有限区域分解分析方法在2006年一次东北冷涡暴雨分析中的应用

2006年7月19-24日,东北地区出现一次明显的冷涡发展导致强降水的过程.对这次东北冷涡过程的天气形势分析表明,该东北冷涡的维持和发展与冷涡东部阻塞高压的建立与消亡有关.本文根据500 hPa环流形势演变特征,将东北冷涡发生发展过程分为4个阶段,并借助调和-余弦谱展开方法,对东北冷涡各阶段850 hPa水平风和水汽通量进行无辐散和无旋转分量分解,分析各阶段无旋转风动能和无辐散风动能之间的能量转化.研究结果表明,分解得到的无辐散风及其水汽通量清楚地展现出了东北冷涡的大尺度环流和水汽输送通道及水汽来源,而从无旋转风及其水汽通量上则可以直观地看到冷涡低层的中小尺度风场及水汽辐合辐散区,为分析东北冷涡内部对流提供帮助.东北冷涡发展的不同阶段其水汽来源有所不同,初始阶段的水汽主要来自黄海和渤海地区,发展阶段水汽主要来自日本海,而到成熟阶段和减弱阶段,水汽输送通道被破坏,冷涡的水汽供应大大减少,与同时期暴雨减弱一致.同时,无旋转风辐合强值区和无旋转风水汽通量大值区的重合区域有利于强对流的发生发展,表现为重合区与TBB(Temperature of Black Body,黑体辐射温度)强对流云带的形状和位置对应良好,与降水落区也较为一致,可为预报东北冷涡引发的强降水落区这一预报难点问题提供参考.从动能转化上看,无旋转风和无辐散风的动能转化项能很好地反映东北冷涡整个生命史过程中各阶段强度的变化特点,对冷涡强度预报具有一定的指示意义.     

与东北冷涡相伴的高空急流诱发平流层重力波的数值模拟研究

使用中尺度数值模式WRF-ARW,针对2010年6月发生在中国东北地区一例伴随对流层高空西风急流(位于~9km高度)演变过程出现的平流层重力波活动特征开展了数值模拟.事件发生期间,对流层区域环流处在一个东北冷涡系统的控制之下.模拟结果再现了该东北冷涡的发展和维持过程,以及与之相伴的高空急流的特征.模拟结果揭示出在急流区域上空的平流层中存在显著重力波活动现象.分析结果显示,重力波活动与急流存在紧密联系,在水平方向上,重力波呈显著的二维结构,出现在急流出口区上部并逆背景流向西传播.功率谱分析结果表明盛行波动具有~700km水平尺度、9~12h时间尺度以及4~5km垂直波长.由于急流的存在,造成其与平流层中下部之间存在显著的水平风速垂直切变,与切变相伴的耗散使得上传的重力波动量通量数值随着高度升高而递减.同时,在18~20km高度间出现的西风-东风转换带极大地抑制了波动在垂直方向的传播,形成显著动量通量沉积效应.估算结果表明,在11~20km高度之间,这种效应的整体作用相当于对该层背景流施加强度为0.86m·s-1·day-1的动力阻曳.     

一次东北冷涡暴雨的水汽输送特征和位涡分析

通过对2010年7月27~29日吉林省一次较大范围的冷涡暴雨、大暴雨过程进行诊断分析,建立了此类暴雨的天气概念模型：200 hPa呈现“两脊一槽”型,高空急流呈辐散状位于吉林省上空,急流中心最大风速≥60 m/s;500 hPa东北冷涡强烈发展,鄂海阻高稳定维持是此次强降水发生的重要天气系统,中心最大风速≥20 m/s的偏西风急流带横穿吉林省中部;850 hPa风速≥12 m/s的3条急流带在吉林省中东部地区交汇,形成低层辐合、高层辐散的气旋性涡度柱,较强的垂直上升气柱一直向上伸展到500 hPa附近,极有利于对流的发展和强降水的维持。通过计算整层水汽通量与吉林省逐6 h平均降水量的相关矢量场,结果表明：偏西、偏南及偏北3条水汽通道在吉林省中南部汇集是此次强降水发生的重要条件,暴雨落区与整层水汽通量汇合区密切相关,水汽输送以经向(南北方)水汽流入为主。暴雨期间具有较好的动力、热力及能量条件,特别是湿对流有效位能明显偏强,强降水出现在对流有效位能 (CAPE)值由极大值开始下降的过程中。干侵入是激发冷涡发生、发展的动力条件之一,≥1 PVU(位涡单位)的高位涡舌在下降的过程中,同时南移,与中部地区强降水落区自北向南移动相吻合。     

东北冷涡的结构及其演变特征的个例综合分析

利用NCEP再分析资料、FY-2C、CloudSat云探测卫星和实况观测等资料对2009年6月27—30日出现的东北冷涡的热力动力结构、三维流场和云系演变特征进行了分析,并初步探讨了冷涡的发生、发展机理。结果表明:该冷涡冷心结构最初始于高层,随后逐渐向下伸展。成熟阶段的冷涡,对流层整层为冷心结构,冷中心位于对流层中高层,其上即平流层低层为暖心结构,中心东西两侧上升气流随高度向外倾斜,经向风趋于对称。发展初期温度槽落后于高度槽,且轴线向西倾斜,斜压性特征明显;至成熟阶段,温度中心与高度中心趋于重合,轴线近于竖直,显示出正压的特征;到减弱阶段,由于低层偏北风减弱明显,轴线又略向西倾斜。冷涡云带的产生与低层辐合带密切相关。CloudSat云探测卫星资料分析结果表明,冷涡环流内多中小尺度对流云团发展,且分布极不均匀。此次个例的研究结果揭示出冷涡的形成和发展跟对流层中上层切断低压的生成发展与对应的地面低压逐步耦合的动力学过程紧密相关,其中,冷暖气流呈旋转式下沉和上升,在冷涡中心形成偶极;对流层高层的干冷空气总是沿着等熵面从高层穿越等压面向下侵入到冷涡中心附近,干侵入使冷涡加强发展并维持其冷心结构。干侵入机制实际就是高位涡的侵入和下传,对预报冷涡的发展演变具有重要指示意义。     

北亚洲大陆冬季地表感热通量对我国江淮梅雨的影响

利用1979—2008年NCEPⅡ月平均地表感热通量再分析资料、江苏省气象台整编的江淮出入梅日期和全国753个测站逐日降水资料,分析了亚洲北部(60°～135°E,32°～75°N,简称北亚洲)大陆冬季地表感热通量对我国江淮梅雨的影响及其可能机制。结果表明,北亚洲大陆地表在冬季总体为感热冷源,对大气起到强冷却作用。通过定义WSH指数来表征北亚洲大陆冬季地表感热冷源的强度,该指数值越小,冷源越强;反之,冷源越弱。当冬季北亚洲大陆地表感热冷源偏强时,夏季梅雨锋北侧的冷空气强度大范围加强,东北冷涡增强,且冷空气向南输送增强;7月高空副热带西风急流位置偏南,南亚高压呈青藏高压型;江淮流域上升运动增强,且该流域上空高层变干、低层变湿,大气层结的不稳定度增加,对流活动增强,有利于梅雨降水,出梅偏晚。冬季地表感热冷源偏弱时,情况则相反。因此,冬季北亚洲大陆地表感热通量的异常对汛期江淮梅雨的预测具有一定的指示意义。     

一次由“列车效应”造成的致洪暴雨分析研究

2010年6月25日在粤东南部地区发生了超历史纪录的强降水过程。利用MICAPS 3.1软件系统、多普勒雷达及中尺度地面自动加密观测站等资料进行分析表明：深厚的高空冷涡位置偏南,移动缓慢是造成此次极端降水的直接影响系统。有组织排列的多单体风暴活动、地面准静止锋及其前方锋前暖区内出现的中尺度辐合长时间维持,是形成＂列车效应（Train Effect）＂的主要原因,降水回波沿东北—西南向排列的地面总能量中心移动,特殊的地形作用促使＂列车效应＂形成。反射率因子图上显示强降水回波具有低质心结构且垂直发展旺盛,具有＂牛眼＂结构特征的速度图上表明了强盛的低空西南急流存在。由于＂大风核＂存在,造成中小尺度次级垂直环流,并且这些次级环流有规则的排列,这可能是＂列车效应＂形成和维持的主要原因。在上述研究基础上提出了此次＂列车效应＂暴雨模式。     

山东半岛一次冷涡强冷流降雪过程分析

利用Micaps常规资料、雷达资料,分析了2010年12月28-2011年1月1日山东半岛北部烟台、威海地区出现的强降雪天气过程的成因。分析认为这是一次冷涡系统造成的强冷空气产生的一次冷流降雪过程,暖湿的渤海是水汽来源,近地面层气压场的气旋性弯曲有利于水汽的积累和触发不稳定能量释放。最强降雪落区与对流层低层风向有较大关系,西北风偏西分量大时强降雪中心出现在威海地区。925hPa和1000hPa的风场辐合分布均可以较好地对应强降雪分布落区。雷达0.5°仰角的回波对冷流降雪带有很好的指示作用。从径向速度分析出低层风的辐合,与地面图上的气旋性弯曲相对应,也对降雪有很好的指示作用。     

南中国海东沙海域水合物成藏动力学模拟

基于南中国海东沙海域某地震剖面资料,利用Basin2二维模拟软件,结合研究区有关地温场、热流探测资料和ODP184航次调查的岩心数据,重塑了研究区沉降史、有机质生烃史、古地温场与热史变迁。进而利用“生物成因天然气水合物成藏动力学模拟系统”(Hydrate Dynamics)软件,模拟了水合物聚集的过程与分布范围。模拟结果表明,研究区水合物稳定域较厚(200~250 m),有机质含量适中,生物成因甲烷主要在海底1 km以浅范围内形成。稳定域之下早先埋藏的沉积物中有机质形成的生物成因甲烷在压实流的作用下能够向浅部层位中运移聚集,从而对现在的矿层有所贡献。水合物主要赋存于稳定域底部以上50 m的层位内,富集带中水合物的平均含量约为5%。     

极端冷事件不改气候变暖长期趋势

2009年入冬以来,北极冷空气主体位置偏南,使得北极地区温度比正常年份偏高,通常主要盘踞在北极地区的冷涡分裂南下,导致北极地区冷空气不断向中纬度地区扩散,造成北美、欧洲、东亚等地出现持续寒冷天气,强降雪天气频发。     

ENSO事件对北赤道流分叉位置的影响

本文应用热带西太平洋海面风资料,讨论了风应力涡度场的年际变化,及其对棉兰老冷涡和北赤道流分叉位置的影响。分析结果表明,风应力涡度场、棉兰老冷涡以及北赤道流分叉位置三者之间的年际变化存在密切相关。特别是在ＥＮＳＯ期间（厄尔尼诺－南方涛动）,热带西太平洋风场的变异,导致了风应力涡度场的变化,从而致使棉兰老冷涡加强和扩张,最终引起北赤道流分叉位置北移。相反,在ＬａＮｉｎａ（反厄尔尼诺）期间,风应力涡度减弱,冷涡减弱和西缩,从而引起北赤道流分叉位置南移。