下垫面物理过程在一次北京地区强冰雹天气中的作用

北京地区下垫面具有地形和城市边界层的双重性造成了天气变化的多样性.结合2005年5月31日发生的强冰雹天气个例,分析了下垫面物理过程在北京强对流天气中的作用.结果表明,山区的地形、城市边界层对雹云发生发展的不同阶段以至冰雹的落区、强度等都有相当大的影响.其中,此次降雹的初始回波是在西部山区地形的热力环流和动力强迫下局地触发的;城市下垫面热力作用形成的地面中尺度风场辐合线以及所造成的上升运动和能量、水汽的聚集,是对流回波在城市中心上空明显增强的主要原因;北部山区的喇叭口地形、西部山区的迎风坡抬升作用对局地强对流的发生、入境积云的发展亦有重要影响.     

甘肃东南部暖季对流活动的雷达气候学特征

基于天水多普勒天气雷达资料,通过“最大值法”筛选出对流回波样本,利用TITAN(雷暴识别跟踪分析和临近预报)算法对对流风暴属性特征追踪统计,分析了甘肃东南部暖季(6-8月)对流活动的雷达气候学特征。结果表明：(1)对流活动频次多集中在高海拔山区附近,大值中心位于六盘山西侧山脉的迎风坡或西秦岭山脉起伏较大的区域,其中8月为对流活动高峰期。(2)对流风暴以西北向东南方向传播为主,不同月份传播特征存在一定差异;6月传播速度最快、 8月最慢。(3)对流活动发生频率日变化特征呈单峰分布,主峰区位于16:00-17:00(北京时);不同地形对流发生、发展具有不同的日变化特征,午后高海拔区域是热力对流发生的高频区,夜间对流活动在山区、河谷、盆地、平原等地形均有发生。(4)不同月份对流风暴的日变化存在明显差异,6月午后太阳加热、地形强迫对对流风暴的影响最为显著,而7、 8月夜发对流对高原边坡复杂地形响应更高。午后组织性较好的风暴传播方向与山脉走向及坡向关系密切,夜间时段与500 hPa盛行风关系密切。(5)超过90%的对流风暴持续时间在36 min以内,仅有1%的风暴持续时间大于1 h。     

龙门山沿线暴雨过程的诊断分析及数值试验

利用常规气象观测资料和西南区域模式WRF_RUC产品,对2012年8月17 18日四川盆地西部龙门山脉沿线出现的一次暴雨过程进行了诊断分析和数值试验。结果表明,对流层中低层明显高能、高湿,大气层结极不稳定,为中尺度对流系统的生成和发展提供了有利的热力不稳定条件;对流发展与低层偏东气流密切相关,暴雨开始前,四川盆地内低层偏东气流增强,使盆地西部沿山地区辐合和地形抬升作用增强,是造成垂直上升运动强烈发展的主要动力机制;降低高原地形高度,暴雨区明显西移;降低盆地内初始场温湿条件,降水强度明显减弱;不考虑地面热通量影响,降水强度也将有一定减弱。     

基于静止卫星的青藏高原及周边地区夏季对流的气候特征分析

利用2010-2014年静止气象卫星FY-2E的红外TBB资料,分析了夏季青藏高原（高原）及周围地区对流的气候特征。分析表明,5月,高原最主要的对流发生在东部边缘。6月,随着亚洲夏季风爆发,最强的对流（强对流）发生在高原的东南侧。7-8月,强盛的西南风给高原中东部部分地区带来丰沛的水汽,高原的东南部形成一条对流（强对流）活跃带。在高原西部,对流发生频率大于6%的区域出现在西部南麓的时间约为37候,并于7月底-8月初到达最北。在高原中部,对流（强对流）开始活跃的时间为6月上旬（中旬）,维持整个盛夏,并分别经历3次向北推进,最北约到达34°N。在高原东部,5月底开始对流都处于相对活跃期,有3次（两次）对流（强对流）的北进。高原对流（强对流）发生频率存在两个季节内变率大值区,分别位于高原中南部雅鲁藏布江中段和高原东南部西藏、青海、四川三省交界处。对流发生频率的第一模态主要是高原东南部和南部的印度季风区对流的反向模态,第二模态则体现了高原西部和印度大陆80°E以西地区与南亚大陆80°E以东地区的对流发生频率的三极型变化。      

2013年8月河南三次西南气流型强对流天气分析

利用常规气象观测、区域加密自动站、NCEP/NCAR 逐6 h 1°×1°再分析资料和多普勒雷达探测资料,对2013年8月河南三次西南气流型强对流天气的环境条件、回波特征和成因进行了分析,结果表明:（1）三次强对流天气均发生在中纬度低槽和副热带高压相互作用,河南高、中、低层受一致西南气流影响的环流背景下,地面存在温度和露点温度梯度及辐合线,大范围强对流天气是在高空槽动力作用和地面辐合线的触发作用下,使得不稳定能量释放而引起。（2）三次强对流天气对流层中下层有比较深厚的暖湿层结,热力和水汽条件充分,对流层中上层有明显干层,从而形成了低层暖湿、上层比较干冷的对流不稳定大气层结。强的垂直风切变位于对流层中下层,对流有效位能非常大,配合一定的动力抬升条件,有利于超级单体和飑线的发生和发展。综合来看,8月1日不稳定、水汽、垂直切变和动力条件最强,11日次之,7日相对较弱。强对流形成条件的强弱对对流系统的组织结构有一定影响。（3）雷达和自动站加密观测资料显示,强天气过程初始阶段,主要表现为多单体回波结构,初始对流都在河南西南部和西部到山西南部的辐合线、干线附近生成,随后逐渐加强,形成多单体回波群（其中部分发展成为非典型超级单体）。成熟阶段,都发展成为线状对流系统,8月7日在河南北部形成由强对流单体组成的不连续的东北—西南向线状对流回波,8月1和11日在河南黄淮平原和华北平原高温高湿环境中形成了有组织的飑线。飑线东移过程中其前侧不断有暖湿空气辐合上升、后侧冷空气下沉辐散,互为对峙的上升和下沉气流相互作用是飑线得以发展和维持的主要原因。（4）对流层中低层相对深厚的暖湿层结及其以上的干层是盛夏西南气流形势下河南强对流天气预报值得关注的内容,CAPE、Δθse（850-500）、ΔT850-500、K指数、对流层中低层垂直风切变等对西南气流超级单体、飑线等强风暴的形成具有很好的指示意义。     

黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

一次华北强对流风暴的中尺度特征分析

利用非静力平衡模式(MM5v3.5)对2001年8月23日影响华北地区的一次强对流风暴成功模拟的基础上, 对其中的中尺度重力波系(MGWs)特征进行分析, 并与美国中东部地区MGWs进行比较.结果表明: 这次MGWs波长约为100～120 km, 相速约为21～28 m·s-1, 伴随对流风暴的发展维持时间超过6 h.太行山地形强迫和对流是产生MGWs的重要机制, 虽然大气层结并不经常具有波导机制, 但在地形强迫、对流和切变气流提供波动能量情况下, 低层MGWs仍可维持较长时间.太行山触发的华北MGWs与美国西部高原引发的中东部地区MGWs具有相似的地形作用特征.在对流初始发生和对流单体合并阶段, 对流和MGWs构成一个类似正反馈机制的耦合系统, wave-CISK机制可能发挥着重要作用; 成熟阶段的对流风暴, 由于中高层潜热释放和湿下沉气流加强, 波动传播加快, 引起MGWs和对流风暴分离并减弱.MGWs在触发新雷暴, 并将其组织成带状对流系统过程中可发挥一定作用.上述现象较好地验证了MGWs的概念模型以及对流与重力波相互作用的理论.     

福建沿海冷锋前暖区和季风槽大暴雨环境背景与对流系统特征

2018年5月7日冷锋前暖区暴雨和8月29日华南季风槽暴雨,这两次大暴雨都是由广东和闽南地区的沿岸线状中尺度对流系统产生,对其环境背景与对流系统特征进行对比分析,得到主要结论如下:两次过程均有明显850 hPa和925 hPa低空急流;5月7日过程,对流层中低层条件不稳定较大,大气斜压性较强,对流有效位能和0～6 km垂直风切变相对较大,对流层中部存在明显干层,有利于强降水和雷暴大风的产生;8月29日过程,对流层中下层为弱的条件不稳定,准正压大气,更高的融化层高度,对流有效位能和0～6 km垂直风切变相对较小,垂直整层相对湿度高,有利于强降水而不利于雷暴大风的产生。两次过程风暴承载层平均风均来自西南方向,前者的平流比后者要强很多;厦门及其周边闽南地区大暴雨是由于后向传播导致相继多个较强对流雨团移过同一区域形成的;5月7日后向传播形成是一个对流雨团的阵风锋与另一个对流雨团后侧的水平对流卷相遇触发新的对流导致的,新生对流来自陆地;8月29日后向传播形成则是低层暖湿气流遇到成熟对流雨团的后侧阵风锋触发新的对流,新生对流位于海上,持续移入陆地。5月7日导致大暴雨的对流系统中冰相过程和暖云过程对...     

一次右移传播的强对流风暴研究

对1998年6月21日华北平原强对流风暴的天气动力学分析表明, 这次强对流风暴是发生在华北区域出现前倾性阶梯槽形势下, 对流层中、下层的差动温度平流和干暖盖的存在是对流不稳定层结形成和发展以及有效对流能量存储的重要条件;对流层中、低层的西风扰动触发对流云团生成, 而对流云团在明显右移传播过程中不断发展增强, 是与对流云团南侧存在明显的动压垂直加速度、高能暖湿气流的不断输入以及对流云团的合并有关。     

夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的观测研究

对流层臭氧垂直分布变化对气候环境有重要的影响,然而观测数据一直较为稀缺。利用2016年7月下旬—8月青海省格尔木市对流层臭氧探空观测资料开展夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布变化特征及其形成机制的大气背景研究。结果表明,在大气背景的转换下对流层臭氧垂直分布整体上呈现高（低）臭氧与低（高）水汽和高（低）位势涡度的对应。除7月25—27日高空低压槽过境导致的平流层向下输送使对流层臭氧浓度升高明显外,阻塞暖高压反气旋和源自青藏高原主体地区的强对流天气过境也对对流层臭氧分布有影响:阻塞暖高压在观测点东北部形成后导致7月31日至8月8日格尔木对流层连续出现罕见东风,但对流层臭氧浓度仅在8月2日因东北—西南方向反气旋切变而出现较高值,其中6 km高度以下则因为东风输送而出现高臭氧、高比湿的污染性气团;强对流天气过境影响使得8月12—14日10 km高度以上出现臭氧最低值和比湿最高值。与西宁历史夏季（1996年7—8月初）臭氧探空测值比较,格尔木对流层臭氧浓度8月偏低,该特征与季风影响青藏高原纬度最高地区所在月份一致。与林芝（2014年7月）、那曲（2011年7月末—8月中旬）和拉萨（1998年8月）历史夏季臭氧探空测值比较发现,纬度效应对青藏高原地区对流层臭氧浓度有影响。      

欧亚中高纬陆面感热异常影响我国夏季气候的数值模拟

使用区域气候模式RegCM4.4.5.7,通过改变春季欧亚大陆中高纬地区的陆面感热通量,对欧亚中高纬感热异常影响中国夏季气候进行模拟分析,并探讨其影响机制。试验结果表明:当春季欧亚中高纬陆面感热通量加强时,我国长江流域和东北东部夏季气温降低,降水偏多;华北地区气温升高,降水偏少。春季陆面感热增强引起近地面和对流层低层大气热力状况异常,进而导致高度场和环流场的异常,长江流域和东北地区有气旋环流,对流运动旺盛,结合充足的水汽条件,对应降水偏多,而华北地区则相反,有反气旋环流和微弱的气流辐合,对应降水偏少。研究表明欧亚中高纬陆面感热异常是影响我国夏季气候的一个不可忽视的因子。     

西南季风爆发前后大理近地层风场及湍流通量的变化特征

利用2008年4~5月大理国家气候观象台近地面层观测系统的梯度、涡动相关通量观测资料,结合背景场环流分析,分析了西南季风爆发前后大理近地面层的风速、风向变化特征、风速廓线和垂直切变变化特征以及动量、感热和潜热通量变化特征。结果显示:西南季风爆发前,大理近地层风向以东南风为主,平均风速较大;风速日变化的双峰型特征较显著,风速的垂直切变大,动量通量数值较大且日变化特征较明显。西南季风爆发后,大理近地层西北风频率显著增加,平均风速减小;风速日变化以单锋型为主,风速垂直切变较前期显著减小,动量通量数值减小而日变化特征较不显著。西南季风开始前后大理地气热量交换都以潜热为主,西南季风开始前一旬期间,潜热通量的逐日变化特点是随时间逐渐减少,感热通量逐渐增大,二者差值逐渐减小;西南季风开始后潜热通量的逐日变化为逐渐增大而感热通量逐渐减少,二者差值逐渐增大。就月平均值的日变化而言,潜热通量峰值变化不大,雨季略低于干季的4月;感热通量4~6月的月平均逐月降低。其原因既与雨季天气的变化有关,也与下垫面状况的改变相联系。     

内蒙古半干旱草原能量物质交换的微气象方法估算

根据1998年5～8月和1999年8月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位试验站进行微气象观测的资料,作者分析了该地区能量平衡及其各分量的基本特征.结果表明:(1)净辐射通量的转化形式有明显的季节性变化,5～6月份,净辐射能大部分用于感热交换,而后期则多用于潜热交换,5～8月份的日波文比值分别为1.26,1.42,0 41和0.20.(2)观测期间,波文比的日变化特征表现为,早晚变化大不稳定,而白天则相对稳定.(3)用涡度相关方法观测的感热和潜热通量之和与同期的净辐射相比较,前者的结果偏小1 5%左右,两种方法观测到的潜热通量的差异达平均35%左右.(4)半干旱草原CO2通量有明显的日变化,在生长旺期,白天CO2通量强度可达到1.5 mg s-1m-2以上,但在生长后期,1998年和1999年8月份的白天CO2通量强度分别为0.38 mg s-1m-2和0.2 mg s-1m-2左右;其差异与草地土壤水分和植物长势有关.     

藏东南峡谷地区不同下垫面地表通量变化特征及其与降水的关系

利用藏东南峡谷地区排龙站、丹卡站、卡布站、墨脱站四个站点2018年11月至2019年10月的涡动协方差仪观测资料,分析藏东南峡谷地区不同位置入口、中段和末端地表通量变化的特征及其与局地降水的关系.研究表明:地表通量月平均日变化特征为夜间潜热通量大于感热通量,日间呈单峰变化特征.排龙站和丹卡站感热11月至次年4月较强,5...     

青藏高原西部地表通量的年、日变化特征

利用青藏高原西部地区改则和狮泉河两个自动观测气象站1998年全年每天24个时次的风速、温度和湿度等梯度观测资料,采用湍流相似理论．计算了改则和狮泉河的动量通量、感热通量以及潜热通量。结果表明：改则和狮泉河两地的地表湍流通量都具有明显的季节变化和日变化,且其季节变化的相同点表现在感热通量均在5月份最大,1月份最小：而潜热通量均在8月份最大。不同点表现在改则的潜热通量在12月份最小,狮泉河1～5月平均潜热通量为负,以凝结为主,改则的月平均蒸发及全年的蒸发总量比狮泉河的要大。而其感热通量比后者的都小。日变化幅度随季节变化明显,表现在夏季地表通量的日变化幅度大,冬季要小得多。     

Analysis of Energy Balance Components as a Function of Orography and Land Use and Comparison of Results with the Distribution of Variables Influencing Local Climate

Summary During 1992 and 1995 in the Upper Rhine valley between Karlsruhe in the north and Basel in the south 36 energy balance stations were installed to analyze the spatial and temporal behavior of the components of the energy balance. A second aim of the project ‘Regio-Klima-Projekt’ (REKLIP) was to study the dependence of climatic variables on the energy balance. Three main influences on spatial variation in energy balance components were detected: orography, precipitation and land use. Concerning the dependence of the climatic variables on the energy balance it can be stated that the mean diurnal amplitude of temperature shows a good correlation with the mean diurnal sensible heat flux, while the diurnal amplitude of the specific humidity correlates with the mean diurnal latent heat flux. Both these results are in good agreement with theoretical considerations. Consequently, areas with enhanced sensible heat flux values show higher monthly mean temperature maxima and also a greater numbers of summer days, while areas with higher latent heat flux values indicate enhanced monthly mean humidity maxima. Received February 26, 1998 Revised June 5, 1998     

THE ENERGY BUDGETS UNDER DIFFERENT SYNOPTIC CONDITIONS OVER HUAIHE RIVER BASIN DURING HUBEX FIELD OBSERVATION PERIODS IN 1999*

In different synoptic conditions and at different time scales,the analysis of the energy budgets by Bowen Ratio Method and Bulk Schemes over Huaihe River Basin during the field observation periods of HUBEX in 1999 shows that,(1) the averaged latent heat flux is an order of magnitude more than the averaged sensible heat flux during the observation period:(2) the variation of totalcloud amount is out of phase with the terms of energy budgets except for the downward longwave radiation which maybe is related to the cloud's height and class:(3) the values of sensible and latent heat fluxes are small during rain episodes,but thereafter,the values become high and then up to maximum.It is similar to the other terms of the energy budgets except for the downward longwave radiation.The diurnal variation of energy budgets indicates that the daytime precipitation exerts great influence to the energy budgets,but the nighttime precipitation makes little influence;(4) the variation of the latent heat flux is in phase with the evaporation,which indicates that the latent heat flux calculated by bulk schemes is reliable:(5) the means of the sensible and latent heat flux and momentum flux by bulk schemes for the time period from May to August are,respectively,30.71W/m².116.81W/m².2.86×10^-2N/m² in 1998 and 30.28W/m²,107.35W/m²,2.74×10^-2N/m² in 1999.The values of these two years are similar.During summer in 1999 the magnitude and activity of sensible heat flux are strongest in June and those of the latent heat flux are in August.     

北京地区热岛效应及日较差特征

通过对2007～2010年北京地区经质量控制后的123个自动气象站气温数据采用K均值聚类方法分类, 得到城区、郊区、西部和北部山区、西南和东北部山区4个温度分区, 分析了4个分区气温的年变化、日变化和日较差变化特征, 并对北京地区热岛效应的时间变化特征进行了细致分析。结果表明:聚类分析方法可对北京地区温度很好地进行分区, 分区结果与站点的地形和下垫面情况较为吻合;不同分区温度日较差在西部和北部山区最大, 在西南部和东北部山区次之, 郊区再次之, 在城区的日较差最小;在一年中, 各温度分区以2月、5月与10月日较差较大, 其中以5月的日较差为最大;北京地区热岛效应在冬季和夜间较强, 而3～8月热岛较弱, 在夏季的白天比其它季节白天强。     

中国西北干旱区戈壁下垫面夏季的热力输送

以敦煌戈壁站2004年6月和2008年8月的常规观测和超声观测为例,分析了西北干旱区戈壁下垫面夏季热力输送的一般过程及特征。首先评价了湍流通量的观测质量以及仪器观测的地表能量通量闭合问题,结果表明敦煌戈壁站的观测在白天总体较好。夏季地表能量通量的平均日变化显示,潜热通量整天都很小,可以忽略,白天到达地表的短波辐射以及地表向上的长波辐射非常强,地表净辐射主要转化为感热输送（敦煌戈壁站在中午时平均分别达380W·m-2以上和250W·m-2以上）;夜间土壤释放热量以平衡地表的辐射冷却,感热通量略低于0。白天时地表大气经常触发自由对流活动,影响动量通量的观测质量,并有效输送地表热力至上层大气中,有助于形成超厚大气边界层。分析了戈壁下垫面的动量粗糙度特征和热力粗糙度特征（敦煌戈壁站动量粗糙度约为0．6mm）,热力粗糙度基本小于动量粗糙度一个量级,这符合目前对干旱区戈壁下垫面热力输送特征的初步认识。     

Effects of the Indo-China Peninsula Heat Fluxes on the 1998 South China Sea Summer Monsoon

1. IntroductionBecause the South China Sea (SCS) is one of theregions where the Asian summer monsoon onset oc-curs earliest, the SCS summer monsoon (SCSSM) hasalways been a research focus, especially in recent yearswith the implementation of the SCS Monsoon Exper-iment (SCSMEX) (e.g., Tao and Chen, 1987; Changand Chen, 1995; Lau et al., 2000; Ding and Li, 1999;Ding and Liu, 2001; Li and Wu, 2000; Xie et al., 1998;Zhang et al., 2004). Climatologically, the SCSSM on-set is a rem…