台风“莫拉菲”潜热的数值模拟研究

WRF天气研究和预报模式是新一代中尺度数值预报模式,本文采用最细2公里的网格距对台风“莫拉菲”内核的宏观、微观以及潜热过程进行数值模拟。通过对台风路径、风速大小、降水形态以及内核热力和动力结构的验证,证实了单向六参数WSM6方案的合理性。本文通过计算台风过程中的潜热加热率,揭示了总潜热主要来源于0℃层以下的凝结潜热和0℃层以上的凝华潜热。证实了与霰有关的云微物理过程是对总潜热贡献最重要的因子。除此之外,在本次台风“莫拉菲”的模拟中,其他重要的潜热贡献因子分别是水汽凝结成云水、云冰的凝华增长、雪的凝华增长、云冰的初始化、霰的凝华增长、云水被雪和霰收集、云水和雨水的蒸发、雪的升华、霰的升华、霰的融化以及云冰的升华。总体而言,本文模拟的潜热加热率廓线和TRMM卫星的廓线基本一致,尽管具体数值略有不同。     

两次西南涡降水的诊断分析

本文对比分析了2009年夏季两场西南涡引发的暴雨天气过程,通过对涡度各个贡献项以及几个热力诊断量的分析认为,促使西南涡发展的主要贡献是大气的辐合,其次是垂直输送,β效应项的贡献是最小的,可以忽略。从几个热力诊断量来看,通常对流有效位能的释放时间都会先于最强降水的出现时间。K指数和总体指数的极值出现时间一般也略早于最强降水的出现时间。对流有效位能和K指数以及总体指数都对降水预报有一定的指示作用。      

一次西向特大暴雨天气过程的高空气流结构分析

利用常规资料对产生“97.8.13”西向特大暴雨过程的天气系统和气流结构进行分析。分析表明高空有三支不同性质的气流直接对暴雨的发生、发展产生作用。西南气流直接对暴雨的发生、发展产生作用。西南气流的急流轴,垂直方向位置偏低,急流狭窄。700hPa偏东气流和西南气流在交汇处形成强烈的能量锋区,成为暴雨发生发展的触发机制。     

阿拉善盟“4·24”强沙尘暴天气过程分析

应用基本气象资料,对2010年4月24—25日阿拉善盟强沙尘暴天气过程进行了天气和动力诊断分析。结果表明:气旋后部有强冷暖空气交汇,造成水平温度梯度增大,从而加大了垂直切变偏差风。同时,强变压梯度和强斜压性形成了变压风,引起了不稳定能量的释放,从而引发地面大风,产生强沙尘暴。高空急流的活动会促使下沉运动,有利于地面气旋加强,造成低层辐合,高层辐散,非常有利于对流的发生与发展。     

一种冰-海洋模式的热力耦合方案

冰与海洋的热力耦合对冰与海洋环流的模拟有极其重要的影响,是冰-海洋相互作用的一个重要方面.对其精确确定需要详细考虑冰-海洋界面附近的湍流过程,这在长时期的模拟特别是气候模拟中,常受到技术条件的限制.过去的研究常常假设冰下海洋混合层的温度为冰点,特别是在单纯冰模式的模拟中,但考虑海冰漂移和冰点变化的效应时,这一假设是不精确的.因此,弱化冰下海洋混合层温度为冰点的约束,不考虑详细的冰-海洋界面和海洋混合层的湍流过程,根据冰-海洋耦合系统的能量收支关系,设计了一个简化的冰-海洋热力耦合方案.对该方案引起的海洋混合层适应、热力结构和海冰发展的影响进行了分析,并将其用于全球冰海洋耦合模式的数值试验,结果表明,在大气热力强迫下该耦合方案既可使冰区混合层海水温度向冰点适应,又使冰边缘带海水温度与冰点保持明显差异,能够较好地反映冰-海洋热力相互作用.利用该耦合方案构造的全球冰-海洋耦合模式模拟的海冰范围及季节变化与实际观测非常接近.     

三类沙尘暴过程环流特征和动力结构对比分析

利用地面、高空气象观测资料、NCEP再分析资料等对冷锋、蒙古气旋、高压底部倒槽型3类天气过程的大尺度环流、动力和热力结构特征进行了对比分析。结果表明,从大尺度环流特征来看,冷锋型、蒙古气旋型均在高纬地区形成尺度较大的槽涡,槽涡底部出现低槽分离并向南发展,在中纬度诱发地面冷锋及蒙古气旋,其差异在于蒙古气旋过程中往往在中纬度对流层中低层形成切断低涡;蒙古冷高压底部倒槽型过程中,中高纬度为脊前西北气流,中纬度蒙古冷高压与向北发展的倒槽在中纬度相遇形成准静止锋,并在其南侧诱发沙尘暴。从动力、热力结构来看,冷锋型、蒙古气旋型在对流层中低层均呈现典型的斜压结构,冷锋型过程锋区异常陡立,700 hPa以下近于垂直,上升运动呈倾斜形态,并在对流层中低层形成高值中心;蒙古气旋型过程中,气旋区形成8~10个纬距上升气柱,贯穿整个对流层;蒙古冷高压底部倒槽型过程中,沿经向700 hPa以上形成南北风的明显交汇,而在其下方形成南侧沙尘区上升、北侧高压区下沉的垂直正环流。     

基于CloudSat卫星资料分析东太平洋台风的云、降水和热力结构特征

利用2006～2010年的CloudSat热带气旋过境数据集资料,依据风速大小划分为不同演变阶段,对各阶段内东太平洋台风的云、降水和热力结构进行综合分析。结果表明:雷达反射率在5 km高度上下的分布截然相反,沿径向回波强度和顶高不断减小。各类云沿径向和垂直方向的分布差异较大,而深对流云的垂直尺度和发生概率始终较大。有效粒子半径、分布宽度参数和冰水含量随高度减小而粒子数浓度却增大,沿径向各冰云参数以及降雨率都不断减小。各阶段降雨率总体上夏季大于秋季,沿纬向各季节在不同阶段的分布各异。内核区降雨率近似服从指数分布且对暖的海面温度SST较为敏感,其与雷达反射率的散点分布集中在三个区域内。内核区5～10 km高度存在暖核结构,其下方恰好对应湿心区,而10 km以上相对湿度距平较大值区对应台风顶部的卷云罩。各阶段4.5 km以上为对流性稳定层结而该高度以下的层结特性各异,此外假相当位温沿径向不断减小。     

东半球夏季低空越赤道气流的年际变化

利用1948—2006年NECP/NCAR的风场、高度场、海平面气压场以及地表温度再分析资料,采用相关分析、合成分析及回归分析等方法,探讨了东半球夏季低空越赤道气流的年际变化特征以及越赤道气流强度与环流系统和前期海陆热力差异的关系。结果表明,越赤道气流强度的年际变化和同期南北半球低纬环流系统,特别是亚澳大陆气压差关系密切。此外,索马里急流和孟加拉湾越赤道气流受海陆热力差异的影响,而东亚越赤道气流则主要受海温影响。     

华北一次西南涡暴雨过程的诊断分析

利用一日4次1°×1°的NCEP再分析资料和常规观测资料,分析了2010年7月19日发生在华北地区的西南涡暴雨过程。结果表明：此次暴雨过程是不同尺度系统共同影响的结果,低空急流将水汽源源不断地向暴雨区输送,云水含量大值区与强上升运动和强降水时段有较好的对应关系,高、低空急流的耦合作用促进了上升运动,暴雨期间对流层低层有自南向北发展的高能舌维持,存在对流性不稳定层结,上升运动自低层向上发展,将低层的暖湿空气向上输送,使得大量的不稳定能量释放,为暴雨区提供了持续的能量。