基底动脉瘤数值模拟仿真模拟研究

目的探讨基底动脉瘤的血液流变。方法于2018年1月至2020年1月在牡丹江医学院附属红旗医院放射科进行原始影像数据采集,以基底动脉磁共振血管成像图像为基础构建基底动脉三维几何模型,动脉瘤组与对照组各20例,应用计算流体力学方法对血管进行数值模拟分析。结果获得了基底动脉瘤模型的血流动力学参数,数值模拟结果血流速度、壁面压力(WP)及震荡剪切系数(OSI)三项指标,动脉瘤组其数值均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。动脉瘤颈处的血流速度大于瘤腔内的血流速度,表现为高速血流向低速涡流转变,血流主要撞击点为左侧瘤壁。动脉瘤组高WP主要分布在双侧椎动脉,瘤体整体为均匀稍高WP。动脉瘤组高OSI集中分布瘤颈部及左侧瘤体部,并且OSI不稳定,与低速涡流血管区域重合。结论基底动脉瘤血流不稳定,表现为高WP及波动OSI,以瘤颈及左侧瘤壁区域明显,血管壁损伤概率较大,瘤体破裂风险增加,临床应着重关注该区域,进行个体化治疗。本研究为基底动脉瘤等心脑血管疾病提供理论依据,并为动脉瘤血管支架手术提供血流动力学支持。

东北冷涡引发的一次区域持续性暴雨天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料、探空和卫星云图资料,对鞍山地区2019年7月29—30日一次区域持续性暴雨天气过程进行了降水成因分析与物理量场的诊断分析。结果表明:低空冷涡切变东移与副热带高压西伸北抬为此次强降水天气提供了大尺度环流背景,700 hPa低空急流建立了水汽输送通道,将西南暖湿空气向辽宁地区输送,为此次鞍山地区暴雨天气过程提供了较好的水汽条件;由于副高西伸北抬,暖湿气流不断与低涡后部冷空气在辽宁交汇,形成列车效应。此外,K指数较大,大气层结不稳定,具有对流降水特征。

Analysis on the Heavy Rain Weather Process in Most Areas of China from July 26 to 30, 2022

To analyze a new heavy rain case over China during the year 2022, by using the data from NCC-CMA and NCEP, a heavy rain weather process in most areas of China from July 26 to 30, 2022 was analyzed. Synoptic methods were used in this research and results show that under the influence of low vortex and wind shear, the abundant water vapor supply brought by the southeast airflow in the lower level and the lifting of the Taihang Mountain, heavy rain weather occurred in the northern part of Henan, China. In the west of Liaoning and Jilin, the rainfall process had the characteristics of frontal rainfall and the stable precipitation resulted in heavy rain weather. To sum up, the rainfall process was mainly affected by the upper-level trough, low-level wind shear and low-level jet.

习水南部一次秋季最强降水中的地形作用

该文利用习水107个站点的降水观测数据、高空和地面形势实况资料、习水双偏振雷达数据、ERA5全球再分析资料,通过天气学统计方法,分析2021年9月12日习水强降水过程成因,并解释了地形对此次强降水的增强作用。分析结果表明:(1)此次过程发生在双台风夹击的背景下,主要影响系统有对流层中层高空槽、低空低涡切变线;(2)高空槽东移迫使低涡切变线发展加强,为此次过程提供了抬升条件,14号超强台风“灿都”外围的偏东气流减缓了低涡切变线东移速度,使得其在习水停留时间变长,同时,低空偏南气流和偏东气流的辐合为强降水的发生发展提供了热力不稳定和水汽条件;(3)雷达回波是以积云为主的混合降水回波,多对流单体活动,并有明显的“列车效应”现象;(4)由于大娄山南侧地形对对流层的气流有辐合抬升作用,对流单体在山脉南侧移速减慢、合并增强,导致降水强度和范围增大,从而形成此次强降水过程。

青海一次短时强降水中FY-4A云型特征分析

利用逐时雨量资料、常规高空气象观测资料及FY-4A卫星云图资料,对青海省2019年6月30日短时强降水天气过程的天气形势配置和卫星云图演变特征进行统计分析。结果表明:此次短时强降水天气过程发生在500 hPa高原切变线附近,定义为高原低涡切变线型,带来短时强降水的云型特征为多个对流云团排列而成的东北—西南走向带状云团,与高原切变线位置重合,随着高原切变线的发展移动而发生变化;组成带状云团的对流云团外形有的近似圆形,有的近似椭圆,面积相差较大,在1~4个平方纬距;云系后部为下沉的西北气流对应的无云区,前部为槽前西南气流,带状云团前侧为强正涡度平流区,对应强的上升运动,云系稠密;云顶亮温较低,持续时间较短,但由于其列车效应明显,不断有新的对流云团生成发展,最终形成具有东北—西南走向长轴的椭圆云团,面积最大可达12个平方纬距。

一次东北冷涡暴雨的成因分析

利用常规观测资料、MICAPS资料、NCEP/NCAR1°×1°逐6 h再分析资料,从热力动力条件、层结条件等方面,对2022年6月4—5日内蒙古东南部地区的一次东北冷涡暴雨过程进行诊断分析,得出产生暴雨的天气尺度和中尺度系统特征。结果表明:此次暴雨是由东北冷涡前部暖湿切变造成的,鄂霍次克海阻塞高压阻挡,使冷涡移动缓慢,冷涡系统影响时间长、降水量增大。暖湿空气在切变处强烈辐合,与高低空急流耦合产生的次级环流上升支重合,地面中尺度切变线为暴雨云团的发展与维持提供了有利条件。低层强辐合区与高层强辐散区重合,为暴雨产生提供了动力条件;低空偏南急流为暴雨提供了充沛的水汽条件,同时低层增温增湿使大气层结不稳定。

2000—2009年5、6月华南暖区暴雨形成系统统计分析

利用2000—2009年5月和6月的NCEP 1°×1°再分析资料和气象台站常规资料,对产生华南暖区暴雨的500 hPa及以下的环流特征进行统计分析,并将影响暖区暴雨的环流系统划分为三大类型,即切变线型、低涡型和偏南风风速切变辐合型(简称偏南风型)。切变线型在南海夏季风爆发前以冷式切变为主,季风爆发后以暖式切变为主;低涡型在季风爆发前的发生次数远少于季风爆发后,在低涡中心的东北-东南方向最易产生暖区暴雨;偏南风型总体以西风风速切变辐合为主,而南风风速切变辐合在季风爆发后的比例有所增加。对影响暖区暴雨的高空槽分析发现,高原槽对暖区暴雨影响明显,其次为南支槽。低涡型最易受高空槽影响。对各种类型暖区暴雨的合成分析发现,各类型暖区暴雨500 hPa高空槽的位置特点均不相同,暴雨辐合中心均在850hPa以下的低层,副高脊线距雨区约6～8纬距是产生华南暖区暴雨的重要天气形势。

2000—2007年夏季青藏高原低涡切变线观测事实分析

利用2000—2007年共计8年的逐日08:00和20:00 500 hPa高空资料,结合地面降水资料和TRMM资料,对高原低涡切变线进行了普查分析,获得了对高原低涡切变线活动的一些新的认识。(1)在青藏高原上,切变线活动比低涡活动更活跃。(2)21世纪初的8年间,低涡、切变线出现个数最多的在6月,最少的在9月。2002年和2006年分别是高原低值系统相对活跃和相对不活跃的年份。2006年川渝持续的高温干旱可能与高原低值系统活动不活跃有关。(3)低涡、切变线生成的源地分析表明,高原低涡、切变线主要出现在海拔高度较高和地形坡度陡峭的地区,高原加热和陡峭地形的动力作用可能是低涡、切变线形成的原因之一。(4)高原低涡、切变线不易移出高原。低涡移出,主要是伴随低涡切变线过程东移。(5)低涡、切变线经常相伴或相继出现,对高原及高原以东天气产生重要影响。

一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动气象站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年6月12—13日发生在华南西部的一次低涡切变特大暴雨过程的中尺度特征进行了分析,结果表明:(1)500 hPa高空槽经向度加大并东移南压,中低层低涡沿切变线东移,低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气系统相互作用触发了中尺度对流系统(MCS)的发展,造成暴雨。(2)地面降水时空分布具有明显的中尺度特征。大暴雨中心水平尺度都小于200 km,雨团持续时间5—7 h。(3)特大暴雨中心主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS产生,一个沿低涡切变南侧的偏南气流移到暴雨中心上空;另一个沿切变线东移到暴雨中心上空。沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCS的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应,柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程,第1次降水以热对流云团造成为主,第2次降水以低涡云系激发的MβCS产生强降雨为主;而沿海暴雨区是1次短时间持续性的MβCS强降水产生。暴雨主要由不断发展旺盛的对流单体引起,暴雨发生伴随着低空西南急流的建立,2—3 km高度上低空急流风速脉动增强了MCS的发展。(4)暴雨发生在高相当位温舌中,湿层厚度超过400 hPa,暴雨区层结具有位势不稳定或中性层结。(5)中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升,增强低层水汽辐合,锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送,高层辐散气流增强MCS的发展。同时,暴雨区地形的作用增强了锋面强迫上升运动。

“8.13”黄淮北部暴雨云团的组织结构和触发机制

利用FY-2E卫星资料、多普勒雷达监测及4Dvar反演资料、区域自动站和常规观测资料、NCEP分析资料,对2010年8月13日黄淮北部暴雨云团的组织结构、发展演变及形成机制进行研究。结果表明:暴雨云团形成发展于低涡切变形势下,低涡切变线、西南急流及边界层扩散南下弱冷空气是主要影响系统;高的对流不稳定能量、强的低层垂直风切变和持续发展的水汽条件是主要环境特征。不同区域云团的形成机制有差别,发展北上的西南急流促使MβCS旺盛发展。随着低涡发展,MβCS发展合并形成圆形MαCS,强暖湿气流强迫、弱冷空气扩散及地面辐合线是圆形MαCS形成发展的重要机制。γ或β中尺度气旋及辐合线在对流初生阶段起动力触发作用,辐合加强及辐合区的向后延伸导致对流云团的自身发展和后向发展;成熟阶段对流单体后部的强出流促使对流单体分裂,气旋式环流外围西南和偏南气流合并造成对流单体合并。MαCS成熟和衰亡期雷达上出现的线状对流系统具有明显强降水特征。

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。

“98.7”突发性特大暴雨中尺度切变线低涡发展的涡源诊断

1998年 7月 2 0～ 2 3日 (简称“98.7”)发生在武汉周边地区的特大暴雨过程与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS及MβCS直接关联。利用MM5模拟提供的高空间分辨 (2 0km)输出资料 ,对这次突发性特大暴雨中尺度切变线低涡发展的动力学机制进行了诊断。涡度分析指出 ,高、低空正涡度中心在武汉周边地区上空的叠加和耦合是该低涡切变线持续发展的主要物理机制之一。总涡源的诊断揭示 ,在突发性暴雨强烈发生发展期 ,武汉周边地区上空从低层到高层有一近乎垂直的涡源高值区生成和维持 ,其垂直结构的发展演变与涡度场垂直结构的发展演变相一致。这一结果表明 ,大气总涡源对该中尺度低涡切变线的生成和发展起着决定性作用 ,也是该暴雨中尺度系统持续发展的重要动力学机制。对贡献于总涡源的诸分量计算表明 ,在 6 5 0hPa以下 ,散度项对大气总涡源的正贡献最大 ,但在此层以上至 2 0 0hPa之间 ,垂直涡度平流项的贡献要比散度项大 ,同时水平平流项也为正贡献 ;在整个对流层 ,扭转项对总涡源为负贡献 ,散度项只在 4 5 0～ 2 5 0hPa之间为负贡献。在近地层 ,垂直涡度平流项和水平平流项基本对总涡源不作任何贡献。时间平均涡源和纯扰动涡源对低涡切变线的生成很重要 ;在强烈发展期 ,相互作用涡源作用最大 。

“987”突发大暴雨及中尺度低涡结构的分析和数值模拟

１９９８年７月２０～２３日（简称“９８７”），发生在鄂东和鄂西南地区的突发性特大暴雨过程在长江流域是罕见的。该过程与 ５００ ｈＰａ短波槽和 ７００ ｈＰａ低涡切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统密切相关。对该过程采用非静力ＭＭ５的二重网格双向嵌套进行了全物理过程的数值模拟，其中，可分辨尺度降水采用Ｒｅｉｓｎｅｒ混合相微物理显式方案，次网格尺度降水采用Ｇｒｅｌｌ积云参数化方案。双向嵌套的细网格模拟结果揭示，武汉周边地区的特大暴雨与 ７００ ｈＰａ上一个β中尺度低涡的生成和强烈发展直接关联。该低涡具有明显的动力－热力结构特征：特强上升运动与饱和气柱互耦，超强散度柱与强涡柱耦合发展，湿静力不稳定与湿对称不稳定共存，深对流湿气柱内云团发展的微物理场结构比较典型。细网格域内前 ３６ ｈ的降水分布和雨强与观测的大体相应，扩展域细网格的降水模拟明显改进了原细网格的模拟，特别是雨带。这一结果还表明，对持续时间较长的大暴雨，大尺度过程对中尺度系统的影响是重要的。

“99·6”梅雨锋暴雨低涡切变线的数值模拟和分析

在天气分析的基础上 ,利用非静力中尺度模式MM5和四维资料同化逼进方法及双向三重嵌套网格技术 ,对 1 999年 6月 2 3～ 2 5日 (简称“99·6”)发生在长江中下游地区的梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。结果表明 :模拟结果与观测结果的比较指出 ,高分辨数值模式MM5可以成功地模拟梅雨锋中尺度低涡切变线的发生和发展 ;模拟结果显示 ,在α中尺度低涡切变线发展过程中 ,低层强的西南急流和东北气流增强了低层的辐合 ;而高空的西风急流和东风急流则增强了高空的辐散 ;正是由于这种从高空到低空环流的配置 ,才促进了α中尺度低涡不断发展 ;模拟低涡切变线不同部位的垂直环流和物理量场表明 ,“99·6”梅雨锋低涡切变线的结构非常复杂 :在梅雨锋的发展期 ,暖锋附近的垂直上升运动最强 ,低涡中心次之 ,冷锋附近最弱。模拟结果也表明 ,由于下垫面特征的不同 ,中国和日本的梅雨锋暖锋附近环流结构有较大的区别 ;模拟结果显示 ,在α中尺度低涡发展过程中 ,不断有扰动在低涡前部发展 ,激发并分裂出一系列的 β中尺度系统 ,β中尺度系统运动剧烈 ,但由于其低层辐合强于中空辐散 。

2004年9月川渝暴雨的中尺度分析

采用多种常规和非常规资料对2004年9月3—6日形成川渝暴雨过程的中尺度对流系统及其发生发展的背景场进行分析后认为:(1)低涡切变线上不断发生发展的中β尺度对流系统是造成此次强降水的主要原因;(2)高层强辐散与中、低层强辐合以及强上升运动可能为中尺度对流系统的发生发展提供了有利的动力背景;(3)水汽通量的强辐合以及对流不稳定条件的存在可能为中尺度对流系统的发生发展提供了有利的热力背景。

2003年7月3日梅雨锋切变线上的β-中尺度暴雨云团分析

利用多种气象卫星遥感资料及加工产品,对2003年7月3日产生在皖北的暴雨过程进行了中尺度分析。分析表明:在切变线云带上有11个β-中尺度对流云团发展,水平范围约100 km,生命史约5 h;其背景场是整个对流云区内具有高湿、正涡度和上升运动的特征,它们促使切变线内高湿斜压不稳定能量释放,促使β-中尺度云团发展,产生很强的降水,云团的水凝物廓线上部的可降水冰和云冰含量很高,最大值达0.8 g/kg,最大高度达18 km,云顶亮温低于-80℃。

黔西南一次低涡切变型暴雨的中尺度分析

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、自动站降水资料及1°×1°NCEP再分析资料,对发生在黔西南2014年6月9日的暴雨过程进行了分析,结果表明:本次暴雨过程主要是由低涡切变造成的,低涡切变东南移的过程中,黔西南地区低层辐合明显加强,触发了中尺度对流系统的发生发展。暴雨过程强度大,持续时间短,有典型的中尺度特征。两个大暴雨中心是由两个MCS产生的,都是沿低涡前侧的切变线移到暴雨中心上空的,降水主要出现在MCS的中部冷云区及梯度大值区。雷达回波资料显示此次过程是由多个对流单体发展、合并,形成混合性片状回波,回波在东南移的过程中逐渐减弱消散。暴雨发生前及发生时整个黔西南地区中低层有强烈的辐合上升运动,中高层为下沉运动,黔西南低层的θse为高值区且等值线密集,整层湿层深厚,动力强迫上升运动加强了低层能量和水汽的向上输送,促使中尺度对流系统的发生发展。

影响江淮地区的西南涡中尺度结构特征

利用合成方法对３次西南涡过程的流场、温湿场和涡度场等结构进行了分析。结果指出：沿切变线存在风场的中尺度扰动，低涡的尺度为２５０—３００ｋｍ。中低层有两支不同性质的气流流入低涡区，降水主要发生在低涡移动方向右侧的两象限。温湿场和铅直流场在低涡区呈现明显的不对称分布。

“7.21”山西北部罕见区域暴雨的诊断分析

为了更好地认识山西省北部区域暴雨形成机制,为防灾减灾提供精细化的预报信息,利用常规地面和高空探测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、加密自动气象站资料以及FY-2E卫星TBB资料,对2012年7月20日20时—21日20时山西北部区域暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)这次暴雨发生在200 hPa高空西风急流稳定加强、500 hPa阻塞背景下,低空低涡切变线是其主要影响系统,低空西南急流偏西偏北是其重要原因之一。(2)雨区上空对流层低层大气处于强对流不稳定状态,高层强的干侵入和低层弱北风的侵入是触发不稳定能量释放的重要机制。(3)地面自动站风场信息显示主要触发系统有中尺度涡旋、辐合和切变3种类型,3种类型造成的降水强度和持续时间均不同。(4)500 hPa垂直螺旋度的变化可表征强降水系统的发展和移动,而考虑水汽因子后的水汽垂直螺旋度能更好地反映雨区上空对流层中低层的动力场结构特征,对预报强降水落区和移动有很好的指示意义。

低涡切变影响下河湟谷地两类强降水环境条件及成因对比

利用2018—2020近三年青海河湟谷地低涡切变影响下强降水天气个例地面观测、NCEP 1°×1°再分析、FY-2G云图相当黑体亮温温度、模式及雷达拼图等资料,对比分析相同环流背景影响下不同类型强降水环境条件和成因差异,以及初步评估模式预报能力。结果表明:伴有雷暴、冰雹、雷暴大风等混合性强降水天气称为强降水Ⅰ型,以纯短时强降水为主的强降水天气称为强降水Ⅱ型。低涡切变是两种类型强降水的影响系统,强降水Ⅰ型400~300 hPa高空冷平流入侵促使低涡切变系统加强东移,地面冷锋发展在河湟谷地形成锢囚锋。强降水Ⅱ型受副热带高压西进阻挡,低涡切变系统和地面冷锋减弱消失;强降水Ⅰ型主要具有较强的高空干冷急流、高的下沉对流有效位能,较高的700 hPa和400 hPa温差以及强的垂直风切变均为强对流发生提供动力条件,产生的强天气以风雹类为主,而强降水Ⅱ型具有较高的0℃层和-20℃层高度、较高的抬升凝结高度,产生的强天气以短时强降水为主;强降水Ⅰ型云图特征主要表现为午后发展起来组织化程度高的冷涡云系,相当黑体亮温(TBB)初始中心数值在-45~-35℃,发展阶段TBB下降至-75~-40℃,强降水Ⅱ型云图特征主要表现为分散的块状对流云系,TBB初始中心数值在-35℃左右,发展阶段TBB下降至-70~-50℃;地面辐合线是两类强降水的触发系统,强降水Ⅱ型假相当位温数值大于强降水Ⅰ型,以热力强迫为主,强降水Ⅰ型垂直速度大于强降水Ⅱ型,以动力强迫为主;全球同化预报系统相比中尺度天气数值预报系统更具优势,ECMWF和CMA-MESO两种模式对500 hPa低涡切变有较好的刻画,ECMWF模式能较好模拟出对流有效位能,三家模式降水量级预报明显偏大、降水中心位置偏北偏西,而中国气象局中尺度天气数值预报系统CMA-MESO模式在降水预报方面略具有优势。