高空冷涡背景下飞机积冰特征和机制的探测研究

飞机结冰可能引发严重飞行事故。为了了解飞机在冷涡背景下自然结冰的特征和机制,2021年5月,内蒙古呼伦贝尔市人工增雨作业人员使用Y-12运输机在高空冷涡天气系统中进行了7个架次飞机结冰探测试验,其中出现中度和重度飞机积冰各2个架次,对飞机积冰探测的环境气象条件进行了讨论,着重分析了5月31日2个架次重度飞机积冰过程取得的DMT粒子测量数据。结果表明:飞机平飞海拔高度为3.5~4.2 km,环境温度为-8~-4℃时,重度飞机积冰出现在冷涡东南部水汽饱和区中;测量的过冷水含量在高值时段的平均值达到0.25~1.04 g·m^(-3),平均有效直径为15~100μm的粒子浓度显著偏高,达到100~200个·cm^(-3),高浓度的过冷水含量导致飞机外壳出现瞬时快速积冰。简述了高空冷涡东南象限航线上的云层粒子图像和云粒子增长方式,讨论了高空冷涡东南象限的大气结冰条件。

暴雨中尺度气旋发展的等熵面位涡分析

利用中尺度模式ＭＭ４对１９９１年７月５～６日的江淮梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。用模式输 出资料，根据湿位涡理论分析了这次暴雨过程中对流层低层的中尺度低涡及地面气旋发生发 展的原因。结果表明，在有利的等熵面形态下，具有较高湿位涡值的高层冷空气沿等熵面快 速向南下降的过程中绝对涡度增加，导致了气旋性涡旋的发展加强。

梅雨锋中尺度切变线雨带的动力结构分析

利用密集的地面观测网资料以及中尺度数值预报模式输出产品 ,分析了 1 991年 7月 8～ 9日江淮地区梅雨锋中尺度切变线雨带的中尺度动力结构。发现沿切变线走向有一条中尺度涡管 ,位于对流层中低层 ,高度呈波状起伏。波峰处有较强经向环流 ,强降水位于波峰附近的经向垂直环流之下。降水强度与涡管强度密切相关 ,涡管增强时降水增强。涡管强度与中低空的条件性对称不稳定有关。

一次江淮暴雨过程的中－β尺度分析

利用稠密的地面气象要素场资料，对１９９１年７月６日江淮地区的一次暴雨过程进行了中－β尺度分析。中－β尺度雨带位置稳定、雨团路径集中以及逆引导气流的传播，是造成降水局地增幅的直接原因。而这些降水量场特征与地面流场和温湿场的中尺度特征有紧密的联系。

爆发性发展台风合成环境场的诊断分析

本文应用合成分析方法对５个台风的平缓演变阶段和爆发性发展阶段的环境场作了对比分析。结果表明，在台风爆发性发展时，副热带高压及其反气旋环流增强，台风东部低层风速加大，高空有东风扰动叠加，低空辐合和高层辐散增强，低层水汽能量辐合及台风外围对流性不稳定性增大，低空垂直环流发展。以上因子导致积云对流发展。在弱垂直切变环境下，通过第二类条件性不稳定（ＣＩＳＫ）机制，使台风中心气压急剧下降，气旋性环流显著增强，从而导致台风的爆发性发展。这说明台风爆发性发展是大尺度环流和积云对流相互作用的结果。

条件性对称不稳定与梅雨锋暴雨

通过江淮地区一次梅雨期暴雨的诊断分析,探讨了梅雨锋暴雨的一种可能机制。指出条件性对称不稳定或等M面上的位势不稳定、锋生次级环流以及次天气尺度气旋的发展是形成暴雨的重要因子。

位涡理论及其应用

位涡是近代天气动力学的重要概念之一。本文主要对位涡理论的某些要点,包括位涡的概念、位涡的守恒性、位涡的分析、位涡思想、位涡反演、湿位涡及位涡理论的发展和应用等作一简要介绍。

暴雨低涡结构、成因及移动的初步探讨

中尺度暴雨低涡主要位于800—700百帕等压面上,中心位于西南风和东北风急流之间,下方为反气旋环流,上方对流层高层亦为反气旋环流。低涡中心为下沉区,外围为上升带。暴雨低涡中心具有向着扰动场上的不稳定区移动的明显的倾向性。

1991年7月上旬贵州地区暴雨过程物理机制的诊断研究

本文对1991年7月上旬在贵州地区发生的几次暴雨过程的位涡场、Q矢量激反场以及相对螺旋度等物理量场进行了诊断分析。结果表明，暴雨的发生发展与对流层高、低层湿位涡（MPV）扰动和中层的负MPV的增强、Q矢量辐合区随高度呈倾斜状分布且输合中心强度明显增强、以及相对螺旋度的增强等过程密切相关。说明高空低润发展、静止锋锋生、斜升气流发展以及低空急流的加强等是贵州地区暴雨发生发展的有利机制。

登陆台风动能平衡和转换的诊断

对一次登陆台风及其外围暴雨和环境的动能平衡以及天气尺反动能与一尺度扰动动能的转换进行了诊断分析，指出摩擦消耗和动能的水一输出是台风的主要能汇。台风消亡期间，外围暴雨区动能增大，动能制造项Ｇ＿ｋ是暴雨区的主要能源。Ｇ＿ｋ的增大可能与天气尺度动能转换成中尺度扰动引起暴雨的发展相联系。

中国暴雨的天气学研究进展

自1949年建国至今70 a来,我国气象工作者对中国暴雨的特点和规律等做了大量研究并取得了丰硕成果。本文主要就中国暴雨的特点、环流形势、天气系统、形成机制及其诊断和预报方法等方面的研究进展做一简要回顾。研究表明:(1)中国暴雨具有明显的地域性、季节性和阶段性特点。东部地区有三个季节性大雨带,自南向北移动,具有明显跳跃性。大范围降水的环流形势有稳定经向型、稳定纬向型及中低纬相互作用型等基本类型。各地区暴雨又各有独特的典型形势。(2)西风带长波槽、阻塞高压、副热带高压和热带环流等行星尺度系统以及东亚夏季风系统与我国夏季的降水有密切关系。低槽、气旋、静止锋、高空冷涡、低空切变线、低涡和高低空急流等中纬度天气系统在大部分强降水过程中扮演重要角色。台风是最强的暴雨天气系统,大部分近海省市最强降水均与台风相关。(3)中尺度系统与暴雨关系密切,特别是中尺度对流系统,通常是暴雨的直接制造者或载体。本文讨论了基于大气动力学和热力学理论的各种暴雨诊断分析方法,通过诊断分析使暴雨研究客观化和定量化,有助于深入认识暴雨形成机理和改进各种时效的暴雨现代天气预报,最后对如何进一步深入进行暴雨研究的问题做了思考和展望。

1991年梅雨期江淮地区持续性暴雨降水强度的变化及其成因

1991年夏季江淮地区持续性暴雨过程中,降水强度的变化具有多周期性,逐日雨带呈南北向摆动。短时降水的变化与低空南风强弱变化及低空辐合、高空辐散的强弱和锋生(消)等的短期变化相联系。68%的区域降水量由降水率大于(等于)5mm·h^(-1)的强降水所造成,32%由降水率小于5 mm·h^(-1)的弱降水所造成。单站降水量中强(弱)降水的时间和雨量比重随着降水强度等级的提高而增大(下降)。

一条具有宽阔尾随层状云区的中纬度飑线的中尺度结构

1985年6月11日,一条具有宽阔的尾随层状云区的强飑线经过美国堪萨斯—俄克拉荷马州的PRE-STORM中尺度网。本文应用由14个探空站得到的53个探空资料,对这条飑线在成熟价段和消亡阶展的运动学和热力学结构分别作了合成分析。分析表明,飑线系统有稳定的中尺度环流,一股由前向后的入流及一股由后向前的入流构成了环流框架。在对流区,高层辐散、低层辐合,整层上升。在层状云区,中层福合,高、低层分别为上升和下沉运动。雷达次级强回波区与层状云区高层的上升运动区相对应。在层状云区中低层有一气旋性涡旋。

1979年季风试验期的降水量场及低频振荡

本文分析了1979年5—7月季风试验(MONEX)期间的降水量场,指出了低纬地区降水量分布的若干特征及主要气流和地形对降水量场特征形成的影响。文中还分析了从降水量场反映的大气低频振荡及各地区降水的互相关性。

我国螺旋度的研究及应用

对自20世纪90年代以来至今国内关于螺旋度理论及应用研究工作进行了较系统地总结,将螺旋度归类为垂直螺旋度、水平螺旋度及完全螺旋度,同时又将垂直螺旋度划分为局地垂直螺旋度和积分垂直螺旋度,详细介绍并给出了每一类螺旋度的计算表达式以及其在天气诊断分析中的应用状况,对螺旋度的应用研究现状进行了简单地分析与讨论,最后展望了未来螺旋度研究与应用的发展方向。

中国Q矢量分析方法的应用与研究

对自20世纪80年代以来国内关于Q矢量分析方法的应用及研究工作进行了较系统的总结,也具体给出了每一种Q矢量的计算表达式及以其散度场作为强迫项的ω方程的计算表达式,对每一种Q矢量分析方法的特点给予了简单介绍和说明,最后也提出了对未来Q矢量分析方法应用与研究的设想。

“8.19”西北东部大到暴雨诊断分析和数值模拟

利用MICAPS系统T213资料、NCEP再分析资料及实况观测资料,对2004年8月19日发生在西北地区东部的暴雨天气过程的大尺度环流背景和物理量场进行分析发现:这次暴雨天气过程中西太平洋副热带高压有一次明显的西伸,是一次较典型的副高西北侧西南气流型暴雨。降水水汽主要来自南海和孟加拉湾,中低层的水汽输送十分充沛,并在甘肃河东和宁夏形成辐合。运用三重嵌套的中尺度数值预报模式MM5,对这次暴雨过程进行了两种方案的高分辨率数值模拟,结果表明,运用四维资料同化后的方案在形势和降水预报方面优于未进行资料同化的方案。

广西地区一次强冰雹过程形成机制分析

利用NCEP再分析资料、MM5数值模拟资料和多普勒雷达产品，对广西北部2006年4月9～10日的一次强冰雹过程进行动力诊断分析。结果表明，强对流过程发生前期存在的暖干盖，为对流有效位能CAPE的积蓄提供了有利条件。中低层风切变的增加，促进了高低层能量的交换，揭开暖干盖，触发了强对流的爆发。高层位涡的向下输送，引起了低层涡度的变化，形成了低层辐合高层辐散，使得强对流过程得以维持和发展。强对流风暴强中心位于500hPa以上，低层存在弱回波区，风暴中心的上升从低层到高层发生倾斜，并且沿顺时针方向旋转。

一次暴雨天气过程的物理量分析

对2002年发生在闽东的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明:螺旋度和对流有效位能对暴雨的预报有指示意义,暴雨产生在低层正螺旋度中心与高层负螺旋度中心相配合和中低层有不稳定能量储存的高能区。在暴雨强盛期,螺旋度呈中低层正值,高层负值的上下配置,最大值位于700hPa。对流有效位能大值区与暴雨中心相对应,对流有效位能的时空变化能较好地反映暴雨的时空演变特征。利用中尺度数值模式输出的结果对不稳定能量场进行分析表明,位势不稳定能量的释放是暴雨产生发展的可能机制之一。

山东半岛一次强降雪过程的中尺度特征

利用非静力平衡模式MM5V3.6对2005年12月3日影响山东半岛的一次强降雪过程进行数值模拟,对其中中尺度重力波(MGW)的特征进行分析。并且通过非线性平衡方程(NBE)对高分辨率模式数据进行诊断分析,较详细地说明了非平衡流的出现而引起的地转适应过程以及地形强迫对重力波产生和发展的作用,和它们对强降雪过程的影响。研究表明:这次强降雪过程中的中尺度重力波波长约为100 km,相速约20 m/s;在有利的大尺度环流形势下,太行山的地形强迫与非平衡流是其产生的首要机制,而冬季海陆热力差异形成的海洋的热力作用也是造成区域性强降雪的一个重要原因。非线性平衡方程(NBE)对于非平衡流的诊断在确定波动产生区域方面有比较好的指示作用;通过对波动的结构以及维持机制的分析,这次过程中的中尺度重力波符合波导条件和W ave-CISK理论框架,波动能够从环境场中得到足够的能量从而维持相当长时间,从而造成这次罕见的连续性强降雪过程。