乌鲁木齐暴雪天气的环流配置及中尺度系统特征*

利用1980-2018年ERA-5全球再分析资料，对汉江流域汉中地区典型暴雨发生前纬向风场变化及天气尺度瞬变波活动(Eliassen-Palm通量特征)进行分析。结果表明：瞬变波EP通量特征分析为汉江流域暴雨潜势预报提供一个有利的参考指标；暴雨发生前，33°N附近200hPa附近有纬向风减速中心，对应200hPa为EP通量辐散区，这种垂直分布模型是暴雨前期有利形势，随着纬向风减速趋势加强，EP通量辐散区扩展并加强，有利于暴雨的发生；7月较之8月，暴雨强度更强、暴雨范围更广、纬向风变化更明显、200hPa以上EP通量辐散更强。若简单地将盛夏暴雨整体进行研究，会影响对不同月份瞬变波活动及大气环流变化趋势的诊断，造成诊断偏差且难以准确反映瞬变波与暴雨的联系。因此在讨论盛夏季天气尺度瞬变波与对流层环流的相互作用时，应针对不同月份分开进行讨论。     

汉江流域暴雨的Eliassen-Palm通量特征及潜势预报

利用1980—2018年ERA-Interim全球再分析资料,对汉江上游汉中地区暴雨过程纬向风场及瞬变波活动Eliassen-Palm(下简称EP)通量特征进行诊断分析。结果表明:(1)尝试将瞬变波EP通量特征分析应用到汉江流域典型暴雨过程动力特征研究中,天气尺度瞬变波EP通量的辐散可以表征天气尺度扰动的强迫作用,根据热成风原理,角动量和热量的沉积耗散会进一步影响纬向环流的变化。大气中高层瞬变波活动特征可作为提前量反映汉江流域暴雨的发生。(2)暴雨发生前,30°N附近200 hPa有纬向风减速中心,对应200 hPa为EP通量辐散区,EP通量辐散区扩展加强有利于暴雨的发生,这种大气波动的垂直分布特征及其变化对暴雨发生有指示意义。     

高空急流区内纬向基本气流加速与EP通量的关系

采用多时间尺度方法, 并假设纬向基本气流是正压的, 在不引入剩余环流的情况下, 推导出纬向基本气流局地变化与一种新形式Eliassen-Palm通量之间的关系, 这种Eliassen-Palm通量关系在形式上比较简单, 而且物理意义明确, 适合诊断分析高空急流区内纬向基本气流的加速与减速.理论分析表明, 正压纬向基本气流的局地变化由新形式Eliassen-Palm通量散度决定.作者利用该Eliassen-Palm通量关系对2002年12月一次寒潮过程中200 hPa等压面上纬向基本气流的发展演变进行了诊断分析.诊断结果表明, 在200 hPa纬向基本气流急流区内, 新形式Eliassen-Palm通量散度是影响纬向基本气流发展演变的重要因子, 并且纬向基本气流的加速与减速主要是由新形式Eliassen-Palm通量中扰动动量的经向输送造成的.     

1980—2000年北极平流层冬季十年际变化形势的逐月演变

采用1980—2000年的ERA-Interim再分析资料,计算北半球冬季各月(12月、1月、2月)行星波的Eliassen-Palm(EP)通量及其散度,并按冬季不同月份分析平流层整层温度和纬向风场的十年际变化特征与行星波活动变化的关系。结果表明,温度的十年际变化在高纬度中下平流层12月呈明显增温趋势,1月转为较弱的冷却趋势,2月为明显的冷却趋势。纬向风在中高纬平流层12月呈明显的减速变化,1月减速区与加速区相间分布但强度均较弱,而2月为明显的加速趋势。12月行星波沿低纬度波导向热带对流层顶的传播减弱,沿极地波导向平流层整层的传播明显加强;1月沿两支波导的传播趋势未变但均较弱;而2月行星波沿低纬度波导的传播转为加强趋势,沿极地波导的传播转为减弱趋势。相应地,EP通量散度场的十年际变化形势沿两支波导在12月与2月相反,1月为过渡阶段。因此,北极平流层温度、纬向风、EP通量及其散度场的十年际变化在冬季内呈现一个从北半球环状模(Northern Hemisphere Annular Mode, NAM)的负极趋势向正极趋势逐月演变的过程。     

一次暴雨过程预报的多模式NWP产品与物理参数的综合分析应用

对照常规天气图实况资料,检验几种常用NWP产品对2008年7月5日山东一次强降水过程的形势场预报和降水预报,并对其物理量场进行诊断分析.结果表明,暴雨落区与诸多物理量场的配置紧密相关;暴雨区出现在低层水汽辐合中心移动路径上,位于与水汽通量散度强辐合中心和强上升运动中心接近处;暴雨区移动方向与水汽通量大值中心、△θse(500-850)负值中心长轴方向一致,水汽通量散度低层辐合、高层辐散两者均满足时有利于强降水发生;200 hPa高空辐散的抽吸作用远比仅有低层辐合更有利于上升运动发展;地面强降水区出现在200 hPa强辐散中心所在处.     

瞬变波活动与江淮地区夏季旱涝的关系

利用1951-2000年中国160站逐月降水量资料划分了江淮地区夏季旱涝年。通过对旱涝年500hPa高度距平场的合成分析发现：多雨年鄂霍茨克海阻塞高压稳定维持，少雨年鄂霍茨克海附近的高压脊减弱。为了了解江淮地区旱涝年500hPa中高纬环流形势异常的原因，计算了Eliassen-Palm通量，结果表明多雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使经、纬向风异常分布有利于鄂霍茨克海阻塞形势的维持，冷空气向南输送增强，江淮地区降水偏多；少雨年瞬变波对平均气流的强迫作用使鄂霍茨克海高压脊减弱，冷空气向南输送减弱，江淮地区降水偏少。     

曲靖市2006年6月两次中-β尺度暴雨天气成因分析

2006年6月7-8日和6月22-23日,曲靖市发生了中-β尺度的暴雨天气。利用这两次过程的Micaps10×10格点资料和多普勒雷达资料对中-β尺度的暴雨天气系统形成机制以及雷达回波演变及特征分析。结果表明:500hPa中高纬度环流为稳定的两槽一脊,中低纬有天气系统影响时,如果有足够的水汽和足够强的上升、下沉运动,且正负速度强中心在一个高度,绝对数值相近,加上水汽通量散度不均匀分布,此时,极易发生中-β尺度强降水。同时研究发现“逆风区”是暴雨识别、暴雨落区预报的有用判据,在“逆风区”及其移动路径附近,往往会带来短时集中强降水。     

登陆台风对陕西一次强雷暴天气的作用

利用常规的天气图和物理量资料对1994年8月5～6日发生在陕西中部的一次区域性大风、冰雹、强暴雨天气进行诊断分析，结果表明：登陆台风的北上使得副热带高压东退，导致西风槽向东移动，带来弱冷空气，触发了陕西中部不稳定能量的释放。登陆台风向暴雨区输送了大量的能量和水汽。850hPa偏东急流左前侧的辐合区与200hPa西南急流入口区右侧辐散区重叠，产生的急流次级环流为强雷暴提供了持续强劲的上升运动。     

夏季沿西亚急流Rossby波活动异常的波源和能量传播及转换特征

用1958-2003年NCEP/NCAR再分析资料,利用涡度源方程、Eliassen-Palm通量(EP通量)和非绝热效应的波能方程,分析了夏季沿西亚急流Rossby波活动(WAJRA)异常的波源、能量传播和转换特征,从大气动力学内部机制上进一步认识WAJRA异常的成因,提高对中高纬大气环流异常机理的理解.研究表明,对流层高层位于地中海和北大西洋-斯堪的纳维亚半岛的负涡度源区和EP通量强辐散区为夏季WAJRA异常的波源区.当波源区位置和强度出现异常时,波源所激发东传的Rossby波活动也出现异常,从而导致WAJRA强弱变化.WAJRA强(弱)年冰岛-斯堪的那维亚半岛(斯堪的那维亚半岛以东)EP通量强辐散区激发Rossby波并沿2条路径向东传播,一支向东传播在乌拉尔山附近转向东南并在里海、咸海-新疆上空进入亚洲副热带西风急流传播增强(减弱),另一支直接向东南方向传播在地中海东部-黑海附近进入亚洲西风急流增强(减弱),此外,地中海上空EP通量辐散也增强(减弱),它们共同作用使得WAJRA增强(减弱).沿西亚地区副热带西风急流(简称西亚急流,指亚洲副热带西风急流的15°-60°E部分)非绝热加热产生扰动有效位能远大于基本气流动能向扰动动能的转换和基本气流有效位能向扰动有效位能的转换.西亚急流Rossby波活动强年(弱年)伊朗高原及其北侧的西亚地区非绝热加热产生的有效位能增强(减弱)显著,是WAJRA增强(减弱)的能量源.     

夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波传播及其与我国降水异常的联系

利用1960—2015年夏季(6—8月)NCEP 2.5°×2.5°全球逐日再分析资料,采用涡度源方程和Eliassen-Palm通量,对夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波活动的波源、能量传播及其与我国降水异常的关系进行了分析和研究。结果表明:夏季200 hPa大气准静止行星波产生的源地主要集中在地中海地区,亚洲副热带西风急流(ASWJ)中的准静止Rossby波在此激发并沿急流向东传播,东传过程中在急流轴南侧波流相互作用相对活跃。波作用通量的辐合辐散中心沿副热带西风急流交替分布,波流相互作用是ASWJ上西风强弱交替变化的动力机制。沿ASWJ交替分布的五个波作用通量辐合辐散关键区散度具有较强的关联性,表现为同一Rossby波列的不同部分,其中波源处Rossby波动能量的传播对其下游ASWJ的强弱影响最大,而急流关键区内纬向风的大小也与波作用通量散度场的强弱和分布密切相关。波源处以及位于我国青藏高原东部至黄土高原上空的波作用通量散度指数WFD-Ⅰ和WFC-Ⅱ与我国南、北方降水相关性较为显著,在WFD-Ⅰ为正异常年时,对应南方关键区降水偏多年份占比为62.5%,在WFD-Ⅰ为负异常年时,对应北方关键区降水偏多年份占比为80%;在WFC-Ⅱ为正异常年时,对应南方关键区降水偏少年份占比为66.7%,在WFC-Ⅱ为负异常年时,对应北方关键区降水偏少年份占比为81.8%。研究夏季波源处WFD-Ⅰ异常年导致我国降水异常的环流成因发现,WFD-Ⅰ为正异常年时,由上游波源地区激发的Rossby波向下游地区的能量频散偏强,位置偏南,波流相互作用导致我国南方上空高空急流加强,高低空辐散辐合配置加强,垂直上升运动增强,易造成我国南方地区降水异常偏多。WFD-Ⅰ为负异常年时,Rossby波能量的经向传播较强而纬向传播较弱,北方降水关键区受波通量辐散控制,高空西风急流加强,高低空辐散辐合配置和垂直上升运动增强,有利于我国北方地区降水的发展。     

A Three-dimensional Wave Activity Flux of Inertia–Gravity Waves and Its Application to a Rainstorm Event

A three-dimensional transformed Eulerian-mean(3D TEM) equation under a non-hydrostatic and non-geostrophic assumption is deduced in this study. The vertical component of the 3D wave activity flux deduced here is the primary difference from previous studies, which is suitable to mesoscale systems. Using the 3D TEM equation, the energy propagation of the inertia–gravity waves and how the generation and dissipation of the inertia–gravity waves drive the mean flow can be examined. During the mature stage of a heavy precipitation event, the maximum of the Eliassen–Palm(EP) flux divergence is primarily concentrated at the height of 10–14 km, where the energy of the inertia–gravity waves propagates forward(eastward) and upward. Examining the contribution of each term of the 3D TEM equation shows that the EP flux divergence is the primary contributor to the mean flow tendency. The EP flux divergence decelerates the zonal wind above and below the high-level jet at the height of 10 km and 15 km, and accelerates the high-level jet at the height of 12–14 km. This structure enhances the vertical wind shear of the environment and promotes the development of the rainstorm.     

黄土高原一次引发短时致洪暴雨MCC的特点及成因

利用MICAPS资料、多普勒天气雷达资料和NCEP资料等,对2013年7月25日黄土高原一次引发短时致洪暴雨MCC的特点及成因进行了分析。结果表明:300hPa天气尺度反气旋和500hPa天气尺度西南气流是MCC在对流层中上层的直接影响系统,700hPa α-中尺度横切变和850hPa副热带高压西侧α-中尺度低涡是MCC在对流层低层的直接影响系统;地面湿焓场低值舌的活动是MCC触发机制之一;地面湿焓场≥40℃高值中心区和MCC生成区相对应;MCC生成区在径向速度场上出现西南低空急流的生成和维持、逆风辐合区的生成和维持,低层辐合和高层强辐散的配置,为MCC的生成及暴雨的形成提供了动力条件;冷暖平流的配置也为MCC生成和东移发展创造了有利条件;空间剖面图上看到的湿螺旋度高值带对MCC生成发展和东移具有指示意义。      

Changes in the Brewer-Dobson circulation for 1980–2009 revealed in MERRA reanalysis data

Changes in the Brewer-Dobson circulation (BDC) during the 30 years 1980–2009 are investigated using Modern Era Retrospective-analysis for Research and Applications (MERRA) reanalysis data. The mass streamfunction that is induced by wave forcings in the transformed Eulerian-mean (TEM) equation through the downward-control principle is used as a proxy for the BDC. The changes in the BDC are investigated using two aspects: the wave propagation conditions in the stratosphere and the wave activity in the upper troposphere. They are compared in the first (P1) and second (P2) 15-year periods. The resolved wave forcing, expressed by the Eliassen-Palm (EP) flux divergence (EPD), is significantly enhanced during the December-January-February (DJF) season in P2 in both the Northern Hemisphere (NH) high latitudes and the Southern Hemisphere (SH) mid- and high latitudes. The increased zonal mean zonal wind at high latitudes in the SH, caused by ozone depletion, leads to an upward shift of the Rossby-wave critical layer and this allows more transient planetary waves to propagate into the stratosphere. In the NH, the enhanced EPD in DJF leads to an increase in the frequency of Sudden Stratospheric Warming (SSW) events. The gravity wave drag (GWD) is smaller than the EPD and the change in it between the two time periods is insignificant. The residual term in the TEM equation is similar to the GWD in the two periods, but its change between the two periods is as large as the change in the EPD. Among the four components of the EP flux at 250 hPa, the meridional heat flux played a dominant role in the enhancement of the BDC in P2.     

Nonlinear kinetic energy interactions and their contributions to the growth and decay of atmospheric waves in the lower troposphere during summer monsoon, 1979

Summary Lower tropospheric (1000–500) hPa kinetic energy (KE), temporal variations of KE and nonlinear KE transfer of rotational and divergent flows and energy conversion between them, partitioning further into stationary and transient components in the Fourier spectral domain and the mechanism for the evolution of significant transient waves for the month July 1979 in the latitudinal belt 10° S–30° N are studied.Divergent zonal and eddy KE show their maxima at the lowest level 1000 hPa. Lower tropospheric monsoon motion provides a non-divergent level close to 850 hPa. The daily flow patterns bear little resemblence to the climatology over tropics at 500 hPa. Although the transient mode of synoptic scale waves is stronger than that of planetary scale waves they are comparable. Analysis of energetics over global tropics can get signature of transient activities embedded in the large scale system. Summer momentum flux in the lower troposphere is essentially associated with stationary planetary and transient synoptic scale waves. Waves 1, 3 and 6 are the most preferred transient waves. Divergent to rotational KE conversion is the most dominating mechanism for the maintenance of planetary and synoptic scale waves. All categories of waves contribute towards the maintenance of zonal flows. The primary source of energy for transient synoptic scale waves is the transient divergent rotational KE transfer whereas the interaction between zonal stationary and transient wave is likely to be secondary source. Transient KE and all transient interactions, stationary KE and all stationary interactions are found to be strongest at 500 hPa and 850 hPa respectively. Growth and decay of transient waves 1 and 3 are mainly controlled by divergent-rotational KE conversions whereas those of transient wave 6 are controlled by KE transfer due to zonal-wave interaction.With 13 Figures     

宁夏地区"6.8"暴雨天气过程的可能物理成因

本文应用天气学分析及诊断分析方法,对2002年6月8日发生在宁夏的罕见暴雨天气过程进行分析。研究结果表明,暴雨天气是在有利的“东高西低”降水形势下产生的,其主要的触发天气系统是500hPa冷槽、700hPa高原低涡及地面锢囚锋。从动力学理论的分析角度来说,在宁夏地区的垂直方向上风速廓线线性和非线性分布激发产生了中尺度重力惯性波以及涡旋Rossby波,这两种中尺度扰动在切变基流中有可能发生不稳定,最终导致宁夏地区“6．8”暴雨天气过程的产生。而稳定的“东阻形势”和西南低空急流的维持是暴雨爆发与持续的可能主要原因。     

东北夏季气温的大尺度环流影响因子分析

利用1961—2010年东北地区3省53站月平均气温资料及分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料,采用统计分析方法,分析了东北夏季气温的大尺度环流影响因子。利用200hPa风场要素定义了一个适于描述东北夏季气温的200hPa纬向风切变指数,并给出了该指数的预测方法,以期为东北夏季气温的预测提供一个诊断工具。结果表明:鄂霍次克海和北太平洋中部海平面气压场偶极子,与东北夏季气温关系密切;同期东北地区上空500hPa位势高度场与东北夏季气温呈正相关关系;同期850hPa、200hPa矢量风场和整层水汽通量场在东北及其以西地区上空呈气旋式环流,对应东北夏季气温偏低,反之则偏高,同时来自孟加拉湾的水汽也是造成东北夏季气温异常的因素之一;200hPa纬向风切变指数与东北全区气温呈显著正相关,该指数偏大对应东北夏季气温偏高,反之东北夏季气温偏低。4月和5月热带印度洋和太平洋海温与夏季200hPa纬向风切变指数关系密切。     

湖北梅雨期３次大暴雨过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析资料,选取1991年7月9日、1998年7月21日、2010年7月8日湖北省梅雨期的三次大暴雨过程,对影响三次暴雨天气背景以及暴雨发生所需的动力、水汽、热力条件进行诊断分析。试图总结这类区域性暴雨的预报着眼点。结果表明：三次过程的高、低空急流的位置,水汽输送路径有一定相似性;影响三次过程的中尺度系统为西南涡-切变线。850 hPa正涡度中心、水汽通量散度中心与暴雨落区有较好对应,反映了中低层风的辐合和垂直上升运动有利于降水的维持。三次过程暴雨区域700 hPa湿正压项和斜压项绝对值之和均在0.5～0.6 PVU之间,柱状的水汽饱和区均延伸至500 hPa以上;此类暴雨的预报着眼点为：西南涡-切变线以及低空急流的位置是暴雨落区预报的重点,低层的涡度、水汽通量散度、假相当位温高能舌,以及大气运动的垂直结构对暴雨落区预报有较好的参考价值。