湿层结参数非常数时雨团模型中的位势不稳定

建立了圆柱坐标下湿层结参数在垂直方向不为常数时的非轴对称雨团数学模型,着重讨论了其中的位势不稳定问题。抽象出了暴雨发生前期、盛期和发生后的三种典型湿层结参数的垂直分布。得到了此时位势不稳定的判据,分别给出了不稳定扰动增长率与稳定扰动振荡圆频率的上、下界。并在该参数取分2段常数的情况下,进行了解析求解。得到以下结论:该模型雨团在水平方向可有螺旋结构,这与用雷达资料得到的实际情况一致。在暴雨发生前期,有位势不稳定发生;且螺旋臂条数越多,雨团半径越小,不稳定增长率的上界越大。在暴雨盛期,整层为弱位势稳定层结,无位势不稳定发生;扰动螺旋臂条数越少,半径越大,其振荡圆频率下界越大。在暴雨结束后,整层为强位势稳定层结,也无位势不稳定发生;扰动螺旋臂条数越多,半径越小,其振荡圆频率的上界越大。在该参数取为2段常数情况下,且下层与上层其分别为负、正值时,有位势不稳定发生,且雨团的螺旋臂越多、半径越小及不稳定层次越厚,其增长率越大。该不稳定雨团的垂直结构在下层大体为半个正弦波,波长随不稳定层次的增厚而增大;在上层则为指数分布,且随高度增加迅速趋于0。

一次天山南脉暴雨过程的位势稳定度变化特征及地形敏感性研究

基于ERA5再分析资料和CMORPH卫星降水数据,对2019年9月9~10日发生在天山南脉的暴雨过程进行高分辨率数值模拟,分析位势不稳定变化特征;进一步开展地形敏感性试验,利用地形追随坐标系位势稳定度倾向方程研究不同尺度地形扰动对位势不稳定变化的影响。分析结果表明:(1)暴雨发生前低层大气位势不稳定显著,而随着暴雨发生发展,不稳定能量被释放,低层大气趋于位势稳定。(2)位势散度项是位势稳定度倾向方程的重要强迫项,主要由爬流引起。经向爬流垂直切变与广义位温经向梯度的耦合项是爬流位势散度的主导项。本次暴雨发生过程中,地形扰动通过改变经向爬流的垂直切变和广义位温的经向梯度,造成位势不稳定的发展。这些结果有助于提高新疆地区的暴雨预报水平。

雨团模型中扰动的波谱分析及其位势稳定度

为研究雨团模型中扰动的波谱分析及其位势稳定度,研究了其中由垂直结构方程和边界条件所构成的特征值问题,讨论了湿层结参数的垂直分布与位势稳定度的关系,得到了位势不稳定判据,给出了不稳定模态增长率和稳定模态振荡频率的上、下界,以及模态垂直结构的分布规律。在垂直方向,当湿层结参数均大于0时,所有模态都是稳定的;而当其在某处小于0时,则满足不稳定判据的模态可有位势不稳定。结果与实际情形大体相一致。

2016年“7.19”京津冀极端降水系统的动热力结构及不稳定条件分析

利用NCEP/NCAR的GFS再分析资料,结合中国气象局气象信息中心提供的全国自动站观测降水量资料、CMORPH卫星反演降水资料、FY2反演降水资料和雷达定量估测降水产品融合的降水资料,对造成2016年7月19~21日北京-天津-河北(以下简称京津冀)地区的极端降水天气系统动热力结构演变以及不稳定条件进行了诊断分析,揭示了京津冀地区上空不同气压层上天气尺度系统的配置,水汽条件,降水发生的垂直运动条件及不稳定层结演变情况。结果表明:(1)500 hPa呈现东高西低的环流形势,与700 hPa低涡和高低空急流相配合,副高北抬阻挡华北地区低涡的东移,导致低涡在京津冀地区停滞是此次降水发生的环流背景;(2)低层的低涡东移发展与中高层正涡度叠加对暴雨发生有重要作用;(3)引用位势散度分析对流不稳定度变化的原因表明,降水区后部的京津冀西南地区,低层的位势不稳定主要由位势散度的水平风垂直切变部分决定,代表水平风垂直切变和大气湿斜压的共同作用,弱降水区以及降水区后方的低层位势散度为负值,有利于该区域位势不稳定加强,强降水区及降水区前方位势散度为正值,抑制了位势不稳定发展。位势散度变化可以通过影响大气稳定度变化进而影响降水落区,位势散度的高值区对应了降水大值区,尤其是700 hPa位势散度对降水落区有很好的指示作用,可以结合位势散度的变化对降水落区进行预估。

冬季气旋中倾斜对流不稳定性的观测

为了评估倾斜对流不稳定的重要性,在加拿大大西洋风暴计划(CASP)期间对七个降水带进行了观测。利用常规和特殊站三小时一次的无线电探空资料,作θ_e~*(饱和相当位温)、M(绝对角动量)和θ_e(相当位温)的垂直剖面和等 M 面分析。等 M、θ_e和θ_e~*面斜率的比较表明了位势和条件倾斜不稳定的存在。本文主要研究稳定度场的时间演变及其向大气中性状态的调整过程。在七个个例分析中发现了一些一致的结论。证实大气中存在着一个小薄层,它对于条件倾斜对流来说是弱不稳定的,特别是在有显著切变的区域。在高层,位势不稳定通常仅仅维持潜在状态,因为缺少水汽而阻止了能量的实际释放。另一方面,在大气的低层饱和是经常能达到的,因此不稳定性得到释放,导致强降水,这种强降水有时呈多带结构。我们的结果也表明,在饱和区域对于倾斜对流来说大气实际上处于向条件中性状态的调整过程。少于三小时的调整时间与 Emanuel 的快速调整假设是一致的。

陕西商洛“6·30”强冰雹过程环境条件及雷达特征分析

利用地面加密资料、多普勒雷达观测资料、ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,对2022年6月30日陕南东部一次极端强冰雹天气过程的环境条件及雷达特征进行分析。结果表明:高空冷涡后部偏北气流带动高层干冷空气南下,叠加在低层西南暖湿气流之上,造成强的位势不稳定层结,为强对流天气发生提供了有利的背景条件。较强的低层水汽输送及辐合、强的对流有效位能、适宜的0℃和-20℃等温线高度、0-6 km中等强度的垂直风切变为冰雹天气发生提供了有利的环境条件,中高层冷空气及地面冷池触发了强对流天气。适宜的冷暖云厚度有利于雹粒的增大;强的上升气流有利于小雹粒在丰富的过冷水中循环增长。基本反射率因子图上有三体散射,最强反射率因子达65 dBZ以上,剖面图上有低层弱回波区、中高层回波悬垂,50 dBZ以上的强回波核心位置有超过-20℃等温线高度。基本速度图上有中气旋特征,回波顶高对对流发展和减弱有一定指示意义。垂直液态水含量跃增20 kg·m^(-2)以上对冰雹天气预警有一定的指示意义。

雷暴潜势预报中几个基本问题的讨论

基于雷暴发生三要素的雷暴潜势预报思路已被广为接受,文章旨在讨论其在业务预报应用中的一些具体问题,澄清一些容易混淆的概念。内容包括大气层结不稳定与对流;雷暴触发机制与抬升作用及其与天气系统的关系;如何处理雷暴发生三要素"足够"的问题;"流型识别"与"配料法"的综合应用等。层结不稳定是雷暴发生三要素之一,也是短时预报分析的重点.文章讨论了各种中尺度不稳定在雷暴发生中的作用,给出了估计CAPE值时空演变的着眼点,对位势不稳定和对称不稳定概念及其判据进行了较深入的讨论。

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。

一次夏季冷锋后暴雨的形成机制探析

利用常规观测资料,卫星、雷达及NCEP再分析资料,对2013年7月9日山西太原至河北石家庄一带的暴雨成因分析表明:(1)山西太原附近的暴雨发生在持续性层云弱降水持续6 h之后,层云中镶嵌积云并伴有弱雷电活动,暴雨区位于地面冷锋北侧低层冷区中,距离地面锋面120 km以上,极易漏报;(2)850 hPa东北风显著增强,低层假相当位温小的干冷空气随东北风向西南方向伸展,低层稳定层持续增厚,不稳定区位于稳定的边界层之上,强降水由高架对流造成;低层东北风和高层西南风同时增强,锋区斜压性显著增强,锋面抬升加强,锋面抬升和与500 hPa西南气流相伴的干平流使得锋区上空大气层结由近中性的绝对稳定转化为位势不稳定,锋区抬升使得位势不稳定转化为条件性不稳定;(3)午后河北中西部大气层结绝对稳定,石家庄雷达监测到其附近数条平行于热成风方向的水平尺度几十千米的对流云带是由条件性对称不稳定导致的倾斜对流。

致洪暴雨成因分析及预报

本文分析了产生致洪暴雨的天气形势特征,探讨了各层流场及要素场在致洪暴雨中的不同作用.指出①致洪暴雨是在连续暴雨过程中产生的特强降水,所以在形势上与连续暴雨有相同之处,又有不同之点;②850与700hPa三高一低是致洪暴雨的典型形势特征。

西南低涡发生发展的一种动力机制

本文应用动力分析方法,研究了无摩擦、绝热条件下,西南低涡的发生、发展问题。结果表明,在潮湿不稳定层大气中,惯性重力内波的不稳定发展是西南低涡发生,发展的一种物理机制。非线性作用对低涡发生、发展有着重要影响,考虑非线性作用所得结果与西南低涡发生、发展的天气事实更接近。

一次强热带风暴引发的阶段性强降水分析

2006年强热带风暴"碧利斯"引发了莆田市7月14-17日的持续强降水过程,这次强降水过程虽持续时间较长,但其发生的阶段性很明显。从不同阶段的强降水引发机制出发,利用湿焓平流、总能量、假相当位温等进行了详细分析,结果表明,强降水第一阶段是由热带风暴外围螺旋云系带来的,第二阶段是西南低空急流促发的结果,第三阶段主要是位势不稳定引发的局地强降水。

青藏高原背风坡MCC发生发展的实例研究(Ⅱ)——MCC发生发展的动力机制

本文应用动力诊断分析方法,详细分析了1984年7月24——25日发生在青藏高原东南坡的MCC过程,探讨了以下三方面的问题:(1)、MCC发生、发展的环境场特征;(2)、MCC发生、发展的物理机制;(3)、MCC移动与环境气流的联系,得到了一些有益结果。

2011年9月中国华西致灾暴雨环流特征及地形强迫效应分析

利用陕西及周边地区7213个雨量站资料,分析了2011年9月1—18日中国华西地区降水量分布特征。结果表明:2011年9月1—18日华西地区累积降水量为历史同期水平的2—3倍,降水持续时间长,致灾严重。降水主要为9月4—6日、11日和16—18日3次大的过程。利用NCEP的1°×1°资料分析3次过程的水汽和环流特征表明,暴雨区低层的主要水汽输送除了偏南气流从川东一带向北输送外,还有偏东气流从华北平原南部一带向西输送。与3次降水过程对应,华西地区500hPa有3次西风槽过境,700 hPa偏南风和850 hPa偏北风分别出现3个明显的控制时段;700 hPa偏南气流先期输送大量暖湿空气到华西地区,形成不稳定层结,当遇到偏北风输送的干冷空气楔入其下将其抬升时,叠加槽前的动力抬升作用和地形造成风场辐合抬升,使对流活动增强,不稳定能量释放,使暴雨发生。稳定的环流形势(乌拉尔山阻塞高压)导致特定地形下形成持续的不稳定层结及动力抬升条件被不断重复满足,从而不断引发上升运动释放不稳定能量,是2011年华西秋雨稳定持续的根本原因。

庄河地区一次大暴雨过程的多因子诊断分析

采用常规资料、自动站资料、多普勒雷达资料和NCEP每6 h 1次、1°×1°的实时分析资料,对2007年8月10—12日庄河地区出现的一次大暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:受副热带高压后部深厚的暖湿气流及西风带高空槽、切变线及气旋倒槽等动力系统共同影响,庄河地区出现了大暴雨天气,但没有出现强雷暴;此过程主要影响系统是地面气旋倒槽;700hPa和850 hPa低涡、切变线使中低层辐合加强,形成了较强的动力抬升和水汽辐合;庄河地区处于强而宽的假相当位温锋区中,位势不稳定的建立是造成此次强降水的必要条件。造成本次大暴雨天气的水汽通道有2条:一条来自孟加拉湾和减弱的热带低压,另一条来自东海。

一次罕见的暖切暴雹天气分析

一次罕见的暖切暴雹天气分析周丽峰，马廷标（陕西省气象台西安·７１００１５）１９９４年６月２８日晚，延安地区南部和渭北之间，出现了一场局地性的暴雨、冰雹、大风天气（简称暴雹），暴雹中心在黄龙、澄城一带。黄龙县６ｈ降水量在９０ｍｍ以上，最大一小时达３２．...

宝鸡地区西北气流型降水预报方法

宝鸡位于青藏高原东侧,在脊前西北气流控制下,大多是晴好天气,但是往往会出现一些阵性或非阵性降水,特别是多为局地性降水,甚至还可以出现大雨.这里介绍一个西北气流型降水预报方法.一、选择因子1.西北气流的标准.a)500hpa(H平凉—H格尔木)+(H银川—H敦煌)【0;b)500hpa吉迈(56046)站为北风或南风(但风速【6m/s).同时满足以上两条标准的定为一次西北气流样本.

1994年春季（3－5月）山东天气评述

１９９４年春季（３－５月）山东天气评述孙兴池（山东省气象台·济南·２５００３１）１概述１９９４年春季（３－５月）我省的气候特点是：气温偏高，降水偏少。春季我省总降水量分布如图１所示：菏泽、济宁、威海三地市及枣在、青岛、临沂、泰安四地市南部季降水量在１...

重新认识“波状低云”——暴雨及强对流预报的一个新途径

重新认识“波状低云”——暴雨及强对流预报的一个新途径蔡尔诚（黑龙江八一农垦大学气象研究室，黑龙江密山１５８３０８）波状低云，即形成于行星边界层内的层积云、层云（雾）等，由于它是浅薄的（云的垂直厚度和含水量很小）、稳定性的（云中垂直运动很弱）云层，所以...