华南两次强台风暴雨过程的水汽与湿位涡对比分析

【目的】探讨不同季节但路径相似的台风暴雨的相关特征,为不同季节的台风暴雨落区预报提供参考依据。【方法】利用常规的探空和地面资料以及NCEP/NCAR1°×1°全球再分析资料,计算2个强台风的水汽通量散度和湿位涡场。对比分析水汽通量辐合、湿位涡正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)的水平和垂直分布特征,以及与暴雨落区的对应关系。【结果】秋季的"彩虹"台风高层副热带高压加强,而中低层冷空气和东南气流的汇合使"彩虹"台风的东侧和北侧获得更有利的动力环境条件;而夏季的"威马逊"台风北侧无冷空气影响,台风南侧外围强盛的西南季风气流卷入。台风"威马逊"期间,强的水汽通量辐合中心始终在台风及其残涡中心的南侧和西侧;台风"彩虹"登陆后60 h内一直持续有2支强盛的气流向台风中心输送水汽,而水汽通量的辐合中心与"威马逊"相反,位于台风中心的北侧和东侧,东南气流的卷入以及维持时间长使暴雨增幅。台风"彩虹"登陆后高层高值MPV1扰动下传,低层MPV2> 0并增强,湿斜压性得以增强,有利于垂直涡度增长,使台风低压得以维持和发展;登陆后48～66 h 925 hPa层MPV1为负值,使对流不稳定能量及潜热能的释放,有利于暴雨的维持。而台风"威马逊"登陆后湿斜压性增强不明显。2个台风强降水中心大致位于925 hPa MPV1正负中心过渡带偏向负中心一侧;"威马逊"过程低层MPV1负值中心在正值中心的左侧,对应着西南季风的汇入区;而"彩虹"过程低层MPV1负值中心在正值中心的右侧,对应着冷空气和东南气流的汇合区。这是2个台风暴雨落区差异的成因之一。【结论】本研究得出的湿位涡诊断结果对台风暴雨落区预报具有较好的指示意义。     

半干旱区不同类型土地利用的蒸散量及水分收支差异分析——以通榆为例

利用吉林通榆半干旱区农田站和退化草地站2008年的外场试验观测资料,对比分析了不同土地利用方式对蒸散和地表水分收支的影响。结果表明：从全年来看,尽管两个站点相距仅5 km,但农田站的全年总蒸散量比代表自然土地覆盖状况的退化草地站高28.2 mm;且生长季两种下垫面的蒸散量较为接近,差异主要发生在非生长季。同时,农田站的年水分收支总量为51.1 mm,比退化草地站低35.6％。具体来说,生长季,两个站点的水分收支均有盈余;但在非生长季,退化草地站的水分收支仍有盈余,而农田站则处于水分亏损状态。这说明在半干旱区,代表人为土地利用状况的农田站面临着更大的水分供给压力,人类活动导致的土地利用会加剧该地区的干旱化趋势。
　　进一步的分析表明,水分盈余并不代表地表的水分状况良好。从 Priestley-Taylor 系数来看,两个站点的Priestley-Taylor系数均远小于1.0,说明在半干旱区,由于表层土壤水分条件的限制,实际蒸散量远未达到平衡蒸散量,土壤面临着水分供给的压力。其可能的原因是,对半干旱区而言,尽管水分收支有盈余,但是由于土壤沙化严重,土壤孔隙度大,大气降水很容易下渗,并以地下水的形式存储起来,使得表层土壤水分供应反而不足。     

耦合海-气环流模式中双热带辐合带现象及其热收支分析

文中研究了耦合海-气环流模式中的双热带辐合带(Double ITCZ)现象,并对这一现象的成因从海洋热量收支的角度进行了初步分析。Double ITCZ现象是在热带太平洋赤道南北两侧各出现一条ITCZ的现象,这是耦合海-气环流模式中的较为普遍的一种异常现象,与实际气候中出现的Double ITCZ现象并非指同一问题。文中对比观测和模式结果,指出了Double ITCZ现象的主要特征,针对它的出现过程进行细致分析,再利用模式输出的热量收支各项进行统计,得到了从海洋热收支分析得到的海表温度变化原因。与观测到的正常模态相比,Double ITCZ是一个异常的模态,它的特征突出地表现为西太平洋暖池区的降温和东南太平洋10°S附近的升温。海洋热量收支分析表明,暖池区的降温主要是受到扩散的作用,而表层平流的异常增暖在决定异常辐合带区升温过程中占第一位的作用。     

索马里急流的年际变化及其对半球间水汽输送和东亚夏季降水的影响

利用美国国家环境预报中心和美国国家大气科学研究中 心（NCEP/NCAR）再分析月平均气候资料以及Xie和Arkin分析的月平均降水资料（1968～199 8年），针对索马里低空急流（SMJ）的年际变化及其对东亚夏季降水的影响问题展开了分析 研究. 结果揭示，SMJ作为最主要的越赤道气流，对两个半球间水汽输送起最关键的作用， 它把水汽从冬半球输送到夏半球. 夏季SMJ的年际变化有全球范围内的环流异常与之相联系 ，特别是东亚沿岸的波列状异常分布、南亚高压以及澳大利亚以南的偶极型异常分布；它 也同春季的北印度洋等海区的海温异常有密切关系. 研究还表明，春季SMJ的年际变化对东 亚夏季降水和大气环流有显著影响，由于SMJ影响的超前性，因此它在东亚夏季气候预测上 有重要意义.     

热带副热带对流层中上层水汽场分析研究

利用GMS-5卫星水汽通道资料分析了1995年夏秋季热带对流层中上层水汽场的分布及其变化。分析表明：南印度洋-澳大利亚-南城市平洋地区是夏秋季对流层中上层最好干的地区，赤道太平洋、北太平洋是相对干区；夏秋季南亚和中国南部是对流层中上层最潮湿的地区，夏季比秋季更潮湿，反映出季风在这一地区的活动特点，月平均水汽场从8月到9月，高湿带观点华北平原突然南跳到南海海面，表明对流层中上层的水汽场在9月份发生突变，比大气环流的10月突变早1个月完成；青藏高原夏季东南部为湿区，秋季西北部为湿区。     

起伏地形下重庆市水汽压的空间分布

利用重庆市1∶25万电子地图和100m×100m分辨率的DEM资料,建立了基于常规气象观测资料的实际起伏地形下重庆市水汽压空间分布模型,计算了重庆市各月月平均和年平均水汽压的空间分布,并完成其制图同时详细分析了重庆市实际地形下水汽压的空间分布。分析表明:随着海拔高度的增加,水汽压逐渐减小;各月水汽压的最小值出现在东北山区;重庆市水汽压的季节变化很明显。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

多层城市冠层模式的建立及数值试验研究

为在城市气象数值模拟中更好地体现由城市发展引起的下垫面土地利用改变及人为活动对大气过程的影响,建立了基于建筑物三维分布的多层城市冠层模式,冠层内动力方程组考虑了建筑物冠层拖曳力的作用及雷诺应力的影响,通过引入建筑物宽度、间距以及垂直分布密度指数等建筑物形态特征参数,以更好地体现城市复杂地表对大气温度、湿度及动量方程的影响.同时,该模式分屋顶、4个侧壤及地面分别考虑辐射及能量平衡求解表面温度,计算各表面与大气的通量交换,并考虑辐射阴影效应、冠层内部各个面之间的可视因子、以及与冠层内建筑物密度指数、可视因子等相关的多重反射辐射导致的辐射截陷作用.模式的离线检验结果表明:(1)冠层模式计算风廓线与风洞实验测量数据吻合良好;(2)离线冠层模式能够模拟实际小区的风速、温度垂直廓线,并能够较好地体现小区内气温日变化.冠层模式与区域边界层模式耦合检验结果表明:(1)耦合模拟的近地面(2 m处)气温及地表温度的结果明显优于传统的水泥平板方案,尤其是在夜间,水泥平板方案与实测气温最大偏差4 K左右,耦合模拟方案为1-2 K;(2)耦合模拟方案考虑了建筑物对冠层之上的拖曳力影响以及建筑物形态结构对雷诺应力的影响,风速(10 m处)计算结果与观测值相差约在1 m/s,水泥平板方案偏差3 m/s左右.     

东亚地区夏季水汽输送特征

利用1950—2002年NCEP/NCAR再分析逐日平均资料,计算全球格点整层水汽输送通量,分析东亚地区夏季水汽输送在推进过程中逐候的气候特征。研究发现：第25—44候是水汽输送变化最为明显的时段,也是水汽输送的集中期;东亚地区各个经度带的偏南风水汽输送在出现时间、北抬进程速度、北界位置、南撤速度等方面均表现出不同的特征;副高边缘的东南风水汽输送具有迂回西扩和快速东撤的特点,并且在强盛期能够到达青藏高原的东南部。     

基于地基GNSS观测数据的贵州高原地区水汽层析精度分析

利用精密单点定位(PPP)技术处理贵州地基GNSS观测数据,获得高精度天顶对流层延迟(ZTD),进而开展水汽反演获得大气可降水量(PWV)产品。基于斜路径可降水量(SWV),使用自适应联合代数重构算法进行三维水汽层析,空间分辨率优于30 km×30 km,时间分辨率为5 min。以无线电探空数据为参考评估ZTD和PWV精度,其RMS分别为3.55 mm和1.03 mm。以ERA5再分析资料为参考评估三维层析精度,无暴雨发生时,三维层析相对误差不超过10%,偏差最大值为1.03 g/m³。以无线电探空数据为参考评估三维层析精度,层析结果与无线电探空数据的相关系数在0.97以上,具有较好的一致性。贵阳站和威宁站的平均RMS分别优于0.5 g/m³和1.2 g/m³。