贵州冻雨形成的环境场条件及其预报方法

在冬季风暴各种降水类型中,冻雨的预报是其中最有难度,也最具挑战的一种。贵州湖南冻雨是在对流层高、中、低层各纬度天气系统相互作用下形成的,其中最直接和主要的影响系统有:高层的副热带高空急流锋区、低层的云贵准静止锋以及中低层的西南低空急流。在这种复杂的天气背景下,为了准确地分析并预报出冻雨的发生区域,在仔细分析研究冻雨发生的大气背景和天气特点后,我们探索性地提出一套冻雨的诊断预测方法,即“动力因子”和“三步判别法”相结合的方法。同时,我们把该方法应用到中国冻雨最为频发的贵州地区,首先利用动力因子垂直积分的斜压涡度参数（q_Bsum）找到未来因斜压性较强而易发生弱降水的区域,再结合预报场的单站探空资料,进行三步判断方法,就能比较全面地判断冻雨发生的区域,对冻雨进行准确预报。     

三维散度方程及其对暴雨系统的诊断分析

利用WRF模式对中国江淮流域一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。在模拟结果比较可信的前提下，利用该模式输出的高时空分辨率资料，分析了三维散度的时空分布特征与降水的关系。分析发现，此次江淮梅雨暴雨过程中，对流层中低层尤其是4.287 km（约600 hPa) 高度层的三维散度场非零区与雨带对应较好。其移动趋势也与雨带的移动趋势（相同时段基本位于相同的纬度带内，逐渐南移) 一致。暴雨大值中心与三维散度极值中心重合。降水量的增减与三维散度强度变化一致。而无降水的区域为大片的三维散度零值区。三维散度之所以能较好地诊断降水，是因为对流层低层的水汽蒸发和对流层中高层的水汽凝结形成了云，而云导致的质量强迫对三维散度的这种上负下正的分布又有正反馈的作用，而且为降水的发生发展提供了有利条件。在以上分析的基础上，推导了三维散度方程，并通过计算找出影响三维散度变化的主要因子。     

加速度迁移项位势及其在高原低涡及台风系统分析中的应用

依据水平风矢量场的分解思路,应用调和-余弦的二维风场分解方法,对水平风场的加速度迁移项也进行调和-余弦的分解,引入加速度迁移项位势概念,用加速度迁移项对应的位势分量部分对东移高原低涡及登陆台风系统的演变过程进行分析.结果表明:加速度迁移项位势对东移高原低涡系统有较好的描述作用.利用加速度迁移项位势追踪东移的高原低涡系统比常用的500 hPa位势高度场对低涡进行追踪更为清晰.此外,加速度迁移项位势在登陆台风Bilis的分析中也有较好的应用,可用以指示台风系统,判断台风中心的位置以及表示台风强度的变化.由于加速度迁移项位势可反映出水平风场平流的辐合辐散特征,因此对低涡及台风等与平流场的辐合辐散关系密切的天气系统的动力结构有较好的识别能力,可以作为一个新的动力诊断变量来诊断示踪天气系统的演变.     

浙江沿海登陆台风结构特性的多普勒雷达资料分析

利用浙江省新一代多普勒雷达组网资料,选取在浙江东南沿海近乎同一地点登陆的3个台风进行研究。从登陆前6 h到登陆后7 h,对比分析3个台风在登陆前后的雷达回波和降水结构时空变化特征。利用单多普勒雷达四维变分风场反演技术,对温州多普勒雷达探测资料进行了风场反演。结合利用雷达回波强度资料,对3个台风登陆前后1 h在云岩、昌禅等地造成特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明,台风强度与其螺旋云带中的对流单体密切相关。台风强度愈强,其中低层环状平均回波强度就愈强,对流活动也就愈旺盛,降水强度也愈大。台风登陆前,回波(雨带)从眼墙向外围传播。台风登陆后,随着台风外围回波(雨带)明显减弱,台风眼墙回波(雨带)则明显增强,台风眼区逐渐被强回波所取代,使台风登陆后眼墙的平均雨强比登陆前增大。台风登陆后1 h,由于低(高)层水平辐合(散)增强,强对流回波中倾斜的上升(下沉)气流明显增大,使对流运动更加活跃,造成登陆后1 h的降雨量显著增强。台风强度与登陆后1 h降雨量的增强幅度成正比。台风强度越强,垂直风切变就越大,垂直切变风速大值区与最大降雨区有较好的对应关系。台风登陆后1 h,垂直切变风速的明显增加对登陆台风螺旋雨带中的中小尺度对流的加强和维持起到了非常重要的作用。     

渤海湾地区一次碰撞型海风锋天气过程的数值模拟分析

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式对渤海湾地区2009年9月26日一次碰撞型海风锋天气过程进行了数值模拟分析,模拟结果较好地重现了这次天气过程以及海风锋的结构和特征。结果显示,海风锋锋后是较为深厚的对流不稳定能量和水汽高值区,锋后水汽高值区的形成源于海风的堆积和往高空输送,而锋后对流不稳定能量的产生归因于抬升凝结高度和自由对流高度的降低以及平衡高度的升高,这些高度变化则源于冷湿海风给低层大气带来的降温和增湿,其中给低层大气带来的增湿是主要影响因子。对流系统与海风锋相向碰撞时,对流系统容易进入海风锋锋后触发强对流不稳定能量形成强对流运动,同时弱对流抑制为对流运动的触发提供了有利的条件,强对流运动把海风锋锋后充沛的水汽往上输送,从而造成强降水天气。另外,对流系统与海风锋碰撞后沿着海风锋锋后移动可能更有利于对流运动的发展和维持。     

暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究

本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明,雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果;一些新的物理量,如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时,波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。     

1999年梅雨锋系结构特征的模拟诊断

通过中尺度模式MM5对1999年江淮流域一次梅雨锋暴雨过程的数值模拟,利用高分辨率模拟资料,诊断了江淮地区梅雨锋系的双锋结构特征及相应的大气相当位温、位温和湿度(比湿)分布特征.结果表明,大气位温梯度和湿度梯度均对江淮梅雨锋系双锋结构中相应的两个相当位温梯度大值带的存在有着重要贡献,而湿度梯度的贡献更大.进而从理论上推导了大气湿度梯度倾向方程,指出大气湿度梯度的变化与平流效应、散度效应、水平或垂直涡管(次级环流)效应以及水汽源汇的梯度有关;利用中尺度模拟资料对湿度梯度倾向方程的经向分量进行了简单的方程诊断,模拟时段平均的诊断分析表明,大气经向湿度梯度绝对值的变化主要同散度效应、与水平涡管相关的次级环流效应以及水汽源汇效应相关.由于水汽源汇是由与水汽相关的相变过程造成,与云物理过程的发展和演变直接相关,因此,大气湿度梯度的演变与云物理过程,并进而与云或降水系统的分布、发展和演变相关.梅雨锋系的存在为其附近暴雨中尺度系统的发展提供了有利的环境条件,起到一定的组织或控制作用;反过来,暴雨系统的发展、降水云系的发展和演变,又通过改变大气温、湿状况,对梅雨锋系产生影响.     

THE THEORY OF MOIST POTENTIAL VORTICITY AND ITS APPLICATION IN THE DIAGNOSIS OF TYPHOON RAINFALL AND INTENSITY

This paper tests the impacts of cloud-induced mass forcing on the moist potential vorticity (MPV) anomaly associated with torrential rains caused by Typhoon No.9914 (Dan) by using fine model simulation data outputted by the Fifth-Generation NCAR / Penn State Mesoscale Model (MM5). The diagnostic results show that the positive MPV anomaly region, which is obtained by integrating the MPV from 600 hPa to 300 hPa in the vertical, roughly coincides with the precipitation at their synchronous stages either in position or in the distribution pattern, and the maximum positive MPV area of Dan is located mainly between 600 hPa and 300 hPa, which is much higher than torrential rain cases. Further analyses also showed that the value of positive MPV anomaly increased or decreased with the development of Dan, and the positive MPV anomaly may also be served as a tracer to indicate the evolution of tropical cyclone intensity.     

一次梅雨锋暴雨过程的中尺度特征分析

利用中尺度非静力平衡模式WRF-V2.1对2007年7月7-8日江淮地区一次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,分析其中的中尺度重力波(MGW)特征,并运用拉格朗日Rossby数(Ro)来诊断非平衡流特征.研究表明:这次暴雨过程中的中尺度重力波波长约为56～75 km,相速约12～19 m·s~(-1);在有利的大尺度环流形势下,地转调整机制是MGW产生的首要机制,Wave-CISK和地转调整为波动传播提供了充足的能量,使MGW在具有波导结构的大气中维持了相当长的时间;满足舶指标的不平衡运动区与重力波活动区十分接近,它对波动产生的时间和区域方面有一定的指示作用.     

地形对湖南省内污染物输送的动力作用

结合湖南地形走向, 从理论分析和实验两个方面着手研究了气流遇山时产生的受阻、爬越及绕流引起的平行于山的急流、过山后的类 “水跃”以及绕山后的右偏转对于污染物输送的动力作用, 科学地分析了散布在湘西、湘西南的污染源所排放的污染物沿山的走向在山的迎风面自北向南及自西向东输送从而造成湘东南的污染。而气流过山后的类 “水跃”现象对污染物有明显的垂直输送作用, 且绕流的右偏转使污染物向山的右侧输送, 危害了山右侧的自然景观及人类的活动。