不同类型华南暖区暴雨过程的环流特征

在对34年华南暖区暴雨的筛选和客观分类研究的基础上,继续深入研究不同类型暖区暴雨的环流特征与对流发生环境变量特征的异同。主要结果如下:大部分切变线型、低涡型和回流型暖区暴雨个例的环境场斜压性较强,其中回流型暖区暴雨在关键区斜压性最强,而南风型暖区暴雨个例的环境场斜压性相对较弱;所有类型暖区暴雨发生时对流层中高层的中纬度基本为平直西风气流控制,降水区主要位于西风带短波槽槽前,低层均有低空急流的影响。各类暖区暴雨的主要差异在于高层南亚高压、中层短波槽和副热带高压的位置和强度差异以及低层低空急流的位置、强度、风向和水汽输送条件的不同。切变线型暖区暴雨发生时0～3 km垂直风切变最强,低涡型暖区暴雨对流有效位能最大,两类南风型暖区暴雨的动力和热力强迫都较弱,对其发生发展机理需要开展更深入研究。     

2010年秋季一次海南东海岸特大暴雨的中尺度分析

综合利用NCEP再分析资料、地面加密观测、多普勒雷达观测和卫星观测等常规和非常规资料,对2010年10月5日海南琼海特大暴雨过程的天气背景、环境场特征以及中尺度云团的活动特征进行分析。这次过程发生时热带辐合带(ITCZ)异常活跃,热带低压在海南岛附近活动,为此次特大暴雨的发生提供了有利的环流背景,偏东气流在海南岛的东岸特殊地形的影响下形成中尺度切变线。切变线上有中尺度对流系统自南向北移近琼海,并发展加强。采用WRF模式的精细模拟结果,进一步研究了造成琼海特大暴雨的中尺度对流系统形成和维持的主要原因。结果表明,在海南岛东岸稳定维持的β中尺度对流带及其上活跃的对流系统是造成特大暴雨的直接影响系统。新的对流系统不断地沿对流带尾部生成,并沿对流带自南向北移动发展可能是造成琼海地区强降水持续的直接原因。该模拟阶段雨强的发展加强,伴随着偏东风急流的发展和北抬。急流的扰动不仅增强垂直风切变,还通过倾斜项的作用将水平涡度转化为垂直涡度,同时,在海南岛中尺度地形的抬升和阻滞下,并有水平平流及热力条件的配合,使对流在迎风坡的上游发展加强,造成此次特大暴雨。      

引发强降水的一次东移高原云团的能量演变特征研究

利用日本气象厅葵花-8卫星亮温资料、欧洲中心ERA5（the fifth generation of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis）再分析资料,根据时间尺度分解的局地能量诊断方法,本文从能量学多个角度研究了2016年6月5日00时（协调世界时,下同）至6日15时（持续40小时）一次东移并引发强降水的高原对流云团,得到了以下主要结论。本次事件中,高原东移对流云团在不同阶段的主要影响系统有所不同。移出高原前,其主要受高原涡和高原短波槽的共同影响,随着云团移出高原,高原涡消亡,而高原短波槽则随时间发展加强,成为东移云团的最主要影响系统。高原东移对流云团具有显著的深对流特征,自西向东引发了一系列的降水,移出高原后,其对流重心显著降低,降水达到最强。不同阶段高原东移对流云团的能量转换特征显著不同。云团位于高原上时（第一阶段）,背景场通过动能的降尺度能量级串为造成强降水的扰动流直接提供能量,这是此阶段扰动流动能维持的主要方式;云团移出高原过程中（第二阶段）,降水凝结潜热明显增强,由此制造的扰动有效位能也显著增强。在垂直运动配合下,扰动有效位能斜压释放所制造的动能是本阶段造成强降水扰动流动能维持的最主要能量来源;云团移出高原后（第三阶段）,背景场对造成强降水扰动流的影响再次增强,但是不同于第一阶段的直接影响方式,该阶段背景场的作用是以一种间接的影响方式出现。其首先通过有效位能的降尺度级串将背景场的有效位能转换为扰动流的有效位能,然后通过扰动有效位能的斜压能量释放为扰动流的动能维持不断地提供能量。此外,本阶段内还出现了扰动流向背景场动能的升尺度级串供给（即扰动流的反馈）,但其强度不足以对背景场的演变产生显著影响。     

“7·20” 华北和北京大暴雨过程的分析

本文对2016年7月19—21日华北及北京的特大暴雨作了研究和讨论。研究表明,该次暴雨为诸多有利因素所致:前期副热带高压呈带状稳定维持,中旬末东退,后呈"东高西低"分布,华北处于槽前辐合上升区,有利对流发生。高空西来槽停滞加深(并切断)与低层江淮暖性倒槽叠加,快速发生发展成为一深厚的气旋,出现了高低空系统的耦合。有一支暖(湿)输送带自南向北推进至关重要,源地可追踪至南中国海等低纬度地区,水汽通量辐合大值区先后经长江、黄淮至华北,有明显的中低纬度系统的相互作用。2016年的"7·20"暴雨和2012年"7·21"暴雨均存在明显的多尺度特征,但其具体特征有所不同。前者强烈对流活动稍弱于后者,降水趋势平稳,然而由于其大尺度强迫持续时间长,累积降水量仍然较大。本文主要集中于一些事实的分析,对于该次暴雨的机理尚需作进一步研究。     

Energy budgets on the interactions between the mean and eddy flows during a persistent heavy rainfall event over the Yangtze River valley in summer 2010

In this study,a persistent heavy rainfall event(PHRE) that lasted for around 9 days(from 0000 UTC 17 to0000 UTC 26 June 2010) and caused accumulated precipitation above 600 mm over the Yangtze River valley,was reasonably reproduced by the advanced research WRF model.Based on the simulation,a set of energy budget equations that divided the real meteorological field into the mean and eddy flows were calculated so as to understand the interactions between the precipitation-related eddy flows and their background circulations(BCs).The results indicated that the precipitation-related eddy flows interacted with their BCs intensely during the PHRE.At different layers,the energy cycles showed distinct characteristics.In the upper troposphere,downscaled energy cascade processes appeared,which favored the maintenance of upper-level eddy flows;whereas,a baroclinic energy conversion,which reduced the upper-level jet,also occurred.In the middle troposphere,significant upscaled energy cascade processes,which reflect the eddy flows’ reactionary effects on their BCs,appeared.These effects cannot be ignored with respect to the BCs’ evolution,and the reactionary effects were stronger in the dynamical field than in the thermodynamical field.In the lower troposphere,a long-lived quasi-stationary lower-level shear line was the direct trigger for the PHRE.The corresponding eddy flows were sustained mainly through the baroclinic energy conversion associated with convection activities.Alongside this,the downscaled energy cascade processes of kinetic energy,which reflect the direct influences of BCs on the precipitation-related eddy flows,were also favorable.A downscaled energy cascade of exergy also appeared in the lower troposphere,which favored the precipitation-related eddy flow indirectly via the baroclinic energy conversion.     

近16年暖季青藏高原东部两类中尺度对流系统（MCS）的统计特征

利用日本高知大学提供的逐小时分辨率静止卫星云顶黑体亮温（TBB）资料,使用模式匹配算法对2000～2016年（2005年除外）暖季（5～9月）青藏高原东部的两类中尺度对流系统（MCS）进行了识别和追踪,并利用人工验证订正了结果。基于此,利用NOAA的CMORPH（Climate Prediction Center Morphing）降水资料和NCEP的CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）再分析资料对高原东部两类MCS进行了统计和对比研究。研究发现,7月和8月是高原东部MCS生成最活跃的季节,然而,此两个月能够东移出高原MCS的比例最小;5月虽然MCS生成数最少,但是移出率高达近40%。对比表明,能够东移出高原的MCS（V-MCS）比不能移出的MCS（N-MCS）生命史更长,触发更早,短生命史个例占比更低。暖季各个月份,相比于N-MCS,V-MCS的对流更旺盛且发展更快,然而,由于其发生频数远低于N-MCS,总体而言,V-MCS对高原东部的降水贡献率仅为15%左右,是N-MCS相应数值的一半左右。高原东部两类MCS的环流特征差异显著,有利于V-MCS发生、维持和东移的因子主要位于对流层中低层（西风带短波槽、西风引导气流、低层风场切变）,而在对流层高层,N-MCS拥有更好的高空辐散条件（其对应的南亚高压更强）。     

金塔绿洲主要特征量的数值模拟

 采用RAMS模式模拟了金塔绿洲非均匀地表的空气温度、湿度、风速、地表能量。结果表明,绿洲地表温度明显比周围戈壁和沙漠低,空气湿度明显比周围戈壁和沙漠大,近地层感热通量最大值约为戈壁和沙漠的1/3,近底层潜热通量比戈壁和沙漠大20倍左右。模拟结果与观测值的对比表明,RAMS对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面近地面温度、湿度、感热通量和潜热通量的模拟与实测基本一致。由于湍流的随机性,风速的模拟偏差比较大,这种偏差有一多半是由于非线性偏差造成的。     

2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度爆发气旋的数值模拟和分片位涡反演分析

基于NCEP 6 h一次,0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的GFS（Global Forecasting System）再分析数据,利用数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）,对2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度的爆发气旋事件进行了模拟。在成功复制爆发气旋主要特征的基础上,较详细的分析了本次爆发气旋快速发展的有利环境条件,并利用分片位涡反演的方法,对此次爆发气旋的快速发展过程进行了研究,主要结论如下:（1）本次爆发气旋的爆发性发展阶段维持了约27 h,其最大加深率约为3.98 Bergeron（气旋加深率单位）,最低中心气压约为919.2 hPa。（2）爆发气旋的快速发展与对流层高层高空急流对热量的输送,对流层中层西风带短波槽槽前暖平流和正涡度平流的有利准地转强迫,以及对流层低层暖锋伴随的暖平流过程密切相关。（3）分片位涡反演的结果表明,对流层顶皱褶对应的平流层大值位涡下传和降水凝结潜热过程造成的正位涡异常是本次爆发气旋快速发展的主导因子,而对流层低层的斜压过程贡献相对较小。在气旋爆发期的前期和强盛期,降水凝结潜热释放是爆发气旋发展的最重要因子,而在爆发期后期,随着降水的减弱和爆发气旋的东北向移动,对流层顶皱褶作用所造成的正位涡异常成为维持气旋快速发展的最有利因子。     

区域西风指数对西北地区水汽输送及收支的指示性

利用1951-1999年NCEP/NCAR(2.5°×2.5°)再分析逐月资料,分析了我国西北地区的水汽输送和收支的平均状况.结果表明: 我国西北地区的水汽输送主要集中在夏季,西风气流是西北地区水汽输送的主要载体,大西洋、北冰洋、黑海和里海是西北地区水汽输送的主要源地;西风气流输入到西北地区的大部分水汽继续向东扩散,最后从东边界输出.选择夏季,根据设计的区域西风指数研究了区域西风指数对西北地区水汽输送以及收支的指示性,经检验,区域西风指数对西北地区的水汽输送和收支有良好的指示性,夏季区域西风指数异常强(弱)年份西风气流输入西北地区的水汽量大(小),同时水汽净收支大(小),有(不)利于降水的形成.     

2004年9月川渝大暴雨期间西南低涡结构及其环境场的分析

采用NCEP再分析资料、常规观测资料、卫星云图资料及地面降水资料, 对2004年9月2日～8日发生在川东和重庆的大暴雨的影响系统及其环境场作了分析研究。结果表明, 此次暴雨分为三个阶段, 降水系统主要有两个:第一、三阶段的主要降水系统是低空切变线；第二阶段的主要降水系统是西南低涡, 而西南低涡影响期内的雨量最强、范围最大。西南低涡开始时为一β中尺度系统, 最后发展达α中尺度系统。其影响时间从4日00时到6日06时 (国际协调时）, 持续了54小时。本文对此次暴雨过程所做的研究表明, 川东地区的特殊地形, 500 hPa高空小槽以及700 hPa、 850 hPa低层鞍型流场均是西南低涡产生和维持的重要条件； 西南低涡上层为暖性结构； 在暴雨过程中有20个雨团接连发生, 中尺度系统是这次暴雨的直接影响系统；对水汽收支的计算表明, 水汽可能来自于低纬度热带地区。本文还对西南低涡与东北低涡的异同作了比较。