华南梅雨锋上中尺度对流系统的数值模拟

应用高分辨率中尺度数值模式成功地模拟了１９９８年６月７，８日发生在华南地区梅雨锋面上的中尺度对流系统（ＭＣＳ），并根据模式的输出结果对ＭＣＳ的中尺度结构、水汽的集中过程和动量收支等进行诊断分析，最后给出这个华南梅雨锋面上ＭＣＳ的概念模型：ＭＣＳ发生时，由于潜热的释放，在对流层下层诱导出一个中尺度低压。气压梯度力有助于其后部（西南部）原有的天气尺度低空急流局地加强，从而产生中尺度低空争流（ｍＬＬＪ）     

“0866”华南特大暴雨灾害的综合诊断

借助加密观测资料、雷达组网拼图资料、雷达风场反演资料以及模式模拟资料等,采用综合诊断方法集中研究2008年6月5~7日发生在广东和广西的特大暴雨.目的是探寻暴雨中尺度特征与发生机理,并将较高时空密度的非常规观测资料用于综合诊断研究中,以有效构建暴雨发生物理模型的可行性探索.(1)此次暴雨是在独特的南支高空急流与低空急流耦合背景下,由涡旋及其东南象限频繁出现的中尺度对流系统(meso-scale convective system,MCS)共同导致;(2)不同于常见的影响华南的中纬度涡旋,此次涡旋来自低纬季风槽中,季风涌携带涡度、水汽、能量不断侵入涡旋东南侧并增强这里的西南风,致使此处汇集有利的物理要素并成为MCS频发的关键区,以水平散度项为主的动力因子对涡旋的形成及初期发展具有重要作用,而以潜热为主的热力因子则促使了涡旋向强盛期发展,涡旋发生发展过程中存在正反馈;(3)MCS体内存在西南气流与偏东气流,两支气流辐合并构成西南-东北向的带状对流云团,云团内部具有更细致的非对称流场结构,流场决定MCS呈现非对称的动热力结构特征、并导致强降雨发生于要素极值区;(4)MCS内强劲的?中尺度西南风速核促使不断积聚的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)最终得到释放,对流降雨由此爆发,频繁生成于带状云团东北侧的更小尺度对流单体直接造成了暴雨中心的雨量峰值;(5)综合诊断方法可以在探索暴雨精细结构特征中发挥关键作用.     

利用非常规资料对城市强暴雨的中尺度分析与模拟研究

利用国家"973"项目获取的特殊加密观测资料, 包括自动气象站雨量资料、风廓线仪资料、多普勒雷达图像资料、GMS5卫星云图资料和NCEP再分析资料, 采用诊断分析与数值模拟相结合的研究方法, 对2001年8月5～6日上海城区出现的1949年以来最强一次降雨过程进行了中尺度分析与模拟研究. 目的是了解造成此次城市暴雨灾害的热带气旋内中尺度系统的发展演变特征和将较高时空密度的非常规观测资料用于高分辨率MM5中尺度数值模式, 对于有效地预报城市灾害性暴雨的可行性、必要性. 研究揭示出 (1)此次暴雨是由登陆热带低压内发生发展的一系列中尺度对流云团所致, 具有时空尺度小的特征; (2)热带低压在入海前的重新加强为这场暴雨的发生提供了有利的环境条件; (3)热带低压与其内中尺度云团间可能存在相互作用; (4)及时、准确地充分运用各种观测资料对于有效地监测、预测出此类城市暴雨灾害具有重要意义; (5)局地风速的增强和风向的转变是暴雨中尺度系统的触发机制, 而充沛的水汽输送、聚集的对流有效位能为暴雨中尺度系统发生发展提供了必要的物理机制.     

长江中下游致洪暴雨的多尺度条件

通过对长江中下游1991，1996和1998年3次洪水暴雨的大尺度、天气尺度、中－α尺度系统的分析，概括出长江流域出现致洪暴雨的环流条件是太平洋副热带高压、南海季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原中尽度对流系统的最佳组配（或锁定），当这4个系统同时处于活跃阶段时，容易形成大范围、长时间的暴雨，并引发严重洪涝灾害。     

我的发明设想

清除暴雨法连续的大暴雨会形成自然灾害。如何阻止大暴雨的形成呢?我想:在地面上向云里发射某种电磁波,使暴雨区域的云吸收电磁波后都升温,使暴雨区域局部气候改变,以达到消除暴雨的目的。(设想者:杨晓青天津塘沽区新村街正义里26楼203号邮编:300450)[点评]这是一项很不错的创意,它具备一定的创造性和新颖性。为了减少灾害天气的危害,目前用得较多的办法是“人工增雨”和“人工防雹”,而人工消除暴雨,还未见相关报道。“人工防雹”的方法是向可能形成冰雹的云团发射火箭,提高云团的温度,破坏云团和气流的结构,以防止冰雹的形成。2004年5月8…     

如何听懂天气预报

锋面与天气 天气预报节目中,预报员在分析天气形势演变时,经常说:受暖锋(或冷锋、静止锋)的影响,某地天气将怎样怎样。这里提到的锋是什么?它为什么与天气的关系如此密切? 从气团说起 气象上把占有广大空间而在水平方向上气压、温度     

凝结潜热对大尺度流场影响的数值试验

由于暴雨雨量集中,对流性强,在降水形成过程中产生的大量凝结潜热势必对大气运动产生不可忽视的影响。有些学者研究过它对次天气尺度系统(如低涡)发生的作用,也有人强调它是低空急流的一个成因。但是这种情况只有在先有暴雨后有急流的少量个例中有可     

1998年春夏南海低空急流形成机制研究

利用“南海季风试验”提供的同化资料, 分析了1998年春、夏季发生在南海上空低空急流形成机制, 其中重点分析了1998年6月8~10日珠江三角洲暴雨过程中的低空急流过程, 并用MM5中尺度模式进行了数值模拟. 结果表明, 在低空急流形成过程中, 动能向上输送, 造成南海低空急流从对流层低层向高层发展. 其形成过程可以概括为: 在华南西部的天气尺度低压向东移动和西太平洋的一个高压扰动向西移动过程中, 二者的共同作用使南海地区上空对流层低层的气压梯度力加强, 由于气压梯度力作功提供了低空急流形成所需要的动能, 导致南海上空低空急流在这两个系统之间形成. 由于南海季风加强往往以低空急流的形式表现出来, 因此南海低空急流的形成机制也可以解释南海季风加强.     

风暴临近数值预报的可能性

大尺度大气环流系统的数值预报投入业务使用已经有近30年历史,而降水预报和中尺度剧烈灾害性天气的临近预报(Nowcasting,0-12h的预报)还停留在经验预报,数值预报进展较缓慢,但数值预报能更好地给出客观定量的预报。理伦研究可知,对流风暴尺度系统具有好几个小时的可预报性。一些数值模拟研究表明,风暴一旦产生,长时间以近于稳定的     

雨暴结构的合成中分析

近年来,对雨暴的天气尺度背景及其地面中尺度结构已有了不少研究,但对雨暴的三维结构的研究仍不多。其原因主要是由于缺乏一个适于作中尺度天气分析的稠密探空网。为了克服这个困难,我们采用了合成分析的方法来研究雨暴的三维结构。近年来发展起来的合成分析法主要应用于分析资料稀少的洋面上的台风结构,也有人作过暴雨和强对流天气形势背景的合成分析。但用其作雨暴结构的中尺度分析则还是初次尝试。本文将给出我们的分析方法和初步分析结果。     

台湾岛东南准稳态兰屿冷涡的初次记录

对卫星跟踪表层漂流浮标、卫星高度计和遥感SST图像资料的分析均发现, 1996年3月前后在台湾岛东南、恒春半岛与兰屿之间有一个大型的气旋型黑潮锋面冷涡. 该冷涡的水平尺度在纬向和经 向分别可以达到70和100 km左右, 并伴随有黑潮在兰屿附近相应的离岸蛇形. 冷涡与常见的黑潮锋面涡不同, 在兰屿一带呈准稳态滞留, 时间达两个月以上. 有证据表明, 冷涡滞留期间, 黑潮可能呈套状侵入南海，而且类似的涡旋在同一位置不时发生. 对比此前墨西哥湾的相关研究, 兰屿锋面涡应是美国佛罗里达半岛南端Tortugas涡的南海版本. 蛇行的黑潮在离开南海时所发生的超射和位涡守恒是冷涡形成的可能原因.     

季风与大气环流系统

人类有气象仪器记录的历史太短, 不足以捕捉气候系统全部的变率, 更难以用来预测未来数十年到数百年的气候变化. 重建过去气候变化的历史、理解其机制和过程可以在很大程度上弥补上述不足. 在气候系统中, 由于季风的演化与变率对人类经济、文化和生活节奏的许多方面均有重要影响, 其研究工作对社会的重要性也日益增加. 亚洲季风受欧亚大陆和印度洋-太平洋之间海陆热力差异及青藏高原的强烈影响, 是气候系统非常重要的一个组成部分. 从气候学上讲, 季风区是大气对流活动最强烈的地区, 与热带辐合带密切相关, 对全球大气的热量和水汽传递起着非常重要的作用[1]. 通过地质记录来揭示季风在地质历史时期的变化过程和机制, 对更好地理解季风的变化规律、预测其未来趋势至关重要.     

北京及周边地区5~8月红外云图亮温的统计学特征及其天气学意义

为了给北京地区的对流天气临近预报提供必要气候背景, 利用1997~2004年5~8月高分辨率的地球静止卫星逐时红外亮温资料对北京及周边地区的对流活动情况进行了统计分析, 并同使用常规地面观测资料统计的雷暴日数分布以及已有文献中基于闪电资料的分析结果进行了对比, 结果表明-52℃红外亮温的统计特征可以较好地展现该地区夏季对流活动时、空分布的基本气候特征, 特别是5, 6月份和7, 8月份亮温统计特征的显著差异表明, 影响北京及其周边地区的盛行对流系统有两大类: 一类是春末夏初发生在中纬度大陆变性极地气团中的对流, 它具有典型的热对流特征, 主要发生在午后到傍晚西部和北部的山区, 常伴随雷雨大风和冰雹天气; 另一类是盛夏季节发生在低纬度暖湿气团中的湿对流, 主要发生在华北平原和渤海周边地区, 并具有夜发性, 常伴随暴雨天气. 上述研究结果也显示出, 长时间的静止卫星逐时红外云图资料可以在一定程度上弥补地面观测资料和雷达资料在时、空覆盖率和完整性方面在对流天气气候学研究中的缺陷.     

全球季风的地质演变

技术的进步和科学的积累, 使得对季风的认识已经从区域性现象拓展为全球性系统. 在300多年来, 季风只看成是一种“巨型的海陆风”, 而现在遥感和直接观测的资料支持新的假说, 把季风看作是热带辐合带(ITCZ)季节性迁移的表现, 因而是一个环球系统. 作为低纬区的气候现 象, 季风存在于除南极以外的各大洲, 而且贯穿至少6亿年来显生宙的地质历史. 系统研究全球季风在时间和空间里变化的时机已经成熟. 地质证据表明: 在构造尺度即10⁶~10⁸年的时间尺度上, 全球季风受大陆分合的“威尔逊旋回”调控, 合成“超级大陆”时出现“超级季风”, 大陆分解后季风减弱. 在轨道尺度即10⁴~10⁵年时间尺度上, 全球季风受地球运行轨道几何形态的变化即轨道周期调控, 呈现2万年的岁差周期以及10万年、尤其是40万年的偏心率周期. 在千年及更短的时间尺度上, 全球季风受太阳活动周期等多种因素的调控. 全球季风演变的周期性, 是地球表层系统以及人类生存环境变化的一项基本因素, 其40万年偏心率长周期被比喻为地球系统的“心跳”, 季风的岁差周期导致4千年前一系列亚洲古文明的衰落, 1千年前太阳活动的周期曾导致美洲玛雅文明的毁灭. 因此, 古气候研究不能只注意冰盖消长的高纬过程, 季风、厄尔尼诺等低纬过程在地质历史上更具有普遍性; 全球季风的研究是我国地学界有希望做出突破性贡献的领域.     

中国及周边地区夏季中尺度对流系统分布及其日变化特征

利用1996~2006年(无2004年)10年6~8月地球静止卫星高分辨率逐时红外亮温(简称TBB)资料对夏季中国及周边地区的中尺度对流系统(简称MCS)活动情况进行了统计分析, 并同已有文献中使用常规地面观测资料统计的雷暴日数分布以及低轨卫星观测的闪电资料分析结果进行了对比, 结果表明低于-52℃红外亮温的统计特征可以较好地展现该地区夏季MCS时空分布的基本气候特征. 该地区夏季MCS的总体分布特点是具有3条东西分布的带状MCS活跃区; 30°N附近的活跃中心表现为明显的东西波动状; 从大气环流来看东亚夏季风把3条MCS活跃带联系在一起. 重点对不同下垫面区域的MCS日变化特征进行分析表明中国及其周边地区具有单峰与多峰型两种MCS日变化特点, 单峰型MCS多发生在高原与山区, 多峰型MCS多发生于平原与盆地. 由于不同地区单峰型MCS持续时间与活跃时段的并不相同, 因此又可以区分为青藏高原MCS、一般山地热对流、琉球附近海域MCS等. 多峰型MCS具有类似于MCC (中尺度对流复合体)日变化的特点, 反映此类MCS生命史较长、水平尺度较大、日落后一度减弱、午夜后又再度发展. 青藏高原MCS与一般山地热对流一般都在午后发展, 但青藏高原MCS持续时间长, MaCS(a中尺度对流系统)活跃. 琉球附近海域MCS具有午夜后发展、持续时间长的特点, MaCS也较活跃. 印度季风涌地区由于充沛的水汽与有利的大尺度环境使得全天几乎任一时次MCS都很活跃, 而且MaCS非常活跃. 四川盆地地区由于山谷风环流的影响MCS夜发性特征特别显著, 该区域也是MaCS的活跃区之一. 两广地区海陆交界处是海陆风环流显著的区域, 因此MCS具有午后向陆地传播、午夜后向海洋传播的特征. 低于-52℃红外亮温的气候统计特征清楚地展现了海、陆、山地的热力性质差异所导致的MCS不同气候分布特点. 不仅大尺度大气环流而且海、陆、山地热力差异引起的局地环流在很大程度上决定了中国及周边地区夏季中尺度对流系统活动的气候特征.     

世界首例21天暴雨落区预报

世界首例２１天暴雨落区预报蔡尔诚（黑龙江八一农垦大学，黑龙江密山市１５８３０８）在当前气象科学水平下，世界各国对暴雨（或强对流天气）落区位置的预报，其有效时间为３～４８小时。这是因为，造成暴雨（强对流）的中尺度天气系统生命期很短（几小时到十几小时），...     

江淮梅雨建立的年际变化及其前期强影响信号分析

江淮梅雨建立具有显著的年际变化特征. 利用NCEP/NCAR再分析数据集以及NOAA提供的全球射出长波辐射和扩展重建海温等资料研究了梅雨建立的年际变化及其前期强影响信号, 并探讨了该信号影响梅雨建立年际变化的可能机制. 结果表明, 前期中太平洋ENSO(CP-ENSO)事件是影响梅雨建立年际变化的强信号, 该信号具有较好的短期气候预测准确率和实用性. 当前期冬季2月和春季呈现CP-ENSO暖(冷)位相时, 梅雨建立最有可能偏晚(早). CP-ENSO主要是通过EAP(或JP)遥相关型影响梅雨建立, 其中位于热带西北太平洋的反气旋环流起着重要作用. CP-ENSO暖(冷)位相年, 热带暖湿气流向江淮流域输送偏晚(早), 赤道附近的中太平洋地区海温产生正(负)异常, 通过海气相互作用, 使得西太平洋副高北跳和印度西南季风建立偏晚(早), 东亚上空大气环流由春到夏的季节性转换因而偏晚(早). 大气环流季节性转换和热带暖湿气流向江淮流域输送偏早(晚)是江淮梅雨建立偏早(晚)的主要原因.     

大气内部不平衡激发暴雨天气的动力诊断

1.中尺度准平衡关系的涡度形式 叶笃正等在研究中小尺度适应过程时曾指出,对于对流性不太强的中尺度运动,风压场之间满足如下准平衡关系:(f+ζ)v=▽E×k,(1)式中E=φ+v·v/2为压能。     

气象场中尺度分离算子的设计和比较

在研究中尺度强对流性天气时,首先遇到的问题就是如何从气象场中将中尺度系统分离出来。目前常用的方法是求滑动距平。然而这种分离是不彻底的,且对中尺度波段的波分量有歪曲。本文根据选择滤波原理,设计了几种高通滤波器。连同求滑动距平方法一起,比较了它们的中尺度分离功能。结果表明,我们设计的算子(1.4),其中尺度分离功能最佳。     

东亚季风气候的历史与变率

东亚季风的变迁可视为太阳辐射条件下, 全球大气、海洋、陆地和冰系统相互作用在东亚地区的表现. 干冷冬季风和暖湿夏季风优势期的相互交替反映了东亚季风的历史. 高分辨率的黄土高原风尘序列研究揭示了东亚季风至少自7.2 Ma前开始建立. 青藏高原的脉动对东亚季风变迁有重要影响, 数值模拟实验说明, 高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对夏季风的影响. 末次冰期旋回气候记录显示了东亚季风气候千年或更短时间尺度的变率和不稳定性的特征. 北半球高纬冷空气活动、穿越赤道的气流和ENSO活动影响着东亚季风气候的变率. 有必要加强高分辨率季风气候记录的年代学和古气候替代性指标的研究,将东亚季风环境整体系统置于全球变化框架中,研究各因子相互作用或相互耦合的过程, 以深入认识东亚古季风变迁的规律和变化机制.