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.     

梅雨锋致洪暴雨β中尺度涡旋的数值试验和结构分析

运用PSU／NCAR的MM5V2的嵌套模式，对1998年7月的武汉致洪暴雨过程作了成功的数值模拟。并运用模式输出的高分辨率资料对引起此次特大暴雨的β中尺度涡旋系统的结构作了诊断分析。分析了涡旋系统在3个不同时期的三维结构特征，特别是得到与暴雨雨团相联系的β中尺度垂直环流分布特征。指出涡旋系统的水平范围在90km左右，涡旋环流只在对流层中层（850hPa-650hPa)比较明显，与涡旋相伴的是一个在狭窄区域内物理量高度集中，并向垂直方向发展的暖心正涡度柱。     

“98.7.21”武汉特大暴雨大气环流特征分析

对“98.7.21”武汉特大暴雨发生时大气不同尺度的环流的特征进行了分析研究，指出亚欧中高纬度经向环流的持续发展、西太平洋副热带高压持续的异常偏南及其内部强度变化的不均、中层短波槽系统的东移阻滞和与暴雨相伴而生的β中尺度强涡旋系统，是这次暴雨过程大气环流的典型特征。还对直接造成武汉特大暴雨的强对流云团、β中尺度强涡旋系统的部分动力和热力结构进行了分析。     

中国东部夏季中尺度对流系统以及中尺度对流涡旋的特征

中尺度对流系统及对流涡旋经常引起各种对流天气,造成大范围的暴雨,是一种具有强烈灾害性的中尺度天气系统.本文结合了前人方法,针对我国东部夏季中尺度对流系统及对流涡旋进行普查以及统计分析.从中尺度对流涡旋中心的高度分布、厚度分布、相对位置分布以及降水特征等着手,研究中尺度对流系统及对流涡旋之间的相互关系.研究分析结果表明:...     

“93.5”黑风暴期间中尺度涡旋发生发展的涡源诊断

１９９３年５月４日－６日，在甸西北地区发生了一次极具破坏力的“黑风暴”，为了诊断这次黑风暴中尺度涡旋发生发展的涡源，便用了具有高分辨ＰＢＬ参数化的ＭＭ４对该例控制模拟的输出资料和涡源方程。诊断结果表明：“９３．５”黑风暴的发展与一个中尺度气旋性涡旋的发生和发展直接相关；总涡源的产生，发展及柱状垂直结构的形成和演变与黑风暴中尺度涡旋发展的涡度垂直结构和演变是一致的。     

暴雨与非暴雨过程涡散场能量收支特征

选取云南暴雨和非暴雨两类天气过程，分别应用涡散场能量收支方程，计算了暴雨区面积－时间平均能量收支各项量值，给出了对流层整层和上（２００～４００ｈＰａ）、中（４００～６００ｈＰａ）、下（６００～８００ｈＰａ）各层的涡散场动能源汇特征，同时还指出了两类天气在动能制造、能量转换等方面存在的较大差异，尤其是两类天气的大多数能量收支项符号相反     

西北东部一次暴雨天气过程的数值模拟研究

利用较高分辨率非静力中尺度数值模式MM5,对2003年8月28日西北东部一次致洪暴雨天气过程进行了数值模拟,重点研究了中-α和中-β尺度系统的发生发展和演变过程,对影响暴雨的物理量场进行了诊断分析.结果表明:中-α尺度低涡越山后迅速生成发展,历时约14 h,少动,并激发了多个中-β尺度系统,在这些不同尺度系统相互作用下,形成了这次区域性暴雨.强降水主要出现在低涡系统的发展与成熟阶段.700 hPa以上稳定的大气层结,抑制了水汽和能量的垂直扩散,有利于水汽和能量沿低空向雨区输送.在暴雨区上空,水汽和能量以垂直输送为主,同时伴有大量潜能释放.暴雨区上空有明显的正涡(位涡)柱和发展旺盛的上升气流区,低层辐合中心位于650 hPa,高层辐散中心位于400 hPa,无辐散层位于500 hPa.     

西北太平洋及其邻近边缘海中尺度涡的时空特征分析

中尺度涡在影响海洋物质和能量的输送以及生物、化学过程方面都发挥重要作用.利用27年(1993—2019年)的AVISO卫星高度计数据集，基于闭合等值线法对西北太平洋及其邻近边缘海(10°～30°N, 115°～155°E)中尺度涡进行识别追踪，并着重讨论了生命周期大于4周的涡旋特征.涡旋在15°～25°N纬度带产生频率较高，多数涡旋向西传播，并在研究区域西侧与黑潮相互作用后消失于吕宋岛和台湾岛以东海域.随着纬度的增加，涡旋半径急剧减小，振幅则不断增大；而17°～22°N纬度带是涡动能高值区，在吕宋海峡东部最为明显.涡旋参数表现出明显的季节和年际变化特征，涡旋产生数在春、冬季较多，夏、秋季较少；涡动能则在春季较高，冬季较低.涡动能的年际变化明显受厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)调制作用，相位滞后1个月呈显著正相关.不稳定性分析结果表明，副热带逆流和北赤道流垂向剪切的斜压不稳定性是涡旋产生的主要机制，在春季这一效应达最大.     

暴雨过程环境涡散场能量收支特征

选取伴有低空急流和不伴有低空急流的两个暴雨过程,分别应用涡散场能量收支方程,计算雨区面积—时间平均的能量收支各项量值,给出对流层上(400—100hPa)、中(700—400hPa)、下(1000—700hPa)各层次的涡旋场和散度场动能的源汇特征。了解到两类暴雨过程的散度场动能制造、转换和输送情况是完全相同的,主要差异反映在对流层中、下层的涡旋场动能收支方面,尤其是旋转风动能制造项,两者符号相反。     

2010年4月11日上饶市暴雨过程天气分析

应用常规观测资料、中尺度站资料和T213数值预报产品,对2010年4月10日对流性暴雨天气的成因进行了分析。分析了产生暴雨的天气系统特征,产生暴雨的水汽条件和动力触发机制,给出了产生暴雨的对流云团演变特征。研究结果表明,这次暴雨是由高空低槽、中低层切变线、低空急流和地面低压的共同影响产生的。低层强盛的西南气流建立起水汽通道,把水汽源源不断地向暴雨区输送。低层较强的西北气流和强盛的暖湿气流相汇合,垂直涡度增大,辐合上升运动增强。地面冷锋前生成中尺度低压,加强了辐合上升运动。高层辐散与低层辐合相配合,有利于上升运动发展和维持。     

梅雨期涡旋系统能量尺度相互作用

选取长江中下游地区一次梅雨期低涡暴雨过程，对实测资料作带通滤波后，分别应用天气尺度和次天气尺度涡度方程，计算方程各项在对流层各层次的量值，表明天气尺度涡旋场的演变，绝对涡度通量散度项是主要动力过程，而次天气尺度涡旋场的演变则决定于对流层低层两类尺度涡旋系统非线性相互作用．     

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。     

重庆一次特大暴雨过程的中尺度数值模拟与诊断分析

利用三重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5对2007年7月16~17日发生在重庆的特大暴雨天气过程进行了数值模拟,并利用模拟结果进行了诊断分析.模拟结果表明:模式对降水的落区的模拟效果较好;模拟出的中-α和中-β系统的分裂演变过程与强降水出现的时段吻合.诊断分析表明:强降水与水汽辐合的大值密切相关,降水强弱与辐合强弱变化一致;随着上升运动的加强,不稳定层结在暴雨区上空形成的倒“V“型结构逐步加深,不稳定层结不断向高层发展;此次暴雨维持和发展过程中,强降水区与强上升运动及正负涡度柱有较好的对应关系,负涡度柱比正涡度柱后发展先衰减,暴雨区上空始终维持高层辐散比低层辐合强的结构.     

一次区域性暴雨数值模拟及诊断分析

通过对陕西省2003年7月15日区域性暴雨过程进行分析发现,西太平洋副热带高压西侧的暖湿气流和新疆冷空气是这次暴雨的主要影响系统,充沛的水汽输送、能量的积聚和强烈的上升运动为暴雨的发生提供了充分的条件,700 hPa和850 hPa的低涡、切变线、地面倒槽是暴雨形成的触发机制.数值模拟结果表明:涡度场和散度场互耦;特强散度柱出现早于强涡度柱,而深厚的强气旋性涡柱则几乎与暴雨最强盛时期同时出现.     

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。     

北京一次暴雨过程数值模拟和诊断分析

2012年7月21日10:00-22日02:00,北京地区出现了一次历史上罕见的特大暴雨天气过程,对当地人民的生命财产造成了严重损失.采用新一代中尺度数值预报模式WRF V3.3.1对这次极端降水天气过程进行数值模拟研究,并运用模式输出结果对其发生、发展机制进行了研究.主要结论有:WRF模式能够较好地模拟出这次暴雨的落区、暴雨中心、24 h累积降水量等;此次强暴雨过程主要是由低空中β尺度涡旋造成的,即中β尺度涡旋随时间的演变决定降水落区及降水强度;最后利用相对螺旋度诊断了整个降水过程,结果显示相对螺旋度的变化对降水增强的临近预报具有明显指示意义.     

倾斜涡度发展与β中尺度低涡

利用中尺度暴雨模式MRM1,对1998年7月21、22日湖北黄石的β中尺度低涡及特大暴雨进行数值模拟,采用湿位涡守恒原理对模式输出的高时空分辨率物理量场进行分析。结果表明,β中尺度低涡是在低层θ水平梯度加大,θe等值线变得更加倾斜、近似陡立而发生SVD的情况下产生的。Pm1在本次特大暴雨过程中是主要的,大大超过pm2,低层对流稳定度绝对值的迅速减小造成垂直涡度的急剧增大,从而形成β中尺度低涡。因此,θe等值线变得陡立可能是气旋性涡度激烈发展导致对流性特大暴雨形成的一个重要原因。     

98.7暴雨中尺度系统发展的视涡源涡度变率诊断分析

利用 MM5输出的高分辨率资料和视涡源与总涡源诊断方程对“98.7”特大暴雨的涡度场、视涡源、总涡源进行了诊断分析 .结果揭示 :此次暴雨的发生和发展与其视涡源、总涡源的生成和发展直接相关 .正视涡源柱和总涡源柱的存在及强烈发展是强暴雨中尺度系统发生发展的主要动力机制 ,这种机制有利于突发性特大暴雨发生 .暴雨的落区基本处于视涡源、总涡源中心位置的下方 .因而 ,视涡源与总涡源的强度及所处的位置为雨强及落区的预报提供了参考依据     

淹没条件下水射流涡旋特性大涡模拟及实验研究

采用大涡模拟方法对淹没条件下水射流的涡量场进行数值模拟,分析流场中涡旋的产生与扩散机制,并通过相同条件下粒子图像测速仪测量射流的涡量场,对模拟结果和方法进行验证。模拟研究泵压和围压对淹没射流涡旋特性的影响。结果表明:在射流流场中,由喷嘴出口产生一系列涡量集中的点涡旋,随着射流的前进涡旋逐渐扩散,卷吸周围介质并传递能量,卷吸范围逐渐扩大,而卷吸能力沿射流轴向呈指数衰减;随着泵压升高,整个流场中涡旋的涡量值明显增大,涡旋扩散长度直线上升;围压对涡量基本没有影响,围压的增加会使涡旋扩散区长度直线下降,减小卷吸作用范围。     

抚州市一次连续性暴雨过程分析

利用常规气象资料,T639数值预报产品等资料对2014年6月19-22日抚州市出现连续性暴雨形成机制进行分析,结果表明:此次暴雨是在中高纬"两槽一脊"环流背景下产生,而中低层持续强劲的西南急流是这次暴雨的主要触发系统,持续的低空急流为暴雨区输送充足的水汽和不稳定能量,急流最大风速出口区辐合为暴雨形成提供了辐合上升的动力条件。过程期间,高低空散度场配置以及低空正涡度中心与强辐合区的叠加,表明在暴雨区内存在着大气上升运动。在大气处于高度不稳定状态下,地面存在辐合扰动,有利于中尺度对流系统的发生发展。