other during co-rotating till the distance between them greater than a critical distance named co-rotating critical distance. Then, they stop co-rotating. The situation is changed when a small vortex with a radius of 80 kin is introduced in between the two vortices in the initial field, with the two initially separated vortices approaching each other during their co-rotation, and finally self-organizing into a typhoon-like vortex consisting of an inner core and spiral bands. This result supports both Zhou Xiuji＇s view in 1994 and the studies in the barotropic framework concerning the interactions between the same and different scales of vortices. Six other experiments are carried out to study the effects of the initial vortex parameters, including the initial position of the small-scale vortex, the distance and intensity of the initially axisymmetric binary mesoscale vortices. It is found that the distance between the initial axisymmetrie mesoscale vortices is the most important parameter that influences the self-organizing process of the final typhoon-like vortex. This conclusion is similar to that obtained from barotropical model experiments.     

2009年广东前汛期一次连续性特大暴雨的特征及成因

用地面常规站、自动气象站资料,探空资料,卫星云图产品及NCEP／NCAR1°×1°每6h再分析资料等,对2009年5月23-24日广东中西部沿海地区的连续性特大暴雨进行了分析。结果表明：此次强降水持续时间长、强度大、降水落区集中,具有明显的中α尺度特征。由于西太平洋副热带高压稳定维持,南海中尺度涡旋和偏南风低空急流快速北抬;涡旋北侧的暴雨区为强辐合上升区;索马里越赤道气流、孟加拉湾西南季风气流及110°E越赤道气流汇流形成强盛而狭窄的季风涌水汽输送带,为暴雨区提供充分的水汽和不稳定能量。两次中尺度对流云团的强烈发展造成了此次强降水;而高层的环流形势有利于对流云团在珠江口西侧的稳定少动。     

Mesoscale Vortex Generation and Merging Process： A Case Study Associated with a Post-Landfall Tropical Depression

An observational analysis of satellite blackbody temperature (TBB) data and radar images suggests that the mesoscale vortex generation and merging process appeared to be essential for a tropical-depression-related heavy rain event in Shanghai, China. A numerical simulation reproduced the observed mesoscale vortex generation and merging process and the corresponding rain pattern, and then the model outputs were used to study the related dynamics through diagnosing the potential vorticity (PV) equation. The t...     

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<正>资料同化理论和应用(上册)邹晓蕾著该教材共分8章。第1、2章分别简述复习函数插值和统计估计理论。第3章简单介绍在早期业务数值预报中得到广泛应用的两个客观分析方法,即逐步订正与最优插值。第4章比较系统地讲解了伴随模式。第5章简述目前应用比较广泛的三种     

“珍珠”（0601）异常急翘路径和内核结构变化的诊断分析及数值研究

使用FY2卫星TBB资料、NCEP最终分析资料(1°×1°)和中尺度模式WRF,对0601号强台风"珍珠"的"急翘"异常转向路径和内核结构变化进行诊断分析和数值模拟。结果表明:"珍珠"移向变化与环境引导气流和位涡倾向1波分量正异常有关,"急翘"前12小时,环境引导气流向北偏转,位涡倾向1波分量正异常对应着"珍珠"移动方向变化;内核非对称结构发展与环境风垂直切变演变有关,垂直切变使得涡旋倾斜,涡旋倾斜方向出现较强的上升运动,导致"珍珠"内核偏南象限对流活动较强。     

“涡旋自组织”在济南市暴雨中的应用研究

通过回顾“涡旋自组织”的发展历史,阐述了“涡旋自组织”在科研领域和应用领域的重要意义。利用探空资料、风云2号远红外云图和TBB资料以及自动站逐时降水资料,对2008年夏季和2009年春季的两次暴雨个例进行分析,结果发现：在济南市的暴雨过程中也存在云团或雨团的“自组织”观测事实,证实了涡旋自组织的业务应用价值。