一次梅雨期暴雨的中尺度数值模拟分析

利用常规气象资料、AREM模式输出资料,对发生在2005年梅雨期湖北的一次暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明,强降水发生时,在对应的中尺度对流系统中存在两个分别位于300hPa和600hPa附近的强上升运动中心,低层辐合、高层辐散的单模态分布是上升运动得以维持的重要条件;环境风场并不能控制中尺度对流系统的移动方向,中尺度对流系统向低层涡度增加的地方移动;强降水形成可概括为低层切变线东移诱发地面低压发展、引起垂直上升运动迅速增加、触发低层水汽的垂直输送和高不稳定能量强烈释放等过程。     

台风"凤凰"强降水过程中的波作用诊断分析

介绍了“扰动热力切变平流参数”的概念,并基于此概念及波流相互作用的理论,对登陆台风“凤凰”2008年7月27日00:00－31日00:00(世界时)的暴雨过程进行了诊断分析.通过采用ARPS模式的资料,对波作用密度M和波作用通量散度▽·F进行计算,分析其与6h累积地面降水的关系.结果表明,波作用密度的异常值区始终覆盖观测雨区,二者在水平分布和时间演变趋势上比较相似,该波作用密度能够比较准确地综合表征强降水系统典型的动力场和热力场扰动的垂直结构,因而与降水系统的发生演变密切相关,其正高值区与观测的6h累积地面降水具有良好的对应关系.同时对波作用通量散度▽·F的分析表明,在登陆台风引发的暴雨过程中,非地转风位涡扰动和一阶扰动平流与动力场和热力场扰动梯度耦合项是影响扰动热力切变平流异常变化的主要强迫项.进一步分析表明扰动与基本态的交换主要是扰动热量平流交换,而扰动动量平流交换非常弱.     

2018年夏季东北极端高温事件物理机制分析

基于观测资料和再分析资料,研究分析了2018年夏季中国东北地区持续多日出现高温异常事件的形成机理。首先分析了整个夏季该地区观测台站逐日的温度资料,计算了观测台站的超热因子（Excess Heat Factor,EHF）指数,发现东北地区出现高温异常的时段主要是7月和8月,异常高温的发生区域集中在东北南部。在此期间,东亚大气环流形势的异常主要表现为南亚高压和西太平洋副热带高压强度异常增强,作用相互重叠和位置持续偏北。进一步的分析可以注意到,二者的重叠造成研究区域内有负涡度异常增强,使得南亚高压和西太平洋副热带高压在北推的过程中不断带动东北南部上空负涡度异常增强,并伴随有异常下沉气流,下沉绝热增温与晴空辐射增温,这可能是东北南部地表增温的一个重要原因。相关分析证实,在整个夏季东北南部地表气温与其上空300 hPa至500 hPa涡度异常都有显著的负相关关系。因此,南亚高压和西太平洋副热带高压之间的相互叠加组合是导致东北南部在2018年夏季7、8月份出现高温异常的主要原因。进一步的研究发现,夏季副热带西风急流中准定常Rossby波能量的传播与南亚高压和西太平洋副热带高压异常增强有密切联系,同时夏季西太平洋暖池的显著增暖导致了菲律宾地区异常旺盛的对流活动,进而在500 hPa高度场上激发出PJ（太平洋—日本涛动）波列,从另一个路径上促进了西太平洋副热带高压偏强偏北。     

北半球对流层上层遥相关型的涡度源、能量源与能量传播

基于ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８８年的全球资料，研究了北半球对流层上层两个主要遥相关型（大西洋／欧亚型与太平洋／北美型）的涡度源、能量源及能量传播路径．结果表明，这两个遥相关型的涡度源和能量源分别主要位于北大西洋和北太平洋地区．遥相关型在北大西洋和北太平洋通过正压能量转换从气候平均流中吸收能量，然后从这两个地区将能量向外传播，以维持其水平遥相关结构．     

珠海三灶机场一次平流海雾的特征及成因初探

为进一步了解平流海雾的形成、发展和消散过程特点和机制,利用风廓线雷达、自动观测、探空、数值产品以及常规气象观测等资料,分析了2014年2月17—18日珠海三灶机场一次平流海雾过程的边界层温湿风三维演变特征及天气学成因。结果表明:边界层内暖湿平流输入、浅层辐合抬升、湍流加强、多层逆温结构以及夜间地面的辐射冷却有利于近地层饱和湿空气的凝结和逆温层的维持,是雾形成的主要物理机制;暖湿平流持续及湍流减弱或停歇是雾维持的原因;近地层偏北风干冷平流入侵并出现下沉气流及日间地面辐射增温使逆温层被破坏是雾消散的主要因素。     

暴雪过程中多普勒雷达速度产品分析

利用多普勒天气雷达提供的强度、径向速度、风廓线产品及衍生产品对2008年1月25—29日南京持续性暴雪天气回波的演变过程以及回波不同阶段风场垂直结构及其动力条件的变化进行了分析,结果表明:存在持续的低空东北气流以及风向垂直切变的风场结构是这次暴雪天气产生的主要环境特征,暖平流和中层强西南急流有利于产生持续的暴雪,低层辐合、高层辐散及较大的垂直上升运动为暴雪的产生提供了动力条件;任意高度出现西北风,可以作为强降雪将会趋于减弱的临近预报指标。     

高阶Runge-Kutta-Li算法对二维线性平流方程的计算检验

利用高阶Li空间微分方案(Li, 2005),实现了时间积分为3～6阶Runge-Kutta-Li(RKL)格式的求解算法。二维线性平流方程的试验结果表明:在计算稳定的条件下,各阶算法的计算误差随时间的推移基本上是线性增加的。非转动背景场的平流算例中（高斯型的初值）,高阶RKL算法可以取得较好的计算效果。与3、4、5、6阶RK算法配合的Li空间差分方案有效阶数可以达到5、7、9、10阶。RK 算法的阶数为5（6）阶时,总误差控制在10-7（10-8）以内。随RK阶数增加Li微分的有效阶数有增加趋势,且总误差逐渐减小。定常转速的背景场算例中（偏心的高斯型初值）,当RK阶数为3时,最优空间差分阶数为10;相应的阶数为4、5、6时对应的空间最优阶为16,22,22,总计算误差可以控制在10-15～10-16。随着精度的提高,误差的绝对值减小很迅速,说明算法是非常有效的。对于圆锥型初值（定常转速的背景场）,4、5、6阶RK算法和3阶算法的效果差不多。高阶算法对此类具有导数不连续点的算例,效果不如高斯初始场好,结果不能保持正定,有些地方误差出现下冲和上翘。随着空间差分精度的提高,非正定的解数量和数值减小,误差的绝对值减小,说明了算法在一定程度上是有效的,但并不适合追求极高的算法阶数。这与谱方法中的导数不连续问题有些相似,误差的产生主要源于导数的不连续性,差分类方法仅能获得与导数连续性阶数相当的算法精度。各种算例中,采用恰当的边界条件是必要的,例如旋转背景场算例,比较适合使用无穷远边界条件,否则会出现计算不稳定或无法将计算误差控制到较小的范围内。     

基于ＳＶＤ分解的太平洋及印度洋海温与华北旱涝的诊断

2010年3月19日夜间到20日上午,大同地区遭受了长达十几个小时的大风灾害。本文利用常规探测资料、地面加密观测资料及NCEP／NCAR再分析资料从天气形势、物理量特征进行了诊断分析,结果表明：①高空强锋区和强冷平流是引发大风的主要影响系统。②地面热低压的稳定少动及冷锋前后强气压梯度区的建立是形成大风的关键。③地面冷锋前的上升运动与高空急流人口区次级环流上升气流的叠加,为深对流的发展提供了深厚的垂直环流发展条件;高空急流的动量下传加大了地面风速。④高空正涡度平流促进了地面气旋的发展。     

1513号“苏迪罗”台风残涡强降水分布特征研究

运用自动站6 h降水资料和NCEP/NCAR的0. 25°×0. 25°再分析数据,着重分析了1513号台风"苏迪罗"及其残涡影响江苏期间强降水落区的分布特征,以及强降水落区与风场、涡散度、水汽通量散度等要素的对应关系。分析结果表明:强降水多分布在台风低层环流中心东北侧,风场围绕环流中心非对称分布造成辐合和正涡度在此处集中,进一步导致水汽在同一地区辐合,动力条件和水汽条件在同一地区叠加是强降水区位于环流中心东北侧的直接原因。单一等压面上的负散度和正涡度均可以在一定程度上指示出强降水站点位置,不同层次涡散度场的涵盖范围有所不同,三层算术平均后的涡散度较单一层次的指示性更为准确。"苏迪罗"登陆后在北上过程中接近中高纬西风带系统,环境风垂直切变逐渐增强且方向稳定,强降水落区基本位于850 h Pa至200 hPa间切变矢量的顺切变左侧,这一特征对判断登陆台风强降水落区具有一定的指导意义。     

The influence of the geostrophic wind advection approximation on a well-mixed layer

Numerical results indicate that advection of momentum in the boundary layer may significantly alter both the structure of the planetary boundary layer and its influence on the overlying free atmosphere. However, due to the nonlinearity of the inertial terms, it is always difficult to obtain the analytical solution of the boundary-layer model that retains the flow acceleration. In order to overcome this difficulty, the geostrophic momentum (hereafter GM) approximation has been introduced into boundary-layer models. By replacing the advected momentum with the geostrophic wind, the effect of the flow acceleration is partially considered and the original nonlinear partial differential equation set is converted to ordinary differential equations, the solutions of which can be obtained easily with standard techniques. However, the model employing GM fails to capture the features of the boundary layer when the spatio-temporal variation of the boundary-layer flow cannot be properly approximated by the geostrophic wind. In the present work, a modified boundary-layer model with the inertial acceleration in a different approximate form is proposed, in which the advecting wind instead of the advected momentum is approximated by the geostrophic wind (hereafter GAM).Comparing the horizontal velocity and boundary-layer pumping obtained from the classical Ekman theory, and the model incorporating (i) GM and (ii) GAM, it is found that the model with GAM describes most facets of the steady well-mixed layer beneath a north-westerly flow with embedded mesoscale perturbations that is considered in the present work. Inspection of the solution of the model with GAM shows that, within the limit of the validation of the model (i.e., the Rossby number R_O is not very large and the drag coefficient C_D is not too small), the horizontal convergence (divergence) is strengthened by the effect of the inertial acceleration in the region of maximum positive (negative) geostrophic vorticity. Consequently, the boundary-layer pumping there is intensified. It is found that the intensification is firstly strengthened and then weakened as R_O or C_D increases.