“倾斜”高空急流轴在大暴雨过程中的作用

从理论分析和实例计算两方面探讨了高空急流轴的倾斜对急流出口处右侧辐散场形成的作用，理论分析和实例计算表明，一旦高空轴流轴发生倾斜，则由于其出口处长平风场的分布不均匀势必会在“倾斜”急流轴出口处的右侧出现强的辐散场，实例计算也表明，高空急流轴倾斜以及急流出口处右侧强辐散场的出现明显早于大暴雨的产生，因此，高空急流轴走向的变化对于预暴雨的发生发展具有很好的指示意义。     

高空急流入口区次级环流在一次突发性强降水过程中的作用

通过对1999年秋季一次突发性降水过程高空急流的分析，发现急流人口区南侧辐散，其低层辐合上升，当低层有印缅槽活动的时候，对流加强，印缅槽发展，急流人口区北侧辐合，其低层辐散下沉，有向南的非地转风。     

高空西风急流和低空南风急流中的冷锋环流

文中利用原始方程模式研究了不同背景风场中的冷锋环流，计算结果显示，对越锋非地转环流和锋区垂直运动起主要作用的是垂直于锋面的背景风场，沿锋的背景风场也有影响，但比前者小得多，后者产生的越锋非地转环流和上升速度也比前者弱得多；具有强垂直切变的西风急流更有利于在锋区产生强的越锋环流和大的上升速度；此外，越锋非地转环流还与Richardson数的小值区相联系。     

高空西风急流对祁连山区降水的影响

利用NCEP/NCAR逐日每6 h再分析资料,对2002~2004年发生在祁连山区附近的20次降水过程进行了合成分析。发现在40°N200 hPa高空存在一支东西走向的高空西风急流;降水一般发生在高空西风急流轴的南侧,在高空西风急流轴的北侧有冷空气下沉,南侧有上升的暖湿气流,在高空急流轴的下方形成了次级环流;在高空急流轴出口区的右侧,存在强烈的辐散上升运动,而对应的低层存在强烈的辐合上升区,这种高低层辐散辐合的配置非常有利于强对流天气形成;这支高空西风急流轴的存在对祁连山区的降水有深远影响,而急流轴位置的变化势必影响到降水落区。因此,利用高空西风急流轴预报祁连山区降水及河西走廊地区降水具有很好的指导意义。     

高空急流入口区次级环流在一次突发性强降水过程中的作用

通过对 1999年秋季一次突发性降水过程高空急流的分析 ,发现急流入口区南侧辐散 ,其低层辐合上升 ,当低层有印缅槽活动的时候 ,对流加强 ,印缅槽发展 ;急流入口区北侧辐合 ,其低层辐散下沉 ,有向南的非地转风     

梅雨暴雨与高空急流的统计与动力分析

对1991、1996、1998年梅雨暴雨与高空急流进行了统计与合成分析。结果表明，大尺度环流形势稳定是1991、1998年梅雨期局部降水时间较长的主要原因，1996年环流形势多变，难以在局地长久维持。梅雨暴雨与高空急流关系密切，暴雨多出现在西北风高空急流的右前方或西南风高空急流的右后方。西南风高空急流造成梅雨暴雨的高层辐散场多由经向风辐散形成，西北风高空急流多出现纬向风辐散，当其与南亚高压东部的经向风辐散配合时往往会造成较强的暴雨，1998年这类情况出现最多。南亚高压东北象限的偏北风对雨区南侧季风反环流的形成有重要作用。     

陕西2003年持续性暴雨高低空急流特征分析

本文利用常规资料、T213格点资料,对造成2003年8月24日~9月7日陕西省持续性暴雨、大暴雨过程的主要影响系统高空急流、低空急流的天气学、动力学特征及其与暴雨关系进行了分析,结果表明,在这次持续性暴雨过程中,高空急流及其南亚高压与低空偏南风或急流的有利配置是次级环流得以维持、对流持续和重建的重要机制。     

夏季东亚高空西风急流气候特征分析

利用NCEP/NCAR全球再分析风场资料定义了西风急流强度指数和位置指数,然后利用EOF方法对西风急流进行了进一步的分析,分析了高空西风急流的空间分布特征,从强度和位置两方面分析了西风急流与东亚环流及其与海温的关系。分析表明： EOF第一模态反映了东亚高空急流的位置指数,第二模态反映了高空急流的强度指数。东亚高空急流与对流层大气环流包括南亚高压,西太平洋副热带高压,东亚夏季风存在着密切关系,其气候变化与热带副热带东太平洋、印度洋海温密切相关。     

高、低空急流中的锢囚锋环流

利用原始方程模式探讨了高空西风急流和低空南风急流中锢囚锋环流的演变和增强机制。数值结果显示,在干大气中,高空西风急流的存在使锢囚锋非地转环流和锋区上升速度迅速变化、增强,并有利于重力内波的垂直传播;低空南风急流对锋区环流型的变化影响较大,但环流较为平直,对锋区上升速度的增强作用不大,产生的锋区速度比高空西风急流中小得多;高低空急流的同时存在,对锢囚锋环流的作用比较复杂,其影响比高低空急流各自作用的     

高空西风急流对长江中下游暴雨影响的数值试验

应用中尺度数值模式。在控制试验(CTL)的基础上。研究高空西风急流强度变化对长江中下游一次暴雨过程降水强度和雨带位置的影响。结果表明：控制试验对高低空急流位置、降水强度有很好的模拟能力；模式敏感性试验中高空西风急流增强(SJet)／减弱(WJet)的方法是合理的、可行的；SJet和WJet两者对低层环流和雨带及降水强度的影响过程不同。前者有利于加强低空急流。降水在CTL雨带的南侧会增强。在北侧会减弱。雨带位置南撤；后者则相反。雨带位置向北推进；SJet所引起的暴雨中心位置偏南。WJet所引起的暴雨中心位置偏北。     

北京“7.21”暴雨雨团的发生和传播机理

基于京津冀5部新一代天气雷达、区域5min自动站和中尺度数值模式模拟资料,通过雷达资料快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式对低层三维动力和热动力特征的模拟分析,为北京"7.21"特大暴雨中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的结构特征和传播机理的分析提供了佐证。结果表明:(1)低层动力场和地形强迫对MCS的触发、增强和维持起到关键作用。在MCS形成阶段,地形强迫有利于低空偏南气流带来的暖湿空气在山前的辐合上升。随着MCS的加强,强降水区域呈现与地形走向接近的"西南—东北"向带状分布,单体移动具有明显的"列车效应",而MCS整体则向东偏南缓慢传播。在MCS传播前沿(山前)形成强的出流风场,低层2 km以下均为深厚的辐合上升区且进一步加强,表明地形强迫和低层风辐合对偏南暖湿空气抬升起到重要作用,有利于MCS长时间"列车效应"的维持和MCS的发展。MCS出流风场与平原地区近地面偏南风交汇,使得在距MCS传播前沿约50 km的、已经存在的一个接近"西西南—东东北"走向的出流边界明显增强。在MCS传播前沿存在较为明显的0-3 km风垂直切变,由MCS出流与低层偏南风形成的风向切变以及地形强迫造成的风速切变构成,切变区域与地形走向及MCS伸展方向密切相关,切变强度达到中纬度低层强切变阈值范围。低层风垂直切变与MCS存在明显的正反馈效应,亦有利于MCS的长时间发展和维持。(2)低层热动力场为MCS的发展、传播提供了重要条件。在MCS传播前方的环境低层是明显的暖湿区,而在传播后方的低层则是由于地面冷锋及MCS降水造成的冷区,冷暖空气交汇对MCS的高度组织化和强降水的持续起到重要作用。低层的热力层结不稳定区域主要分布在MCS的南部到西南部地区,为MCS尾部风暴单体的不断新生和移动传播创造了良好的热力条件。最后,通过观测和模拟结果综合分析,初步得出了与此次强降水MCS发展演变密切相关的低层热、动力配置的概念模型,为MCS"列车效应"和后向传播特征的机制分析提供了依据。     

Objective Analysis of Circulation Extremes During the 21 July 2012 Torrential Rain in Beijing

It has been reported that the heaviest rain event since 1951 hit Beijing on 21 July 2012 （henceforth referred to as the 721 case）.The frequency and extreme attributes of the large-scale circulation patterns observed during the 721 case are explored by using obliquely rotated T-mode principle component analysis （PCA） and reanalysis data from NCEP/NCAR.The occurrence frequency of the 721-type circulation during the summers of 1951-2012 is 10.9%,while the frequency of torrential rain under this type of circulation is 4.51%.Relative to other rainstorms with similar large-scale circulations during the study period,the 721 case is characterized by a more westward extension of the subtropical high over the western North Pacific,a stronger low-level jet in the lower troposphere over the south of Beijing,a larger amount of ambient precipitable water,and a stronger vertical wind shear over Beijing.Among the 621 days with the 721-type circulation during the study period,the 721 case ranks the 54th in terms of the 925-hPa low-level jet south of Beijing,the 209th in terms of the local vertical wind shear,and the 8th in terms of the local precipitable water.The 721 case is particularly extreme with respect to the 925-hPa low-level jet south of Beijing and local precipitable water.Cases with similar circulations and equal or greater values of the 925-hPa low-level jet south of Beijing and local precipitable water have occurred thrice during the summers of 1951-2012 （i.e.,once every 21 years）.     

一次高空急流增强过程中的中尺度扰动和动量输送特征

本文利用中尺度数值模式的高分辨率模拟结果,研究了夏季东亚副热带西风急流一次短时间尺度强度变化过程中的中尺度西风扰动特征和相应的动量输送特征。结果表明,此次急流强度短时间尺度变化以急流轴线为界,北侧增强,南侧减弱。急流整体增强和急流内部中尺度西风扰动的积累效应有关。急流入口区(出口区)南侧主要为西风动量水平通量辐散区(辐合区),北侧为辐合区(辐散区),西风动量水平辐合辐散区的水平尺度只有百公里左右,也属于中尺度范围,并且辐合辐散区一般位于地形坡度较大区域上空。西风动量的垂直输送与西风动量水平通量散度分布几乎一致,但数值小一个量级以上。     

东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候异常的联系

利用1979—2010年逐月CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料集,通过定义夏季东亚急流位置指数,采用统计和动力诊断方法研究了东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候的联系。所定义的东亚急流位置指数较好地反映了东亚上空急流位置的经向移动。结果表明:东亚上空急流经向位置的移动存在显著的年际变化,其主要周期为2~3 a和8 a。当夏季东亚急流位置偏北(南)时,从低纬到高纬,东亚地区降水异常主要呈现出偏多—偏少—偏多(偏少—偏多—偏少)的经向分布;相应地,气温则在副热带西太平洋地区偏低(高),我国华东、华北及日本地区气温偏高(低),西伯利亚东部较高纬地区气温偏低(高)。东亚上空急流经向位置异常年,异常环流随高度呈略有西倾的准正压结构。东亚上空急流经向位置的偏北(南)与由西太平洋—南海热带地区非绝热加热相关的经圈环流异常有关,亦与中纬度波扰能量东传有关,并由此可部分解释我国长江中下游至日本地区的气温异常偏高(低)。     

东亚副热带高空急流短时间尺度增强的机理研究

本文利用中尺度非静力模式WRF输出的高时空分辨率模拟资料研究了东亚副热带高空急流(EASJ)短时间尺度强度变化特征,并结合大气运动方程解释了EASJ增强的可能机制。结果表明,在6 h时间间隔内,急流区纬向风增量的水平尺度大于2 000 km。急流轴北侧高频扰动较少,南侧出现大量高频扰动,相应地,急流轴北侧纬向风大尺度整体增强,而急流轴南侧纬向风增量正值区中还存在水平尺度为几百公里的负值区。高频扰动的周期约为1～6 h,向东传播速度为20～40 m·s-1,与惯性重力波相似。造成EASJ短时间尺度增强的主要物理因子为水平平流作用和非地转效应。水平平流项和非地转项量级相同,但变化趋势几乎相反。两者之和的量值与纬向风局地加速度项相近。此外,垂直平流作用对EASJ强度变化也有一定贡献。     

"7.21"北京大暴雨过程的地形作用分析和数值试验研究

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21-22日北京地区的大暴雨过程中的地形作用进行诊断分析,研究其对暴雨过程前后的热力、动力及水汽条件的影响。并利用WRFV3.2模式尝试进行一些地形敏感性数值试验,探讨地形改变后对此次暴雨过程的影响,初步得出了一些结论：高空槽配合中层切变线,在低层形成低涡,低涡的东移并加强引发了此次暴雨。暴雨发生前,中低层强的正涡度中心和负散度中心配合很好,它们在东移过程中,组织起了一个很好的垂直环流圈。此环流圈加强了迎风坡气流的上升运动;对流层中低层东南和西南两条水汽通道提供了强大的偏南气流,不断往北京地区上空输送暖湿空气,从而在低层积累了大量的不稳定能量;对流层中低层的位涡从高处往下传,且正位涡中心在东移过程中加强,对应山前迎风坡出现了局地大暴雨,由此说明位涡中心与暴雨落区具有良好的对应关系。地形敏感性数值试验验证了地形虽然对于整体降雨带的影响不大,但对于局地暴雨落区和中心强度的影响却很大。     

2012年7月21日北京特大暴雨成因分析

2012年7月21日10时至22日02时,北京经历了自1963年8月8—9日极端降水事件以来最强的一次降水过程,导致人民生命和财产重大损失。文章对此次极端降水过程进行了详细分析和探讨,主要结论是:(1)高空低槽伴随地面冷锋东移,在华北遇到副热带高压和山西地形阻挡移动缓慢;另外2012年第8号台风韦森特登陆前,台风低压和副热带高压之间形成强气压梯度,导致通向华北地区的东南风/南风低空急流建立并加强,为华北地区输送了充分的水汽,为北京特大暴雨的发生提供了极为关键的条件。(2)导致北京极端暴雨的中尺度对流系统MCS起源于河套地区低层涡旋的发展。河套地区在7月20日20时左右类似热带气旋形态的α中尺度涡旋的形成有可能与涡旋自组织机制有关,而上述MCS系统是20日20时河套地区类似热带气旋形态的α中尺度涡旋的主要降水部分,该MCS系统从形成到消散历经44小时,其超长的生命史的主要原因包括:(a)其始终具有的明显的正垂直螺旋度(由正的垂直涡度和垂直上升气流组合而成)阻止了其动能向较小尺度串级输送;(b)低层暖湿平流、对流云团云顶辐射降温、下游地区正的对流有效位能这些使对流维持和加强的因素强过由对流垂直混合和非绝热加热等导致的对流消散的因素,或二者处于大致动态平衡的状态;(c)该MCS位于地面冷锋之前的暖区和地面的低压槽内,也始终位于500 hPa低槽前的正涡度平流区,那里盛行天气尺度上升气流。(3)21日北京及周边环境非常有利于大暴雨发生,包括500 hPa明显的正涡度平流、1000～2000 J·kg~(-1)的C APE值、深厚的湿层、强的低空急流、高的地面露点温度和异常大的可降水量。(4)21日08—20时,MCS主轴的走向与太行山和风暴承载层平均风(西南偏南风)大致平行,加上东部副热带高压的阻挡,使得MCS系统移动缓慢。中午之后加强的东南或偏南低空急流在向MCS区域输送大量水汽的同时,低空急流在太行山东坡强迫抬升,使得不断有新的单体在MCS强降水区的西南侧生成,在随后向东北偏北方向的移动过程中加强、维持和最终衰减,向西南方向的后向传播和速度更快向东北向的平流结合导致对流单体反复经过同一区域,形成列车效应,整个MCS系统在西风槽推动下缓慢东移的同时,不断有强回波移入北京地区,导致极端的降水。(5)21日12时以后逐渐增加的深层垂直风切变导致很多小型超级单体形成,其内部的旋转与环境垂直风切变的相互作用导致更强的上升气流、更大的雨强和更长的对流单体生命史,对极端降水事件的形成也起到一定作用。     

2012年7月末天津暴雨过程的扰动特征

利用多普勒雷达和风廓线雷达资料,辅以高分辨率的地面自动气象站资料,对2012年7月25—26日天津地区的一次大暴雨(局部特大暴雨)过程进行扰动特征分析。结果表明:1)大暴雨过程的雷达回波表现为高质心结构,气旋式辐合与对流中上升气流及后侧下沉气流紧密相连,表现出较好的对流组织性,也预示强降雨将持续发展。逆风区的维持与伸展的高度可作为暴雨预报的先兆信号。2)地面辐合线与雷达回波上对流单体出现"列车效应"的区域有很好的一致性。地面形成的气旋性闭合环流和中小尺度环流辐合作用的稳定维持是产生大暴雨的重要因素。3)由风廓线资料可详细分析出暴雨过程中低空急流及边界层急流的扰动过程。在强降雨发生前,急流强度明显增强,与雷达回波上的"列车效应"是一致的,但比雷达更早出现。风廓线资料中低空急流和边界层急流的增强态势,对大暴雨短时临近预报具有很好的指示意义。     

2012年庆阳市一次短时大暴雨的诊断

庆阳市2012年7月21日区域性大暴雨创造了环县1957年建站以来的历史极值,导致了人民财产的重大损失。本文利用常规资料、自动站等探测资料以及历史相似个例,对2012年7月21日庆阳市出现的区域性大暴雨天气进行分析。结果表明：（1）高空低槽伴随地面冷锋东移,受西太平洋副热带高压的阻挡移动缓慢,副高、大陆高压不断加强,造成贝加尔湖冷空气在两高之间大量堆积,为这场大暴雨发生奠定了基础;（2）2012年第8号台风“韦森特”登陆前,台风低压和副热带高压之间形成的强气压梯度导致通向庆阳市的南风低空急流建立并加强,为此次大暴雨的发生提供了充分的水汽条件;（3）在高空槽前正涡度平流的作用下,对流层中低层出现明显的辐合,产生强烈上升运动,低层暖湿气流抬升促使对流不稳定能量爆发,从而形成局地强对流和暴雨;（4）导致庆阳区域性大暴雨的中尺度对流系统起源于河套地区低层涡旋的发展,在中尺度涡旋向东北和向东扩展过程中,尺度明显增大,整个系统低层具有明显的气旋性切变和气旋性涡度,在有利的环境条件下整个中尺度对流系统的东移和发展壮大,最终导致庆阳市区域性大暴雨的发生。