高原低涡结构特征模拟与诊断的初步研究

利用二重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5对2005年7月28—29日的一次高原低涡过程进行了数值模拟,并利用模拟结果对此次低涡的结构进行了初步分析。结果表明．-MM5模式对此次低涡过程有较好的模拟能力,模拟出的位势高度场分布和涡度场结构与实况基本吻合。此次高原低涡具有同热带气旋相似的涡眼（空心）结构和暖心结构。在流场上,高原低涡在涡眼区下层表现为辐散下沉运动,上层为辐合上升运动;而在涡心四周下层表现为辐合上升运动,上层为辐散下沉运动;在涡度场上,高原低涡下层为正涡度区,上层为负涡度区。     

冬半年青藏高原低涡发生发展的天气学分析

本文针对冬半年高原低涡几个不同源地的低涡生成背景,着重分析500hpa环流场,指出:地形对低涡生成是非常重要的条件,但一定范围内有利的环境流场也是低涡生成不可缺少的外部条件。并给出了不同涡源区有利于低涡发生,发展的500hpa环流形势。     

凝结潜热在高原涡东移发展不同阶段作用的初步研究

为探讨潜热加热对高原涡发展的作用并加深对水汽与高原涡垂直结构及发展变化关系的认识。应用NCEP(1°×1°)再分析资料,通过大气热源诊断计算,分析2005年5月1~4日和2005年6月23~28日两次高原涡的垂直结构及生命史特征。通过比湿、涡度、Q2等诊断量的对比分析发现:高原涡在东移发展过程中,涡柱内水汽含量上升、涡度明显加强,水汽、涡度上传明显,两者在垂直方向的大值中心有较好的同步性。高原涡未下坡前,水汽通过凝结释放潜热的方式加热大气,高原涡暖中心结构明显。高原涡下坡过程中,其涡度和垂直速度均整层陡增,高原涡区域水汽含量下降,潜热加热作用减弱,暖中心结构消失。因此,大气中水汽的含量和垂直分布状况直接影响凝结潜热作用的发挥,凝结潜热对高原涡发展作用主要表现在高原涡下坡前和下坡后期,是高原涡下坡后是否继续东移发展的重要影响因素。     

西南低涡移动的初步分析

从描述西南低涡运动的中尺度原始方程组出发，对低涡系统作水平分布的零阶Ｂｅｓｓｅｌ函数近似，在铅直方向上取６层斜压模式近似；导出了西南低涡移动速度的控制方程，得到了影响低涡移动的较为全面的因子，并通过对个例进行６层斜压模式的数值计算和诊断分析，找出了对低涡移动取决定性作用的决定性因子、一般影响因子、作用较小的修正因子和贡献极其在弱的不影响因子。然后分析和讨论了各因子对低涡移动作用的物理意义，为认识西南低涡移动的物理机制及用于业务预报提供参考。     

一次高原低涡东移引发强降水过程的数值试验

以2008年7月20-22日一次高原低涡东移出高原例,利用MM5中尺度模式进行数值试验,分析冷空气和南北风强度变化对低涡维持和发展的影响以及对伴随的强降水过程的影响,探讨高原低涡发展维持机制和降水发生机制.分析结果表明:对流层中低层冷空气势力强弱较南北风场变化对降水落区和强度、低涡维持和发展,以及涡区物理量特征都有着更大的影响.适度的冷空气入侵有利于低涡的维持与发展,而过强的冷空气入侵,不利于辐合上升运动的维持,并降低大气的饱和程度,使高原低涡强度迅速减弱,过程降雨量明显减少.     

西南低涡结构及潜热加热分析

本文通过对一次西南低涡暴雨过程进行诊断分析,讨论了西南低涡的结构及潜热加热对该低涡的影响。指出:在西南低涡发展过程中伴随着低层辐合、上升运动以及水汽通量辐合的加强,此时潜热加热的垂直分布有利于低涡发展;水汽辐合最强超前于西南低涡最强盛阶段。     

一次西南低涡过程的地面场中尺度分析

本文运用带通滤波分析方法,对四川省1981年7月由西南低涡等天气系统引起的大暴雨过程作了地面气象要素场的中尺度诊断分析。结果表明,带通滤波后的场具有明显的中尺度特征,其中一些物理量场的适当配置与6小时后的暴雨中心有较好的对应关系。说明了此带通滤波方法在实际业务预报中具有一定的使用价值。     

摩擦作用对西南低涡扰动的影响

西南低涡是对流层下层的中尺度扰动。本文在零级近似条件下,采用p坐标系的基本方程组,在边界层内设计两层模式。通过一定的简化方程组后,得到:当Z≤1/2[kL~2/(μ~2Knu~*)] 时,摩擦效应具有二重性,一方面使扰动减弱;另一方面使扰动增强,而前者的影响略大于后者,最终使扰动消失。频率随高度Z的降低而增加。当Z>1/2[kL~2/(μ~2Knμ~*)]时,摩擦作用甚微,几乎可以忽略不计。频率虽然有两个值,但随高度Z的增加,他们趋于一个常值。     

复杂地形对西南低涡生成和移动影响的数值试验分析

为探讨四川盆地周边复杂地形对西南低涡发生发展以及移动的影响,利用NCEP 1°×1°再分析资料和中尺度非静力平衡模式WRF V3.4.1,对2010年7月16日至18日发生在四川盆地的一次西南低涡暴雨过程进行了再现模拟(控制试验)以及降低盆地周边不同地形高度的3组敏感性试验。结果表明,控制试验模拟出的西南低涡位置和强度与实况基本吻合。秦岭、大巴山山脉对西南低涡的形成不具有决定性影响,但对西南低涡的维持和发展具有非常重要的作用;横断山脉、云贵高原对西南低涡的生成位置、强度以及移动路径均很重要;青藏高原大地形对偏东气流的阻挡而产生的绕流有利于西南低涡的生成,对西南低涡的移动也有重要影响。除西南低涡以外,四川盆地周边地形所产生的一些局地小低涡的现象也值得关注。     

对流层中上层环流耦合对西南低涡发展的影响

本文采用简单的二维模式,在绝热条件下,讨论了当空气对流运动空间分市不均匀时,对流层上、中层与低层环流的耦合和相互作用,对西南低涡的维持和发展的影响,得到一些有益的结论,且与天气事实基本相符。     

夏季青藏高原低涡结构的动力学研究

应用卫星云图资料分析了两例夏季青藏高原低涡发展过程及其结构演变,揭示出高原低涡结构特征的若干观测事实。在此基础上借鉴研究类热带气旋低涡的方法,将暖性青藏高原低涡视为受加热和摩擦强迫作用,且满足热成风平衡的轴对称涡旋系统,通过求解柱坐标系中的线性化涡旋模式,得出边界层动力作用下低涡的流函数解,重点讨论了地面热源强迫和边界层动力"抽吸泵"对高原低涡流场结构的作用。研究认为,由于边界层加热和摩擦的共同作用,高原低涡的温度场呈暖心结构。热源强迫的边界层低涡的散度场存在一个动力变性高度,该高度的位置与边界层顶高度有关。通过边界层动力抽吸作用,当边界层顶有气旋性涡度时,能引起边界层低涡的水平辐合运动和随高度增强的上升运动,并可加强低涡的切向流场;如果低涡的中心区域为"内冷外热"型加热分布,则热源强迫的低涡中心区域下层为辐散气流和随时间减弱的切向流场,上层为辐合气流和随时间增强的切向流场,并伴有下沉运动,从而有利于形成涡眼(或空心)结构,在卫星云图上表现为低涡中心为少云(或无云)区,即这类高原低涡具有与台风类似的眼结构,因而可视为类热带气旋涡旋的新例证。最后通过高原低涡的简化模型对低涡所含的波动进行了分析和讨论,结果表明:高原低涡中既含有涡旋Rossby波,又含有惯性重力波,即低涡波动呈现涡旋Rossby-惯性重力混合波特征。     

三维冰雹云模式对那曲冰雹天气过程的数值模拟研究

为了对西藏地区冰雹天气有更多的认识,利用三维冰雹云模式对2007年和2008年两年发生在那曲地区的冰雹天气进行了数值模拟,并以2008年8月22日发生在那曲的冰雹天气为个例进行了分析,同时探讨三维冰雹云模式在西藏地区的适用性问题。结果显示：模式能够较好地反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程。宏观方面：能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程;微物理方面：能够模拟出各阶段的水汽混合比。模式能够应用于对西藏地区冰雹天气的研究;考虑冰项过程时,模拟的云体发展更强盛,云顶高度抬高,模拟时间更长;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献;模式模拟的冰雹直径对预报冰雹直径有一定参考价值。     

青藏高原冬季降水时空分布特征研究

青藏高原冬季降水的气候特征认识对高原冬季雪灾的防御有着重要意义。基于青藏高原54个气象站1971~2010年冬季(12~2月)逐月降水量资料,利用现代统计方法分析了青藏高原冬季降水的时空分布特征及突变现象,利用经验正交函数(EOF)和旋转经验正交函数(REOF)概括出高原冬季降水的6种主要空间分布型以及区域性特征进行分析。结果表明:冬季降水分布不均匀,偏东偏南部降水量相对较多,冬季降水在12月最少,2月最多;EOF对青藏高原地区冬季降水分解为6种模态,全区一致型、南北部型、东西部型、川西型、高原腹地型和西部型模态;EOF第1模态时间系数表明高原大部分地区冬季降水在20世纪90年代有显著增加、且存在14年左右的周期变化特征。REOF分析表明,高原地区冬季降水的局地特征显著,而高原腹地与中东部地区变化特征显示了高原冬季降水的主要变化特征,与EOF分析第1模态的变化特征较为一致。     

一次持续大暴雨过程新一代天气雷达回波特征分析

为探讨西北地区东部的持续大暴雨过程成因及预警指标,利用2010年7月22~23日500~700hPa大气环流背景及天气影响系统和西峰新一代多普勒天气雷达回波资料分析,结果得到:500hPa西太平洋副热带高压外围河套地区环境场的演变高压外围低涡发展及维持,是这次持续性大暴雨过程的大气环流背景和影响天气系统,700hPa强盛的水汽场输送场与汇聚作用为这次持续性大暴雨过程提供了充沛的水汽条件,随着500hPa河套地区低涡-切变辐合系统的准静止维持造成这次持续性大暴雨过程;大暴雨前1.5~9.7km垂直方向上,存在明显的东南风场与西南风场的切变,风向随高度顺转,对应持续的暖平流;天气雷达强度回波反射率因子≥40dBz,暴雨期间维持少变;径向速度回波的水平辐合和气旋性涡旋运动与河套低涡切变天气系统对应一致;垂直液态水含量≥35kg.m2的雨团范围大、持续时间长;云顶回波高度维持在8km以上,对监测预警持续大暴雨天气具有一定指示意义。     

青藏高原东部土壤湿度变化及其与中国降水的关系

为进一步了解高原土壤湿度变化及其与中国降水的关系,利用青藏高原东部地区1991～2012年22个站10cm、20cm、50cm 3个层次的土壤相对湿度观测资料,分析高原东部地区土壤湿度的时空分布特征.同时利用全国1992～2012年的降水资料与1992～2011年的土壤相对湿度资料,采用求相关系数的方法分析高原东部土壤湿度与全国降水的关系.结果表明:(1)西藏东部土壤相对湿度由东至西呈递减趋势.(2)10cm土层较干,20cm土层的相对湿度是3层中最大的,50cm土壤的湿度变化较为平缓;表层土壤湿度变化较明显.21年来,各层土壤湿度呈不明显下降趋势.(3)高原东部地区土壤湿度与中国东部降水有显著关系,若东部高原春季土壤湿度偏湿(干),则江淮流域夏季降水偏少(多).     

川西高原若尔盖旅游气候资源及旅游舒适期研究

利用若尔盖1971-2000年的逐日日照时数、气温、降水量、降水日数、相对湿度、风速、气压等气象资料,用常规统计方法对以上主要旅游气候要素进行月、年变化规律分析,为当地旅游管理部门提供参考,为旅客提供气象服务。统计和分析表明：若尔盖光照资源丰富,日照总时数达到2510h。该地整年气温偏低,月均气温为-10.2℃-10.8℃,年平均气温为0.8℃,而且随着年份的增加,气温呈上升趋势。年降水量为649.1mm,干湿季分明,5-10月降水量占全年降水量的88%,白天降水少并且无大的降水。空气相对湿度与气温的配合让人体感觉比较舒适,风速较小,适合开展旅游活动。该地的最佳旅游舒适期为7、8月,而6月和9月可根据实时天气情况适当安排旅游活动,舒适天数在68天左右,舒适天数随年份呈波动上升趋势。     

FY-2D云导风在“鲶鱼”台风模拟中的同化试验

为了能给国内的云导风产品在通道的选择和使用方法上提供一些新的参考,以2010年的“鲶鱼”台风为个例,通过对FY-2D云导风产品在WRF模式中的同化对比试验,分析比较了同化了云导风资料之后的台风路径和位势高度场、风场的变化。结果表明,同化之后台风路径的偏差水汽通道要远大于红外通道,随着积分时间的延长,红外通道数据的加入对模拟台风路径的订正作用比水汽通道显著;模式使用不同同化方案的模拟结果也有明显的差别,其中以每24小时一次冷启动的同化循环方案对台风路径有较准确的模拟,而在分析不同通道导风质量优劣方面,则以热循环同化方案最佳。     

GRAPES-Meso模式动力框架与物理过程对预报误差影响研究

为了研究GRAPES-Meso区域中尺度模式误差特点,评估模式动力框架和物理过程对预报误差的影响重要性,为GRAPES区域集合预报系统方案设计提供参考,基于GRAPES中尺度模式设计了4组对比试验,每组试验对2008年3个不同类型天气过程进行了数值模拟,获得如下结论:(1)GRAPES-Meso模式存在较为显著的系统性误差,系统性误差水平和垂直分布特征主要由GRAPES模式动力框架产生,物理过程对系统性误差影响相对较小;(2)在模式层底和模式层顶,GRAPES模式层与等压面层转换方案中,预报存在较为明显的垂直插值误差;(3)边界层方案对GRAPES模式低层动力场预报误差有重要影响,可以显著减少模式低层动力场预报误差。结果表明减少动力框架预报误差是改进GRAPES-Meso模式的重点,在GRAPES-Meso集合预报系统的设计中,需要重点考虑动力框架引起的模式不确定性。