2019年4月大气环流和天气分析

2019年4月大气环流的主要特征是北半球极涡呈偶极型分布;中高纬环流呈不典型3波型,我国基本为正距平;西太平洋副热带高压与南支槽强度均偏强。全国平均气温为12.7℃,较常年同期（11.0℃）偏高1.7℃,全国平均降水量为49.0 mm,较常年同期（44.7 mm）偏多9.6%。月内共出现2次较强冷空气过程;全国范围内共发生8次大范围强降雨天气过程,同时出现9次强对流过程,多地遭受风雹袭击,局部地区受灾较重;而内蒙古东北部、东北地区发生干旱。此外,北方地区出现4次沙尘天气过程。     

Evidence of Specific MJO Phase Occurrence with Summertime California Central Valley Extreme Hot Weather

This study examines associations between California Central Valley(CCV) heat waves and the Madden Julian Oscillation(MJO). These heat waves have major economic impact. Our prior work showed that CCV heat waves are frequently preceded by convection over the tropical Indian and eastern Pacific oceans, in patterns identifiable with MJO phases. The main analysis method is lagged composites(formed after each MJO phase pair) of CCV synoptic station temperature, outgoing longwave radiation(OLR), and velocity potential(VP). Over the CCV, positive temperature anomalies occur only after the Indian Ocean(phases 2-3) or eastern Pacific Ocean(phases 8-1) convection(implied by OLR and VP fields). The largest fractions of CCV hot days occur in the two weeks after onset of those two phase pairs. OLR and VP composites have significant subsidence and convergence above divergence over the CCV during heat waves, and these structures are each part of larger patterns having significant areas over the Indian and Pacific Oceans. Prior studies showed that CCV heat waves can be roughly grouped into two clusters: Cluster 2 is preceded by a heat wave over northwestern North America, while Cluster 1 is not. OLR and VP composite analyses are applied separately to these two clusters. However, for Cluster 2, the subsidence and VP over the CCV are not significant, and the large-scale VP pattern has low correlation with the MJO lagged composite field. Therefore, the association between the MJO convection and subsequent CCV heat wave is more evident in Cluster 1 than Cluster 2.     

台湾海峡区域热带气旋内核深对流特征分析

利用1996-2010年的卫星红外云顶亮温(TBB)资料,研究经过台湾海峡的热带气旋(TC)内核深对流活动特征。根据TC受台湾岛影响的大小分为远海区域、登陆前近海区域、台湾岛区域和海峡区域4个阶段。分析发现,穿越台湾岛进入海峡区域的TC内核结构趋于松散,深对流系统的总面积较远海和近海区域TC小,但深对流系统个数较前期显著增加,活动位置远离TC中心。海峡区域的水体虽然有利于TC内核深对流系统在一定程度上的恢复发展,但并不能明显促进极端强对流系统的加强发展。位于台湾岛和海峡区域TC的深对流系统活动具有明显的非对称特征,特别是海峡区域TC的热塔分布,在TC前进方向左后侧出现的概率最高,超过了半数。     

Differential rotation and meridional circulation in global models of solar convection

In the outer envelope of the Sun and in other stars, differential rotation and meridional circulation are maintained via the redistribution of momentum and energy by convective motions. In order to properly capture such processes in a numerical model, the correct spherical geometry is essential. In this paper I review recent insights into the maintenance of mean flows in the solar interior obtained from high-resolution simulations of solar convection in rotating spherical shells. The Coriolis force induces a Reynolds stress which transports angular momentum equatorward and also yields latitudinal variations in the convective heat flux. Meridional circulations induced by baroclinicity and rotational shear further redistribute angular momentum and alter the mean stratification. This gives rise to a complex nonlinear interplay between turbulent convection, differential rotation, meridional circulation, and the mean specific entropy profile. I will describe how this drama plays out in our simulations as well as in solar and stellar convection zones. (© 2007 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

扩散对流温盐台阶结构的数值模拟

热盐驱动下的扩散对流现象是海洋中高纬度海域普遍存在的一种现象, 对其进行数值模拟可更细致地研究海洋小尺度动力过程。文章分析了扩散对流的形成机制, 建立了二维方腔模型, 通过有限体积法求解控制方程, 对其分层现象进行了数值模拟。研究给出了流场的温度及盐度随时间演化的关系, 展现了流场中速度的涡旋结构, 分析了温盐台阶结构的生成、合并的演化过程, 并对其物质和能量的输运进行了初步的理论解释。另外, 对不同热流密度情况下的扩散对流现象进行了对比研究, 发现随着热流密度的增加, 台阶结构的演变速率变快, 而且上边界冷却对其演化速率具有促进作用, 但热流密度的改变并没有对台阶结构的演变趋势产生明显的影响。     

一次中尺度对流复合体致洪暴雨成因分析

为了探索陕西暴雨天气发生发展的机制,采用天气学、动力诊断等方法对2011年7月5～6日陕西南部出现的暴雨过程进行分析。结果表明:中尺度对流复合体是造成此次暴雨的直接原因,强降水发生在中尺度对流复合体云顶亮温北边界的等值线密集区;沿海至陕西建立起水汽和温湿能的输送通道,高温高湿的暖湿空气源源不断地向暴雨区输送;不同暴雨阶段的中低层大气稳定性有明显的差异,对流不稳定和条件性对称不稳定是暴雨发展维持的重要机制;对流层低层较大的垂直螺旋度东侧可能预示着大暴雨的发生。     

基于GNSS水汽和地面假相当位温观测的短时强降水阈值预报方法研究

基于2019年和2020年6—7月GNSS水汽监测网大气可降水量（PWV）资料和并址气象站的地面雨量、温、压、湿等同步观测数据,利用临界成功指数（CSI）和命中率（POD）两个检验指标,探索建立了基于PWV、6小时水汽增量（PWV*）及假相当位温距平（θse*）的短时强降水阈值预报方法,并利用2021年6—7月降水样本对该预报方法进行检验,结果显示CSI和POD分别为0.167和0.593,其评分高于目前常规业务方法对短时强降水的客观预报评分,其中约48%的短时强降水发生在预警之后的24小时内,约78%发生于48小时内。研究区域内78.6%的短时强降水样本发生在连续15小时PWV*的累积值（∑PWV*）≥75mm且连续24小时θse*累积值（∑θse*）≥30K的条件下;PWV高值区叠加∑PWV*和∑θse*的大值区对梅雨期短时强降水以及暴雨发生区域有较好的指示性。     

川渝地区一次短时强降水天气的集合敏感性分析

为了加深对川渝地区短时强降水天气的认识,为提高业务预报技巧及改进数值模式提供参考,选取了川渝地区一次短时强降水天气过程,基于对流尺度集合预报系统,开展了目标区域平均降水量对模式初值的集合敏感性分析,并探讨了相应的动力学机制。主要结论如下：敏感区的分布与对目标区域降水起到关键影响作用的系统有较好的对应：850 hPa和700 hPa西南低涡周围的敏感区呈现出正负相间的分布特征,500hPa低压槽左（右）侧为负（正）敏感区,250 hPa高空西南急流区域（南侧）为正（负）敏感区,中低层与锋区前（后）部对应区域为正（负）敏感区。说明西南低涡周围负（正）敏感区的西北（东南）风越强,低压槽左（右）侧西北（东南）风越强,高空急流区域（南侧）西南（东北）风越强以及锋前（后）温度越高（低）,则越有利于西南低涡内的辐合上升运动,500 hPa低压槽的加强,250 hPa高空辐散的加强,锋区温度梯度增大以及锋面抬升作用加强等并对目标区域的降水产生正面的影响。     

华北局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统发生发展对比分析

利用常规地面高空观测、多普勒雷达、风廓线、VDRAS(Variational Doppler Radar Analysis System)和NCEP再分析资料,对2018年8月5—6日副热带高压(以下简称副高)控制下华北一次局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统触发和发展机制进行了分析。结果表明:这次大暴雨发生在副高控制下,处于高温、高湿气团中,大气层结极不稳定。暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成,分别是太行山迎风坡上西南—东北向、华北平原地区保定一带南北向、保定至霸州附近西南—东北向和以雄安新区为中心东西向原地生消的准静止MCS-Ⅰ、MCS-Ⅱ、MCS-Ⅲ和MCS-Ⅳ,均属于β中尺度。在相似的环境中,不同中尺度对流系统触发机制有较大差异,太行山迎风坡上的MCS-Ⅰ是由近地层偏东暖湿气流在迎风坡与山风形成的辐合抬升触发;由辐射差异和前期强降水形成的局地冷池受MCS-Ⅰ影响再次加强后,其出流与环境风形成的两条地面辐合线分别触发了MCS-Ⅱ和MCS-Ⅲ,并组织对流沿辐合线呈带状发展;而超低空偏东风增强叠加冷池出流在地形抬升作用下促使沿山暖湿气团进一步抬升,使得原本消亡的MCS-Ⅰ再次重建...