近几年中尺度动力学研究进展

近几年,中尺度气象由于在逐日天气预报中的重要作用和在气象灾害预报中的显著贡献,已经成为一个热门的研究课题.中尺度气象研究并预测中尺度天气系统的发生发展及其引发的灾害性天气,如暴雨、冰雹、龙卷风等.本文主要总结了2007年以来我国在中尺度研究中取得的显著性成果.主要包括:波动、涡旋、锋面、稳定性、Q矢量和不变量.在波动方面包括重力波的形成和传播的研究,包含旋转Rossby波、混合低频旋转Rossby波和高频惯性重力波在内的台风波动以及考虑水汽作用的中尺度波作用守恒.涡旋部分主要介绍了青藏高原低涡(TPV)和热带气旋内部的涡旋问题.除了涡旋之外,锋面在中国也是一个关键系统.在锋面方面的进展有:梅雨锋中的β中尺度双雨带机制的产生和维持的实验性研究,以及基于广义位温的锋生函数的提出,这些成果使得对锋生过程的描述更接近于实际大气状况.在不稳定问题上,主要介绍了采用Energy-Casimir方法建立的拟能量波作用方程和基本气流具有线性和非线性切变时的横波扰动的不稳定.关于Q矢量,介绍了从地转Q矢量,半地转Q矢量到非地转Q矢量,非地转湿Q矢量的发展,以及由湿地转Q矢量和垂直风切变耦合得到的新型散度方程.最后,讨论了有关质点的两个不变量位温和位涡的相关研究新进展.     

南极长城站地区气象要素的中期振荡特征

本文用多维谱分析的方法研究了1985年1月-1987年12月南极长城站地面气象要素的谱特征。该地区的气象要素与北半球一样,也普遍存在3-5天、准一周、准二周和3-4周振荡周期。在长城站所在的乔治王岛地区,从地面到平流层中下部,气压系统都存在着显著的准二周振荡,这种振荡是由上往下传播的。无论冬、夏季,准二周和准一周振荡都是由西往东传播的,而扰动的南北传播方向则与季节及振荡周期长度有关。南极地区的中期振荡特征与500hPa极地涡旋的活动和强度变化有密切关系。     

2011年初夏我国长江中下游降水的气候特征及成因

文章主要分析了2011年初夏长江中下游降水的气候特征及其成因。结果表明：2011年5月长江中下游降水异常偏少,6月转为异常偏多,出现了明显的旱涝转换。长江中下游地区的旱涝转换主要受南海季风、东亚季风强度以及西太平洋副热带高压（副高）的异常快速北跳的影响。研究还发现,6月亚洲中高纬长期维持两槽一脊的环流形势,东北冷涡活动频繁,多次引导冷空气南下。同时,副高异常偏北、偏西,并出现多次西伸过程。由于冷涡的加强南压与西伸的副高相互作用,促使长江以南地区西南气流明显增强,使得冷暖空气在长江中下游地区交汇,最终导致该地降水偏多。     

西南低涡研究综述

西南低涡是影响我国降水的重要天气系统之一。最初对于西南低涡的研究可以追溯到20世纪40年代前后。文章主要回顾近半个世纪以来有关西南低涡活动及结构特征,西南低涡形成维持机制,西南低涡发展东移机制等方面的研究成果。在此基础上,指出研究存在的不足,如对西南低涡的云系特征和雷达回波特征的认识,不同尺度系统之间的相互作用对西南低涡发生发展的影响,大气边界层过程如何影响西南低涡发生发展,西南低涡活动异常机理的研究等,以便进一步深入开展西南低涡的研究,提高对此类天气影响系统的认识。     

北京721特大暴雨极端性分析及思考（二）极端性降水成因初探及思考

本文是“北京7.21特大暴雨极端性分析及思考”的第二部分,第一部分“观测分析及思考”对此次过程的降水特点、水汽特点、中尺度对流系统（MCS）的环境场条件和发生发展过程进行了分析,指出这是一次极端降水过程。本文进一步从影响降水的因子：降水效率、水汽、上升运动、持续时间等方面进一步探讨极端性降水的成因,所用资料为业务中常用的模式分析和各种观测资料。分析表明,本次过程为典型华北暴雨环流形势,其中高层气流辐散区与低层低涡切变线的耦合是直接诱因;较高的环境相对湿度和湿层较厚,较低的抬升凝结高度和自由对流高度以及热带降水性质提高了本次过程的降水效率;异常大的水汽含量（可降水量达60－80mm）及与其相关的物理量异常,可作为判断极端降水的重要因子;环境大气具有中下层条件性不稳定,上层湿中性层结特性,CAPE值中等,同时上层干侵入增加了对流不稳定,有利于上升运动发展;低涡切变线及华北地形共同触发了MCS的在暖区生成发展;低涡北跳、MCS后向传播特性使暖区MCS东移速度慢,形成“列车效应”,造成降雨持续时间长。本文最后探讨了极端降水的预报思路。     

青藏高原低涡活动对降水影响的统计分析

利用1998—2004年逐日08:00(北京时,下同)和20:00 500hPa高空图、日雨量和青藏高原低涡(下称高原低涡)切变线年鉴资料,统计分析了冬、夏半年不同生命史的高原低涡对我国和四川盆地东、西部降水的影响。结果表明,冬、夏半年高原低涡以东部涡占多数,6-10月有三分之一的东部涡能移出高原。冬半年高原低涡出现次数少,约占全年的五分之一,但也可造成高原及其周边地区的雨雪天气,特别是生命史超过36h以上的高原低涡有近半数可移出高原,造成高原区域暴雨雪,四川盆地中雨,半数可造成云南大雨雪或暴雨雪。夏半年,随着低涡生命史的增长,高原低涡影响高原及其周边地区和我国其他地区的降水范围和强度在增大,生命史超过60h以上的高原低涡可造成高原暴雨、甘肃中雨以上、四川盆地暴雨或大暴雨及云南大部分地区大雨以上的降水,每年都有1～5次可影响到华中、华东地区产生大雨以上的降水。100°E以东的高原低涡,不论是否移出,均可造成四川盆地中雨以上的降水。影响四川盆地降水的高原低涡以偏东路径为主,但东南路径影响更强。     

对流涡度矢量垂直分量在西南涡暴雨中的应用

将对流涡度矢量 (CVV) 应用于浅薄系统西南低涡引发的暴雨中,特别是将对流涡度矢量垂直分量 (C_z) 应用在2010年7月16—18日由西南涡引发的一次暴雨过程诊断中。研究了CVV垂直积分的各个分量与6 h累积降水量的关系,尤其是CVV垂直分量在西南涡暴雨过程中的指示意义。诊断结果表明:CVV垂直分量与西南涡引发的暴雨有一定对应关系,强降水发生时段与C_z垂直积分峰值出现的时间对应一致;在对流层低层850 hPa水平分布上,暴雨区位于CVV垂直分量的正值中心附近,偏向其梯度较大处;沿暴雨中心的CVV垂直分量,当对流层低层至高层呈现一致的正值时,暴雨强度会明显加强。     

贵州西部两场典型暴雨个例对比分析

利用ECWMF数值预报产品资料、逐日客观分析资料、常规观测资料以及高密度区域气象自动站降水资料和物理量资料,对2011年6月中、下旬发生在贵州西部地区的两场暴雨天气过程进行对比分析。结果表明:①两场暴雨的发生,中低层均有西南低涡沿切变线东南移和强盛的西南暖湿气流,第1场有高原槽,第2场既有高原槽又有南支槽等天气条件的有效合理配置,以及较强的垂直上升运动和充足的水汽、能量条件,为暴雨产生提供充分的条件。②区域气象自动站降水资料显示,中小尺度天气系统演变对强降水落区有很好的指示意义。③WRF模式较准确地模拟出降水落区、强度以及700 hPa上西南涡沿切变线移动趋势,对类似暴雨短时临近预报具有重要的指示意义。     

EFFECTS OF VERTICAL WIND SHEAR ON INTENSITY AND STRUCTURE OF TROPICAL CYCLONE

In this study,the effect of vertical wind shear(VWS)on the intensification of tropical cyclone(TC)is investigated via the numerical simulations.Results indicate that weak shear tends to facilitate the development of TC while strong shear appears to inhibit the intensification of TC.As the VWS is imposed on the TC,the vortex of the cyclone tends to tilt vertically and significantly in the upper troposphere.Consequently,the upward motion is considerably enhanced in the downshear side of the storm center and correspondingly,the low-to mid-level potential temperature decreases under the effect of adiabatic cooling,which leads to the increase of the low-to mid-level static instability and relative humidity and then facilitates the burst of convection.In the case of weak shear,the vertical tilting of the vortex is weak and the increase of ascent,static instability and relative humidity occur in the area close to the TC center.Therefore,active convection happens in the TC center region and facilitates the enhancement of vorticity in the inner core region and then the intensification of TC.In contrast,due to strong VWS,the increase of the ascent,static instability and relative humidity induced by the vertical tilting mainly appear in the outer region of TC in the case with stronger shear,and the convection in the inner-core area of TC is rather weak and convective activity mainly happens in the outer-region of the TC.Therefore,the development of a warm core is inhibited and then the intensification of TC is delayed.Different from previous numerical results obtained by imposing VWS suddenly to a strong TC,the simulation performed in this work shows that,even when the VWS is as strong as 12 m s-1,the tropical storm can still experience rapid intensification and finally develop into a strong tropical cyclone after a relatively long period of adjustment.It is found that the convection plays an important role in the adjusting period.On one hand,the convection leads to the horizontal convergence of the low-level vorticity flux and therefore leads to the enhancement of the low-level vorticity in the inner-core area of the cyclone.On the other hand,the active ascent accompanying the convection tends to transport the low-level vorticity to the middle levels.The enhanced vorticity in the lower to middle troposphere strengths the interaction between the low-and mid-level cyclonical circulation and the upper-level circulation deviated from the storm center under the effect of VWS.As a result,the vertical tilting of the vortex is considerably decreased,and then the cyclone starts to develop rapidly.     

中国夏季东北冷涡强度的定量化分析

本文利用NCEP/NCAR发布的1981~2010年全球日平均再分析位势高度场资料对东北冷涡进行检索并提取其平均态, 在此基础上定义东北冷涡的偏离指数, 并探讨其对东北冷涡强度特征的描述。结果表明: (1) 东北冷涡500 hPa闭合中心位势高度的概率分布近似为高斯分布, 以其期望值提取的东北冷涡平均态具有东北冷涡的共性, 表现出明显的大气斜压性及有利于系统维持和发展的温压配置关系特征; (2) 基于东北冷涡平均态定义的东北冷涡偏离指数不仅能够表征东北冷涡偏离平均态的程度, 还包含了低压面积的信息, 即能够直观地显示东北冷涡的强弱特征。