结合Ka和X波段双偏振雷达对北京一次锋面降雪过程雪带的观测分析

本文设计了中国科学院大气物理研究所位于同一观测站内的一部单发双收Ka波段双偏振雷达和一部双发双收X波段双偏振雷达高效结合观测的方法,并首次将Ka和X波段双偏振雷达结合应用在降雪过程的观测中,对2019年2月14日锋面气旋系统在北京地区降雪过程中雪带的形成、发展、消亡过程的宏微观结构进行了分析。结果表明,雪带的垂直结构符合以往对层状云垂直分层的物理认识,类似但不同于雨带由凝结增长层、丛集层、淞附层、融化层组成的四层结构,雪带只包含由上层“播种”至下层的冰晶形成的凝结增长层、丛集层和淞附层三层。由于各层水平风速不同,雪带的三层结构并非垂直排列。多个雪带不断生成发展维持降雪,直至冰晶凝结生长层变空,云从冰晶凝结生长层分裂为多层云后各自消散。证明了Ka和X波段双偏振雷达结合的必要性和高效性,丰富了对锋面气旋系统雪带的认识,补充了Ka波段和X波段雷达对降雪的观测研究。     

1961~2019年贵阳冬季凝冻时空特征与异常成因

利用1961~2019年贵阳8个地面观测站冬季（12月~次年2月）雨凇观测资料和北半球500hPa高度场、全球气温场及欧亚水平风场资料,通过EOF、M-K、小波及合成分析方法,对贵阳冬季凝冻日数的时空特征及其与北半球500hPa高度场、全球海温场及欧亚水平风场的关系进行了探讨。结果表明:近59年贵阳市冬季及各月平均凝冻日数为10.7d,由西南部向东北部逐渐增多,开阳东北部凝冻日数达到20d以上;凝冻日数变化趋势具有高度一致性,12月与冬季凝冻日数变化为显著正相关,突变多发于20世纪70~80年代末,在1980~1990年及2005~2015年出现4a的显著周期变化;强凝冻年500hPa高度距平合成场欧亚大陆的位势高度呈现“北高南低”分布,强弱年差值距平场欧亚大陆中高纬地区表现为“北正南负”,北半球高纬度地区格陵兰、北美及乌拉尔山-西伯利亚一带为正距平;强凝冻年赤道中东太平洋秋季海温距平为负,引起纬向环流加强,水汽交换增加;高层辐散低层辐合以及偏北强风带南下低空冷锋生成,利于西南水汽输送到云贵高原东北部与北方的冷空气交汇,为凝冻产生创造了条件。      

台风“尤特”登陆后复杂路径的环境场特征

台风"尤特"(1311)2013年8月13—19日登陆减弱后直达桂东北并停留打转,其后又转向西南移动,"尤特"残涡在广西境内生存活动了112 h,造成了大范围强降雨。使用常规与非常规观测资料,研究了"尤特"登陆后的环境场与其长生命期及复杂移动路径的关系。结果发现:"尤特"登陆北上阶段主要受大尺度环境场的引导气流主导,后因引导气流转向减弱,与变压梯度力近似达到平衡导致停留打转;南下弱冷空气卷入与西南气流辐合形成负变压槽,负变压槽中风向气旋性切变产生正涡度效应向"尤特"残涡输送,与西南气流充沛的水汽输送共同作用使"尤特"残涡得以长时间维持。弱冷空气卷入使中尺度变压场中的正变压加强,在变压梯度力与引导气流共同作用下,"尤特"残涡沿负变压槽向西南移动。     

北部湾热带低压致南宁机场一次强降雨过程分析

利用南宁机场气象自动观测系统数据、风廓线雷达相关产品以及NCEP1°×1°再分析资料等,对2018年7月24日南宁机场强降水过程的背景场、形成条件进行分析。结果表明:(1)此北部湾热带低压是在第9号热带气旋"山神"的能量频散中生成的,在西南季风作用下将洋面大量水汽输送进低压环流内,其产生降雨集中在低压中心西部及西南部地区;(2)本场附近强水汽辐合中心与强降雨中心的强度及移方密切相关;(3)低层较强的气旋性辐合、正螺旋度,高层的辐散、负螺旋度结构提供动力条件,能较好预报强降雨落区;(4)风廓线雷达水平风准确判断出热带低压所处位置及其经过本场前后风的变化情况,且垂直风速能很好反映本场强降雨情况。     

西北太平洋热带气旋变性过程中的风及降水分布变化特征分析

利用中国气象局上海台风研究所（CMA/STI）整编的热带气旋最佳路径资料、美国飓风联合警报中心（JTWC）最佳路径资料、美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的全球多平台热带气旋风场资料（MTCSWA）和CMORPH降水资料、日本卫星云顶黑体辐射温度（T_BB）资料等,分析1987～2016年30年间西北太平洋228个变性热带气旋（ETTC）的活动规律、风与降水分布及其演变特征。结果表明:（1）ETTC年均7.6个,除1～2月,各月均有分布,峰值在9月。约90.4%的ETTC变性位置在30°N以北,仅约9.6%在30°N以南较低纬度,且多发生于春夏和秋冬交替季节。（2）TC（热带气旋）变性通常发生在其转向后,半数以上移速加快,大多数中心气压升高或维持,仅10.5%降低。（3）变性过程中ETTC近中心最大风速减小,最大风速半径增大,内核趋于松散。其34节风圈半径北侧明显大于南侧,风场结构非对称性增强。（4）ETTC强风和强降水呈显著非对称性分布,其强风区主要出现在ETTC中心东侧,即路径右后方;强降水区主要出现在北侧,且变性后在东北象限向外扩张。（5）较强的环境水平风垂直切变（VWS）是影响ETTC风及降水分布的重要因子。强降水主要出现在顺风切方向及其左侧,强风（去除TC移速时）出现在切变左侧。     

热带气旋西行造成的远距离降雨特征分析

2018年7月27~28日凉山州地区出现了持续性的强降水天气过程,本文运用水平分辨率为1°×1°的NECP6小时再分析资料、新型监测资料及常规观测资料进行分析。发现此次过程不同于常规的降水过程,环流背景上受副高外围的东南气流和热带气旋形成的东风波倒槽共同作用形成的急流轴影响,为降水地提供充足的水汽和能量补充,从而形势上形成了热带气旋远距离降水,同时副热带高压的稳定维持也阻挡了高原上的低值系统快速东移,使得降水机制长时间停滞,对降水地造成影响。     

华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。      

一次引发极端降水事件的江淮气旋发生发展分析

利用NCEP0.25°×0.25°再分析数据和多种观测资料,对2017年6月9—10日在苏皖地区引发区域性大暴雨并在江苏数个观测站造成极端降水事件的江淮气旋过程(简称"0609"过程)进行了分析,从气旋的生成、发展、冷暖锋和相当正压性等方面与前一次降水较弱的江淮气旋过程(同年6月5日过程,简称"0605"过程)进行了对比,结论如下:(1)对流层高层正涡度平流及出流区引发高空辐散场,继而导致对流层低层动力减压,是"0609"江淮气旋的启动机制,而"0605"过程对流层低层强盛的暖平流引起的上升运动导致了气旋的生成;(2)对锋生函数的计算表明"0609"过程锋生作用较"0605"过程更强,前者暖锋锋区较后者更为陡立且在一定区域内缓慢移动,暖锋附近及暖区一侧上升运动更强且更为深厚,以上因素直接导致了"0609"过程区域性大暴雨的发生;(3)相对涡度和纬向风0值线的垂直分布表明,"0609"过程气旋在700 hPa以下表现为集中的涡度柱形态,强度较大,系统随高度几近垂直分布,相当正压结构十分明显,而"0605"过程气旋涡度柱仅存在于850 hPa以下,强度较弱,相对涡度和纬向风0值线随高度北倾,斜压性明显;(4)"0609"过程强降水引起的潜热释放通过涡度混合加强了气旋,加强的气旋又增强了降水,降水和气旋之间建立了类似于"CISK"机制的正反馈过程,这可能是"0609"过程气旋表现出较强正压性的原因,说明了江淮气旋发展方式的多样性。     

一次江淮气旋暴雪的积雪特征及气象影响因子分析

利用自动站、人工加密观测及常规观测资料,通过对2017年2月21—22日一次江淮气旋暴雪过程积雪特征的分析,揭示了近地面气象要素对积雪深度的复杂影响。结果表明:(1)江淮气旋系统特有的空间结构导致山东南、北地区的降雪量和积雪深度不均衡分布。(2)积雪深度具有时效性,在降雪结束时达到峰值,因温度的变化导致峰值不一定维持到次日08时。(3)积雪深度是近地面多气象要素共同作用的结果,降水相态、降雪量、降雪强度、气温、地温和风速均有影响。主要表现为:雨夹雪在转为纯雪之前可产生不超过1 cm的积雪,如果不转雪则不会产生有量积雪;各地降雪含水比差异较大,全省平均为0. 5 cm·mm~(-1),低于全国平均值;在降雪不融化的情况下,降雪量、降雪强度越大则积雪越深,降雪强度大是气温和地温都高于0℃时产生积雪的必要条件;地温和气温越低对积雪形成越有利,积雪开始产生时的地温最高阈值多在0℃左右,地温先突降后缓升是积雪产生前后的共性特征,积雪产生后1～2 h内地温略有上升并逐渐趋于稳定;积雪产生时气温一般低于0℃,气温高于0℃时大部分降雪融化;有利于产生积雪的平均风力多不超过2级,极大风则在3～4级以下。