涡旋自组织在山东暴雨预报中的应用研究

分析2000—2007年夏季卫星云图资料发现,在山东省区域性或大范围暴雨天气过程中,一些产生暴雨的中尺度云团的发展演变经历了由无组织到有组织、由不规则云形到规则云形的过程。为了更加凸现这种演变特征,对6例典型天气过程进行了分析。结果表明：造成山东暴雨的云团自组织过程多发生在7月;初始云块平均为5个左右;云团之间平均距离为200km左右;源地多发生在山东、河南、河北三省交界及鲁西地区;1h最强降水一般出现在自组织完成时刻或其前后3h左右;云团从初始生成到自组织并直至消亡,整个过程约11h。     

华东地区一次飑线过程的数值模拟与诊断分析

本文利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)同化多部多普勒雷达观测资料和常规地面探空观测资料,对2009年8月17日发生在我国华东地区的一次飑线过程进行高分辨率数值模拟;利用模拟输出资料,分析该飑线过程的动力和热力特征和对流线单体后向新生的环境条件。研究结果表明:(1)在飑线系统初生阶段,从飑线后部(北方)的团状对流系统的低层MCV(mesoscale convective vortex)中南下的冷空气与西南暖湿气流相遇激发强对流,促进飑线发展;随着飑线系统的发展和南移,团状强对流系统的低层MCV的气旋性环流对飑线的影响逐渐减弱,而飑线本身产生的低层冷池向外辐散的冷空气与环境场西南暖湿气流辐合成为飑线持续发展的主要动力。(2)本次飑线系统属于典型的后向新生型飑线,由4条处于不同发展阶段的对流线合并而成,对流线上对流单体的后向新生是动力和热力过程共同作用的结果,既需要一定的对流抑制能量促进对流有效位能的累积,也需要一定的环境风场垂直切变、低层风场的辐合和水平涡管向垂直涡度的转化。     

长江下游梅汛期中尺度涡旋特征分析

利用2006～2009 年日本再分析资料对长江下游地区梅汛期间(5～7 月)边界层内中尺度涡旋进行普查,并分类统计分析了边界层内中尺度涡旋与暴雨、低空急流的关系。研究结果表明:每年的5～7 月该地区经常在对流层低层或(和)边界层内出现中尺度扰动涡旋,根据中尺度涡旋最初生成的高度不同,可划分为边界层中尺度涡旋、对流层低层中尺度涡旋和对流层低层—边界层中尺度涡旋三类。边界层中尺度涡旋中与暴雨有密切关系的中尺度涡旋称为边界层中尺度扰动涡旋(PMDV),根据涡旋前或后6 小时累积雨量,可以进一步将其分成两类:第一类是暴雨的直接制造者中尺度对流系统(MCS)先于边界层中尺度扰动涡旋发生(MCS-PMDV);第二类是边界层中尺度涡旋产生后,激发了中尺度对流,造成了暴雨过程(PMDV-MCS)。PMDV-MCS 类涡旋暴雨的特点是在对流层低层850 hPa 是一条切变线,其南侧有一支西南低空急流,边界层925 hPa 则是一个闭合的涡旋,暴雨区主要落在涡旋的东北面和东南面。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa稳定少动,强大的南亚高压,中层500 hPa东移短波槽、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着相互作用,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

2007—2013年夏季江淮地区MCS和MCV与暴雨关系的统计特征

利用FY-2D逐时T_BB资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2007-2013年夏季(6-8月)江淮地区暴雨和大暴雨日的MCS和MCV进行普查,将MCS分为圆状的MCC和MβCCS以及带状的PECS和MβECS,并根据MCV能否激发新的对流将其分为发展型和不发展型。结果表明:夏季江淮地区由MCS造成的暴雨和大暴雨日占总天数的74.3%。追踪产生暴雨的65次MCS过程中,带状MCS所占比例明显大于圆状MCS;MCS多生成于江淮中东部的陆地上,以向东-东北和南-东南移动为主,其移动距离集中在1~5个经纬距。暴雨和大暴雨日中出现的MCV主要位于对流层中低层,且多出现在MCS的西侧和北侧;PECS和MβECS比MCC更易衍生MCV过程,未出现MβCCS伴随的MCV个例。不同类型MCS衍生出的MCV厚度差异很小,MCV的厚度与其类型、对应暴雨日的等级无明显关系。6-8月,MCV发生的次数递减,MCV多发生于午后14时左右,夜间到凌晨很少生成。由MCS引发的大暴雨日中,有MCV出现的天数占61.5%,明显较暴雨日高,大暴雨日中出现的MCV多数都能引发"二次对流"。     

梅雨锋上中尺度涡旋与高低层流型演变的关系

利用MODIS卫星、多普勒天气雷达和地面观测资料,对2013年6月30日四川遂宁一次特大暴雨天气过程中涡旋暴雨云团的演变特征进行了详细分析。主要结论是：(1)涡旋暴雨云团与其北侧的积云云团呈前倾结构,说明暴雨云团经历了先由弱积云发展为深对流云、再到云毡的逐步发展成熟过程;(2)涡旋暴雨云团从南到北围绕低涡中心东侧最多时有6条降水云带,其中南部的降水云带碰并增长带(-1~-10 ℃层)厚度大于凝结增长带(3~-1 ℃层)厚度,北部降水云带刚好相反,表明南部以碰并增长过程为优势物理过程,利于较快拓宽云滴谱,使得云滴迅速长大形成雨滴降落下来;(3)涡旋暴雨云团中最强降水云带位于其南部的资阳至遂宁一带,分析雷达回波垂直剖面图发现有8个对流单体分布在云带中,且不断有新生单体移向遂宁,并从南至北依次增强,形成“列车效应”,其成熟阶段-10 ℃高度以下碰并增长很充分,厚度为6 km左右,-10 ℃高度以上存在一个深厚的冰相增长带,厚度5~8 km,发展到成熟阶段碰并增长和冰相过程均为优势微物理过程,云中碰并增长和冰化增长过程向下传递明显,这些特点利于快速形成降水,导致当日10—17时遂宁站连续出现强降水。

     

涡旋相关法测定湍流通量偏低的研究

针对野外实验所发现的不同观测法测定地表能通量不平衡问题,进行了均匀加热大气边界层的大涡模拟实验.用模拟的湍流风、温度和湿度涨落的时间序列证实,对流边界层低频涡普遍存在,并经常以一簇一簇热泡的形式出现.风速较小时,有限时长的取样不足以捕捉低频涡的贡献,可造成涡旋相关法测量的统计量异常偏低.仿照涡旋相关法的步骤进行数据处理发现,经去除平均或趋势计算的温度和湿度通量偏低程度在边界层下部随观测高度的增高而显著,其中尤以湿度通量为甚.其结果在一定程度上可以解释低风速条件下地表能通量测量的不闭合问题,但是尚不能完全解释诸如青藏高原实验出现的严重不闭合.文中对此作了探讨性的讨论.     

基于紧凑比率的海洋涡旋提取方法研究

涡旋是海洋流场中的一种特殊形态,其涡核中心速度在大小和方向与周围具有明显的差异,使其在形态上接近椭圆环或圆环。结合涡核中心点所属临界点类型,通过确定海洋流场中涡旋近似的多边形与等周长圆的紧凑比率,便可识别涡旋。鉴于此,本文提出了基于形态学紧凑比率思想提取涡旋的新方法。综上,该方法可以识别不同尺度下的涡旋并能够准确确定涡核及其周围区域的瞬时运动状态。与其他方法相比,本文提出的方法覆盖面大,受数据精度影响较小且可以识别更多的海洋涡旋,为涡旋识别提供了一种新的途径。     

富碱斑岩成因与Cu—Mo—Au矿床成矿作用——以金沙江—红河富碱斑岩成矿带为例

富碱斑岩因其产出构造环境独特、岩石类型特殊,并常与铜多金属矿床密切相关,而受到广泛关注。本文在回顾相关研究进展的基础上,通过岩石成因和构造环境、岩浆性质和岩浆源区等方面的综合研究,探讨了金沙江—红河富碱斑岩成矿带富碱岩浆成矿作用及成岩成矿机制。系统的矿床地质、年代学、地球化学等研究表明：① 金沙江—红河富碱斑岩成矿带内成岩成矿作用集中于43~32 Ma,成矿富碱斑岩系始新世—渐新世I型钾玄质花岗斑岩,是印—亚大陆后碰撞背景下大陆内部大型走滑和伸展等动力过程诱导的岩浆活动产物,金沙江和哀牢山—红河断裂的差异走滑运动可能控制了成矿带差异性成岩成矿事件;② 成矿带北段以Cu—Mo为主的成矿富碱斑岩源自新元古代下地壳的部分熔融,且源区有富集地幔和亏损地幔物质的加入,而南段以Cu—Au或Cu(—Mo—Au)为主的成矿富碱斑岩源自具有不同程度富集地幔物质加入的新生下地壳的部分熔融;③ 带内以Cu为主的斑岩—矽卡岩型矿床中成矿富碱斑岩的氧逸度（ΔFMQ）与矿床规模具有正相关性。除受氧逸度控制外,源区高K2O含量有利于斑岩—矽卡岩型Au矿床的形成。该研究对金沙江—红河富碱斑岩成矿带乃至同类矿床研究和找矿勘查具有理论和实际意义。     

标准生长曲线法在华南沿海老红砂石英光释光测年中的适用性*

如何快速准确地建立老红砂剖面年代学标尺或区域年代学框架,是在实践中有待解决的问题。而标准生长曲线法(SGC)在减少样品测试时间、提高测年仪器的测试效率方面具有独特的优势,因此在内陆黄土及沙漠沉积年代测定中得到了广泛应用。在福建和海南海岸带老红砂分布区采集了4个剖面的测年样品共计20个,应用单片再生剂量法(SAR)及SGC法进行定年研究。结果表明: (1)福建和海南海岸带老红砂样品释光(OSL)信号均以快组分为主,在信号积分通道前0.64 s 快组分的信号占据总体信号的80%以上,适合使用SAR及SGC方法测年;其快、中组分光电离截面分别为: 福建老红砂2.62×10^-17 cm²和3.24×10^-18 cm²,海南老红砂2.66×10^-17 cm²和3.51×10^-18 cm²; 2个区域样品的IRSL(红外激发释光信号)/OSL信号比值表明,较老样品的红外释光信号明显高于较年轻的样品,这可能是受到长石包裹体的影响,但其比值均小于10%,符合SAR与SGC测试要求。 (2)SGC法在华南海岸地区老红砂OSL年代学研究中具有较好的适用性,不同样品之间的剂量生长曲线存在着相似的增长模式,可以建立标准生长曲线; 但福建与海南老红砂样品之间的标准生长曲线具有较大的差异,因此在较大区域范围内运用标准生曲线法应当谨慎小心。