不同层结条件下海浪生湍流混合特征分析及其对上层海洋的影响

上层海洋混合过程的动力学研究和数值模拟一直是海洋和气象学家关注的重点之一,其中上层海洋垂向混合参数化方案的不准确直接影响海洋模式的模拟效果。风生海浪对海气相互作用以及上层海洋的内部混合都起到极为重要的作用。本文基于包含垂向层结效应的海浪生湍流混合系数理论模型,开展不同层结条件下海浪生湍流混合系数的分布变化特征分析。构建了一维理想解析实验和准全球算例,结果表明,在100 m以浅的上层海洋中,混合层深度与上述混合系数呈现较为显著的负相关关系,当跃层或混合层深度较大时能够显著增强垂向混合过程,进而使表层暖水下降至更深的位置,加深混合层深度模拟结果。主要原因是由于深跃层条件下表层的层结效应较弱,因而对混合的抑制作用较小。此外,在准全球算例中海浪生湍流混合方案可显著提高海洋环流模式对上层海洋温度结构的模拟能力,模式对跃层处WOA13实测数据的模拟精度最高可提升60%以上。

“7·21”北京特大暴雨成因分析(Ⅰ):天气特征、层结与水汽条件

利用常规、加密自动气象站以及NCEP1°×1°再分析资料,对北京"7.21"特大暴雨过程天气特征和环境条件进行了初步分析。结果表明:1)降水过程由锋前暖区和锋面降水组成。暖区降水持续时间长,小时雨量大,具有典型的"列车效应",是造成特大暴雨的主要降水过程。2)中高层低涡东移、副热带高压北抬、中低层低涡暖式切变线影响是暴雨主要形势特征,暴雨发生在低层低涡右前部暖式切变和高空强辐散气流下方。3)暴雨过程开始前对流层中低层存在双层湿暖盖。位势不稳定层结的建立机制主要与低层增湿和中层变干的湿度差动平流有关,而低层增湿和中层变干过程与中低层风向转变相关联。4)暴雨发生前0—6 h对流层整层不断增湿,且对流层中高层比低层增湿效应更加明显。与普通暴雨增湿过程和水汽主要集中在对流层中下层不同,深厚的湿度层次,较低的凝结高度和自由对流高度是其显著特征。

3.19通用航空飞行事故中平流雾过程的天气条件分析

本文利用国家级地面观测站59134(厦门站)探空资料、厦门市地面自动气象站资料、Himawari8卫星资料以及欧洲气象中心发布的ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料,针对2021年3月19日在厦门本岛东部观音山附近海域发生的直升机坠海事件中的平流雾过程进行分析。结果表明,此次平流雾过程具有浓度分布不均,雾体浓度梯度大,传播具有跳跃性等特点。暖湿气流流经冷的下垫面是此次平流雾过程发生的一个天气背景条件,强盛的偏南气流是雾体向北传播的主要原因。

2008年初南方雨雪冰冻灾害天气静止锋与层结结构分析

对2008年我国南方持续性雨雪、冰冻灾害天气的影响系统及层结特征做了研究,集中对第3次过程,即1月25~29日期间的天气形势、水汽条件、高原对流系统东移的影响以及地面和大气层结条件进行了分析。研究表明:位于长江或江南地区的准静止锋(或切变线)是雨雪冰冻天气的重要影响系统,锋面西段的逆温层和暖层强,有利于冻雨的形成;水汽在锋前的对流层低层辐合,沿锋面爬升凝结,锋面的东段低层辐合比西段强,造成锋面东段的降水强度大于西段;高原对流系统活跃,且频繁东移影响我国东部,在第3次过程共有3次高原对流的东移过程;最有利于冻雨产生的层结条件应有中层冻结层、暖层、逆温层,且这些层结的强度和厚度要适当;最有利于冻雨出现的地面温度在-1^-3℃,变化非常小,温度、露点差都在1~3℃,接近饱和,风速较弱。最后,提出了适合于我国南方雨雪、冰冻天气的锋面结构与大气层结的物理模型。

2008年初南方雨雪冰冻灾害天气的大气层结和地面特征的数值模拟

冬季的雨雪预报,尤其是冻雨的预报涉及多种尺度系统与复杂物理因素的影响。为了探讨这方面的问题,作者采用中尺度数值模式MM5对2008年初我国南方持续性雨雪、冰冻灾害天气中的1月26～29日过程做了模拟试验研究,并根据模拟结果对1月26～29日期间的水汽条件、地面特征和大气层结条件等重要环境条件进行了分析。分析指出,模拟结果能基本再现冬季这种持续性过程的降水带分布;长江或江南地区的准静止锋的存在,水汽在锋前对流层低层辐合,并沿锋面向上爬升凝结,爬升到达的高度和强水汽带的宽度与观测基本一致。模式还能再现有利于冻雨产生的层结条件,包括中层冻结层、暖层、逆温层和地面温度0℃线的位置;研究指出,利用模式输出的层结、地面条件以及降水状况可以大致得到冻雨可能发生的范围。

巴彦淖尔市一次强沙尘暴天气分析

利用常规气象观测资料和葵花卫星遥感资料,对2021年5月5—7日发生在巴彦淖尔市的强沙尘暴天气进行分析。结果表明,此次天气过程是在高空急流带、强锋区、地面冷高压与蒙古气旋及两者过渡带产生的强冷锋共同作用下产生的。层结条件分析表明,风速不均匀形成的“顺滚流”导致本次天气过程出现由晴天到大风沙尘天气的转折性变化。通过分析大风、沙尘天气发生时AQI,PM_(2.5)及PM_(10)的变化情况,可为巴彦淖尔市空气质量研究提供参考。

2022-06-10南宁吴圩国际机场一次雷雨天气过程分析

利用欧洲中心ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)、多普勒天气雷达及探空资料,对2022-06-10南宁吴圩国际机场一次雷雨天气过程进行诊断分析。结果表明,中低空低涡切变线东移发展引起了此次雷雨天气过程;低层水汽输送和辐合为雷雨发生提供了充足的水汽条件;2022-06-10T20:00南宁地区的探空指标分别为CAPE(对流有效位能)值为1901.5 J/kg,K指数为39.1℃,SI(沙氏指数)为﹣1.82℃,存在较强的不稳定能量;此次雷雨过程为典型的低层辐合、高层辐散的配置,有利于上升运动的维持和发展。

2020年6月下旬河北地区一次强对流天气过程成因分析

利用常规气象探测资料、欧洲中心ERA5再分析资料、多普勒雷达资料和微波辐射计资料,对2020年6月25日出现在河北地区的强对流天气过程进行分析。结果表明:(1)河北地区这次强对流天气属于西北气流型冰雹,高低空急流和地面冷锋的共同作用为冰雹天气的出现提供了动力和热力条件;(2)在冰雹天气出现的过程中,6.0°仰角反射率因子图中存在三体散射和旁瓣回波,大冰雹特征极为明显;(3)2 km高度以下的整层大气相对湿度大值区较为集中,而2 km高度以上的相对湿度数值偏小,整层大气以上干下湿的结构为主,这种不稳定层结的分布形势为对流风暴的发展加强提供了有利条件。

2021年11月6日-8日朝阳暴雪过程的成因分析

利用EROR 0.25°×0.25°再分析资料、站点气象资料等,分析了暴雪发生发展过程中环流形式、涡度的水平分布和垂直分布、散度的水平分布和垂直分布、垂直速度的水平分布和垂直分布,以及水汽的配置和输送,总结了影响此次暴雪发生发展的因素,结果表明:①横槽转竖、低压系统强盛、移动速度慢、持续时间久是本次暴雪过程的主要原因。②200 hPa和500 hPa有弱的整层下沉气流,850 hPa涡度场表现为正涡度中心,850 hPa涡度区内强中心区域对应了强降水的发生区域。③朝阳地区高空散度为正值区,低层散度为负值区。高层散度和低层散度差越大,越有利于降水的发展和维持。④700 hPa的垂直速度场维持强盛的上升运动区,与实况降水量较大时次相对应。⑤朝阳市大部分地区的850 hPa相对湿度达到了90%以上,水汽从西南向东北方向输入。

华北地区一次连续大雾的诊断分析

对2004年11月29日到12月4日华北地区一次连续大雾过程进行了分析。结果表明:高空西北气流以及西南暖湿气流是大雾发生的重要条件;大雾期间地面上的相对湿度达到了94%以上,华北地区先后被稳定的大陆高压和鞍形场控制,低层充沛的水汽、稳定的层结条件以及低空风速较小导致该地区水汽不能及时随大气扩散;高层下沉以及低层有弱的上升气流在低空的某层高度上易形成稳定层结,导致大雾的形成。

一次东北冷涡暴雨成因分析

本文采用FNL1°×1°一日四次资料及Micaps地面高空观测资料,对2013年7月2日东北地区一次由东北冷涡引起的大范围持续性暴雨过程进行诊断分析,通过对东北冷涡的结构、动力条件、水汽收支和层结状况进行分析研究,结果表明此次暴雨过程中东北地区上空有深厚低压系统,东侧阻塞高压阻止其东移。层结不稳定,对流发展。低层辐合、高层辐散的上升运动,及充足的水汽,为此次暴雨过程提供有利条件。

景德镇市三类降雪天气概念模型研究

计算并分析了景德镇市出现雨夹雪、一般降雪、大雪(分别简称为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类降雪)形势场、本站要素、层结资料,概括了3类降雪的天气学概念模型。分析结果表明:(1)3类降雪天气过程中,高空500 hPa有强盛的西南偏西气流,且随着降雪强度的增大,西南风速逐渐增大。地面则有较强冷空气堆积,位于贝加尔湖西部的冷高压中心气压在1 050 hPa以上,景德镇处于冷高压底部。925 hPa 30°N附近冷空气势力强,气温低。Ⅰ类降雪的主要影响系统是在江西省北部上空交汇的冷、暖平流,Ⅱ类、Ⅲ类则是850 hPa的切变线,出现Ⅲ类降雪时切变线位于景德镇附近,而出现Ⅱ类降雪时切变线则稍偏南,位于赣中。(2)地面气温变化是降水相态改变的关键,气温越低,越易出现降雪。从大雪至雪后雨,气温逐渐上升。(3)中低层的气温,Ⅱ类降雪较Ⅰ类低;近地面层气温,Ⅲ类降雪与Ⅱ类降雪接近;700 hPa和850 hPa层气温,Ⅲ类降雪比Ⅱ类降雪偏高。(4)Ⅰ类降雪常伴有逆温,但在向Ⅱ类降雪的转换过程中,逆温逐渐减弱,到Ⅲ类降雪时,逆温消失。(5)3类降雪均存在明显的风垂直切变,低层风弱,高层风强,且随着降雪强度的增大,表现愈加明显。

2018年7月6日昌北机场一次暴雨天气过程分析

本文利用中国气象局提供的常规观测数据、南昌市昌北机场24小时不间断气象观测数据及雷达拼图,对2018年7月6日昌北机场一次暴雨过程进行分析,结果表明:a.本次暴雨天气过程主要受500hpa高空槽东移,配合中低层切变南压共同引起;b.高温高湿的不稳定层结为暴雨的形成和维持提供了有利的水汽和动力条件;c.对于暴雨的临近预报,可以结合自动站数据和雷达图进行临近修订预报效果较好。

乌拉特前旗2018年7月23日暴雨成因分析

本文利用MICAPS常规气象观测资料和雷达资料对乌拉特前旗一次暴雨过程进行诊断分析,结果表明:上游高空槽南压加深,西低东高的环流形势的稳定维持是本次暴雨天气得以持续的关键;从渤海、黄海和孟加拉湾等多条水汽输送通路的建立,为本次降水过程提供了充沛的水汽条件;大气层结的不稳定有利于诱发中尺度单体发展,局地引发大暴雨;山脉的动力抬升作用,有利于降水的过程的加强。

江西昌北机场近7年降雪天气统计分析

本文利用常规地面、高空气象观测资料以及昌北机场自动观测数据,对2013-2019年期间江西昌北机场发生的连续降雪时长≥2小时的降雪过程进行统计分析。结果表明:(1)昌北机场连续性降雪具有明显月际分布特征,主要集中在冬季(12-2月),且以1月份次数最多,没有明显的年变化和日变化特征。(2)降雪期间,地面冷高压中心多位于贝加尔湖附近,850hpa多为高压底部偏东北气流控制,700hpa和500hpa有切变线和高空槽发展,同时整个湿层从地面一直扩展至500hpa,湿层深厚。(3)存在明显的中层逆温特征,逆温层高度在850至700hpa间;同时地面温度在0oC附近,925至850hpa温度≤-4oC,700hpa温度≤0oC。(4)具有强的高低空垂直风切变,850hpa的风速一般在9m/s以下,500hpa风速可达20m/s以上。

宁夏北部2012年“7.20”短时暴雨环流特征及天气学分析

利用MICAPS提供的常规气象资料和图表,对宁夏北部2012年7月20日暴雨过程的环流特征、水汽来源、不稳定层结、动力条件和强对流云团进行了分析探讨.结果表明,该次暴雨过程是在副热带高压边缘、高空槽前有利的环流背景下,低层低涡、切变线和低空急流共同作用产生的;降水前具有较好的热力不稳定条件,较好的能量储备,有力的动力条件和一定量级的水汽辐合.卫星云图和雷达反射率因子资料的中尺度系统表现为一典型以对流云为主的混合性降水云系特征.

湛江机场一次大雾过程分析

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°逐6h的再分析资料、湛江机场逐1h自动气象观测资料对湛江机场2021年1月24日的大雾过程,从天气背景、水汽和风力条件、动力条件、层结条件等方面进行分析,结果显示“上暖下冷”的高低空环流形势以及有利的水汽、风力条件对大雾的形成有重要作用。大雾发生时机场近地层的温度递减率有所减小,因此可以利用数值预报数据计算温度递减率来预报大气的层结状态,并将其作为大雾预报的参考因素之一;适度的风速(2-5m/s)可以使稳定层结加厚,而风速过小就不能形成较深厚的冷却层,难以保证大雾的维持。

2015年11月宁夏中北部连续大雾天气成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP提供的再分析资料,分别从环流形势、层结条件、动力和热力学机制等方面分析了2015年11月1—20日宁夏中北部地区的连续大雾天气过程。结果表明,中高层偏西气流、对流层低层温度脊和地面冷高压的稳定维持为这次连续性大雾过程提供了有利的环流背景;前期低槽入侵产生的小量降水使低层增湿,暖脊控制使中层增温形成逆温,连续大雾过程湿层厚度及逆温差有所不同;适当的风速和低层弱的水汽辐合有利于大雾稳定维持和发展;近地层辐合上升、中高层辐散下沉,便于在界面形成逆温层,有利于大雾天气的出现。

营口地区一次持续性大雾的形成机制分析

利用Micaps常规资料、FY-2E气象卫星资料、数值预报和自动站资料等,对营口地区2013年10月20—22日的持续性大雾过程进行分析。通过分析形势场、水汽条件和层结条件,可以得知：较弱的形势场配合南来的暖湿空气,造成空气湿度大。2-5 m/s的微风对雾的形成与持续最有利。加上前日出现降水,地面相对湿度大;温度露点差为0.1-3.7℃,空气达到饱和。K指数均小于28,且近地面存在3-5℃的逆温,层结稳定;同时,临海的地理位置也为雾的出现提供了有利条件。

朝阳市一次暴雨过程的成因分析

利用NCEP 2.5°×2.5°再分析资料、站点气象资料等,通过分析暴雨发生发展过程中环流形式、水汽的配置和输送,以及垂直运动的变化,从而分析影响此次强降水发生发展的因素,阐述了暴雨的产生机制,为今后的预报工作提供借鉴和参考。