东亚-太平洋地区环流场和热力场由冬向夏转换的过程特征及其可能机制

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和青藏高原逐日视热源资料,分析了东亚 太平洋地区对流层热力场和环流场的季节特征.结果表明,东亚-太平洋热力场上呈现出冬、夏半年反向的特征,冬半年热力格局为“西冷东暖”,夏半年则转为“西暖东冷”,冬半年向夏半年的过渡发生在3月底4月初,相应地,我国东部上空视热源也从冷却转为加热.热力场季节转换的同时,对流层各层环流形势也发生了调整:低层大陆冷高压减弱、东移,太平洋副热带高压显著西伸,形成东亚-西太平洋35°N以南一致的南风区;中层西风带发生了长波调整,由冬季“三槽型”向夏季“四槽型”过渡,西风急流减弱、北移;高层反气旋中心史替,我国上空偏南风由偏北风替代.环流的演变自低层向高层推进,下垫面感热加热的季节变化引起了低层环流的调整以及上升运动的发展,与上升运动相伴的凝结潜热释放则增强了东亚上空的热源,进一步加强了“西暖东冷”的热力格局,从而推进中高层环流的演变.环流调整的时间与东亚副热带季风雨带建立的时间一致,因此,由热力场季节变化引起的对流层环流形势的调整可看成是东亚副热带夏季风环流型的建立过程.     

西北区东部一次暴雨的数值模拟试验

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对1998年7月上旬西北区东部一次暴雨过程进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式能较好地模拟这次暴雨过程，对这次暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展也作出了较成功的模拟；大尺度及积云对流尺度的凝结潜热在降水过程中是一个主要因子，潜热释放将加热中高层大气，促使高层大气辐散，低层辐合，垂直运动加强，导致较大的降水；初始时刻不同地区低层大气水汽含量的多寡直接对本次暴雨产生影响，并为这次暴雨提供了水汽源；地面水汽和感热的垂直输送为暴雨的发生发展补充了能量。     

北京“623”大暴雨的强降水超级单体特征和成因研究

本文利用雷达、加密地面自动站等高时空分辨率的观测资料,结合NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测等资料,对2011年6月23日发生在北京城区的极端强降水事件开展了细致的观测和诊断分析。结果表明,这次极端强降水事件,主要是由向东南移动的东北—西南走向的飑线右端的强降水超级单体（High Precipitation Supercell,简称HPS）造成的,这是目前已有文献记载的中国发生纬度最高的HPS。HPS在移动方向的右后侧和右前侧均有明显的“V”型入流,这不同于已有HPS模型,表明中、低层干冷空气和低层暖湿气流特征显著。在环境条件方面,存在对流层低层逆温层,其能量存储盖作用使得雷暴具有爆发性增强的潜势,但该逆温层是在08:00～14:00（北京时,下同）的6小时内形成的,对业务预报极具挑战性。相对其他大气层结热动力参数, 风暴相对螺旋度和粗理查逊数在14:00较08:00显著增大,对HPS的发生具有一定指示作用。高空偏西风急流和低层偏东风活动显著,使得北京地区的水平风垂直切变增强,形成上干下湿的对流不稳定以及次级环流圈。高空急流造成强烈的相当位温差动平流,促进对流不稳定度发展加强。结合复杂地形作用,在北京西部100 m地形高度线附近形成显著的平原暖湿空气与山地干冷空气的干湿分界线以及风场辐合线。水汽供应主要源自低层偏东风和本地水汽积累。当飑线从西北方向侵入北京并向东南方向移动时,在北部山区,由于条件不足,雷暴没有显著发展加强;然而,在西部山区,在湖面、城市热岛、低层偏东风、冷池出流共同作用下,加之其他有利的环境条件,飑线右端雷暴强烈发展加强,特别是当经过100 m地形高度线附近时发展成为HPS,进而造成石景山区模式口站的大暴雨中心。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

东亚地区水汽输送与重庆夏季旱涝的联系

利用NCEP/NCAR(1960—2006年)的全球再分析格点资料,研究了东亚地区水汽输送异常与重庆夏季旱涝的关系。结果表明:当重庆夏季(7~8月)降水偏多(涝)时,欧亚地区中高纬维持"两脊一槽"的"双阻"型:乌拉尔山和鄂霍茨克海地区分别存在阻高,贝加尔湖地区为一槽区。冷空气沿着贝加尔湖槽后偏北风和乌拉尔山阻塞高压的南支西风南下进入中国。热带太平洋地区为显著的高度距平正异常区。副热带地区是高度距平负异常区,西太平洋副热带高压脊线位置偏南、强度偏强。来自热带海洋地区的暖湿气流分别沿西太平洋副热带高压西南侧和经印度、孟加拉湾两条主要路径进入中国。当来自高、低纬地区的冷、暖空气在长江流域中上游相遇,就会造成重庆等长江中上游地区降水异常偏多,发生洪涝。反之,降水偏少(旱)年,在欧亚中高纬地区存在"一槽一脊"的环流形势:乌拉尔山附近为一深厚的槽区;鄂霍茨克海阻塞高压异常发展,一直延伸到贝加尔湖附近;西欧地区维持着深厚的高压脊。西太平洋副热带高压位置偏北、偏东,主体基本退出中国大陆地区。整个热带为高度距平负异常区。这样环流形势致使东亚地区中高纬地区受乌拉尔山大槽影响盛行偏南风,不利于冷空气南下。低纬地区的暖湿气流沿着西太平洋副热带高压南面的东南气流从华南进入中国。这样的环流配置易造成南下的冷空气偏弱,同时使来自热带地区的暖空气向北推进到中国华北和东北地区,致使冷、暖空气无法在长江中上游地区交汇,该区域降水显著减少,形成干旱。     

ECHAM4/OPYC3海气耦合模式对东亚季风年循环及其未来变化的模拟

德国马普研究所海气耦合摸式ECHAM4/OPYC3对东亚地区2 m温度年循环的模拟尽管有一些偏差,但还是相当成功的.其模拟的东亚夏季风偏弱,而冬季风偏强,此偏差可能与2 m温度以及西太平洋副热带高压模拟偏差有关.该模式模拟的东亚季风区夏季降水量偏弱,这与上述夏季风环流的模拟结果是一致的.该模式较好地抓住了华北地区经向环流和降水量的年循环特征.利用最新的温室气体和SO2排放方案,即政府间气候变化委员会(IPCC)排放方案特别报告(SRES)的A2和B2方案,通过该模式111年的积分结果讨论了东亚季风气候在21世纪后30年中的变化,其主要结果为:全球变暖导致夏季海陆温差增大和冬季海陆温差减弱,进而使东亚季风环流在夏季加强,冬季减弱.长江流域和华北地区的夏季降水量显著增强,而后者的增强更为显著,使得东亚季风区的夏季多雨区向北延伸;东亚季风区9月份的降水量在两个方案中都显著增加,说明在全球变暖条件下东亚季风区的多雨季节将延迟一个月.     

积云参数化和微物理方案不同组合应用对台风路径模拟效果的影响

利用美国国家环境预测中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合研发的天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF),研究了不同积云对流参数化方案和微物理过程方案对0514号台风"彩蝶"路径的影响.结果表明,积云对流参数化方案对台风路径影响较大,KF方案比BM方案能更好地模拟出台风路径;使用KF方案时,选择微物理方案比不选微物理方案对于台风路径有更好的模拟结果,其中,Ferrier、WSM6和Lin非常接近于实况;KF方案较好地模拟出副热带高压(简称副高)的西伸和东退的变化以及台风环流的风场分布和强度.     

一次湖北暴雪天气的诊断与模拟

利用NCEP GFS资料分析了2007年1月15—16日鄂东南地区降雪过程,对造成暴雪过程的天气系统发生、发展背景场进行分析。并利用中尺度数值天气模式WRF模拟了这次暴雪过程,探讨了其发生发展的机制。天气系统的背景分析表明,这次暴雪过程主要是受700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响而产生的,降水过程与西南急流的变化密切联系。WRF模式较好地再现了此次暴雪的过程。模拟结果表明西南急流的减弱和移出,对应着降雪的开始和停止;在西南急流的左侧,由于低层涡度的增加,使低空辐合、高空辐散,在连续性原理和动力机制约束下导致上升运动的加强是该次暴雪的形成机制。模式结果说明,产生暴雪的上升运动要远小于产生暴雨的上升运动,且在暴雪过程中,中层为上升运动,近地层和高层伴随着下沉运动。     

副高断裂前后四川盆地一次暴雨过程的比较分析

利用NCEP1°×1°6 h再分析资料,对副热带高压与西风槽典型环流形势配合下发生的一次四川区域性暴雨过程的不同阶段进行对比分析。结果表明,前期暴雨天气过程,其动力条件占到了主导地位,具有明显的经向垂直环流圈和垂直上升运动支,而在副高断裂后较强冷空气作用下,在副高边缘发生的区域性暴雨过程受西风带槽前的能量锋区影响,动力强迫作用和热力强迫作用激发的次级环流,进一步加强了四川盆地垂直运动的发展;冷空气作用前期的暴雨过程和冷空气进入后副高边缘发生的区域性暴雨过程中暴雨区域内的假相当位温均强于高层,大气处于对流性不稳定层结状态,对四川盆地暴雨的增强也起了不可忽视的作用,但由副高控制到副高逐渐断裂,湿位涡的斜压扰动是逐渐增强的过程,导致倾斜垂直涡度发展,激发更为强烈的上升运动;副高与西风槽环流形势相配合的暖区暴雨过程水汽主要来自中低层孟加拉湾;而副高断裂后发生在副高边缘的区域性暴雨过程,水汽主要来自850hPa层南海和孟加拉湾,从对流层中到低层,四川盆地东部恰恰是冷暖气流的交汇处,偏南气流将海上充沛的水汽输送到盆地东部,为暴雨的发生提供充足的水汽条件,并与对流层低层秦岭附近的东北冷气流交汇。     

2003年夏季淮河流域梅雨期西太平洋副高结构和活动特征及动力机制分析

通过资料分析和诊断, 揭示了在2003年6～7月淮河流域暴雨期间, 西太平洋副高相对偏北并且呈现南北变化相对稳定、东西变化明显的特征; 强劲而稳定少动的中纬度西风急流使得西太平洋副高难以北抬, 从而造成了淮河流域降雨带的稳定少动. 同时, 分析表明每一次雨锋的出现伴有高层南亚高压的东伸, 并诱发500 hPa西太平洋副高西伸至我国沿海, 导致淮河流域多雨, 江南干旱高温.分析还发现高、低空副热带高压影响天气系统发展的如下机制: (1) 沿30°N东伸的高层南亚高压脊在东部30°N以北地区引起辐散和上升, 在30°N以南地区引起辐合和下沉; (2) 江南高层的辐合下沉气流在中低空的辐散增强了局地的负涡度, 诱发西太平洋副高西伸; (3) 沿增强了的西太平洋副高西北侧的偏西南气流在30°N以北辐合, 增强了局地的上升运动, 为暴雨的产生创造了大尺度的背景流场; (4) 副高西北侧的暴雨加强了低空的南风和高层的北风, 从而使高层东伸的南亚高压和低层西伸的西太平洋副高在我国东部稳定维持.