边界层对梅雨锋 β 中尺度对流系统形成发展作用的模拟分析

利用中尺度数值模式MM5对2008年6月9日发生在皖浙赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行\n了数值模拟,着重应用高时空分辨率的MM5模式输出资料对引发这次暴雨降水过程的 β \n中尺度对流系统（M-β- CS）的发生发展过程进行诊断分析。对这个MCS的中心涡度、散度\n的时空演变分析表明其强度的快速增长信号最先出现在边界层,边界层在这个β中尺度\n对流系统早期的发生发展过程中起了重要作用;相当位温的演变则显示凝结潜热释放是此次\nβ中尺度对流系统后期发展的主要物理因子。通过对边界层埃克曼平衡流的进一步分析\n发现在这个MCS发展的早期,地形对上升运动的作用基本可以忽略不计,埃克曼抽吸导致的垂直上升运动也仅占边界层整个上升运动的30%左右,真正起主要作用的是边界层中的埃克曼非平衡流调整激发出的次级环流,埃克曼非平衡流向埃克曼平衡流的调整及产生的垂直上升运动可能是导致MCS早期发展的主要物理过程。通过这次模拟诊断分析工作,我们最后得到了以下初步结论：在本次梅雨锋暴雨个例中,MCS的发展前期是依靠边界层内强迫对流启动发展起来,即埃克曼非平衡流向埃克曼平衡流调整过程所引起的次级环流使得MCS在初期发展;当达到一定强度后,可能激发了后来的自由对流即潜热的突然释放,从而使得MCS进一步维持强烈持续的爆发。     

准静止梅雨锋连续暴雨个例的位涡反演诊断

2006年6月5-8日,受准静止的梅雨锋系统影响,福建北部地区发生了连续4 d的暴雨天气,引发了严重的洪涝灾害.文中利用1°×1° NCEP再分析资料、位涡诊断和位涡反演的方法,详细分析了梅雨锋演变过程中主要天气系统的变化,位涡和位涡扰动(位涡异常)与梅雨锋及梅雨锋带上强降水之间的关系,并通过分离位涡扰动的方法探讨了与不同物理过程有关的位涡扰动在梅雨锋发生发展中的作用.结果发现对流层低层锋面南北两侧高压系统的稳定维持是准东西向梅雨锋形成和维持的主要原因.满足非线性平衡方程的平衡流很大程度上代表了实际气流,它的演变基本上反映了梅雨锋流场的演变.非平衡流形成了梅雨锋辐合带,它主要来自梅雨锋北侧的高压系统.与潜热释放有关的对流层中低层的正位涡扰动是梅雨锋发生发展中有主要影响的因子之一.边界层的位涡扰动一定程度上有利于梅雨锋的形成和维持.总体而言,下边界位温扰动并不利于梅雨锋的形成和维持,但它具有一定的日变化.高层位涡扰动对梅雨锋形成和维持的作用相对其他位涡扰动要弱的多,且不利于梅雨锋的形成和维持,但在梅雨锋后期南压阶段作用增强.对流层中低层与潜热释放无关的其他位涡扰动对梅雨锋的南压起到了一定作用.     

与水平风切变强度不均匀相联系的CISK惯性重力波

在虚拟高度坐标系中, 用一个简单的线性模式初步研究了水平风切变强度不均匀分布对长江流域梅雨锋附近贯穿整个对流层的深厚惯性重力波发生发展的影响。结果表明:水平风切变强度不均匀对CISK惯性重力波不稳定有重要作用。在一般干的层结大气中, 实际可能出现再强的水平风切变的影响也难以使惯性重力波变得不稳定; 只有在积云对流潜热参与, 原为弱稳定条件下, 水平风切变强度不均匀能促使低空急流北侧不稳定扰动的发生发展。而水平风切变强度不均匀对不稳定贡献最大的区域是梅雨锋南侧的急流轴附近。     

长江中下游地区梅雨期降水的集合预报试验

本文利用MM5模式,通过改变模式的积云参数化方案、边界层过程和云微物理方案,构造了一个15个成员的集合预报系统,对2001年长江中下游地区梅雨期降水做了集合预报试验。试验表明,集合预报与决定预报相比,可以有效地提高梅雨降水的预报准确度;在不同分辨率条件下集合预报相对于决定预报的提高程度是不同的,分辨率越低,集合预报的价值越大。尽管如此,集合预报还具有的内在缺陷是对小雨高估、大到暴雨低估。试验也揭示了,MM5模式本身对于降水有过分预报的倾向,粗网格模式配置对细网格内降水产生重大影响。     

门限自回归模型在梅雨降水量预测中的应用

针对梅雨量的分布特性,提出应用门限自回归模型建立一套简便实用的梅雨量丰枯预测方案。利用相关分析取得恰当的延迟特性,根据梅雨量在X轴上的分布特点选取门限值,并通过改进遗传算法和高斯-牛顿法优化回归系数项和回归系数,最后采用分级预报方法对梅雨量做5级预报。该方案在1967~2002年泰州地区梅雨量丰枯预测中取得了很好的效果,其历史拟合率和预报准确率分别达到87%和80%。     

梅雨锋动力锋生方程组及其应用

利用湿静力温度Tσ作为参数,导出梅雨锋锋生的方程组,并用该方程组计算了1991年江淮梅雨锋强降水的个例。结果表明：该方程组可分析梅雨锋的动力锋生;在梅雨锋中存在近似垂直分布的对称的横向次级环流,环流中干冷侧的横向穿锋环流可建立湿状态的稳定性;非地转变形项对梅雨锋锋生（消）起主导作用,同时次级环流的上升运动与锋生有正反馈关系。另外,梅雨锋中Tσ水平锋生对未来6小时降水具有一定的指示意义。     

近50年长江中下游春季和梅雨期降水变化特征

利用1961—2009年长江中下游地区52个气象站逐日降水资料,研究了该地区春季降水与梅雨期降水的连续变化特征,划分了连续旱、连续涝、先旱后涝和先涝后旱4类连续性事件,并探讨其成因。结果表明:长江中下游地区春季降水量年际和年代际变化较为显著,其中连续旱和连续涝事件发生较多。前冬Ni?o3区的海温与春季和梅雨期降水量相关性超过0.05显著性水平,前冬青藏高原积雪深度与6月西太平洋季风指数与梅雨期降水量相关性均达到0.05显著性水平。当春季水汽丰富,同时春季与6月副热带高压中心位置持续偏西可能导致春季和梅雨期降水持续偏多;春季水汽丰富,但春季至6月副热带高压中心位置由偏西向偏东转变,可能造成先涝后旱;春季水汽偏少,且春季与6月副热带高压中心位置持续异常偏东,易造成持续干旱。2011年水汽突变可能是导致旱涝急转的直接原因,前冬的La Ni?a事件不利于春季降水而6月副热带高压位置异常西伸, 则容易引发旱涝急转。     

季节内振荡影响西太平洋副热带高压两次北跳的机制

夏季期间,西太平洋副热带高压（简称副高）存在两次明显的北跳,其中第一次北跳导致华南前汛期结束、江淮梅雨建立,而第二次北跳则意味着江淮梅雨结束、华北雨季开始。本文基于观测资料和再分析数据,利用快速傅里叶变换和合成分析方法,深入探讨不同时间尺度季节内振荡对气候态和异常年副高两次北跳的影响机制。结果表明:在季节内尺度上,平常年和异常年影响副高两次北跳的季节内振荡的主导周期不同。气候态上,以10~20天和准60天为主;第一次北跳异常年和第二次北跳偏早年,以30~60天为主;第二次北跳偏晚年,则呈现出10~20天和30~60天两个主导周期。不论气候态还是异常年,东亚—热带西北太平洋地区低频振荡在年循环背景下均呈现出明显的北传特征,这是导致副高发生两次北跳的重要原因之一。而印度季风区低频振荡在东北向传播过程中所引起的西风东伸是造成副高第一次北跳更为明显的原因。源自澳大利亚高压的冷空气入侵所激发的暖池对流的准双周振荡则是造成气候态和偏晚年副高第二次北跳更为显著的原因。由于前期春季西北印度洋海温出现异常,造成局地低频振荡发生位相迁移,进而导致副高第一次北跳发生异常。而副高第二次北跳异常则是因为ENSO改变了暖池地区季节内振荡的尺度和振幅所造成的。     

中尺度地形对梅雨锋暴雨影响的个例研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2007年7月9—10日皖南特大暴雨过程中尺度对流系统(MCSs)的活动特征及其引发暴雨的天气背景和环境场特征,探讨了大别山和皖南山区中尺度地形对MCSs活动和暴雨形成的影响,并通过高分辨率的数值模拟、地形敏感性试验和对比分析,进一步研究了中尺度地形对MCSs活动及其降水的影响。结果表明,此次强降水过程形成的2个暴雨中心分别位于大别山东北侧和皖南山区北部,期间有4个MCSs活动,皖南特大暴雨是由2个准静止MCSs活动造成的。MCSs具有明显的日变化特征,在清晨出现日峰值,梅雨锋中低层辐合和高层辐散是MCSs形成和发展的主要原因之一。在梅雨锋东移南压的过程中,MCSs相对于中尺度地形的位置在不断地发生变化,地形上空盛行气流方向以及地形Fw数也在不断变化,地形通过不同的动力机制影响MCSs。高地形Fw数下,大别山主要通过山脉波影响下游的MCSs;低地形Fw数下,地形绕流和山脉波共同影响下游的MCSs活动。当MCSs移近皖南山区北坡时,地形有利于MCSs的形成和维持,其阻滞效应可减缓MCSs的移动,有利于皖南特大暴雨的形成。大别山和皖南山区中尺度地形对暴雨强度和分布有明显的影响,其构成的中尺度组合地形效应是皖南特大暴雨形成的重要原因。