1991年梅雨锋暴雨与锋生环流的诊断分析

利用原始方程模式锋生环流诊断方程对１９９１年７月一次梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。计算结果表明，锋面横向次级环流在低层是一个热力正环流，低空急流出口区的次级环流使锋面附近的上升运动得到加强：１００ｈＰａ青藏高压东侧的偏北风与中层的偏南风耦合形成择流层上层的反环流叠加在锋面横向环流上形成深厚的上升气流区是暴雨发生的动力条件。     

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究, 结果表明: 该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下, 其主导系统为500 hPa弱低压系统和低层偏东风切变线; 极端暴雨主要由水平尺度约300 km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生, 其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关; 郑州站小时强降水(201.9 mm· h-1)由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生, 其分钟降水量持续在3~4.7 mm; 边界层风场的动力辐合触发强烈对流, 使得强降水区上空θ_se锋区长时间处于中性层结, 其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支; 中层500 hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925 hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用, 以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。     

西北太平洋海洋温度锋生与锋消机制的初步研究

海洋锋面区域对气候变化以及海气耦合作用的影响非常显著,通过分析其形成机制,可以帮助进一步了解海洋与大气的相互作用过程以及其物理过程。利用Argo数据、NCEP/NCAR再分析数据和遥感风场数据对西北太平洋的混合层温度与温度锋面的变化机制进行了研究。基于海洋混合层的热量收支模型,发现在北太平洋区域的海洋混合层温度主要受到净热通量控制,同时还存在一个季节变化明显的温度锋面。9~2月为温度锋面加强时期,3~4月温度锋面变化不明显,而5~8月温度锋面则迅速减弱。根据研究,该温度锋面的加强与减弱主要是由于净热通量的南北差异造成的,而在净热通量中则以短波辐射通量与潜热通量为主要影响因子。     

锋面结构的MM5数值模拟

利用美国PSU／NCAR具有嵌套功能的非静力中尺度大气模式MM5，对发生在2000年4月8-9日的一次强冷锋进行数值模拟。分析模拟结果发现，锋面结构的演变与适应锋生理论相一致，并且具有一种不连续结构。     

台风“Chanchu”变性过程位涡及锋生特征分析

利用非静力中尺度WRF模式输出的0601号"Chanchu"台风模拟资料分析了台风变性过程中的结构演变特征,并从位涡的角度,利用湿位涡方程对"Chanchu"变性过程中强度减弱但却能引发强风暴雨的原因进行了探讨。分析表明:台风在变性过程中,尺度逐渐增大并与东移南下的高空槽不断接近,在与高空槽相互作用之前,台风眼壁及外围雨带雷达回波减弱,最大风速减小,最大风速半径圈向外拓展;高低层位涡相接之后,由于高层正位涡的下传携带冷空气侵入台风,在低层锋区上诱发出气旋性环流,进而重新引发强对流,并在角动量的输送作用下,台风外围环流风速再次增大。变性后高空槽和台风在位相上仍有一定距离,高空槽仅与台风的外围环流相互作用,冷空气没有入侵台风内部,这是"Chanchu"没有重新加强的原因之一。利用锋生函数对引起锋生的各分量进行分析,结果显示非绝热加热是造成锋生的主要原因,散度和变形项的贡献次之,倾斜项对锋生几乎没有贡献。     

中国东南沿海冬季渐近线型锋生辐合线及其强降水的发展机制

基于中国东南沿海冬季强降水的统计分析,采用EOF、REOF、North检验等方法对2011—2016年冬季(12、1、2月)欧洲中期天气预报中心降水资料进行分类,选取位于内陆的第1、第4 REOF模态,对该两模态的降水样本进行合成分析,合成的降水中心与东南沿海福建的多年统计暴雨中心吻合。与强降水相配合,1 000 hPa上有自北向南的渐近线型辐合气流,并伴有锋区,从而形成天气尺度渐近线型锋生辐合线,强降水位于辐合轴线左侧气旋式风切变处。这是一类以前未曾受到关注和讨论的东南沿海地区冬季暴雨系统。利用客观判定方法和建立系统坐标系,以确认并诊断该系统的结构。在冷干少雨、低层盛行偏北风的冬季,此类系统兼有锋区热力抬升与辐合气流动力抬升,在雨区形成旺盛的上升运动;同时,通过辐合线正交风分量将邻近的海面水汽汇集到降水区,与中高层副高边缘偏南气流相向而行,构成较为深厚的交汇式水汽输送层;通过非绝热加热,形成深厚的热力对流不稳定,并通过干区向湿气团下楔入,形成下干上湿的湿动力不稳定,以及假相当位温随高度增加而递减,形成上暖湿、下冷干的对流不稳定层。因此,该系统对冬季强降水的发生发展及落区具有重要影响。通过WRF模式的模拟结果探讨环境热力机制的影响,结果显示,凝结潜热加热可影响辐合线的辐合位置和强度、锋生区的位置及强度,进而影响系统的活跃程度。中层潜热加热抑制平流感热冷却进入暖气团,维持降雨区的热力不稳定和降水强度。渐近线型锋生辐合线有利于东南沿海冬季大范围降水出现暴雨,其中凝结潜热释放具有重要贡献。     

我国东南沿海地区海岸锋生的数值模拟

本文用ＰＳＵ／ＵＣＡＲ中尺度模式ＭＭＲ对黑潮暖流海域海洋边界层大气的斜压性对我国东南沿海地区局地环流及天气影响的数值模拟分析表明：在有利的大尺度背景风场向岸东风的作用下，我国东南沿海地区夜间可以有海岸锋生成，黑潮暖流影响锋生强度，并使沿海岸一带区域夜间降水增大。     

南海东北部亚中尺度过程时空分布特征

基于高分辨率模型2009-2012年的模拟结果,本文对南海东北部亚中尺度过程的时空分布特征进行了研究。模拟结果表明,南海东北部上层广泛存在着相对涡度接近于局地行星涡度的亚中尺度过程。统计结果发现,亚中尺度过程的相对涡度的分布具有着明显的非对称性,即正涡度明显强于负涡度。这意味着相比于负涡度,具有正涡度的亚中尺度过程要更为活跃,而这主要是由离心不稳定导致。同时,亚中尺度过程在时间分布上表现出明显的冬强夏弱的季节变化特征。通过对该海区亚中尺度过程可能生成机制的分析发现,该季节变化与流场拉伸和混合层的厚度有着密切关系,冬季更强的流场拉伸和更深的混合层有利于通过锋生过程和混合层不稳定为亚中尺度过程生成提供更多的能量。     

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。     

ANALYSIS OF THE COLD AIR EFFECT ON AN EXTREME PRECIPITATION EVENT TRIGGERED BY AN INVERTED TROUGH OF TYPHOON HAIKUI (1211)

Based on intensive automatic weather station data, satellite cloud imagery, NCEP reanalyzed data, and the simulation results from mesoscale numerical models, this study analyzes the characteristics and formation mechanisms of the mesoscale convection system (MCS) during the extreme precipitation event that was triggered by a weakened low-pressure inverted trough of Typhoon Haikui on August 10/2012. The results of this study show that cold air at the rear of a northeastern cold vortex creates thermodynamic conditions favorable to the development of extreme precipitation. The main body of the cold air is northward located so that the cold air invades only the middle layer of the periphery of the inverted trough. Thus, the cold air minimally affects the lower layer, which results in a vertically distributed structure of the temperature advection that augments the formation and development of convective instability stratification. In the middle troposphere, the cold air encounters the convergent, ascending, warm moist air from the low-pressure inverted trough, leading to frontogenesis. The frontogenesis enhances wind convergence which, in turn, further enhances the frontogenesis, and the positive feedback between these two forces augments the development of meso- and small-scale convection systems in the rainstorm region and its vicinity, which strengthens the upward transportation of water vapor from low layers and thickening of water vapor convergence and results in local heavy rains.