一次强烈发展西南低涡的中尺度结构分析

通过对１９８９年７月８～１０日发生于四川盆地东部的西南低涡的诊断分析，揭示了西南低涡成熟期的三维结构．结果表明，成熟阶段的西南低涡正涡度可伸展到１００ｈＰａ以上，中心轴线垂直；其流场和高度场表现为贯穿对流层的中尺度气旋和低压；涡区内动量、层结、垂直运动等呈非对称分布，是一个准圆形而非对称的中尺度系统．

“96·8”特大暴雨和中尺度系统发展结构的非静力数值模拟

1996年 8月 3～ 5日 (“96· 8”) ,中国河南、山西、河北等省发生了一次特大暴雨过程 ,造成了严重洪涝灾害。文中的天气分析指出 ,稳定的大型鞍形场和北移台风 (登陆后减弱为低压 )与其东侧副热带高压的相互作用是“96· 8”特大暴雨发生的大、中尺度环流条件 ;而中尺度低压及其特有的动力热力结构与该暴雨过程直接相关。对该过程采用非静力中尺度数值模式 (MM5)进行了数值模拟研究。模拟结果分析发现 ,非静力 (MM5)的全物理过程模拟基本上可再现大尺度和中 -α尺度天气系统的发生、发展和演变。采用二重网格双向嵌套技术的细网格模拟结果揭示 ,低压的动力场和热力场之间具有一种强耦合机制 ,即发展的低压具有气旋性涡柱的暖心高湿结构 ,在涡柱低空是湿对流不稳定和负湿位涡结构 ;强垂直上升运动与高空强辐散和低空强辐合以及对流云团的发展互耦 ;与低压相伴的强南风急流不仅是低压和对流云团发展与维持的互伴互耦条件 ,而且也是“96· 8”特大暴雨的水汽源和热能输送带。降水模拟结果分析表明 ,尽管某些降水中心对粗网格偏小 ,对细网格偏大 ,但雨带和雨强分布与观测结果基本一致。

登陆的0915号热带气旋“巨爵”降水分布及其中尺度结构的分析

利用自动气象站、雷达和TRMM卫星的观测资料,对2009年广东登陆热带气旋(TC)"巨爵"(0915)的降水分布进行了分析。结果表明:登陆TC"巨爵"的降水具有明显的非对称性和中尺度特征,TC降水主要位于移动路径的左侧。通过对海表温度(SST)、水汽通量、Q矢量和环境风垂直切变等分析发现,SST分布、水汽辐合、低层对流上升运动和垂直切变都有利于在TC移动路径的左侧产生降水。通过Barnes带通滤波对中尺度结构进行分离发现,登陆TC"巨爵"的降水存在明显的围绕TC中心的中尺度螺旋结构,呈带状或块状形式;登陆TC"巨爵"的局地强降水主要与中尺度螺旋结构的降水有关。

“91.7”江淮暴雨低涡发展结构和演变的中尺度数值模拟

本文对1991年7月4—7日发生在江淮流域的一次低涡切变线特大暴雨过程进行了高分辨行星边界层参数化的中尺度数值模拟。所用模式是通过系列检验和改进的MM4。控制模拟结果揭示:"91.7"江淮暴雨过程与中尺度暴雨低涡的生成和发展以及特有的动力和热力结构密切相关;垂直气旋性涡柱的形成和发展是这类暴雨低涡持续发展的一种重要而特有的中尺度结构;伴随暴雨低涡涡柱耦合发展的强上升运动是维持其低涡持续发展以及完成高、低空诸通量交换和输送所必须的次级垂直环流条件;深厚湿舌、强上升运动与涡柱三位一体的共存结构是暴雨低涡持续发展并产生对流云系和持续暴雨的典型结构;西南低空急流的发展和维持,不仅是暴雨低涡形成和持续发展的重要动力学条件,也是暴雨过程所需水汽的主要载体;对流层下部深厚不稳定层结的形成和维持是暴雨低涡能够产生持续对流活动以及对流性降水所必须的热力层结条件;与西南低空急流相伴的强暖湿带在850 hPaθ_e场上显示得最清楚,其暖湿带中轴北侧及其强湿斜压区与低涡切变线雨带基本一致;在暴雨低涡行星边界层内,感热通量有夜负昼正的日变化;而潜热通量却昼夜均为正值,且远大于相应时间的感热通量。这表明在低涡暴雨过程中,行星边界层内垂直向上输送的水汽通量和潜热通量远较感热通量重要。

华南暴雨试验天气雷达数据处理及暴雨中尺度结构个例分析

文中描述了华南暴雨试验多普勒天气雷达数据的处理方法 ,建立了一套集图像显示、数据预处理及风场反演分析为一体的多普勒天气雷达的分析应用系统。该系统生成了三维正方形网格和经纬度网格的回波强度值 ,以及经噪声控制和速度扩展的径向速度风场 ,提交了华南暴雨试验雷达数据库。该文以 1 998年 6月 9日 0 8:0 0 (北京时 )探测数据为例 ,给出了华南暴雨试验区内 4部多普勒天气雷达的反演雨强图和两部雷达的风场反演拼图 。

梅雨锋暴雨的Doppler雷达观测研究:中尺度对流回波系统的结构和特征

详细分析了１９９１年７月９日发生在江淮地区的一次梅雨锋大暴雨过程，研究了梅雨锋中尺度对流回波系统的形态、结构以及与它相伴随的中尺度天气系统，提出了梅雨锋内弱的低层辐合下暴雨对流回波的中尺度回波增强区（ＭＥＥＲ）概念。

2003年6月30日梅雨锋大暴雨β和γ中尺度结构的双多普勒雷达反演

2003年6月下旬至7月上旬,淮河流域出现了持续强暴雨,文中使用双多普勒雷达三维风场反演技术(MUSCAT)对6月29～30日合肥和马鞍山多普勒雷达探测到的暴雨资料进行了三维风场反演,对暴雨系统的中尺度三维动力结构进行了研究。此次梅雨锋暴雨是由β中尺度辐合带和嵌在辐合带上的γ中尺度涡旋共同作用引起的,辐合带上的波动活动对降水具有重要的触发和维持作用。在强降水时段的前期,无为附近中低层的γ中尺度涡旋在东—西走向的中尺度辐合带上自西向东移动,γ涡旋的移动与主雨区的移动基本同步,γ中尺度波动是该时段暴雨的重要动力因素;与此同时,在雨带的北区,γ中尺度涡旋活动比较频繁,但基本上是局地生消;在后期,西南暖湿气流和西风辐合,形成雨带上空的β中尺度辐合带,辐合带随着降水的减弱而减弱;最后,给出了此次暴雨的三维动力结构。

西北东部一次大暴雨数值模拟及中尺度分析

2005年7月1—2日,西北东部出现一次造成严重灾害的大暴雨天气过程(本文简称为"050702"暴雨),利用NCEP(1°×1°)资料分析表明,副热带高压边缘偏南和西南气流北上,与西北冷空气在西北区东部形成辐合区造成了此次暴雨的发生,此次暴雨的水汽来源于中国南海和孟加拉湾。本文用非静力中尺度模式MM5V3.6成功模拟出此次过程,对暴雨中心冷暖平流、辐合层及水汽通量散度等暴雨因子的中尺度结构与强降水的关系进行了研究。结果表明:(1)降水强度和对流层中层冷平流有很好的相关,随着冷平流的增强,降水强度也迅速增大;暖平流对降水强度起到维持的作用;(2)在降水达最强时段,对流层中出现低层强辐合,高层辐散的结构;(3)在降水达最强时段,对流层中低层水汽辐合的达到最强,表明水汽通量散度场和降水有较好的对应关系。

“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。

河南省层状降水云系中尺度结构的数值模拟

利用非静力中尺度数值模式MM5(V3.5),结合实况资料,对2002年4月4—5日河南春季一次层状降水云系的中尺度结构进行了模拟分析,并与观测资料进行了对比研究。结果显示,4月4日08时—5日20时之间,850 hPa低涡与中高空低槽相配置,形成大范围具有非均匀性结构特征的云系。模式模拟出降水中雨核的产生、发展、消散,雨核所在处云系有水平尺度在几十至100 km之间的柱状结构,对应云系组合为:高层主要由冰晶组成,中层由冰相粒子和液水混合组成,低层为液水层,并伴有强烈的上升气流,雪和霰对雨水形成的贡献较大。模式还揭示了850 hPa中-β尺度低涡和水汽输送对雨核起到关键性作用。

冷锋云系降水中尺度结构的一次TRMM卫星观测和特征分析

利用TRMM（the tropical rainfall measuring mission）卫星资料,对一次低槽冷锋云系和江淮气旋共同影响下的冷锋积层混合云系中雨带和雨核的特征进行了分析,研究表明,冷锋的不同部位云系结构很不均匀,可分为典型的积层混合云系、均匀的层状云系和弱的积层混合云系3种类型,南部典型的积层混合性云系中存在明显的短回波带结构,短回波带的平均长度63.0 km,宽度19.4 km,平均降雨率14.54 mm/h,同时短回波带中还有明显的雨核特征;北部均匀的层状云系中,大范围的降水在1～2 mm/h之间,其中嵌有2～7 mm/h大小不等的较强降雨带,并且存在冷锋雨带结构;中部较弱的积层混合云系中以冷锋雨带和冷锋前的暖区雨带为主,冷锋雨带上有多个雨核的结构;同时,不同性质的云系结构如短回波带、雨核以及均匀的层状云的降水的垂直廓线表现为不同的特点。

1996年第8号台风中尺度结构的数值研究

用非静力平衡的中尺度模式ＭＭ５模拟研究了从１９９６年７月３１日０８时至８月１日２０时３６小时内９６０８号台风的移动路径、中尺度热力动力学结构及云和降水物理结构及其变化。这段时间覆盖了９６０８号台风在台湾和福建省福清市登陆全过程。结果表明：该模式比较成功地模拟预报了这次台风登陆过程，模拟了登陆前后台风中心附近的一些重要中尺度结构和发展演变特征。模拟预报的台风路径与实况接近，预报的８月１日０８时（积分２４小时）台风环流中心位于２小时后台风登陆点福建省福清市附近的海面上。台风中心附近低层呈气旋式辐合、高层呈气旋式辐散。台风眼壁具有由低层辐合形成的强上升气流，台风眼中心为下沉气流。台风中心周围动力结构表现出明显的不对称特征。台风眼壁的雨水分布呈现由中尺度雨团构成的环形雨带结构。台风在台湾滞留期间，台风中心由于低层云的发展使得卫星云图上原先清晰可见的台风眼变得模糊不清。高分辨的模式预报表明，在对流层中层具有强上升气流和云雨水集中的眼壁比台风眼中心更为暖湿。

0505号台风的数值模拟和中尺度结构分析

采用MM5中尺度数值模式,以NCEP再分析资料作为初始场和侧边界,对0505号台风“海棠”登陆过程进行数值模拟,结果表明模式能很好的模拟出台风路径和暴雨落区,并利用模式输出的高分辨率结果对台风“海棠”的中尺度结构演变特征进行了初步分析。

湘西北一次大暴雨过程中尺度结构特征分析

利用常规观测资料、区域自动气象站资料、多普勒雷达资料、美国GFS及LAPS分析资料,对2012年6月下旬发生在湘西北的大暴雨过程的成因以及β中尺度系统的三维动力热力结构特征进行了分析,结果表明:此次过程属于典型的湖南盛夏低涡切变型暴雨过程,地面降水在时空分布上具有明显的中尺度特征。低空急流加强北推不但有利于水汽和不稳定能量向暴雨区的输送,也是β中尺度低涡发生发展和垂直上升运动加强的主要原因。地面中尺度辐合线的维持和地形的阻挡有利于暖湿气流的抬升,而上升的暖湿空气在中高层凝结释放潜热,对上升运动起到正反馈作用。产生暴雨的β中尺度系统具有明显的动力、热力结构特征。在暴雨发展的最强阶段,β中尺度系统的四周各有一个垂直环流圈,其中南北两侧的下沉补偿气流向暴雨区的分支不但有利于水汽和不稳定能量的输送,也加强了暴雨区低层的辐合;东西两侧下沉补偿气流向暴雨区的分支加强了暴雨区气流的气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度系统的辐合;基于上述研究成果,提炼了此次低涡切变线暴雨的三维物理结构示意图。

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。

国产XBT在中尺度涡加密观测中的应用

为了详细了解国产抛弃式温度测量仪(XBT)的各项海上综合性能,2018年6月中国科学院海洋研究所在吕宋海峡海域开展了XBT以及定点的温盐深仪(CTD)的剖面测量试验。以CTD现场测量数据为真值,对国产XBT的数据质量和实际使用情况进行了比测分析,并基于XBT追踪观测到的一个吕宋海峡海域直径约为400 km的中尺度涡旋进行了深入分析,投放结果显示国产XBT总体投放成功率在89%左右,对比CTD测量结果两者误差小。同时XBT成功获取了高分辨率的中尺度涡结构特征,该涡旋影响深度超过600 m,主温跃层温度异常最大,涡旋最大旋转速度约为0.6 m/s。结论表明了国产XBT性能在海洋观测中的可靠性及优势,对中小尺度的海洋观测具有一定的意义。

华南一次暴雨过程的中尺度结构

利用合成分析方法检验了一次华南暴雨的三维气象要素场的分布。发现一个具有微冷锋特徵的辐合线是造成这次暴雨的主要中系统。在低层,暴雨区的后部存在着弱下沉气流,并导致了一个相应的低层冷区和地面弱流出辐散气流。中、高层是一中尺度暖区。暴雨区介于天气尺度高、低空急流之间,并且有向着最大上升区移动的趋势。

2007年4月23日广东飑线的移动和地面中尺度结构特征分析

基于观测和分析,研究了2007年4月23日发生在广东的一次飑线的移动预报因子和地面中尺度结构特征。结果表明,该飑线的移动与1000~500 hPa等厚度线的走向以及飑线前部的低空垂直风切变方向基本一致。同时该飑线的移动方向还可通过Corfidi矢量法,由低空急流的反向矢量和850~300 hPa层间的平均风速矢量合成得到。该飑线具有显著的地面中尺度结构特征,其中包括地面风场的辐合辐散线以及飑前中尺度低压、雷暴高压和尾流低压等。飑线前部有很强的辐合,对应强降水区有很强的辐散,后部也有明显的辐合,雷暴高压处在辐散中心附近,尾流低压则处于飑线后部辐合线之后。另外,还将该飑线的移动和地面中尺度特征与美国的飑线做了对比分析。

槽线附近的中尺度结构特征——多普勒天气雷达风场资料分析

本文利用多普勒天气雷达资料,分析了槽线附近风场的中尺度结构特征。结果表明,在槽线附近存在有中尺度辐合区和辐散区,造成槽前层状云降水的不均匀性。槽线附近的近地面为冷平流,中层为暖平流,水平风的垂直切变在2.0～2.5km高度上,2.7km上空有微弱的上升气流,它的中尺度环流特征造成雨区向东北方移动。

梅雨锋暴雨的中尺度结构和边界层特征

对１９９０年两场梅雨锋暴雨的地面中尺度结构作了较详细的分析研究。并利用加密观测的铁塔和低探资料，揭示了梅雨锋暴雨各阶段边界层热通量和动量通量特征。