地形作用下低空急流的演变与强降水对流风暴系统的相互作用

利用雷达、卫星、风廓线雷达和地面加密区域自动气象站等观测资料,分析了2016年入梅后发生在鄂东地区一次极端强降水事件的中尺度对流系统发生发展过程、结构演变及其传播特征,旨在揭示造成强降水过程中的3个中尺度对流系统（MCS）的触发、发展、维持机理以及它们之间内在的中尺度动力学关系,尤其是地形作用下的低空急流的演变与强降水对流风暴系统相互作用过程。研究表明:（1）与大多数梅雨锋上的强降水带与低空切变线平行分布不同,此次极端强降水雨带呈倾斜的“n”字形,其中两条主雨带近乎与低空切变线垂直;此次极端强降水分别由大别山迎风坡上西北—东南向MCS、湖北中东部平原地区西北—东南向MCS和桐柏—大洪山东侧东北—西南向MCS造成。3个MCS移动缓慢,都具有后向传播的特征。（2）大别山迎风坡上MCS初始雷暴是低空急流下边界不断向下扩展过程中在地形抬升作用下触发的,而湖北中东部平原地区的MCS和桐柏—大洪山东侧MCS的触发、发展、加强都与大别山迎风坡上MCS形成的冷池加速推进形成的出流边界与环境气流形成的强烈辐合抬升作用有关。（3）垂直于大别山的边界层西南急流对山坡上的对流冷池产生的顶托作用不仅平衡了冷池密度流产生的向下作用力,而且进一步强化了山区的辐合抬升强度,使得大别山迎风坡上强降水风暴系统得以长时间维持和发展;当山坡上的对流冷池堆积到足够厚度,或者由于低空急流的下边界迅速抬升时,这种平衡被打破,大范围的冷池俯冲下山并在平原地区快速推进,造成了湖北中东部平原地区大范围的雷暴大风和MCS发展加强,并沿冷池前沿逐步组织化,形成平原地区东南—西北向的强降水带。      

赤道以外热带大气中30—50天振荡的一个动力学研究

本文的动力学分析和模式大气的计算结果表明,在积云对流加热的反馈作用下,热带大气可以产生一种CISK-Rossby型波动。这种波与经典的热带Rossby波不同,它既可以向西也能向东移动,而且在热带大气通常的加热情况下其相速度同热带30—50天振荡的活动相一致。同时,CISK-Rossby型波动具有频散特性,其能量频散可以说明30—50天大气振荡的二维Rossby波列特征。因此可以认为,CISK-Rossby型波动是赤道以外热带大气30—50天振荡的主要激发和驱动机制。     

水汽场初值调整及其对华南降水预报贡献的研究

该文利用GMS多通道气象卫星资料推导得到的降水资料估算出的加热率, 作为非绝热的非线性正规模初始化过程中的非绝热强迫项, 进行风压场的初值调整, 再采用一个与模式中的对流参数化方案相反的逆运算方案, 进行水汽场的初值调整.以保证初始时刻按模式的物理参数化方案计算得到的加热率与由卫星推导的加热率一致. 这一方法在非绝热的非线性正规模初值化的框架中, 使初始时刻的水汽场得到调整.既实现了传统的初始化目标, 又提高了模式对降水的短时预报效果.对华南的两个个例的试验结果表明该文的方法是有效的.     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压(简称副高)西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明:副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层(700 hPa以下)的对称不稳定区,700~500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700~500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层(750 hPa以下)锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500~800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

华北地区一次中尺度对流系统上方的Sprite放电现象及其对应的雷达回波和闪电特征

利用低光度相机首次观测到了2013年7月31日华北地区一次中尺度对流系统(MCS)上空产生的中高层Sprite放电现象。结合闪电定位、天气雷达等同步观测, 对一次MCS诱发的Sprite的形态学特征及其对应的母体闪电和雷暴系统的雷达回波特征等进行了详细分析。研究除发现了2例圆柱型、3例胡萝卜型和1例舞蹈型 Sprite外, 还发现了2例发光主体发育不完全的Y字型Sprite。估算的Sprite的底部平均高度低于61.8±3.5 km, 顶部平均高度为84.3±6.8 km。Sprite持续时间算术平均值为25.7±9.8 ms, 几何平均值为24.4 ms。Sprite的母体闪电均为正地闪, 峰值电流在+62.5～+106.2 kA之间, 算术平均值为+77.1±22.2 kA, 是本次MCS所有正地闪平均峰值电流的1.4倍。Sprite母体闪电的脉冲电荷矩变化(iCMC)在+475～+922 C km之间, 几何平均值为+571.0 C km。Sprite母体闪电发生在MCS雷达回波25～35 dBZ的层状云降水区, 弱回波(<30 dBZ)面积的突然增加对Sprite的产生有重要指示作用。Sprite易发生在MCS成熟—消散阶段正地闪比例(POP)显著增加的时段。在本次MCS消散阶段中, 有两个时间段可能有利于产生Sprite。在Sprite集中发生时间段, 北京闪电综合探测网(BLNET)探测到的正地闪比例为54.2%, 正地闪连续电流比例70.24%, 连续电流持续时间为58.17±50.31 ms, 有利于Sprite的产生。     

Consistency Problem with Tracer Advection in the Atmospheric Model GAMIL

The radon transport test, which is a widely used test case for atmospheric transport models, is carried out to evaluate the tracer advection schemes in the Grid-Point Atmospheric Model of IAP-LASG （GAMIL）. Two of the three available schemes in the model are found to be associated with significant biases in the polar regions and in the upper part of the atmosphere, which implies potentially large errors in the simulation of ozone-like tracers. Theoretical analyses show that inconsistency exists between the advection schemes and the discrete continuity equation in the dynamical core of GAMIL and consequently leads to spurious sources and sinks in the tracer transport equation. The impact of this type of inconsistency is demonstrated by idealized tests and identified as the cause of the aforementioned biases. Other potential effects of this inconsistency are also discussed. Results of this study provide some hints for choosing suitable advection schemes in the GAMIL model. At least for the polax-region-concentrated atmospheric components and the closely correlated chemical species, the Flux-Form Semi-Lagrangian advection scheme produces more reasonable simulations of the large-scale transport processes without significantly increasing the computational expense.     

2008年“7.02”滇中大暴雨的成因诊断与数值模拟

利用常规观测、NCEP 1°×1°再分析资料、云图、多普勒雷达回波和WRF模式对2008年7月2日滇中大暴雨进行成因诊断和数值模拟。结果表明:对流层高层的干侵入和中低层冷、暖平流交汇诱发副热带高压和滇缅高压间辐合低涡迅猛发展成强中尺度对流辐合体,加上中低层来自孟加拉湾的丰富水汽输送和中低层强水汽辐合共同引发此次大暴雨。过程中,垂直螺旋度贡献主要在中层;干位涡呈现出对流层顶强正高位涡,300 hPa以下为次正高位涡,两者之间为负区的柱状分布特征,次正高位涡强中心有向下层延伸特征。WRF较好地模拟了整个大暴雨过程中强降水主体时段和大暴雨落区特点,最大对流有效位能变化趋势对强降水有较好预示作用,模拟方案在积分30小时内效果较好。     

渤海西岸暴雨中尺度对流系统的结构及成因

利用卫星、雷达和加密自动站等监测资料,结合VDRAS系统资料和1°×1° NCEP再分析资料,对造成黑昼和暴雨的中尺度对流系统的空间、热动力结构特征和发生、发展及维持原因进行了分析。结果表明:2004—2009年渤海西岸圆形α-中尺度对流系统有别于南方,其中只有16%可发展为中尺度复合体;黑昼现象是影响系统的特殊性所致。突发性暴雨的制造者是α-中尺度对流系统西端不断新生的β-中尺度对流系统,其发生、发展、维持与边界层内冷池外流、对流层低层 (1.3~2.4 km) 侵入的西北气流与西南气流形成的辐合线或交汇线有密切关系。α-中尺度对流系统的上升速度中心在500 hPa附近,多个β-中尺度对流系统分别具有独自的垂直气流和弱边界层环流。α-中尺度对流系统内部扰动温度呈下负上正的垂直分布,促使了不稳定层结趋于稳定;冷池呈东厚西薄的楔形结构,有利于β-中尺度对流系统发展维持。     

2007年夏季川渝与江淮流域MCS分布与日变化特征

2007年夏季川渝地区及江淮流域持续性降水、极端强降水和强对流事件频发.利用强暴雨发生时段2007年6月28日至7月26日逐时FY-2C红外TBB资料对这两个地区及周边区域(25°～38°N、100°～130°E)进行普查,共获得570个生命史≥3小时的中尺度对流系统(MCS).MCS的定义为-52℃ TBB闭合等值线内TBB≤-52℃的面积≥400km~2,不区分形状与生命史.MCS识别由计算机自动完成,MCS追踪由人工完成.普查结果发现,云南西北部至四川西部、四川东部与重庆、云贵高原东部和广西北部山区至洞庭湖、淮河流域四个区域是MCS活跃区,但淮河流域又有三个波动状MCS活跃中心.普查区域内总体MCS和川渝地区活动最频繁的MCS持续时间为3～7小时,但江淮流域活动最频繁的MCS生命史为4～9小时.按时间尺度将570个MCS分成三类,第一类MCS生命史3～5小时,第二类MCS生命史6～11小时,第三类MCS生命史≥12小时.三类MCS的地理分布特征及触发机制各不相同:第一、二类MCS在西太平洋副高平均位置的内、外侧都有发生,它们的发生、发展及移动受中尺度因素影响明显,可能与地形、中尺度辐合线等有关;第三类MCS发生在西太平洋副热带高压平均位置的外侧,其发生、发展及移动路径受天气尺度环境控制因素显著.三类MCS日变化具有明显不同的日变化特征.三类MCS的形成高峰都出现在午后.第一类MCS无显著的夜发性特征,第二、三类MCS有较显著的夜发性特征.第一、二类MCS在午后最活跃,但第三类MCS活动最活跃时段在下半夜(18UTC).川渝地区和江淮流域的MCS都具有多峰型日变化特征,但二者的活跃时段有所不同.本文还给出了2个引发强降水的MCS典型个例及1个长生命史MCS演变特征.