Kinetic Energy Budget Equations of Rotational and Divergent Flow in Terrain-following Coordinates

In this study, kinetic energy budget equations of rotational and divergent flow in pressure coordinates are derived on terrain-following coordinates. The new formulation explicitly shows the terrain effects and can be applied directly to model-simulated dynamic and thermodynamic fields on the model’s original vertical grid. Such application eliminates interpolation error and avoids errors in virtual weather systems in mountainous areas. These advantages and their significance are demonstrated by a numerical study in terrain-following coordinates of a developing vortex after it moves over the Tibetan Plateau in China.     

北半球冬季极涡异常变化的时空特征

利用NCEP/NCAR再分析月平均高度场资料,计算了1948/1949-2009/2010年北半球冬季500～10 hPa的极涡环流指数,包括面积指数S、强度指数P和中心位置指数(λc,φc).分析了北半球冬季极涡在垂直高度上(共12层)的季、月气候态和异常态变化规律.结果表明:极涡面积和强度在不同高度上的大小变化不同,最大值出现的时间也存在差异,二者相关性不好,为两个相对独立的指数.极涡面积和强度的年代际变化趋势在上下层上也不一样,异常变化规律复杂;极涡中心位置上下层变化规律相同,主要在东半球80°N以北范围变化,在极点附近经度变化大,纬度变化小,纬度指数年代际变化明显,近10 a极涡明显偏南.从整体上看,极涡中心位置从500 hPa到10hPa形态上为逆时针、半径越向上越大的旋转变化.     

北半球冬季平流层强、弱极涡事件演变过程的对比分析

利用1958～2017年逐日的NCEP/NCAR再分析资料对北半球冬季平流层强、弱极涡事件的演变过程进行了对比分析,同时比较了有平流层爆发性增温（SSW）和无SSW发生的两类弱极涡事件的环流演变和动力学特征。结果表明,强极涡的形成存在着缓慢发展和快速增强的过程,而弱极涡事件的建立非常迅速;和强极涡事件相比,弱极涡事件的峰值强度更强,异常中心的位置更高。此外,强、弱极涡事件的产生与波流相互作用的正反馈过程密切相关。对于强极涡事件,发展阶段的太平洋—北美（PNA）型异常削弱了行星波一波;当平流层西风达到一定强度,上传的行星波受到强烈抑制,使得极涡迅速增强达到峰值。而对于弱极涡事件,发展阶段一波型的异常增强了行星波上传,通过对纬向流的拖曳作用使得平流层很快处于弱西风状态,更多行星波进入平流层导致极涡急剧减弱甚至崩溃。针对有、无SSW发生的两类弱极涡事件的对比分析表明,有SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层出现强的向上的一波Eliassen-Palm（EP）通量异常,通过正反馈过程使得一波和二波上传同时增强而导致极涡崩溃;无SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层缺乏向上的一波通量,二波活动起到重要作用,其总的行星波上传远弱于有SSW发生的弱极涡事件。对于无SSW发生的弱极涡事件,其发展和成熟阶段对流层上部出现类似欧亚（EU）型的高度异常,伴随着强的向极的EP通量异常,导致对流层有极强的负北极涛动（AO）型异常。而有SSW发生的弱极涡事件发展阶段对流层上部主要表现为北太平洋上空来自低纬的波列异常,其后期的对流层效应更加滞后也不连续,对流层AO异常的强度明显弱于无SSW发生的弱极涡事件。     

“白鹿”台风(1911)残涡造成广西大范围暴雨成因分析

利用常规气象资料及EC再分析、卫星云图、雷达、中尺度自动站等资料,采用天气动力诊断分析方法,对"白鹿"台风(1911)残涡造成广西大范围暴雨的成因进行分析。结果表明,"白鹿"台风残涡暴雨是在有利的高低空环流形势和强水汽辐合条件共同作用下造成的。有利的环流条件使停编后的"白鹿"残涡强度维持、加强,卫星云图显示"白鹿"南半环云系发展旺盛、密实,雷达回波显示残涡螺旋云带的前端有新生对流发展、传播,从而造成广西大范围暴雨发生。     

滇南中小尺度灾害天气的多普勒统计特征及识别研究

利用普洱CIND3830-CC新一代天气雷达资料、地面观测资料、探空资料,对2004—2009年滇南普洱、西双版纳典型的中小尺度强对流天气的多普勒雷达回波特征进行统计分析,总结冰雹、大风、短时强降水的识别方法和预报指标。结果表明：冰雹云初始回波中心强度在40 dBz左右,高度在5 km左右,接近0℃层高度。冰雹云径向速度≥10m·s^-1,辐合特征明显,97%的移速≥30 km·h^-1,中心强度为55～69 dBz。97%的冰雹云的45 dBz回波顶高≥7.5 km,92%的冰雹云的45 dBz回波顶高超过-20℃层高度;大风回波可分为4种类型。96%的大风回波径向速度≥10 m·s^-1,50%的辐合特征明显,85%的移速≥30 km·h^-1,大风回波中心强度为30～55 dBz;强降水回波的辐合特征明显,79%的回波径向速度〈10 m·s^-1,85%的移速〈30 km·h^-1,回波强度集中在40～45 dBz,高度集中在6.5 km以下,强中心高度低于4.5 km,85%的强降水回波移速〈30 km·h^-1。这些特征可为短时临近预报提供参考。     

2010年7—8月东北地区强降雨过程分析和预报技术探讨

2010年7月19日至8月底,我国东北地区的吉林省和辽宁省先后共出现10次强降雨过程,造成严重洪涝灾害,降雨具有过程频繁、降水量大、落区重复的特点。利用地面、高空、卫星、雷达等常规观测资料和地面区域站资料及T639、NCEPFNL业务全球分析资料针对上述特点进行了分析。结果表明：稳定而异常的环流形势导致了较强偏南暖湿气流与冷空气在吉林中东部和辽宁中东部交汇,形成持续不断的降雨过程。造成强降雨的主要高空系统有低涡（切变）北上类和冷涡（低槽）东移类,两类的环流形势特点、水汽来源、冷空气作用不尽相同。两类系统的个例分析表明,降雨云团反复生成并经过同一地区是造成较大累积降雨量的主要原因。两个个例的对流云团生成机制不同,7月20日过程对流云团发生于沿低空急流带上超地转偏差风辐合区、高空冷锋前部的上升运动区和位势不稳定区,7月27日夜间过程的上升运动主要是近地层锋面抬升即冷暖空气辐合的结果;生成后对流系统的移动方向可用Corfidi向量法判断。上述分析结果对东北暴雨预报具有参考价值,分析方法同样也适用于我国其他各地的暴雨分析和预报。     

基于WRF模式的暴雨天气过程的数值模拟及诊断分析

利用新一代中尺度数值预报模式WRF2.2和1°×1°的NCEP气象再分析资料,对2009年9月17日发生在江苏南部地区覆盖沪宁高速公路的一次大暴雨天气过程进行了数值模拟。经AWMS（the automatic weather monitoring system）实测数据验证,此次天气过程的模拟效果较为理想。对模式输出的物理量进行诊断分析后发现：长江中下游地区的β中尺度低涡的发展、移动对暴雨过程中降水的加强和维持起着重要的作用;水汽辐合带在500hPa以下非常显著,在暴雨区形成了深厚的高湿环境,为暴雨的产生、加强和维系提供了重要的水汽条件;暴雨区内前期及降水过程中都存在较为强烈的垂直运动,且涡度场与散度场在垂直结构配置上一致,使得大气层结不稳定能量释放,形成了旺盛的对流天气;对流层中上层大气为中性层结,低层为位势不稳定,所以整层大气有对流发展,有利于暴雨的形成。     

一次华南暴雨过程的数值模拟———中尺度对流系统形成发展机制

2008年6月11-13日在华南地区出现了特大暴雨,这主要是由一系列中尺度对流系统(MCS)的相继生成,合并和强烈发展导致的.该研究利用新一代中尺度数值模式WRF对此次暴雨过程进行数值模拟,重点研究此次强降水过程中MCS发生、发展和演变过程及其相关物理机制.在MCS的生成过程中,由于西南涡的存在导致MCS始终处于正涡度环境中,正涡度导致的低层辐合与大气静力不稳定都是重要的MCS启动机制,这两者的共同作用有利于MCS的生成与加强.MCS形成后,在强垂直切变的环境中,倾斜抬升机制发生作用,更进一步加强了环境涡度,形成有利的正反馈过程,造成MCS迅速发展.这些加强的MCS和大尺度环境流场相互作用,造成了它们的合并.在MCS的分裂过程中,马氏力起着重要作用.     

梅雨期青藏高原东移对流系统影响江淮流域降水的研究

利用GOES-9和FY-2C卫星TBB资料、1°×1°的NCEP再分析资料以及常规地面观测资料对2003和2007年梅雨期内青藏高原东移对流系统影响重庆、四川以及江淮梅雨锋地区降水的主要方式作了研究。结果表明,2003和2007年梅雨期内,青藏高原东移对流系统影响下游地区降水主要存在4种方式:(1)高原上的动力辐合中心伴随高原对流系统东移,影响所经地区的降水,该种影响方式较为常见,持续时间较长,影响范围较广。(2)高原对流系统移出高原后在四川盆地引发稳定少动的西南低涡,触发一系列暴雨过程,此种影响方式持续时间较长,主要影响地区为四川和重庆(往往会造成强度很大的暴雨),当西南低涡以东盛行较强西南风时,向梅雨锋的动能输送较强,这十分有利于梅雨锋地区对流活动和降水的加强。(3)高原东移对流系统在四川盆地触发西南低涡,西南低涡生成后,在引导槽的作用下沿梅雨锋东移,沿途引发一系列暴雨,此种影响方式持续时间最长,波及范围最广。(4)对流系统东移出青藏高原后直接影响下游地区,此种影响方式最为常见,但其影响时间最短,强度最小。对环境场的分析表明,高原强对流往往发生在500hPa影响槽槽区附近的上升运动区,当200hPa高空急...     

The Energy Budget of a Southwest Vortex With Heavy Rainfall over South China

Energy budgets were analyzed to study the development of an eastward propagating southwest vortex (SWV) associated with heavy rainfall over southern China(11-13 June 2008).The results show that kinetic energy(KE) generation and advection were the most important KE sources,while friction and sub-grid processes were the main KE sinks.There was downward conversion from divergent to rotational wind KE consistent with the downward stretching of SWVs.The Coriolis force was important for the formation and maintenance of the SWV.Convergence was also an important factor for maintenance,as was vertical motion during the mature stage of the SWV and the formation stage of a newly formed vortex(vortex B).The conversion from available potential energy(APE) to KE of divergent wind can lead to strong convection.Vertical motion influenced APE by dynamical and thermal processes which had opposite effects. The variation of APE was related to the heavy rainfall and convection;in this case,vertical motion with direct thermal circulation was the most important way in which APE was released,while latent heat release and vertical temperature advection were important for APE generation.