“94·7"北京大暴雨的能量锋及能量锋生

首先利用湿静力湿度Ｔσ分析了１９９４年７月１２－１３日北京地区台风低压和西来槽共同影响的强降水过程的能量场，其次利用能量锋锋生方程组，并进行能量锋锋生分析。结果表明：此次降水过程对流层低层对应有明显的Ｔσ水平能量锋区，且Ｔσ能量锋区与同时次６小时降水相对应。能量锋生方程组计算出的Ｔσ水平锋生是地转变形项和倾斜项共同作用的结果，而Ｔσ垂直锋生主要是倾斜项的作用。同时，水平锋生对降水具有指示意义。     

Effects of surface drag on low-level frontogenesis within baroclinic waves

Using a three-dimensional nonhydrostatic mesoscale numerical model (MM5), the evolution and structures of baroclinic waves with and without surface drag in case of dry and moist atmosphere are simulated, with special emphases on the effects of surface drag on the low-level frontal structure and frontogenesis. There are two different effects of surface drag on the low-level frontogenesis in the dry case. On one hand, the surface drag weakens the low-level frontogenesis and less inclined to develop the baroclinic wave due to the dissipation. But on the other hand, the surface drag induces a strong ageostrophic flow, which prolongs the low-level frontogenesis and finally leads to the enhancement of cold front. Compared with the no surface drag case, the surface drag increases the frontal slope espe- cially in the boundary layer, where the front is almost vertical to the surface, and then enhances the prefrontal vertical motion. All these conclusions expanded the analytical theory of Tan and Wu (1990). In the moist atmosphere, the influence of surface drag on frontal rainbands is also obvious. The surface drag weakens the convection, and reduces the energy dissipation near the surface when the initial relative humidity is relatively weak. At this time, the confluence induced post-frontal updrafts moves across the cold front and reinforces the prefrontal convection, which is beneficial to the maintenance of the rainband in cold sector. Given the enhancement of relative humidity, the moist convection domi- nates the low-level frontogenesis while the retardation of surface drag on energy dissipation is not obvious, therefore the effects of surface drag on the low-level frontogenesis and precipitation are re- duced.     

一次纬向暴雨过程的湿对称不稳定与锋生分析

利用常规观测、加密自动站、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析及WRF数值模拟资料,诊断分析了2016年6月27—28日重庆南部大暴雨天气的纬向雨带及湿对称不稳定特征,结果表明:(1)纬向雨带形成并发展于低空湿对称不稳定区,纬向雨带形成前,湿对称不稳定逐渐增强,纬向雨带形成后,湿对称不稳定缓慢释放,湿对称不稳定的持续释放促进了纬向雨带的持续发展。(2)纬向锋生效应的增强,引起低空湿位涡水平分量MPV2的负值增长,为湿对称不稳定的增强及维持提供了有利条件,可能是此次暴雨过程中纬向雨带生成及持续发展的重要机制。     

对一个西北太平洋上冷锋结构和锋生过程的分析

为做好海上危险天气系统的预报,利用GMS(Geostationary Meteorology Satellite)-5红外卫星云图和美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的航空FNL(Final Analysis)资料对2003年1月3日至4日发生在西北太平洋上的1个典型冷锋结构和相伴随的锋生过程进行了研究。卫星云图显示,该冷锋于2003年1月3日00UTC形成于西北太平洋上空,与锋面相伴随的云带呈东北-西南走向,东起日本岛西南部,西至台湾岛以西。该冷锋于1月4日04UTC在西北太平洋上空消亡。FNL资料分析表明,在锋区内存在1个较大的水平温度梯度带,水平风切变明显。该冷锋在垂直方向上具有明显的“鼻状”结构,“鼻尖”约在900hPa高度上。分析发现锋生函数呈水平带状分布,其后缘基本上与海洋冷锋相重合。900hPa以下的低空锋区内剪切项起主要的锋生作用,850hPa以上的高空锋区内拉伸项起主要的锋生作用,而扭转项与锋生函数的特征一致——锋生作用在锋前最为显著。     

一次秋季暴雨天气成因分析

利用常规气象资料、山东济南WSR-98D雷达资料等,分析了2003年10月9～12日的高空环流形势、地面气压场,物理量场、单站降雨量随时间的演变、组合反射率与基本速度图等。结果表明：（1）稳定的500hPa环流形势是造成暴雨的必要前提：（2）暴雨区内的水汽供应主要是边界层内的水汽通量辐合造成的;（3）地面中尺度气旋的徘徊打转使气旋北部长时间维持强烈辐合运动,与高层辐散形成的“抽吸作用”．造成暴雨区强烈的上升运动;（4）沧州站每小时降水量的两个峰值分别与两支低空急流的交汇、地面中尺度气旋强烈发展时刻相对应。     

变形场锋生对0108登陆台风温带变性和暴雨形成作用的诊断分析

文中利用MM5模式对0108(桃芝)台风温带变性特征及暴雨的发生发展机制进行了诊断分析。分析表明0108(桃芝)台风登陆后其大风区向外扩展,中心区以外的气压仍有下降。由于锋面的斜压作用其温度场结构发生了明显变化,由对称的暖心结构演变为半暖半冷的温带气旋非对称结构,相对应的高度场、流场特征亦表现出非对称结构。通过计算变形向量、锋生函数及非地转风的分布,发现在锋生函数中变形项所起作用比散度项和倾斜项要早、要大,对台风温带变性有重要的作用。而锋生结果加强了风场的非地转性并强迫出锋面垂直次级环流,造成强烈的辐合上升运动,引起台风暴雨的增幅。     

黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化研究

近年来的现场观测和理论研究发现, 次中尺度现象广泛存在于上层海洋, 其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析, 对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨。探讨结果表明, 黑潮延伸体海域次中尺度过程具有冬季最强, 春季和秋季次之, 夏季最弱的显著季节变化特征。基于冬、夏季次中尺度能量源的诊断可以看到, 这些季节变化特征主要与上层海洋的斜压不稳定和锋生作用有关。冬季, 黑潮延伸体海域的中尺度能量较弱, 但次中尺度过程在季节尺度上表现最为活跃, 这主要与混合层斜压不稳定的作用有关; 夏季, 黑潮延伸体海域的混合层较浅, 次中尺度过程较弱, 但中尺度涡旋活跃, 中尺度流场变形引起的锋生作用对夏季次中尺度现象的产生具有重要影响。在次中尺度能量的季节变化方面, 冬季次中尺度过程从中尺度过程汲取能量的速率远高于夏季, 这是冬季次中尺度过程比夏季更为活跃的主要原因。本文研究结果有助于加深对黑潮延伸体海域次中尺度过程季节性变化及其动力机制的理解。     

Climatological Characteristics of Frontogenesis and Related Circulations over East China in June and July

Based on daily precipitation data from 212 stations in East China and NCEP/NCAR daily global final analysis data in June and July from 2000 to 2010, the climatological characteristics of frontogenesis and related circulations have been analyzed. The results demonstrate that frontogenesis function distributes nonuniformly in East China. The different terms of the kinematic frontogenesis show different intensities and distributions of frontogenesis. The strongest frontogenesis integrated from different kinematic frontogenesis terms is observed in the Jianghuai area. Frontogenesis events are separated into four types as per the different shear and convergence types of horizontal wind along the strong frontogenesis band at 850 hPa. The four types include the warm shear type, cold shear type (with two subtypes), west wind convergence type, and east wind convergence type. The events in different frontogenesis types occur with different frequencies over the past decade. The warm shear type occurs most frequently. Different types of frontogenesis have distinctive horizontal and vertical structures. Strong frontogenesis is featured with 340-K contour of θ_se parallel to the frontal zone in the vertical. Varied large-scale circulation patterns manifested in shifted location and strength of cyclone or anticyclone, wind convergence, as well as vertical circulation structure are associated with different types of frontogenesis. Moreover, a strong positive correlation between frontogenesis and precipitation is found, i.e., the stronger the frontogenesis, the more precipitation there is. Daily precipitation related to the warm shear type frontogenesis is the largest, and often occurs inside the frontal zone with the same orientation with the strong frontogenesis belt. The second largest daily precipitation occurs with the cold shear type frontogenesis, and related rainfall is usually observed to the south of the frontal zone, with the rain belt extending northeastward. Precipitation related to the west wind convergence type frontogenesis is the third largest, occurring mostly in the south of the frontal zone.     

2010年1月鄂东一次暴雪过程中尺度分析

利用常规观测资料及NCEP／GFS再分析资料,对2010年1月5—6日发生在湖北东部的暴雪过程进行中尺度分析。结果表明：500hPa北支槽后干冷空气配合南支槽前西南暖湿气流形成的冷暖交汇以及850hPa低涡北抬发展是产生暴雪的主要天气背景;200hPa高空急流、700hPa西南急流、925hPa东北气流、850hPa气流汇合区、700hPa及850hPa露点锋、锋生次级环流、风向随高度强烈顺转的垂直风切变以及地面中尺度辐合区的有利空间配置,对暴雪预报具有重要指示意义。此外,在上述研究的基础上对此次暴雪过程的三维物理模型进行了总结。     

锋生及其次级环流对北京2012.7.21最大降水增幅和最大降水的影响

利用常规观测、加密站逐时的降水、NCEP/NCAR再分析资料和卫星资料,使用天气动力学诊断方法,分别分析了锋生及其次级环流对北京7.21暴雨过程中最大降水增幅和最大降水的影响。结果表明,北京地区的降水增幅和最大降水发生时刻并不一致。21日14时为北京最大降水增幅时刻,而次大降水增幅时刻的19时却为北京降水最大时刻。北京降水不论是增幅最大还是降水最大都与锋生处于北京的具体位置有关。21日14时,伴随着锋生函数正值区伸展到北京地区,其总锋生函数开始增大,此时高空急流导致的次级环流的上升支与冷锋前的上升支重合,使得地面锋前形成一深厚的上升运动,北京地区出现最大降水增幅;但在北京降水最大时刻,锋生函数大值中心移动到北京上空,其总锋生函数达到最大,在急流-锋系所产生的次级环流中,主要表现为在暖区一侧有强烈的上升运动,这和经典的急流-锋系所揭示的次级环流并不相同。同时,来自孟加拉湾从高原西侧经过河套地区到达北京的准"s"型异常水汽通道,则为北京7.21最大降水增幅时刻提供了良好的水汽条件。而北京最大降水时刻,南海水汽通道成为主要水汽来源,来自孟加拉湾的水汽输送则明显减弱。