一次阵风锋过程的数值模拟与分析

利用中尺度数值模式ARPS,模拟了2006年6月29日发生在南京的一次由强中尺度对流系统引发的阵风锋过程,并分析了该过程的天气形势。结果表明,在对流系统经过南京站之前,近地层出现了明显的逆温,当对流系统经过南京站时中低层湿度一直在加深;背景形势显示有中低层急流和垂直风切变。在这次数值模拟中,虽然未模拟出阵风锋的细线回波...     

一次强沙尘暴过程的动量下传诊断分析

动量下传对沙尘暴的发生发展起着十分重要的作用.选取2002年3月18-22日发生在我国华北地区的一次强沙尘暴过程,利用中尺度气象模式MM5V3.7输出的高分辨率动力协调资料,应用位涡理论详细探讨了沙尘暴发生发展的动量下传过程.结果表明:①蒙古气旋是此次强沙尘暴的主要影响系统;大风与干燥低湿是风蚀起沙的前提条件.②沙尘暴过程中,位涡沿等熵面下滑是高、低层动量交换的重要环节,揭示了沙尘暴动量下传的物理机制.     

宝鸡一次阵风锋天气过程分析

利用常规气象资料和宝鸡多普勒雷达资料对2012年7月13日发生在宝鸡的一次阵风锋天气过程进行分析。结果表明：阵风锋的移动方向与对流风暴的移动方向有约90。夹角,接近于垂直;阵风锋从生成到结束移动速度呈现先增大后减小的趋势;阵风锋过境时气象要素出现较大变化,表现为温度降低、湿度增大、风速增大}阵风锋的强度与对流风暴的强度呈正相关关系。     

克州地区春季一次强风沙天气成因分析

利用常规观测资料、数值预报物理量场和NCEP/NCAR每日4次全球再分析网格点资料,对2010年03月28日发生在克州境内的一场罕见大风、沙尘暴天气过程进行了诊断分析,探讨了这次强风沙天气的成因,结果表明：高空低压槽和地面冷锋及锋后强冷平流、高空急流的加强及高空形成的次级环流使高空动量有效下传到地面起到了积极的动能作用,大风沙尘上空螺旋度上负下正的垂直分布与大风沙尘的出现有很好的对应关系,大风沙尘发生前后压、温、湿要素出现的剧烈突变对预报也有很好的指示意义。     

阿勒泰地区一次强寒潮天气成因分析

利用常规观测资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)预报产品及T639数值模式的初始场和预报产品,运用天气动力学诊断方法对阿勒泰地区2014年4月23—24日寒潮天气进行诊断分析和检验。结果表明:欧洲脊向西北方向强烈发展,脊前西北急流带建立加强,引导新地岛附近的强冷空气东南下到西西伯利亚地区堆积增强;欧洲脊顶部受冷空气侵袭,快速向南衰退,促使西西伯利亚强冷空气大举南下,形成寒潮天气。850hPa强冷平流及前期地面气温异常偏高是形成强降温的主要原因;强冷平流和高空动量下传是造成强风的主要原因。08时起报的ECMWF 850hPa温度预报较20时的稳定;ECMWF对于96h内850hPa温度预报误差较小;ECMWF对于大风区预报能力较T639的略强,但对于极大风速出现时间、大风的起风时间、大风持续时间的预报,两个模式在实际中均有较高的参考价值。     

京津冀地区一次强沙尘天气过程的成因及特征

利用常规污染物监测资料、卫星资料和再分析资料等,对京津冀地区在2017年春季遭遇的一次强沙尘天气过程进行分析。结果表明,此次过程是由地面冷锋过境,高空槽后冷空气持续补充引起,沙源地主要位于巴丹吉林、腾格里沙漠,随后以西北路径输送至京津冀地区。前期沙源地感热通量迅速增大,与中低层冷平流叠加,导致不稳定层结增强,助于起沙;高空强风速带加强并向下延伸,中低层次级环流发展,不但使沙尘传输并下降至地面,而且使高层高动量和高位涡冷空气下传,促进低空急流形成、低层系统发展,使大风及沙尘天气维持;沙尘过境时,地面至4 km高度存在沙尘型气溶胶,PM_(2.5)和PM_(10)浓度变化趋势较一致并达到重度污染水平,且气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)与空气质量指数(Air Quality Index,AQI)具有较好的时空匹配关系,重污染时段AOD值大于1,污染减弱时AOD值降至0.6以下。     

一次强降雪天气过程分析

对2003年1月5日贵州出现的强降雪天气过程进行了分析,结果表明强降雪的产生主要是由于受高空深厚的西南暖湿气流、中低层辐合系统、地面冷空气以及前期地面温度持续偏低的共同影响所致;从数值预报分析可以看出不论是T213还是欧洲中心的形势预报均对此次天气过程的出现及结束具有很好的指示意义.     

一次阵风锋触发的局地强冰雹天气过程分析

利用常规观测资料、诊断分析资料和榆林多普勒雷达(CB)资料,分析2006年7月12日发生在陕北北部的一次强冰雹天气过程,结果表明:阵风锋移动到有利的环境场中和中高空中尺度扰动叠加触发了强对流;强雷暴中三体散射和旁瓣回波特征明显;阵风锋附近径向速度场辐合特征明显。     

一次强沙尘暴天气过程热力动力场数值模拟分析

本文利用GRAPES模式对2006年4月9日-11日大范围强沙尘暴过程进行了热力动力数值模拟分析,结果表明：整个强沙尘暴天气发生过程中,大气基本上呈稳定层结。西路第一阶段强沙尘暴天气爆发时高值位温下凹区明显下传,西路第二阶段强沙尘暴主要爆发在等位温线密集陡峭的弱稳定层结区域里,其次在高值位温下凹东移区。西北路强沙尘暴爆发时等位温线密集陡峭。暖平流是产生西路第一阶段强沙尘暴的重要热力因子。700hPa冷平流对西北路强沙尘暴的贡献最大,冷平流在河西走廊的骤增对预报西北路强沙尘暴爆发有很好的指示意义。     

准噶尔盆地南缘一次强沙尘暴成因分析

利用常规观测资料和T6390场预报资料,对2009年4月13日发生在准噶尔盆地南缘石河子垦区一次强沙尘暴进行了天气成因分析。结果表明,这次强沙尘暴是西北路径较强冷空气引发的锋后偏西大风沙尘暴天气过程。前期持续高温少雨为沙尘暴的发生提供了有利的热力条件和一定的物质基础。西西伯利亚冷槽的斜压性结构使其强烈发展,为沙尘暴的发生提供了动力条件。而西西伯利亚冷槽的垂直结构强迫出一支下沉气流,为沙尘暴的发生提供了动量下传机制。高低空急流导致对流层中下部锋区加强和大气层结不稳定,为沙尘暴的产生提供了有利的中尺度条件。干暖舌的形成和维持对沙尘暴的发生以及落区有很好的指示性。沙尘暴发生在地面冷锋后部、冷高压前部以及3h变压、变温最大处和低空气流辐散的地区。准噶尔盆地南缘的特殊地形和流沙为沙尘暴形成提供了有利的地理环境。     

复杂山地近地层强风特性分析

利用在贵州省西南部复杂山地上获取的近地层梯度风观测资料和三维超声测风仪观测资料,从中筛选出具有该地气候特征的强风样本,利用数量统计和谱分析等方法,计算分析了由于复杂地形影响而导致的局地低层强风的平均和脉动特征.平均风场主要表现在受当地主要特征地形(西北-东南走向的深切峡谷)影响,其全年的主导风向和最大风速出现的方向几乎完全转为沿峡谷走向,即使在符合中性大气层结条件下,风的垂直廓线也完全不满足幂指数分布,风攻角远远大于规范推荐的值,并且不同风向的强风攻角因地形影响其差异可达20°;强风条件下脉动风场的主要特征是:不同风向强风的湍流强度有所不同,在纵、横和垂直方向的湍流强度比值与现行设计规范给出的三维湍流强度比值有明显差异,其中垂直方向的湍流强度显著偏大是突出特征;湍流积分尺度偏大,其中纵向值偏大20%-60%,横向值在某些风向上可偏大3倍以上,垂直方向则普遍较平坦地形偏大一个量级左右;在桥梁结构较为敏感的频域范围内,各风向的湍流谱密度值有显著差异,其中不同风向在纵向上最大差值可达8倍,横向和垂直向可相差6倍,但无论哪个方向的湍流谱密度值均比台风中心要小1-2个量级.     

2008年4月天山北坡一次强寒潮天气成因分析

利用T213 0场预报资料对2008年4月18日新疆天山北坡带中部石河子垦区发生的50 a不遇强寒潮天气过程的环流背景、影响系统及物理量场进行了综合分析。结果表明：“2008.04.18”强寒潮天气主要成因是：里黑海脊发展东移与东欧脊同位相叠加并顺转, 脊前东北风带建立并加强,诱导泰米尔半岛冷空气沿脊前东北气流西南下到横槽中, 迫使横槽转向强烈发展东南压,并形成高空急流,强锋区和强冷高压;由于高压脊部分东南垮,导致中高纬度强冷空气大举东南下,造成强寒潮天气过程;西南急流与冷空气的交汇产生了较强的动力辐合和水汽辐合,对大暴雪的形成起到了重要作用;大暴雪发生在较强的能量锋区、高湿区和水汽通量辐合区内。     

一次强雷暴中的多灾种天气特征对比分析

用Micaps和NCEP再分析资料对2012年7月3日发生在淮河以南地区的大范围强雷暴天气进行了分析,得出高、低空急流配置,形成低空辐合,高空辐散,槽线由高到低前倾,有利增强大气不稳定层结,中尺度切变线南北摆动具有触发对流作用等,为该区强雷暴多灾种天气的发生,提供了动力和热力条件。从云图、雷达参数和地闪特征对比分析得出冰雹、雷击、强降水,分别发生在强对流云团发展的不同时间和不同部位。其云团的形态、强度和范围等也不同。冰雹所表现出的回波强度、回波顶高和垂直积分液态水含量为最强,雷击次之,强降水最弱。在地闪出现的各个阶段都有可能出现雷击事故,但多为负地闪,强度均较强。强降水过程多为负地闪,强度较弱,降水集中时段,地闪频次高。冰雹发生时地闪频数明显下降,且多为正闪。雷击过程强度和陡度变化最平缓,冰雹过程突变最明显。雷击发生在整个地闪过程中强度和陡度都相对较大的时刻;冰雹发生前约半小时有强度和陡度的骤增;强降水阶段地闪平均强度和陡度都最小。     

2016年山东一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用常规观测、区域自动气象站、NCEP/NCAR再分析和雷达回波资料,对2016年6月30日山东一次阵风锋触发的强对流天气进行了分析。结果表明,此次强对流主要发生在高空槽与副热带高压相互作用、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,阵风锋、地面辐合线和负变压中心所产生的抬升作用及近地面层冷空气的侵入使气温骤降是触发对流的关键因素。低层水汽充沛、湿层厚,属于上干下湿的不稳定层结。强对流发生区域处在假相当位温差（Δθse）和风暴相对螺旋度（storm relative helicity,SRH）的大值中心及其右侧位置。对流有效位能（convective available potential energy,CAPE）、850 hPa与500 hPa之间温差、大风指数、强天气威胁指数等都对此次强对流有较好的指示作用。0 ℃层高度和融化层高度较高是此次过程未出现大冰雹的原因。较强的0～3 km垂直风切变在强对流预报业务中需要注意。此次强对流过程是线状回波带前侧风暴内出现了阵风锋,阵风锋又不断触发雷暴使个别强单体风暴发展加强成为超级单体风暴,具有持续时间较短的中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、风暴顶辐散、窄带回波、径向速度大值区等回波特征。风暴移动速度比风暴承载层平均风速大,缩短了超级单体存在时间。此外,风暴参数与天气的强烈程度密切相关。     

一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。     

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明：1）此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统（persistent elongated convective systems,PECS）和1个β中尺度持续拉长状对流系统（meso-β-scale PECS,MβECS）发生发展造成的。2）与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3）物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1～3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4）低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。     

A lidar study of the atmospheric entrainment zone and mixed layer over Hong Kong

In this paper we present the lidar study of the atmospheric boundary layer using the City University of Hong Kong lidar system. Three cases of determination of the entrainment zone thickness and the mixed layer depth in the atmospheric boundary layer over Hong Kong were selected for detailed study. The data collected have been analysed using the visual inspection method and the Steyn et al. [J. Atmos. Ocean. Technol. 16 (1999) 953] detection method. During the cold front passage, the mixed layer depth stayed at the level almost constant over the transition period, and the entrainment zone was thickening at a steady entrainment rate.     

The Influence of Thermally-Induced Mesoscale Circulations on Turbulence Statistics Over an Idealized Urban Area Under a Zero Background Wind

The influence of mesoscale circulations induced by urban-rural differential surface sensible heat flux and roughness on convective boundary-layer (CBL) flow statistics over an isolated urban area has been examined using large-eddy simulation (LES). Results are analyzed when the circulations influence the entire urban area under a zero background wind. For comparison, the CBL flow over an infinite urban area with identical urban surface characteristics under the same background meteorological conditions is generated as a control case (without circulations). The turbulent flow over the isolated urban area exhibits a mix of streaky structure and cellular pattern, while the cellular pattern dominates in the control case. The mixed-layer height varies significantly over the isolated urban area, and can be lower near the edge of the urban area than over the rural area. The vertical profiles of turbulence statistics over the isolated urban area vary horizontally and are dramatically different from the control case. The turbulent kinetic energy (TKE) sources include wind shear, convergence, and buoyancy productions, compared to only buoyancy production in the control case. The normalized vertical velocity variance is reduced compared to the control case except in the central urban area where it is little affected. The low-level flow convergence is mainly responsible for the enhanced horizontal velocity variance in the central urban area, while wind shear is responsible for the additional local maximum of the horizontal velocity variance near the middle of the CBL outside the central area. Parameterizations in the prognostic equation for TKE used in mesoscale models are evaluated against the LES results over the isolated urban area. We also discuss conditions under which the urban-induced circulations occur and when they may affect the entire urban area. Given that urban-induced circulations can influence the entire urban area within hours for an urban area of a realistic size, it is inappropriate to directly apply empirical relations of turbulence statistics derived under horizontally-homogenous flow conditions to an urban area.     

CCN浓度对安徽一次强对流天气影响的数值模拟

应用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,采用NSSL初始CCN数据(C=600 cm~(-3)、k=0.6)及南京北郊观测拟合数据(C=4 000 cm~(-3)、k=0.47)对安徽省一次强对流天气进行模拟。结果发现CCN浓度(CASE2)增大后,所模拟的最大雷达反射率较初始情况(CASE1),在强度和云体宽度上更加接近实况,且CASE2生成了更多强对流单体;CASE2的降水落区较CASE1更为接近实况,且中心雨强大于CASE1,这主要由CASE2中第一个单体更强的降水导致,而两者第二个单体贡献值相近。在过程初期,CASE2中云水、冰晶粒子数浓度比CASE1更大,使得云水粒子冻结时释放出比CASE1更多的热量,从而使得云体发展更为旺盛;两者单位质量中雪晶质量和数浓度相差不大;CASE2比CASE1霰雹粒子比含水量更高,从而在融化过程中形成了更强的冷云降水。