地形和城市热力环流对北京地区一次β中尺度暴雨的影响

北京特殊的箕簸型地形和超大城市热力环流对北京局地暴雨的落区和强度有重要影响.利用北京地区丰富的地面和高空观测资料,对2006年7月24日的一次局地暴雨过程中温度、湿度、风场的演变和相互配置进行了详细的分析,揭示了一次系统性冷空气与地形和城市热力环流相互作用并激发产生β中尺度雨带中不同降水中心的精细过程.得出如下主要结论:受北京地形影响,此次冷空气以东北-西南路径影响北京城区,在冷空气明显的条件下,强降水容易发生在温度较高的城区,同时降水中心倾向于出现在温度距平等值线密集且靠近冷空气移动路径的方位,即冷暖交汇最剧烈的位置.地形辐合切变在冷空气到来时得到了迅速加强,为京西城区强对流提供了强有力的扰动源,同时近地面辐合切变的向上传播对强降水的持续提供了有利的动力支持.降水过程中的潜热释放造成风场垂直切变的改变,在一定程度上使风暴中心附近的东南风迅速加强,使得降水所需的水汽条件得以维持.     

东半球夏季低空越赤道气流的年际变化

利用1948—2006年NECP/NCAR的风场、高度场、海平面气压场以及地表温度再分析资料,采用相关分析、合成分析及回归分析等方法,探讨了东半球夏季低空越赤道气流的年际变化特征以及越赤道气流强度与环流系统和前期海陆热力差异的关系。结果表明,越赤道气流强度的年际变化和同期南北半球低纬环流系统,特别是亚澳大陆气压差关系密切。此外,索马里急流和孟加拉湾越赤道气流受海陆热力差异的影响,而东亚越赤道气流则主要受海温影响。     

北半球500 hPa高度场定常波不平稳性分析

提出并阐明Lorenz环流分解意义下的定常波不平稳性概念,它是月平均网上纬向波动分量气候变率与定常波强度相对大小的表征.根据Lorenz环流分解,定义全域(局域)定常波不平稳度Ius(I1us),分析了北半球500 hPa位势高度场定常波强度较大的30°-60°N纬带的定常波不平稳性,结果表明:(1)全城定常波不平稳带位置存在季节件北进、南退过程.平稳的定常波出现在冬季的35°-55°N的中纬度带和夏季的副热带地区(35°N以南),分别与冬季的东亚大槽、北美槽和较弱的欧洲槽,以及夏季的副热带高压等系统相联系.不平稳度的高值中心出现在春季的35°N和夏季的50°N,这与定常波强度季节变化和月平均图上槽脊位置、强度年际异常有关.(2)局域定常波不平稳度存在着明显的纬向不对称性.平稳带通常位于定常波的强槽强脊所控制的区域,而不平稳带通常位于定常波强度较弱的区域.副热带(35°N及以南)局域定常波不平稳度冬强于夏,中纬度(35°N及以北)则夏强于冬.夏季局域定常波不平稳度地理分布具有复杂的结构.但无论冬夏,北欧是定常波最不平稳的地区,北美大陆附近的定常波则相对平稳.(3)夏季,从华北经东北至北太平洋存在一个定常波不平稳度高值带,其高值中心位于中国黑龙江省东部(45°N,130°E),主要影响中国北方(东北、华北、西北),可能是该区夏季气候脆弱带的环流成因.     

“三江源”夏季降水异常与大气环流异常的关系

利用三江源地区14个站1961-2005年逐月降水资料,对全区近45年夏季降水异常的时空特征及与大气环流异常的关系进行了分析.结果表明,近45年来,三江源地区的夏季降水量具有良好的空间一致性,总体呈微弱的减少趋势,减少幅度为9mm/45a;三江源地区经历了5个干、湿交替的阶段,存在较明显的准2年、准4～6年的振荡周期,自1980年代中期后12～14年左右的周期信号较强;1968、1979及1986年是3个明显的气候突变点,小波分析结果与降水序列大-小-大-小-大的变化趋势及突变检验存在良好的对应关系.环流分析表明,三江源地区夏季旱、涝年份的大气环流配置形势在高度距平场、风场和温度场均呈反向变化,可作为强信号,对三江源夏季降水的异常预测起指示作用.     

用前期大气环流指数预测新疆北部夏季降水的探讨

用1961-2007年新疆北部29站夏季(6-8月)降水资料,计算得到北疆夏季降水指数.以前期的月环流指数为因子,考虑相关系数的不稳定性,用滑动相关法初选因子,采用两级逐步回归的集合方案,尝试对北疆夏季降水指数进行预测.总样本数为47时,北疆夏季降水指数的拟合(预测)序列与原始序列之间的相关系数为0.7248.另外建立了10种不同总样本数的预测模型.经综合分析比较,以最终的统计集合预测效果最好,预测2008年北疆夏季降水将偏少,降水指数为106.9.结果表明:(1)滑动相关-逐步回归-集合预测方法以及在此基础上建立的统计集合预测模型具有一定的预测能力;(2)相关分析与时间序列分析相结合的思路和方法,可在季节、月等不同时间尺度的短期气候预测业务中应用.     

北太平洋海温异常的空间模态及其与东亚环流异常的关系

运用英国气象局全球海温和NCEP/NCAR 再分析逐月资料, 分析了1979年以来北太平洋夏季海温异常的主要模态, 并探讨了海温异常的空间分布与东亚环流异常的关系。结果表明: 北太平洋夏季海温主要存在两种模态, 当太平洋热带地区西高东低 (西低东高), 西太平洋到黑潮区海温偏高 (低), 东南太平洋的海温偏低 (高) 时, 东亚贝加尔湖南侧地区为显著的正 (负) 高度异常。进一步分析发现这种环流异常与北太平洋西部海温异常引起的辐合辐散有关, 北太平洋西部近大陆海域海温异常偏暖 (冷), 对应上空为异常的上升 (下沉) 运动, 因质量的连续性使贝加尔湖南侧地区低层辐散 (辐合) 异常, 有利于该地区异常反气旋性环流的加强 (减弱)。     

圣帕台风暴雨的非地转湿Q矢量的诊断分析

利用WRF中尺度模式模拟了台风"圣帕"登陆后减弱成热带低压造成湖南省大暴雨的过程,使用模拟输出的高分辨率资料,借助非地转湿Q矢量对这次暴雨过程做了详细的诊断分析.结果表明:非地转湿Q矢量能比较清楚地揭示此次暴雨演变过程,尤其700 hPa的非地转湿Q矢量散度场对降水预报具有较好的指示意义,其散度辐合区域对应着降水的落区,散度辐合强度变化指示着降水强度的变化趋势,并且非地转湿Q矢量散度辐合强度的大小可预示着未来3～6 h降水的强弱,是具有预报价值的;非地转湿Q矢量散度是非地转ω方程的强迫项,并与地形条件共同作用激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成,是此次暴雨得以发展与维持的机制.     

北京冬季PM2.5重污染时段不同尺度环流形势及边界层结构分析

城市重霾污染事件的发生除排放源内在原因之外,气象条件是最直接的客观外因。本文以2013年2月21~28日北京地区典型细颗粒物(即PM2.5)重污染过程为例,基于颗粒物水平和垂直监测数据,常规及加密自动气象站数据和高时间分辨率风廓线数据,分析了重污染过程中不同尺度环流形势以及边界层结构的变化对细颗粒物重度污染形成、累积和消散的影响。结果表明:弱低压场或弱高压场控制下,局地西南风和东南风输送与北部山区偏北风在山前的汇聚,配合边界层低层顺时针方向的风切变,易发生大气中细颗粒物的爆发性增长;而均压场控制和近地层持续偏南气流输送,配合高层持续稳定的西北风,是污染长时间持续稳步增长的主因。此外,近地层低风速、高湿度和逆温的维持是区域霾污染爆发增长和长时间持续增长的关键气象因素。高压前部的系统性西北大风是污染得以驱散的直接外部动力。     

The Role of Land–sea Distribution and Orography in the Asian Monsoon. Part I： Land–sea Distribution

A number of AGCM simulations were performed by including various land--sea distributions (LSDs), such as meridional LSDs, zonal LSDs, tropical large-scale LSDs, and subcontinental-scale LSDs, to identify their effects on the Asian monsoon. In seven meridional LSD experiments with the continent/ocean located to the north/south of a certain latitude, the LSDs remain identical except the southern coastline is varied from 40^o to 4^oN in intervals of 5.6^o. In the experiments with the coastline located to the north of 21^oN, no monsoon can be found in the subtropical zone. In contrast, a summer monsoon is simulated when the continent extends to the south of 21^oN. Meanwhile, the earlier onset and stronger intensity of the tropical summer monsoon are simulated with the southward extension of the tropical continent. The effects of zonal LSDs were investigated by including the Pacific and Atlantic Ocean into the model based on the meridional LSD run with the coastline located at 21^oN. The results indicate that the presence of a mid-latitude zonal LSD induces a strong zonal pressure gradient between the continent and ocean, which in turn results in the formation of an East Asian subtropical monsoon. The comparison of simulations with and without the Indian Peninsula and Indo-China Peninsula reveals that the presence of two peninsulas remarkably strengthens the southwesterly winds over South Asia due to the tropical asymmetric heating between the tropical land and sea. The tropical zonal LSD plays a crucial role in the formation of cumulus convection.     

大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应

利用全球海洋—大气快速耦合模式（Fast Ocean-Atmosphere Model,FOAM）,采用模式中的初值方法,研究了湾流区海温再现过程及其对北半球大气环流和气候的影响。FOAM模式很好地模拟了北大西洋湾流区的海温＂再现＂过程,模式中海面热通量异常与SST异常表现出不同步的响应特征。海面热通量异常在初冬季节达到最大值,而SST异常滞后,在冬季晚期达到最大值,从而在初冬和晚冬对北半球大气环流造成不同的影响。初冬季节北半球大气环流主要受海洋热通量异常的强迫,在北大西洋和北太平洋上空呈现相当正压的异常低压槽响应,北极地区为异常高压脊,类似北极涛动的负位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏高,亚洲大陆气温偏低。而晚冬季节北半球大气环流主要受SST异常的驱动,在北大西洋和北太平洋上空表现为相当正压的异常高压脊响应,北极地区为异常低压槽,类似北极涛动的正位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏低,亚洲大陆气温偏高,中国东部降水异常偏多30%左右。北太平洋大气环流的异常由北大西洋湾流区海洋热通量和SST异常强迫下游大气环流所激发,进一步通过Rossby驻波的能量频散东传至北太平洋而造成的。