大尺度背景下西北太平洋热带气旋的统计分析

利用大尺度再分析资料和静止卫星云图资料，对1995-2004年西北太平洋热带气旋（TC）形成的大尺度环流背景进行了分类研究。在这10a期间，有27．5％的西北太平洋TC形成于赤道辐合带，45．6％形成于季风槽，10．1％形成于东风波，10．4％形成于热带对流层上部槽，6．3％形成于斜压性扰动条件下。统计分析表明，斜压性扰动背景下形成的TC在生命史、强度方面均明显弱于其他情况，平均生命史为108．60h，平均强度为39．250kn，其余4种情况平均生命史约为200h，平均强度为70～80kn。季风槽情况下形成的TC每3个就有一个会登陆我国，其次是东风波情况下的TC，斜压性扰动背景下形成的TC必须在南海附近生成才有可能登陆我国。

西北太平洋热带气旋活动的年际变化及其与大尺度背景场的关系

西北太平洋热带气旋活动的年际变化引起了业内广泛关注。本文选取1950—2016年7—10月的西北太平洋热带气旋为研究对象,分析各等级热带气旋活动特征与Ni珘no-3.4区7—10月平均海表面温度异常(SSTA)的关系,统计了生成频数、生命期、累积气旋能量指数(ACE)、生成位置及路径的变化特征,并探究ENSO循环的暖事件年与冷事件年中大尺度背景场的差异。结果表明:(1)在暖事件年,强台风和超强台风的生成频数、生命期均有增加的趋势,ACE指数与SSTA正相关性更强,说明其强度有所增加,冷事件年情况相反。(2)强台风和超强台风在暖事件年生成位置偏东偏南,在冷事件年生成位置偏西偏北。(3)季风槽区的高低层环流形势配合垂直风切变及对流层暖湿空气,导致热带气旋的生成位置在冷暖事件中发生变化。

20世纪下半叶全球干旱化的事实及其与大尺度背景的联系

利用CRU（Climatic Research Unit）的全球格点月降水及月平均气温资料，通过计算地表湿润指数分析了1951～2002年全球干湿变化趋势．重点对比研究了北美大陆、南美大陆、欧亚大陆、非洲大陆及澳洲大陆干湿变化的特征及差异，并在此基础上对各大陆乃至全球的干湿变化与影响气候变化的大尺度背景的相关关系进行了分析．结果表明，在增暖背景下，20世纪下半叶全球干湿变化趋势具有明显的区域差异，非洲大陆、欧亚大陆、澳洲大陆和南美大陆近52年主要以干旱化趋势为主，尤以非洲大陆和欧亚大陆最为剧烈．北美大陆在1976年以后表现为变湿趋势，南美大陆存在30年左右的干湿振荡周期，但最近仍然处于干化的时段，澳洲大陆的变化与之类似．研究还表明，增暖已经改变了全球环境干湿变化的分布格局，南美大陆和澳洲大陆尽管降水为增加趋势，但仍然表现为干旱化趋势，其中温度升高是其表现为干旱化特征不可忽视的原因．全球环境的干湿变化与大尺度背景密切相关：非洲大陆、欧亚大陆的干旱化趋势、北美大陆的湿化趋势与北太平洋年代际振荡（PDO）显著相关；而南美大陆、澳洲大陆干湿的年代际振荡与南方涛动指数（SOI）的年代际变化一致．

不同类型大尺度环流背景下强对流天气的短时临近预报预警研究

利用常规气象资料、自动站资料、卫星资料、NCEP再分析资料,对2001—2010年安徽省强对流天气过程的物理机制、中尺度特征进行分析。结果表明:强对流天气其发生发展和一定的大尺度环流背景场有关,强对流发生的天气学条件即:丰富水汽、不稳定层结、抬升触发机制或强上升运动,强烈发展的强风暴常有逆温层、强的风垂直切变、中层干冷空气等有利条件。然而,这些条件在不同的大尺度环流背景下各要素的重要性不尽相同,产生的强对流天气类型也不相同。冷涡槽后类对流不稳定表现在中低层温度直减率大;风垂直切变强,风随高度强烈顺转,400～500 hPa有西风急流存在,且与强对流天气的发生区域紧密相关;存在明显的中尺度低压和辐合线、干线;主要造成雷雨大风和冰雹天气。槽前类通常对流不稳定能量较大,中低层有急流存在,风速水平切变和垂直切变大;快速东移的短波槽是触发强对流天气的主要机制;低层水汽条件较好;主要导致雷雨大风、短时强降水和龙卷天气。通过对不同类型大尺度环流背景下强对流天气各天气要素和物理量统计,提取环境场消空指标,明显提高了基于多普勒雷达反射率因子和平均径向速度的龙卷识别和预警水平。对比分析了2010年7月19—20日发生在副高边缘槽前类和在东北冷涡形势下的2009年6月3日、5日、14日在黄淮和江淮地区分别产生飑线并造成大范围雷雨大风、冰雹等强对流天气产生的物理机制、中尺度特征差异,提高对不同类型大尺度环流背景下强对流天气的短时、临近预报水平。

MM5对末次盛冰期中国气候的模拟研究Ⅱ:海陆分布、植被和大尺度环流背景变化的影响

利用全球模式CCM3嵌套区域模式MM5的方法研究了末次盛冰期海陆分布、植被和大尺度环流背景场变化对末次盛冰期气候变化的作用。模式结果表明:与现代相比,末次盛冰期东亚地区海陆分布发生的变化造成这一地区冬季减温,夏季增温,这个变化对中国东部近海地区的温度和降水产生明显的影响,尤其是对降水的影响。它使得中国东部地区降水减少,由此造成的降水减少占末次盛冰期降水减少的25%—50%。海陆分布的变化对内陆和中国西部地区影响很小。末次盛冰期中国东部地区植被发生了明显的变化,温带和寒带植物南移,热带植物的覆盖范围减少。中国东部地区植被的巨大变化对温度产生了影响,使该地区冬季增温,夏季减温,年平均温度变化不大。末次盛冰期全球气候发生巨大的变化,即大尺度环流背景场变化。它使得中国地区的温度和降水产生显著变化,这个变化造成中国地区温度降低,并且决定了温度变化的主要分布和变化特征,东北地区是中国末次盛冰期降温最大的地区,青藏高原的降温超过同纬度的东部地区等。同时,大尺度背景场的变化还控制着降水的变化,末次盛冰期中国西部地区和东北地区降水的变化几乎完全是背景场变化引起的,其对华北和华东地区降水的影响大约为50%—75%。综合我们研究的影响末次盛冰期中国地区气候变化的因子,按影响程度由大到小排序为:大尺度环流背景场、海陆分布变化、植被变化、CO2浓度变化和地球轨道参数变化。

近50年我国持续性暴雨的统计分析及其大尺度环流背景

根据1951-2005年中国大陆730个台站的逐日降水资料和持续性暴雨发生的特点，提出了采用局地持续性暴雨和区域持续性暴雨事件的两种客观定义来描述和统计近50年我国持续性暴雨时空特征及其变化。单站逐日降水量连续三天或三天以上均大于等于50mm为一次局地持续性暴雨；区域持续性暴雨指在一定区域范围内连续三天降水量总和大于等于100mm且每天降水量大于等于25mm的面积超过某一阈值（详细定义见正文）。根据局地持续性暴雨定义，指出：近50年中国局地持续性暴雨事件主要发生在江南和华南地区，发生季节以6月为最多；根据区域持续性暴雨定义，统计分析了四类典型的区域持续性暴雨类型，分别是：渤海辽西型、北方经向型、南方锋面型和华南低压型。其中南方锋面型又可根据持续性暴雨易发生的地理位置分为江淮型、江南型和华南型三种。对这六类区域持续性暴雨的历史个例进行同比分析，研究了不同类型持续性暴雨发生的季节性和年际变化，以及它们在大尺度环流背景方面的共性特征。

2006-2015年成都市区域性暴雨统计分析及其大尺度环流背景

利用2006~2015年成都地区国家站及区域站20时~20时24小时地面实况降雨量资料、常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料对成都市区域性暴雨进行统计分析,得出:这一时期成都地区共有43例区域性暴雨发生,次数最多的是在2013年,发生季节以7月为最多(占总次数的49%)。根据区域性暴雨影响系统的不同,将其简单分为3种类型,分别是:低涡型、高空槽和切变线型、副热带高压边缘型。3种类型暴雨的发生次数、持续时间均有不同,暴雨次数所占比例分别为40%、46%、14%,持续时间大多为1天。同时选取3个历史个例分析了不同类型区域性暴雨的大尺度环流背景特征。

一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究Ⅰ.理论分析

本文是讨论梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用问题的开始部分。为了分析梅雨锋暴雨过程中的多尺度能量相互作用,从z坐标系中的运动方程和热力学方程出发,把基本物理量分成大尺度背景场(>2000 km)、α中尺度(200~2000 km)和β中小尺度系统(<200 km)分量,利用滞弹性近似,推导了大尺度背景场、α中尺度和β中小尺度系统三个尺度的动能方程和位能方程。能量方程中包含了各尺度动能之间的转换、位能之间的转换以及动能和位能之间的转换。动能方程主要包括各尺度动能之间转换项、动能输送项、水平气压梯度力做功项、垂直方向扰动气压梯度力做功项、浮力做功项、地转偏向力分量做功项以及摩擦力做功项。位能方程主要包括各尺度位能之间转换项、位能输送项、浮力做功项以及非绝热加热做功项。其中浮力做功项为位能和动能之间的能量转换项,是暴雨发生发展过程中比较关键的能量转换项。关于将能量方程用于梅雨锋暴雨过程中并且诊断能量相互作用影响暴雨发展和消亡过程的物理机制等问题,将在以后的研究中给出。

全球变暖背景下西北太平洋热带气旋活动的时空变化特征及潜在风险分析

以美国联合台风中心的热带气旋资料为基础,探讨全球变暖背景下1951-2015年65年间西北太平洋热带气旋(TC)活动变化的时空特征,并对中国所受潜在风险进行分析。结论如下:①1951-2015年热带气旋频数、超强台风频数长期变化趋势并不明显。热带气旋频数在1950年左右发生突变,由1950年以前的偏少期向偏多期转变,但只有在1960年代初期到1970年代初期、1990年代末期至2000年代初期两个阶段增加趋势通过0.05的显著水平检验。②从1950年代初期至1950年代末期,西北太平洋热带气旋年均最大强度与年均强度呈现短期加强趋势,之后呈现长期减弱趋势。总体上看,西北太平洋热带气旋年均最大强度与年均强度总体上呈明显下降趋势。平均强度在1972年左右发生突变,说明在1972年以后平均强度减少的趋势显著。最大强度在1968年左右发生突变,说明在1968年以后最大强度减少的趋势显著。③从热带气旋最大强度(成熟)阶段,路径频数,观测强度线性变化趋势的空间分布来看,线性变化呈上升趋势的位置均向东亚大陆靠近,这也就意味着西北太平洋热带气旋活动强度在一定程度上呈减弱趋势,但是登陆的频次、强度极有可能加强。也就是在整个东亚大陆受西北太平洋热带气旋潜在威胁会进一步加剧。④产生这样结果极有可能是由于全球变暖导致的西太平洋与中东太平洋纬向温度梯度加大,从而导致walker环流的加强,正在加强的walker环流能够加强热带西北太平洋风垂直切变与相对涡度的变化,从而影响西北太平洋TC活动的时空变化。

尺度相互作用对西北太平洋热带气旋生成频数的影响分析

根据日本气象厅区域专业气象中心–东京台风中心(Regional Specialized Meteorological Center,RSMC)提供的热带气旋(Tropical cyclone, TC)最佳路径数据集,对盛期(7~10月)生成于西北太平洋的TC进行了统计,探究了其在年际上的差异及其产生原因。研究发现在TC生成频数异常偏高年,南海–菲律宾(10?N^20?N,110?E^130?E)和西北太平洋中东部(15?N^25?N,140?E^170?E) TC生成频数显著增多的主要原因是大尺度背景低频环流,季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation, ISO)和天气尺度涡(Synoptic Scale Eddy, SSE)三者之间的正压能转换造成的。在南海–菲律宾地区,大尺度背景环境因子占主导作用,大尺度背景低频环流与SSE间的正压能转换导致SSE动能加强。该区对流层低层相对涡度和中层异常上升运动,为TC和SSE的生成发展提供了有利动力条件。而在西北太平洋中东部地区,季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation, ISO)活动加强,伴随有利的动力条件,如低层较大的相对涡度和较小的垂直风切变,使得SSE从大尺度低频环流中获得正压能,导致该区SSE生成发展,TC生成频数增多。

金衢6.11暴雨到大暴雨多尺度特征分析

通过对金衢2005年6月11日暴雨过程的大尺度背景、天气学条件和α中尺度模型的分析,在大尺度两槽一脊,影响低槽还在加强的背景下,本次主要降水发生在能量锋区南缘,水汽通量具有提前的指示作用,底层垂直上升运动不是很强,从α中尺度模型分析,过程具有梅雨锋暴雨的三维特征。

2022年广西极端“龙舟水”暴雨过程环境场特征分析

利用实况、ERA5再分析资料对2022年广西极端“龙舟水”最强暴雨过程降雨与洪峰及环境场进行分析。结果表明:(1)近30a广西大洪水年“龙舟水”最强暴雨过程大多持续5~6d,强降雨范围、中心位置及强度与洪峰相关,洪峰出现在过程结束当日或后一日。(2)2022年过程大尺度环流背景中高纬天气形势为两槽一脊型,东槽偏弱,冷空气势力偏北,中低层大气异常深厚急流及高能、高湿,对流抑制有效位能小及抬升凝结高度低,是典型暖区暴雨。近30a过程大尺度环流背景中高纬为两槽一脊型或纬向型两类,是锋面、暖区或混合型暴雨。(3)把握“龙舟水”最强暴雨过程环境场及降雨特征是大洪水预报的关键着眼点之一。相近环境场条件下,强降雨差异是预报难点,需进一步研究。

“0806”华南持续性暴雨诊断分析与数值模拟

用NCEP再分析资料、常规气象观测等资料,对2008年6月11—13日发生在华南地区的持续性暴雨的大尺度背景进行了分析,用MM5模式模拟出了暴雨的大尺度背景,利用模拟结果对这次暴雨过程的系统演变做了进一步的分析。结果表明:(1)西南涡是暴雨的直接影响系统,随着西南涡的东移,暴雨从广西北部一直推进到广东东南部。(2)中高纬稳定的两槽一脊的环流形势和偏南的西太平洋副高,及不断南下的小股冷空气,为这次暴雨提供了有利的中高纬环流背景冷空气条件;东亚夏季风偏南,越赤道气流偏强,给暴雨的维持提供了丰富的水汽条件。(3)模拟的结果验证了暴雨发生的大尺度环流背景,并在700hPa上模拟出了3个正涡度中心,是华南暴雨发生的动力因子。

中国地区海风(锋)的数值模拟研究进展

海风锋是海风环流前缘形成的锋面,具有类似于冷锋的特征.海风锋能触发强对流,造成沿海地区雷暴等灾害性天气,是沿海地区气象研究的重点对象.随着数值模式和计算机技术的发展,数值模拟已成为气象研究中的重要方法.因此,海风(锋)的数值模拟受到越来越多的关注.过去的40年中,中国地区海风(锋)的数值研究不断开展,取得了不少研究成果.为了加深对海风(锋)数值模拟的认识,了解最新研究成果,本文对中国地区海风(锋)数值模拟进行了概述,重点讨论了海风三维结构与演变以及背景风、地形、城市热岛和大气稳定度对海风(锋)的影响.此外,本文也归纳总结了模式物理过程参数化对海风(锋)模拟的影响以及海风(锋)的大涡模拟研究.最后,对一些需要进一步研究的问题提出了建议.

舟山海雾特征及其对数值模式的初步订正

采用舟山海域1962—2015年的4个气象观测站资料、2014—2015年2 a的逐时自动气象数据和浮标站数据,统计分析了舟山海雾特征,结果表明:海雾总是在大尺度背景条件和一定的气象水文条件下发生;海雾春季最多,秋季最少,一天中多发生在夜间和早晨,又以下半夜到早晨最多,雾散一般在11∶00以后;海雾按天气形势可分4型,不同类型其季节变化和日变化存在差异;浓雾发生的要素特征为,气温5~27℃,海温9~27℃,气温露点差0~4℃,90%的浓雾发生在2 m相对湿度≥95%、气海温差-3.7~3.2℃时,浓雾风向主要落在东南风和偏南风之间,平均风力一般在1~5级;利用要素阈值对WRF能见度模式进行订正检验,发现对提高浓雾的定性预报准确率有较明显的作用。

新疆北部持续性暴雪过程成因分析

利用1964-2010年新疆天山及其以北地区(新疆北部)45个气象观测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日2.5°×2.5°经纬网格客观分析资料,提出了新疆北部持续性暴雪过程客观定义,根据定义1964 2010年共出现36次持续性暴雪过程,按暴雪落区可分为四类暴雪型:北疆型25次、北疆西部北部型9次、北疆沿天山型1次、北疆西部型1次。重点分析了北疆型和北疆西部北部型暴雪过程的大尺度环流背景、关键环流系统配置和水汽输送异常特征。结果表明:(1)北疆型暴雪环流分为经向I型、II型和纬向型,经向I型又可分为极涡偶极与中高纬3波配置型和极涡偶极与中高纬2波配置型;经向II型可分为极涡偶极型与中高纬2波配置和极涡单极型与中高纬2波配置;纬向型则表现为高纬极锋锋区波动和中低纬副热带锋区波动汇合于新疆地区引发暴雪。(2)北疆西部北部型暴雪环流分经向型和纬向型,经向型有极涡偶极与中高纬3波配置、极涡单极与中高纬3波配置,纬向型环流表现为乌拉尔山槽和里咸海槽汇合于新疆地区引发暴雪;(3)上述环流型新疆上空均存在300 hPa极锋急流、500 hPa强西风锋区和700 hPa低空西风急流配置,暴雪区处于极锋急流入口右侧辐散区和低空急流出口右侧辐合区的高低空配置。(4)造成新疆持续性暴雪的水汽源地有高纬北大西洋、巴伦支海,中纬地中海、里咸海,低纬红海,环流配置不同水汽输送路径有所差异,但主要以中低纬水汽输送为主。

甘肃白银市一次局地暴雨天气过程分析

对2011年5月28日下午至傍晚白银市辖区的靖远、平川等地出现的局地暴雨天气进行诊断分析。结果表明:在有利的大尺度环流背景下,造成此次局地暴雨天气的中尺度影响系统为本地上空700 hPa层上的切变线和地面辐合线,才触发了强对流天气不稳定能量的释放,并且高空急流轴上强风速中心附近的次级环流上升支与低层辐合上升耦合对暴雨过程有明显的增强作用。暴雨天气过程前低层温度脊发展强盛,中高层有干冷空气入侵使对流不稳定性显著增强;过程中低层为显著湿区,为暴雨的形成提供了很好的水汽条件。散度、涡度等动力条件,假相当位温、K指数等热力条件,比湿、水汽通量散度等水汽条件等特征值超过强对流天气发生的临界值;SWAN系统为此次强对流天气的监测预报预警提供了强有力的技术支撑。

台风云娜陆上维持原因浅析

利用台风年鉴、日本气象厅最佳路径资料、T213分析资料、卫星云图和高空观测资料对台风云娜登陆后长时间维持不消之原因进行了天气和动力学诊断分析。结果表明低层水汽源源不断的输送、中纬度天气系统与云娜相互作用在其北侧低层建立偏东风急流和力管场,并且它始终处在高层强辐散流场东南侧或南侧的流出气流以及垂直切变小值区中是云娜在陆上维持的条件。

四平地区冷锋前部雷电天气预报模型的建立

利用常规气象资料、自动站资料、Micaps资料、NCEP再分析资料等,对2001-2010年四平市强对流天气过程的环流背景、物理机制、中尺度特征进行分析。结果表明:在资料分辨率受限制的情况下,Micaps中分析可以很好地诠释环流背景以及一些较细小的系统;强对流天气的发生和发展和大尺度环流背景有关,强对流发生的条件:丰富水汽、不稳定能量、动力条件触发、高低空的冷暖配合和垂直风切变等气象因子;然而,在不同的天气背景和不同要素的影响下,产生的强对流性质、范围、强度也不尽相同。本文通过统计近10年的雷电个例,总结建立了"四平地区冷锋前部雷电天气模型",并利用它做2011年6-7月四平地区雷电天气预报,结果显示,该模型有较强的预报能力,能较好地完成此背景下四平地区的雷电天气预报预警。