登陆台风中的中尺度对流系统的数值研究

应用Penn State/NCAR高分辨率中尺度模式MM5,成功模拟出1996-08-03 到 05 Herb(1996)台风登陆后,发生在河北及周边地区台风低压暴雨中的两个连续发展的中α尺度对流系统的演变和结构,它们与降水量实况有很好地对应。由此根据模式输出结果分析了这两个中尺度对流系统(MCS)的中尺度结构和特点,最后给出了登陆台风低压暴雨的MCS结构模型;在MCS成熟期,低层大尺度的低空急流(LLJ)中出现中尺度扰动,即中尺度低空急流(mLLJ), mLLJ的左前方产生强辐合和上升运动,在上升气流的高空出流区域产生中尺度高空急流(mULJ),这种mULJ在常规观测资料中被验证。mULJ的右后方有强辐散发生。     

一次对流性强降水过程的分析及诊断

为了更好地对江苏沿江及苏南地区夏季对流性强降水的预报提供参考和借鉴,利用美国国家环境预报中心资料,对2010年7月22日南京对流性强降水过程的天气形势、水汽输送、对流有效位能和中尺度对流系统作了分析和诊断,给出了该强降水的系统综合示意图。结果表明:500hPa上我国两槽一脊的分布态势及西太副高的西伸造成了弱冷空气和暖湿气流在南京上空的交汇;700hPa和850hPa存在急流和大风核;该强降水发生前,南京及其附近处于对流有效位能高值区,且位势不稳定;造成该强降水的中尺度对流系统是东北西南向强回波带(飑线)以及在该带西南端的中尺度对流复合体。分析表明,南京位于飑线和中尺度对流复合体的结合部是导致该强降水的直接原因。     

1998年7月20～25日湖北暴雨中尺度对流系统的分析研究

利用对低纬度地区的对流性降水有较好监测能力的热带测雨卫星(TRMM)微波成像仪的85.5?GHz资料,和GMS逐时红外卫星云图资料,分析了1 998-07-20～25长江中下游地区湖北省附近的中尺度对流系统的活动,并对其发生的环境条件进行了客观分析诊断,还考察了GMS卫星红外云图云顶黑体温度(TBB)分布与湖北07-20 ～22日暴雨落区及雨峰之间的关系.结果表明,这次暴雨过程具有明显的中尺度特征,暴雨落区及雨峰与中尺度对流系统发展的初期有较好的联系.     

中国及其邻近地区中尺度对流系统的普查和时空…

将中尺度对流系统（ＭＣＳ）的普查工作从数量较少的中尺度对流复合体（ＭＣＣ）扩大到更为普遍的中－α尺度（ＭαＣＳ）和中－β尺度（ＭβＣＳ）的中尺度对流系统，通过对１９９３￣１９９５年３年夏季ＧＭＳ卫星红外云图的普查，共获得２３４个ＭαＣＳ和５８５个ＭβＣＳ，并给出了代表性较好的ＭＣＳ的地理分布。发现黄河和长江中下游地区也是ＭαＣＳ的多发区以及ＭαＣＳ存在两种不同的生命史，一种和ＭＣＣ相同，发生于夜间     

2008年6月我国南方持续暴雨过程中尺度对流系统特征分析

利用静止轨道业务环境卫星（GOES）红外通道逐时黑体亮温（TBB）资料,对2008年6月5日至6月19日出现在我国南方地区的中尺度强对流系统发生的位置、时间、强度和生命史进行了分析.发现比较强盛的长生命史的中尺度对流系统更容易形成于华南地区.对流云系以3～5d为周期向东传播.在6月1日至20日南方暴雨阶段,我国江南、华...     

一次特大暴雨中尺度系统结构特征和机理分析

为了研究“04.6”湖南特大暴雨过程的发生发展机理,在天气分析的基础上,利用非静力中尺度模式MM 5-V 3.6对本次过程进行了数值模拟。结果表明:高分辨中尺度模式MM 5可以较好地模拟中尺度低涡切变线的发生和发展。模拟结果显示,中尺度低涡发展过程中,不断有扰动在低涡前部发展,并激发出强烈的中尺度对流系统M CS(m esoscale convective system)。暴雨区上空具有同向双圈垂直环流结构特征,使中尺度对流系统更加组织化。根据湿位涡守恒和倾斜位涡发展理论分析了暴雨和M CS形成和发展的原因。对流不稳定和条件对称不稳定的建立以及对流有效位能的集中释放是此次特大暴雨产生和持续发展的重要条件。     

利用卫星资料估算中尺度对流云团上升速度的一种方法

为了得到中尺度对流云团内的垂直上升速度,给出了一种利用高分辨率红外卫星云图的估算模式,并进行实验。结果表明,该方法可定量地揭示中尺度对流发展演变的特征,估算得到的中尺度对流云团中强中心上各速度可为中尺度数值预报以及中尺度强对流天气分析预报提供依据。     

2008年“7.01”昭通罕见大暴雨过程的中尺度特征分析

首先运用气象学与物理量诊断方法,分析了2008年6月30日～7月1日发生在昭通的罕见大暴雨过程的大尺度环境;再利用多普勒天气雷达的高时空分辨率资料结合FY-2C卫星资料及区域自动站雨量资料,对此过程的中尺度对流系统进行分析.结果表明:①此过程具备有利的大尺度条件,中尺度对流系统(MCS)处于前倾疏散的高空槽槽前,高空辐散,低空辐合,为中尺度对流系统的发生提供了有利的大尺度动力条件.②这次降水过程具有强度大、突发性强、时间尺度小的特点,强降水的集中持续时间基本为3～5h,地面降水时空分布具有明显的中尺度特征.③暴雨发生前对流层低层有西南—东北走向的湿舌,为暴雨提供了有利的水汽条件;高空干冷平流与低空的暖湿平流形成的差动平流,造成大气的层结不稳定度增强.④对卫星云图及多普勒雷达回波图进行分析,发现在大尺度的环境风场中,存在着β中尺度对流系统,而β中尺度对流系统由2个中尺度对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,中尺度云团内部的流场辐合带与强的雷达回波带基本对应,强盛阶段雷达回波呈现出典型的人字形回波形态.     

大别山区地形对春季冷锋附近中尺度对流系统影响的数值模拟研究

安徽省地处亚热带气候和温带气候的过渡带,从副热带高压边缘和孟加拉湾汇合而来的西南暖湿空气与北方南下的干冷空气经常在江准流域相遇,带来丰沛降水.其中,当大别山受暖湿西南气流影响时,其北部易触发对流,出现中小尺度对流系统;当有冷锋等系统影响时,山区北部易出现对流旺盛的中尺度对流系统(MCS).选取2005年3月10日的冷锋过程用天气研究预报模式(WRF)分析研究了大别山地形对冷锋附近MCS发生发展的影响.研究表明:由于大别山地形的作用,山区北部的温度和湿度明显高于平原地区,这一方面产生平原和山区之间的水平气压梯度,形成局地中尺度力管环流,具有触发对流的作用;另一方面,又使山区北部的大气层有大的对流有效位能(CAPE),一旦对流发生,容易剧烈发展.此外,当冷锋移近时,由于大别山的影响,锋后东北风在山区北侧发生堆积和偏转,形成了额外水平风场辐合,使MCS更易形成和维持.     

1998年7月20—25日湖北暴雨中尺度对流系统的分析研究

利用对低纬度地区的对流性降水有较好监测能力的热带测雨卫星（TRMM）微波成像仪的85.5GHz资料，和GMS逐时红外卫星3去图资料，分析了1998－07－20－25长江中下游地区湖北省附近的中尺度对流系统的活动，并对其发生的环境条件进行了客观分析诊断，还考察了GMS卫星红外3云图云顶黑体温度（TBB）分布与湖北07－20－22日暴雨落区及雨峰之间的关系。结果表明，这次暴雨过程具有明显的中尺度特征，暴雨落区及雨峰与中尺度对流系统发展的初期有较好的联系。     

中尺度涡冷暖特征的理论推导

为了从理论上解释中尺度涡旋冷暖性质与涡旋旋转方向的关系,分析了涡旋的几何特征,并依据这些特征做了如下假设:中尺度涡具有对称的几何形态,涡旋中海洋要素沿径向具有线性变化的特征。从原始方程组出发,利用柱坐标系和上述假设条件,略去耗散力,不考虑涡旋切向的变化,并且忽略径向的速度,推导了中尺度涡的冷暖特征,解释了气旋式中尺度涡对应冷涡以及反气旋式中尺度涡对应暖涡等涡旋的运动特点。结果表明,中心对称形式可以作为对中尺度涡的几何特征的一个理想形态近似,在考虑上述假设条件的理想环境下,柱坐标系在研究中尺度涡的几何性质上具有一定的优势。     

斜压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

分析了中尺度大气运动的物理特征,指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础,因此,结合中尺度大气运动的基本特征,依据严格的尺度分析理论和摄动理论,简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组,使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征,对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到半平衡模式和准平衡模式分别与半地转模式和准地转模式极为相似,它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征,因而,可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究,结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制,其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写,获得了较为理想的结果。     

中尺度对流系统的微波辐射和闪电特征分析

通过对1998年6-8三个月内发生在我国大陆和邻近洋面上的11个中尺度对流系统的分析,发现10.65和19.35 GHz垂直通道能较好的反应云中液态水和降水的吸收和发射;85.5和37.0 GHz垂直通道能较好的反应云中冰晶冰粒的散射.在此基础上,进一步探讨了85.5 GHz极化订正温度(PCT)和闪电的关系.结果表明闪电密度大的地方发生在PCT<220 K以下的等值线内;在220～260 K,闪电密度锐减;在260 K以上,几乎观察不到闪电现象.     

闽中一次突发性局部大暴雨的中尺度分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规观测资料、加密自动气象站以及多普勒雷达资料,对2009年6月3日～4日出现在福建中部沿海地区的局部大暴雨进行了中尺度分析。结果表明:暴雨是在比较有利的天气背景条件下产生的,高空槽、低涡切变线以及地面中尺度切变线是其主要影响系统;对流层中低层大量的水汽输送和对流有效位能的积累为大暴雨的形成提供了有利的环境条件,低层弱冷空气入侵使西南暖湿气流被迫抬升、地面中尺度切变线的形成是暴雨发生的触发机制。     

闽中—次突发性局部大暴雨的中尺度分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规观测资料、加密自动气象站以及多普勒雷达资料,对2009年6月3日～4日出现在福建中部沿海地区的局部大暴雨进行了中尺度分析。结果表明：暴雨是在比较有利的天气背景条件下产生的,高空槽、低涡切变线以及地面中尺度切变线是其主要影响系统;对流层中低层大量的水汽输送和对流有效位能的积累为大暴雨的形成提供了有利的环境条件,低层弱冷空气入侵使西南暖湿气流被迫抬升、地面中尺度切变线的形成是暴雨发生的触发机制。     

台湾地形对1998年6月7—8日中尺度对流系统降雨的影响

利用中尺度模式MM5研究了台湾地形对中尺度对流系统所引起的降雨的影响。通过一系列不同模式分辨率和不同精确度地形高度的敏感性实验, 发现模式的分辨率对降水的预报起决定作用,同时,地形的精确度也可以改变降水的分布和强度。为了得到合理的模拟,6km 的模式分辨率和18km 的地形精确度是必须的。去掉台湾地形的敏感性实验表明,台湾中央山脉对降水的影响可以分为两类,即“强迫”和“修正”效应。在对流层低层,中央山脉对中α尺度低压有阻挡作用,并强迫局地中β尺度的低压。中β尺度的低压和中α尺度低压相互作用,在台湾北部“强迫”出暴雨;而在台湾中部,中尺度对流系统登陆的地方,中央山脉对降雨的落区和强度都给予了“修正”。     

中国东部地区一个中尺度对流涡旋的涡度收支分析

中尺度对流涡旋(MCV),与其他中尺度涡旋不同,有着其独特的动力机制与发展途径.一旦MCV形成,极易产生灾害性天气过程.为了解我国的MCV,使用非静力中尺度模式天气预报和研究模式对中国东部2003年7月4至5日降水过程进行了高分辨率的双向三重嵌套的数值模拟.与观测资料比较,模拟结果较为准确地再现了当时的大气状况.采用了空间滤波的方法对模式结果进行了大尺度背景场与中尺度扰动场的尺度分离,对MCV的结构与移动进行分析,并追随MCV的活动对其的涡度收支情况进行诊断分析.分析表明,大尺度背景场与中尺度扰动场对MCV的作用有着明显的差异.MCV的移动由大尺度背景风场引导;其中辐合作用直接决定了MCV的形成与发展,大尺度水平运动对中尺度涡度的水平输送为水平平流项的主要部分.而由垂直风速的水平变化所导致的水平涡度的倾斜作用在此MCV形成与发展阶段作用并不明显.成熟时的MCV与成熟时的中尺度对流复合体类似有着3个明显的环流,在对流层高层与低层均为辐散反气旋性环流,对流层中层则为较为深厚的气旋性环流.     

梅雨锋致洪暴雨的β中尺度涡旋机理的分析

利用模式高分辨率资料,对β中尺度涡旋系统发生和发展的机理进行探讨,发现在湿中性条件下,中尺度气旋得到强烈发展是与物理量的中尺度输送和集中及局地区域产生急剧陡峭的上升运动有关.用辐散风动能转换函数诊断分析了暴雨不同时期β中尺度涡旋系统发展的能量来源,得出能量转换与涡散场相互作用的物理图像.这种能量转换增强与涡散场发展相互促进的正反馈过程是系统发展增强的主要因素,同时使得强烈上升运动不致很快消失,是暴雨生命史维持10 h的可能原因.     

东北冷涡持续影响下郑州地区多日对流性天气特征分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、加密自动站资料、FY2E红外云图及大气电场仪数据对2015年8月22~30日期间东北冷涡持续影响下郑州地区多日对流性天气特征进行分析结果表明:①东北冷涡长时间维持一方面与上游阻塞高压前部冷平流补充有关,另一方面与北上台风变性并入有关;②对流天气发生时,低层有一定的比湿,比湿锋区在一定程度上能触发对流。θ_(se)的密集带是高能高湿区,与对流性天气的落区有对应关系;③雷暴大风、冰雹天气不要求湿层深厚,但需要较高的CAPE,短时强降水需要一定厚度的湿层,CAPE并不一定很大;④中尺度福合线是5次対流性天气的触发机制,对流性天气起源于冷涡涡旋云系尾部因为该区域大气不稳定层结强。强降水与对流云边缘TBB梯度大值区对应⑤大气电场强度的变化和対流性天气的发生、维持及结束关系密切。     

基于贝叶斯方法的中尺度对流系统移动方向研究

在朴素贝叶斯分类的基础上建立了一种增强型分类器系统，并在对1997～2002年夏季青藏高原上MCS(Mesoscale Convective System)进行自动追踪的基础上，对MCS的移动方向与其周边环境物理量场的分布特征进行了分类研究.进而，将分类结果与决策树、人工神经网络分类方法进行了比较.研究表明，与其他分类方法相比，使用增强型的贝叶斯分类器预测MCS的移动路径具有较好的效果，这为揭示高原上MCS的移动规律、提高长江中下游地区灾害天气预报的准确率提供了一种有效的方法.