Impacts of Two Types of Northward Jumps of the East Asian Upper-tropospheric Jet Stream in Midsummer on Rainfall in Eastern China

The East Asian upper-tropospheric jet stream （EAJS） typically jumps north of 45~N in midsummer. These annual northward jumps are mostly classified into two dominant types： the first type corresponds to the enhanced westerly to the north of the EAJS＇s axis （type A）, while the second type is related to the weakened westerly within the EAJS＇s axis （type B）. In this study, the impacts of these two types of northward jumps on rainfall in eastern China are investigated. Our results show that rainfall significantly increases in northern Northeast China and decreases in the Yellow River-Huaihe River valleys, as well as in North China, during the type A jump. As a result of the type B jump, rainfall is enhanced in North China and suppressed in the Yangtze River valley. The changes in rainfall in eastern China during these two types of northward jumps are mainly caused by the northward shifts of the ascending air flow that is directly related to the EAJS. Concurrent with the type A （B） jump, the EAJS-related ascending branch moves from the Yangtze-Huai River valley to northern Northeast （North） China when the EAJS＇s axis jumps from 40~N to 55~N （50~N）. Meanwhile, the type A jump also strengthens the Northeast Asian low in the lower troposphere, leading to more moisture transport to northern Northeast China. The type B jump, however, induces a northwestward extension of the lower-tropospheric western North Pacific subtropical high and more moisture transport to North China.

高、低空急流耦合对山东“利奇马”台风暴雨增幅影响的诊断研究

受登陆北上台风“利奇马”等影响,2019年8月9~12日山东省出现连续暴雨,其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration,简称CMA-STI)热带气旋最佳路径数据、山东省自动气象站逐时降雨量、常规观测资料、中国风云二号地球静止气象卫星(FY-2G)0.1°×0.1°逐小时云顶相当黑体亮温和美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,简称NCEP)1°×1°逐6 h再分析等资料,主要运用纬向风局地变化方程与大气动能方程,诊断分析降雨明显增幅与高、低层风场变化的关系。结果表明:(1)暴雨主要影响系统有高低空急流、500 hPa西风槽、850 hPa台风倒槽及“利奇马”本体环流等。10日200 hPa中纬度大尺度西南风急流东南移影响鲁西北,当天08:00(北京时,下同)850 hPa因双台风活动而形成的大尺度东南风急流突然北伸越过山东省。台风倒槽对流云与本体环流对流云先、后北移经鲁中,累积效应造成该地区10日夜间雨量最大。(2)10日20:00850 hPa章丘站东北侧出现了过程最快东风增幅,纬向运动方程诊断结果表明,东风平流是东风增加最主要原因,地转偏向力项则不利于东风增加。(3)10日20:00章丘站200 hPa西南风风力明显加大形成急流,10日08:00至11日08:00青岛站850 hPa维持东南风低空急流。同时位于高空急流右后侧与低空急流左前方是鲁中附近10日夜间降雨增幅的重要原因。章丘200 hPa与青岛850 hPa都是在最大风力之前12 h动能增加最快。动能方程诊断表明,最有利于鲁西北高空急流形成的是位能平流项,最有利于鲁东南低空急流形成的是动能垂直通量散度项。(4)10日20:00至13日08:00“利奇马”本体环流一直在影响山东,暴雨期间山东中部地形的动力作用也一直存在,而降雨的峰值是出现在10日夜间,说明10日20:00前后高、低空急流的耦合可能是山东暴雨增幅的主要影响因子。其主要作用至少有加强山东中部的垂直运动、整层水汽输送与静力不稳定度等方面。

中国主要高空航路飞机颠簸的时空分布特征

飞机颠簸是影响飞机安全的主要天气事件之一。本文利用6498份PIREPs(Pilot Reports,航空器空中报告)资料,采用数据质量控制以及核密度分析等统计分析方法,研究了中国主要航路上飞机颠簸的时空分布特征以及造成飞机颠簸的可能原因。结果表明,6年来,发生在中国上空的飞机颠簸具有多时间尺度分布特征。2011—2016年飞机颠簸次数存在上升趋势,2013年之后飞机颠簸次数表现为增加后的相对平稳状态;从季节变化来看,无论是飞机颠簸次数还是飞机颠簸强度,均呈现冬春季飞机颠簸多且强、夏秋季飞机颠簸少且弱的特点;从飞机颠簸次数的逐月变化来看,其随月份的变化近似为“漏斗”状分布;从日变化来看,飞机颠簸次数具有明显的“三峰”特征。飞机颠簸次数具有明显的地域特征,在中国区域上空呈现出“东边多、西边少”的特点。此外,发生在中国上空的南北向主要航路上的飞机颠簸,在其空间分布上,若用线条将飞机颠簸最大次数连接起来,则其由华北上空出发经南昌再到成都,连线呈现为一个大的“逗号”状;飞机颠簸出现的高度具有明显的地域性,其中华北是飞机发生高高空颠簸和高空颠簸次数最多的地区,而华东和西南则是发生中空颠簸的主要地区,新疆地区低空颠簸最多。除对流外,中国飞行颠簸时空分布受高空急流主导,而新疆地区受风切变影响,其低空易发生颠簸。

1969—2020年夏季山东极端暴雨事件的时空特征及其影响环流分型

利用山东省84个气象台站的逐日降水资料、美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research, NCEP/NCAR)逐日再分析资料以及中国气象局(CMA)热带气旋资料中心的CMA最佳路径数据集,对1969—2020年夏季(6—8月)发生在山东的857例极端暴雨事件(Extreme rainstorm events, EREs)的时空分布特征及影响环流分型进行了分析。结果表明:山东夏季EREs主要集中在7和8月,8月极端暴雨降水量占当月总降水量的比值最大,可达53.5%。山东夏季极端暴雨降水量以及极端暴雨发生日数呈现不显著的增加趋势,8月的增加趋势最明显。使用经验正交函数分解对影响山东夏季EREs的大气环流系统进行分型,发现影响山东夏季出现EREs的环流系统主要有4类,其中,影响ERE最多的环流系统是北方气旋型,约占事件总频次的33.1%;其次是高空急流型,占比约11.3%;南方气旋型和热带气旋型的环流型影响相当,出现的概率分别为9.7%和9.4%。

2020年7月一场梅雨暴雨的异常空间分布及形成机制

利用GPCP逐日降水资料、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料,研究了2020年7月17—19日长江梅雨大暴雨异常空间分布及成因。结果表明,强降水主雨带在长江下游呈纬向分布,与长江干流位置重合、走向一致、长江中游雨带为西南—东北走向。中高层大气环流出现“两脊一槽”的异常大气环流型,南亚高压主体强盛东伸,副高西北侧水汽通道持续维持,为暴雨的形成和维持提供了有利环流背景。17—18日高空西风急流呈纬向分布、副高控制华南、低空西南急流持续加强并东移;19日高空西风急流转为“V”型分布,江淮气旋形成,长江中下游位于高空急流入口区南侧、副高的西北侧和低空西南急流出口区北侧。“两脊一槽”和“V”型大气环流配置结构使得上层的“抽吸”作用和下层的抬升活动相重叠,伴有江淮气旋的辐合作用,导致强烈的上升运动,易产生大暴雨。过程内高低空急流和副高位置和形态的变化是暴雨空间分布出现变化的主要原因。诊断结果显示,热力因子对抬升活动起主要作用,位涡垂直输送和非绝热加热随气压变化项均有利于位涡增强,假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的峰值、强上升运动和位涡高值区与强降水中心重合为本次大暴雨形成提供了有利的热力与动力条件。假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的谷值具有较好前期预报指示意义。

陕北两次不同强度的区域性暴雨过程特征对比

利用ERA-5逐小时再分析资料、雷达资料、地面加密站和常规探空资料,对2019年7月21日和2020年8月4日陕北地区两次不同强度的暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)强降水的持续性是造成“0804”过程累计降水量大于“0721”过程的直接原因。(2)“0804”过程中,陕北上空层-积混合云回波在夜间的走向和移动方向一致,“列车效应”使低质心暖云降水长时间维持。(3)两次过程降水强度的区别与高低空急流、低涡路径和水汽有密切联系。与“0721”过程相比,“0804”过程中200 hPa高空急流更为稳定,700 hPa西南急流强度更大,强雨带更靠近低涡中心,动力抬升和水汽辐合均偏强。(4)两次过程对流触发机制存在差异,“0804”过程前期地面较强的偏东风更有利于地形抬升。

THE STUDY OF STORM RAINFALL CAUSED BY INTERACTION BETWEEN THE NON-ZONAL HIGH LEVEL JET STREAK AND TYPHOON IN THE DISTANCE

In this paper, statistics were analyzed concerning correlation between the storm rainfall far from typhoon and non-zonal upper-level jet stream. The results show that the jet stream at 200 hPa is constantly SW (90.2 %) during the period in which storm rainfall occurs. Rainfall area lies in the right rear regions of the jet axes. While the storm intensifies, the jet tends to be stronger and turn non-zonal. With the MM4 model, nu-merical simulation and diagnosis were carried out for Typhoon No.9711 (Winnie) on August 19 to 20, 1997. The distant storm rainfall is tightly correlative to the jet and low-level typhoon trough. The divergence field of jet is related to the v component. The upper level can cause the allobaric wind convergence at low level. This is the result of the form of low-level typhoon trough and the strength of the storm. By scale analysis, it is found that there is a branch of middle scale transverse inverse circulation in the right entrance regions behind the jet below the 300-hPa level, which is very important to the maintenance and strengthening of storm rainfall. This branch of inverse circulation is relative to the reinforcement of jet’s non-zonal characteristics. From the field of mesoscale divergence field and non-zonal wind field, we know that the stronger symmetry caused by transverse circulation in the two sides of the jet, rainfall抯 feedback and reinforcement of jet抯 non-zonal characteristics had lead to positive feedback mechanism that was favorable of storm rainfall抯 strengthening.

The Effect of the Subtropical Jet on the Rainfall over Southern China in January 2008

ABSTRACT The third precipitation episode of China＇s great snowstorms of 2008 was analyzed using station observations and ECMWF six-hourly data. The variation of the shape of the upper-level subtropical jet played an important role in the rainfall over south- ern China. With the eastward movement of the trough, the jet shape changed from two straight jets to a tilting jet over China and then it moved southward. With these variations, the south-north movement of ascending flow and precipitation area over southern China occurred.

高空急流与副急流演变及其与河南2021年“21·7”特大暴雨的关系

利用中国气象局所提供的逐小时的站点降水资料与欧洲中期天气预报中心所提供的逐小时、0.25°(纬度)×0.25°(经度)的ERA5再分析数据,重点研究了产生郑州极端小时降水的关键天气系统,并对高空急流与副急流进行了动能收支诊断,研究发现:2021年“21·7”河南特大暴雨呈现出显著的阶段性特征,在郑州极端小时降水出现的时段内,强降水主要出现在河南北部的山区及山区的迎风坡周边,受地形响显著。位于河南上空,对流层高层的高压脊、对流层中层的低压倒槽以及对流层低层的水平切变线与中尺度对流涡旋是引发郑州极端小时降水的关键天气系统。处于南亚高压东北部的高空急流与副急流通过引发强冷平流使得位于陕西上空的对流层高层短波槽快速发展,该槽的斜压发展使得其槽前的暖平流显著增强,从而导致河南上空对流层高层的高压脊迅速发展并维持强高空辐散条件,这为郑州极端小时降水的出现提供了极为有利的背景环流条件。南亚高压东北部的高空急流与副急流呈现出显著的水平分布不均特征,其中,风速增强趋势与冷平流强度均在上层急流分岔点(1区)达到极大值,这为陕西上空对流层高层短波槽的快速增强提供了最有利的条件。动能收支表明,南亚高压东北部偏西风的水平动能输送是本区域内高空急流与副急流发展/维持的最有利因子,其动能主要来源于南亚高压北部边缘的高空急流区;在此阶段内,气压梯度力主要做负功,是最不利于高空急流与副急流发展/维持的因子。

云南2022年2月19—24日的极端冷事件分析

2022年2月19—24日受强冷空气影响,云南全省发生了一次极端冷事件,该事件降温强度大、影响范围广、持续时间长。利用云南124个站气象观测资料、NCEP/NCAR和ERA5大气环流再分析资料,分析了此次冷事件的极端性特征及其过程期间高低层大气环流异常的演变特征。结果表明:此次冷事件的极端性较强,是云南省近10年第二强的区域性寒潮天气过程,全省有69个站达到中等以上强度寒潮标准,有10个站日平均气温达到或突破2月最低纪录。过程期间雨雪天气突出,过程累计降水接近2月常年,单日降雪范围为近20年以来最大。影响此次冷事件的因子极其复杂,冷空气活动与乌拉尔山高压脊、东亚槽、亚洲高空西风急流、西伯利亚高压等大气环流系统的加强演变密切联系,并与起源于北大西洋地区的副热带异常波列的东传有关,该异常波列对于青藏高原地区波能量的向南频散和冷空气的南下有十分重要的引导作用,并对南支槽前的西南水汽输送加强有一定影响;同时,热带地区的对流活动也对东亚地区冷空气的加强南下有一定影响。过程期间,冷空气沿东北路径南下影响云南,云南区域冷暖空气的交汇作用十分显著,导致过程期间出现明显低温雨雪。

冬季华北平原高空急流对近地层空气污染物作用的初步分析

研究表明东亚地区严重的近地层空气污染与高空急流之间存在着一定的联系。本文利NCEP/NCAR逐日风场、垂直速度资料以及Science Data Bank的地面污染物和气象要素数据,运用统计分析法研究了冬季东亚高空急流与近地面空气污染物高浓度区的关系并初步探讨了两者之间的作用机制。结果表明,2013~2018年冬季我国华北平原是颗粒物的高值区,华北平原污染物PM_(2.5)、PM_(10)的平均浓度分别为80.65μg m^(−3)、118.62μg m^(−3),超标天数分别共计459 d、489 d。颗粒物浓度均呈逐年缓慢下降趋势,PM_(2.5)/PM_(10)平均浓度约为0.65,该比值保持多年稳定。该地区的空气污染物浓度与东亚高空温带急流和副热带急流之间的强度反位相变化关系显著,两者可能通过地面温度以及经向风进而产生联系。当冬季高空温带急流强度偏强时,平均状态下副热带急流强度会偏弱,温带急流与副热带急流之间通过次级环流进行质量交换并稳定在这一状态,此时由于华北平原处于减弱的副热带急流右侧,上升气流减弱,地面温度升高,有增强的异常南风出现,有利于华北平原中部的PM_(10)、北部PM_(2.5)的堆积。反之,当冬季高空温带急流强度偏弱时,平均状态下副热带急流强度会偏强,此时上升气流增强,地面温度降低,有减弱的异常北风出现,此时不利于华北平原中部的PM_(10)、北部PM_(2.5)的堆积。

近11年中国寒潮频发的机理分析

利用全国840个站点观测资料以及ERA5再分析资料,分析了过去63 a(1960—2022年)冬半年(前一年10月—当年4月)全国性寒潮频次的年代际变化特征。统计结果表明:在全球变暖背景下,寒潮频次的下降趋势在2012年发生了转折,2012—2022年呈现显著上升趋势。2012—2022年,乌拉尔山阻塞频率与全国性寒潮发生频次呈显著负相关。乌拉尔山阻高会抑制高空急流发生发展,大气经向环流减弱,北极内冷气团南下受阻,从而减少寒潮发生的频次。同时乌拉尔山阻高与东亚中高纬地区地面2 m温度经向分布联系紧密,乌拉尔山阻塞的频繁发生往往会出现更多的北极增温、中纬度地区降温的天气尺度现象。此外,北极增暖效应本身也与我国寒潮频次有显著的负相关,北极增暖会减小中高纬温度差,西风带减弱,进而减弱冷空气的输送。近11 a,乌拉尔山阻塞频率呈显著减少趋势,相应地,等熵面位涡经向梯度具有线性增加趋势,不利于阻塞高压的维持,伴随北极增暖效应也呈现出减弱态势,这样的大气环流配置有利于近年来我国寒潮频次的增加。

浙北地区春季一次弓形回波造成的雷暴大风天气过程成因分析

本文利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料及多普勒雷达数据对浙江北部地区2022年4月25日的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:200 hPa高空急流、500 hPa槽、700 hPa切变线、地面热低压是此次天气过程的主要影响系统,强对流天气自西南向东北移动,先后影响杭州、湖州、嘉兴等浙江北部地区,影响范围广、持续时间较长。此次强对流天气过程发生在高空槽前、低层切变线南侧的强盛西南暖湿气流中,是由地面低压倒槽内的中尺度辐合线触发。由于湿层浅薄,水汽条件一般,此次强对流天气过程以雷暴大风天气为主,局地伴随短时暴雨和小冰雹。从雷达数据分析,强对流天气东移发展过程中可见弓形回波、速度模糊等雷暴大风天气特征,强对流天气伴随回波带的移出而结束。

7月23日齐齐哈尔一次暴雨过程分析

利用常规观测资料、云图、雷达回波等资料,对2022年7月23日齐齐哈尔市发生的一次暴雨过程进行分析,得出以下结论:高空欧亚中高纬为两槽一脊的环流形势,齐齐哈尔受该低压槽的控制,低压槽东移加深,配合地面低压。从地面到850 hPa低层辐合明显,低层湿度好,并且存在水汽的辐合与聚集,有利于产生强降水。齐齐哈尔处于高空急流出口区的左侧高层辐散区下方。高空急流为强降水的发生与发展提供了强有力的动力条件。

气体FPSO上部模块火灾场景数值分析

针对火灾情况下的温度变化问题,以气体FPSO平台为例,选取该海域常见海况,研究不同风速、风向下的喷射火模拟。采用基于流体动力学(CFD)的火灾动态模拟(FDS)软件进行喷射火模拟,研究喷射火场景下平台上部模块的火场及温度场分布规律,并探寻不同风速、风向对火场的分布规律影响。对火焰形态进行研究发现,火焰沿风向飘移,当喷射火为垂直喷射火时,火焰作用于甲板上的面积与风速大小成反比。对温度场进行研究发现,温度场的分布与火焰的分布规则基本一致,甲板上的高温区域位于泄漏口上方甲板顺风向的位置,且风速越大,高温区域距离泄漏口在甲板投影的位置越远。由于风速大会加快结构与外界的热交换,因此,风速越大,甲板上的温度场面积越小,最高温度越低。模拟结果对于气体FPSO上部模块发生喷射火灾时的消防与救灾抢险具有指导意义。

聚氨酯螺旋射流连帮工艺应用研究

随着我国制鞋业转型步伐加快,淘汰落后产能,变革传统生产方式,推动工艺设备的标准化、自动化和智能化,注重鞋靴产品的功能品质与绿色环保,已成为不可逆转的趋势。本文针对传统冷粘工艺流程复杂、污染环境及鞋靴帮、底易开胶等诸多问题,结合现行冷粘、连帮工艺各自优势,设计了一种自动化环保的聚氨酯螺旋射流连帮工艺,介绍了聚氨酯螺旋射流连帮工艺设计思路,进行了聚氨酯螺旋射流连帮工艺构建的动作详解,将聚氨酯螺旋射流连帮工艺结合到新型圆盘机上,实现了该工艺的具体应用,使鞋帮鞋底粘合更加牢固,提升了制鞋设备自动化、智能化水平。

泄洪放空洞挑流鼻坎水力特性研究

针对某水电站泄洪放空洞,提出了两种挑流鼻坎体型,通过泄洪放空洞单体水工模型对圆弧斜切挑坎和新型上下复合挑坎进行试验研究。对比分析了两种挑坎体型的水舌形态、挑距及下游冲坑深度等参数。试验发现,新型挑坎将水流分为两股,形成上下两层平行的水舌,呈抛物线型前后跌入河道,两层水舌的宽度控制在河道范围内。挑出的水舌流态稳定,在空间和平面上得到了充分扩散。相较于圆弧斜切挑坎,水舌的扩散范围从偏河道左侧回归到河道中间,一定程度上减小了下游河床的冲坑深度、岸边的涌波高度及冲刷流速。运用Ansys Fluent软件对设计的新型挑坎进行数值模拟计算,得到各工况下挑流水舌形态、水舌挑距、湍动能及湍动能耗散率。对比分析数值计算和模型试验结果,二者流态一致,水舌的挑距和宽度结果基本吻合,说明数值模拟可靠,为挑流消能研究提供了便利和技术支持。

2008年“7.22”襄樊特大暴雨的天气学机理分析及地形的影响

利用常规观测、地面逐时降水、NCEP再分析资料和卫星雷达资料,对2008年7月22日发生在鄂西北襄樊的特大暴雨过程从对流层高层一直到地面的天气形势特征进行了较为系统的分析,结果表明,对流层高层稳定的辐散系统、近地层稳定的辐合系统以及中低层发展深厚的西南低涡、不断加强的低空急流是造成这次特大暴雨的主要影响系统。重点分析了200hPa强辐散中心形成的原因及其在降水中心上空稳定、停滞、加强的机制,认为高空急流右后侧的风速辐散区与西风槽和南亚高压反气旋环流之间的风向开口区两种辐散作用的叠加是造成强降水中心上空强辐散中心的主要原因,而高层西风槽在东移过程中突然停滞并加深,从而导致强辐散中心一度稳定、停滞则是强降水持续发展的重要机制。在近地层,由一个已经发展的对流云团外围出现的强偏北下沉冷出流沿浅薄地形河谷区侵入襄樊附近,当偏南暖湿气流不断加强北进时,一方面受到冷出流的横向阻挡,另一方面又受到大巴山地形的纵向阻挡,两种阻挡作用交汇于襄樊上空,使低层出现强辐合中心并稳定维持,在高层强辐散的共同作用下出现深厚的上升运动。地面低压倒槽和准静止锋的稳定维持以及边界层内大气斜压性的增强也有利于中尺度对流系统在该区域的维持和发展。中低层发展深厚的西南低涡和不断加强的低空急流为强降水中心输送了充足水汽,从西南低涡的东北侧不断分裂出β中尺度对流云团和强回波单体,并沿低层切变线移动到襄樊上空后叠加在高空强辐散、低层强辐合的有利动力作用下而得到进一步发展,并最终形成特大暴雨。

一次西南涡东北移对川陕大暴雨影响的分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、自动站资料、卫星云图和雷达资料,对2010年7月16—19日西南涡东北移造成川陕大暴雨天气过程的影响系统、高空急流、流场和对流涡度矢量等方面进行了诊断分析,探讨了大暴雨的发生、发展机制及其天气学特征和物理量特征。结果表明,鞍形场的稳定存在为西南低涡的发生、发展及其东北移提供了环流背景,"北槽南涡"形势是西南涡长时间维持的原因。东北—西南急流中心南侧的东北气流和南亚高压东北侧的东南气流构成的分流区对四川东北部和陕南大暴雨的产生提供了有利的上升动力条件。在台风和副热带高压外围之间强气压梯度力产生的偏南暖湿气流为暴雨区带来了丰沛的水汽。西南涡增强阶段的降水强度明显大于减弱阶段,对流涡度矢量(CVV)的垂直分量和气柱云水量中心值的重合区是大暴雨的发生区。

爆发性气旋的合成诊断及形成机制研究

该文对发生在太平洋和大西洋的 1 6个爆发性气旋作了合成分折 ,对强弱爆发性气旋作了对比及诊断 .研究发现 ,基本场上存在不少明显的差异 .分析得出 ,强爆发性气旋的形成与高空急流的非纬向性以及反气旋性弯曲密切相关 .非纬向高空急流为爆发性气旋提供了强的辐散、斜压性、斜压不稳定场 .高层强爆发性气旋前部的反气旋曲率易造成重力惯性波在能量北传时发展 ,促使气旋快速加深 .暖平流及非绝热加热可使反气旋曲率加强 .一般情况下 ,当气旋西部位涡的大值区与北部位涡的大值区叠加下沉时 ,有利于气旋爆发性发展 .