一类华南锋前暖区暴雨β中尺度系统环境特征的分析研究

对2005年6月一次引发珠江(西江)流域致洪暴雨的环流特征和影响系统,尤其是β中尺度系统的环境场进行了研究.这次暴雨具有明显的多尺度特征,涉及到季风的活动、边界层的影响、地形的动力作用等.得到如下结果:(1)南海季风爆发推迟而后持续影响华南,西风带急流以及副热带高压位置均明显偏南,且副高脊线稳定维持在18°N左右,为6月中下旬暴雨在华南地区持续发生提供了稳定的大尺度环流条件.(2)这是一类华南前汛期锋前暖区暴雨.在该时段,华南地区始终维持一条近于东西向的准静止锋,这在卫星云图上清晰可见. 锋生函数的计算结果表明,弱冷空气的作用明显.经向剖面分析揭示出: 锋前有明显的上升运动区存在,非常有利于中尺度对流的发生发展.北方的弱冷空气与副高西北的暖湿气流之间存在明显的中低纬度系统的相互作用.(3)低空偏南气流的风速辐合场,在925 hPa层上最明显.表明在这次华南暴雨过程中行星边界层有很重要的作用.不但从中南半岛和南中国海输送了大量水汽至暴雨区,而且其前方的风速强辐合区,对于对流的启动很有帮助.就启动机制而言,该风速辐合区可能与1998年华南暴雨的风向辐合区有一些差异.(4)南岭山脉的喇叭口地形,对偏南暖湿气流有明显的辐合抬升作用,使垂直运动进一步增强,有利于暴雨的发生.华南(尤其是西江流域)的特殊地形是持续性暴雨产生的重要条件之一.(5)中尺度对流雨团是这次致洪暴雨的直接影响系统.至少有4个β中尺度雨团(A、B、C、D)在西江流域发生发展.上述雨团A 和雨团D分别出现于桂林和梧州等测站附近.该研究集中对中尺度雨团A、D的环境特征作了分析.低空风速辐合中心反复向暴雨区"冲击",暴雨区对流有效位能一次次积累、释放,而又重建.在这种环境下,中尺度对流系统与强降雨云团,此起彼伏,频繁发生.加之对流雨团受环境流场影响 "追随" 洪峰向下游移动,使暴雨和洪水 "叠加" 或 "遭遇",加重了洪涝灾害的影响.     

华北和北京的酷暑天气 Ⅰ. 历史概况及个例分析

如果将日最高气温超过３５ ℃的天气定义为酷暑天气, 则近６０ 年的资料统计表明, 北京出现酷暑天气的年频率高达８１ ％ , 并不少见, 尤以４０ 年代和９０ 年代明显偏多。１９４２ 年６ 月和１９９９ 年７ 月都出现≥４２ ℃的酷暑天气。分析表明, 北京和华北酷暑天气的出现与大环流形势密切相关, 大陆副热带高压维持于华北上空是其主要因素, 空气下沉增温是酷暑的主要机制, 而大城市的热岛效应则可使城区百叶箱气温再增高２ ℃左右。     

第一次全球大气研究计划试验期间华南 前汛期暴雨过程及其环流特征的诊断研究

对1979年第一次全球大气研究计划试验(FGGE)期间华南前汛期3次暴雨过程及其环流特征进行了诊断研究。发现：（1）3次暴雨过程均与锋面活动有关,每次锋面过程都与锋生区对应,暴雨多见于锋前暖区内。锋面的特征既不同于冬季的冷锋,又不同于夏季长江流域的梅雨锋。（2）对视热源和视水汽汇作了计算,发现3次暴雨过程中,华南地区的视热源和视水汽汇项有明显作用,积云对流所造成的对流凝结加热作用很重要。（3）华南前汛期暴雨与南海季风有密切关系。1979年FGGE期间南海季风3次向北推进,与3次暴雨过程有直接的联系。（4）对这3次降水过程的水汽来源作了分析,发现除孟加拉湾外,南中国海亦是重要的水汽供应源地。（5）对云系的分析表明,华南上空的β中尺度对流云团为暴雨的发生提供了有利条件。     

一次华北破纪录暴雪成因的分析研究

采用常规资料和多种非常规资料(卫星图像、多普勒雷达资料及地面自动站资料等)对2009年11月华北地区的大暴雪过程进行了诊断分析,并计算了锋生函数、能量收支、水汽输送等物理量,以探讨暴雪形成的原因。取得以下结果:(1)暴雪过程中出现了回流天气(且伴有"扰动"),这有利于水汽输送和水平辐合的加强,同时,冷高压的南侧低层有"倒槽"存在,对暴雪的形成有重要的作用。(2)雷达观测资料表明,石家庄西南始终有一条辐合线稳定维持,沿此辐合线不断有中尺度云团反复发展,而引起罕见暴雪。(3)由太原及邢台的探空曲线可知,有明显的锋面及逆温区存在,利于不稳定能量的积累。因不存在"暖鼻",故只是降雪无冻雨发生。(4)在上述资料分析和多项动力学诊断的基础上,提出了一类华北暴雪的物理模型。     

前言--季风研究中的一些新问题和新方法

作者对本专辑文章做了综述.第一篇文章报道并考证我们惊喜地发现了世界上最早的关于季风的文献,它是公元前23至前22世纪的帝舜<南风>歌,该歌对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响做出简明深刻的说明.其余文章探讨了季风研究中的一些新问题和新方法以及我们得到的一些新结果.包括3个方面:(1)关于季风的气候问题,如季风定义、季风指数、季风建立日期的确定、季风三维空间结构和时间演变、年际和年代际变化及其刻画等;(2)亚澳季风区的一些灾害性天气系统和过程,如我国、南亚、东南亚的暴雨,以及和越赤道气流相关联的扰动等;(3)对大气环流模式的改进和预报、预测方法的改进.如辐射、云、地表过程的计算改进和气候预测订正方法的更新等.     

一类低涡切变型华南前汛期致洪暴雨的分析研究

采用2008年我国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)加密资料和NCEP再分析资料、 FY－2C卫星TBB资料以及常规观测资料对广西致洪暴雨进行了研究。研究发现, 西南涡是此次暴雨过程的直接影响系统, 对流和降水主要发生在低涡的中部及其东南方。中高纬切断低压和副热带高压稳定维持, 500 hPa短波槽沿高原东侧南下, 诱导西南涡向东南移入广西, 这种情况并不太常见, 这是由于槽后冷空气活跃, 但路径偏西。受副热带高压西伸影响, 低槽与西南低涡移动缓慢。在移入广西前西南涡一度减弱, 但由于有明显的中、 低纬系统相互作用存在, 季风槽为本次暴雨输送了充沛的水汽, 致使西南涡再度加强, 引发暴雨。暴雨过程中中尺度对流云团活动频繁, 强度大, 降水强, 有大约11个中尺度雨团缓慢移动。桂林的探空资料表明, 暴雨区中低层温度层结多为中性, 这可能是对流混合的结果, 西南涡过境后, 低层风场有明显变化, 大气抬升凝结高度显著降低, 对流有效位能 (CAPE) 由于释放而降低。在上述研究的基础上, 本文提出了一类华南前汛期低涡切变型暴雨概念模型。     

区域初始分析误差对梅雨锋中尺度低压数值预报的影响

以梅雨锋中尺度低压个例为研究对象,根据目标观测的思想,采用NCEP和T106再分析资料分析了区域初始分析误差对梅雨锋中尺度低压数值预报误差的影响。结果表明:区域初始分析误差对数值预报误差有重要影响,改善某些特定区域初始场质量有可能改善随后数值预报的效果。但是,区域初始分析误差对数值预报误差的影响较为复杂,它与天气类型、不同个例和区域间误差相互作用等因素密切相关。对梅雨锋中尺度低压短期数值预报有较大影响的初始分析误差与梅雨锋锋区及其附近地区的要素场关系密切,相比较而言,风场似乎更加重要一些。如果对梅雨锋带中低层风切变区及相伴低空急流区有更好的描述,这将对梅雨锋中尺度低压系统数值预报效果的改善有着积极的作用。在此基础上,就相关的目标观测设计问题作了简要讨论。     

综合多级相似预报技术在暴雨短期预报中的检验

选取我国浙东南沿海特定预报区为研究范围, 对该地区不同型 (冷锋型、台风型、准静止锋型、气旋型、倒槽型等) 天气过程引发的暴雨进行研究, 开发出一种新的暴雨预报方法———综合多级相似技术。该技术采用减空法和极值剔除法对因子进行筛选, 采用多种气象要素和多种物理因子场综合, 进行各级相似试验和预报, 较前人普遍采用的单因子求相似离度和分级试验更进一步。提出相似判据在描述样本之间相似程度时随相似因子、相似区域的不同而有较大差异的思想, 并采取如下办法解决这个技术难题:在因子筛选过程中采用因子组合方法, 全面考虑各种优势因子及其组合, 对描述样本之间的相似程度发挥了较好的作用。此外, 通过双时次滚动预报减少漏报, 提高对灾害性天气的预警能力。每一种暴雨类型试验的CSI历史拟合值都在0.40以上, 最高值超过0.60, 试报CSI平均值为0.37, 试验结果说明该技术具有较强的平均预报能力。     

2008年初南方雨雪冰冻天气的环流场与多尺度特征

主要对2008年初我国南方的雨雪冰冻灾害天气的环流场与多尺度特征作了分析研究。结果表明：1）大气环流持续异常,中高纬阻塞高压位于西西伯利亚长达20余天,副热带高压偏西偏北。在阻高与副高之间有一横槽维持,这种形势十分有利于冷空气从北方入侵。2）环流系统较为深厚。不但在500 hPa,即使在200 hPa上也有很明显的经向环流发展,同样有阻高维持,温度槽明显落后于高度槽,有利于横槽的发展与维持。3）西风带南支槽稳定维持且十分活跃,将大量水汽输送至中国大陆尤其是南方地区。北方的干冷空气与南方的暖湿空气交绥,出现了明显的中低纬系统的相互作用。4）一条准静止锋长期稳定维持于长江流域,是雨雪冰冻天气的重要影响系统,这在冬季并不多见。5）贵州和湖南地区,低层浅薄的冷空气垫与其上的暖湿空气形成了特有结构——逆温层,并有暖鼻配合,有利于冻雨出现。由于涉及云微物理、微气象学等诸多影响,冻雨区的分布带有一定的局地性特征,因而,对其的精确预报尚需作更多的研究。6）在上述研究基础上,本文提出了一个多尺度系统持续性的雨雪、冰冻天气物理模型。     

麦莎台风登陆后能量过程与水汽供应的诊断研究

对0509号台风"麦莎(Matsa)"登陆后长时间维持并轻度加强的过程进行了诊断研究,此过程涉及到多种因素.位涡分析表明,当中纬度西风槽东移,该槽底部分裂出的一个较小的正位涡中心与"麦莎"合并使"麦莎"的涡旋动能增强,而在9日之后"麦莎"与槽主体合并的阶段,槽区主要的正位涡中心与"麦莎"融合.动能收支分析发现,"麦莎"登陆北移过程中,高层的无辐散风穿越等高线将位能转换为动能这一过程较"麦莎"的整体加强为早,而辐散风是低层动能的主要来源.中低层天气尺度系统为积云对流的发展提供动能,而积云对流释放潜热又为高层动能的维持提供了帮助.将"麦莎"与北美"Agnes"飓风比较后发现,"麦莎"加强程度比"Agnes"较弱的原因之一,是高层的无辐散风把台风环流内的动能向环境输出,而"Agnes"飓风则是环境区有大量动能向台风环流区输送.分析水汽来源可知,在"麦莎"登陆期间及其后副热带和热带的两条水汽通道同时或分别为"麦莎"的积云对流提供了足够的水汽供应.