青藏高原夏季中尺度强对流系统的时空分布

利用１９９４年６～８月ＧＭＳ－４红外展宽数字资料，统计和分析了青藏高原上２９３个中尺度强对流系统（ｓ－ＭＣＳ）的活动．结果表明，它们在高原上活动频繁，并且其生命史、水平尺度及强度具有较典型的中－β尺度系统特征；它们的形成和发展主要是由于地形热力效应；它们的移动方向与３００～２００ｈＰａ间的平均气流方向大体一致，并且极少移出高原．

夏季青藏高原上中尺度对流系统初生阶段特征

运用1998～2000年夏季青藏高原上182天的极轨气象卫星资料,研究了由计算机客观自动追踪中尺度对流系统(MCS)方法和由此得到的28685个MCSs及提取的相关信息,较为全面地揭示了夏季高原上MCS初生阶段的日频数、强度、形状、日变化、地理分布等诸多特征。得到了高原上每日平均有163个MCSs生成,其中约有76 %的面积仅为数百km2,>104 km2的极少(占4 %);它们的形状多为带状、逗点状以及其他不规则形状,圆形和椭圆形只占近30 %,云顶平均亮温为-51 ℃左右;午后MCS数是上午前期的2倍以上,并且云顶亮温≤-54 ℃的多达5倍以上;它们主要活动在33 oN以南的高原南部,其中在雅鲁藏布江中上游地区和川西至横断山一带各有一个高频中心,这充分展示出南亚季风活动对MCSs初生的主导作用。

夏季青藏高原上的对流云和中尺度对流系统

运用１９９８年６—８月逐日逐时日本地球静止气象卫星（ＧＭＳ） 红外辐射亮温资料，计算和分析了青藏高原及周边地区对流云和中尺度对流系统的活动，揭示了它们形成和发展的月际变化和地理分布、强度、日变化、移动和传播等诸多特征，以及与长江流域暴雨过程的关系。

青藏高原中尺度对流系统的时空演变特征及规律

利用1998年6～8月地球静止气象卫星（GMS-5）的青藏高原逐时红外遥感云图计算得到的云顶黑体辐射温度（TBB）资料，与青藏高原高分辨率有限区域的数值预报值相结合，运用计算机自动识别与跟踪等技术，对青藏高原上的中尺度对流系统（mesoscale convective systems，MCS）的移动和传播规律及其与周围环境物理量场的模型关系进行了研究，并以决策规则和概略模型图的形式对研究结果作出了有效的表达。

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程。结果表明,高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力。高分辨率模拟输出显示"9.18"绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴,且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团。模拟还显示受高原地形影响,该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构。其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展,热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量,中层具有斜压不稳定能量。中尺度对流系统具有两支上升入流和两支下沉出流,低层入流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放,中层入流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放,两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展,形成绵阳大暴雨。

青藏高原上中尺度对流系统东移传播成因

运用 1998年夏季日本静止气象卫星探测反演出的红外辐射亮温资料 ,对青藏高原上的中尺度对流系统( MCSs)进行了自动追踪 ,进而对移出高原的 MCSs进行了分类 ,在此基础上 ,运用空间数据挖掘中的决策树方法得到了东移出高原的 MCSs与其环境物理量场之间的关系 ,结果表明 ,在 40 0 h Pa上 ,当 MCSs的中心位置位于10 0°E附近时 ,移出高原且向东南方向移动的 MCSs仅与该等压面上的高度和温度有关 ;而向东北方向移动的MCSs仅与高度和假相当位温有关 ;此外 ,移出高原且方向向东的 MCSs主要决定于等压面高度、散度、涡度和假相当位温这 4个物理量值。在 5 0 0 h Pa上 ,位于东经 10 4°E以西且最终移出高原的 MCSs,决定其是否移向东北方向的环境物理量因素为 K指数和水汽通量散度 ,而影响其向东南及东方向移动的因素则较多。

一次青藏高原东北侧边坡强对流暴雨的中尺度对流系统演变特征

2018年7月22日20:00(北京时,下同)至23日08:00在青藏高原东北侧边坡的临夏北部、兰州西部等地区出现了罕见的大暴雨,最大降水量达176.8 mm,小时最大降水量61.6 mm。利用FY-4A卫星、多普勒雷达、区域自动站及再分析资料,重点分析引发强对流暴雨中尺度对流系统(MCS)的发生发展特征及其触发机制。结果表明:(1)强对流暴雨是在西太平洋副热带高压边缘暖湿气流配合纬向多波动气流带动冷空气东移的有利配置下发生的,高温高湿的环境为强对流暴雨的发生创造了有利条件。(2)先后形成并发展的2个MCS造成临夏北部、兰州西部出现强对流暴雨,孤立的对流云团加强合并发展为第一阶段的MCS,向西南方向传播的MCS与从甘南高原向东北方向移动的云团在大暴雨区逐渐合并为第二阶段的MCS。大于10 mm·(10min)^(-1)的强降水出现在上风向云团边缘,强降水与对流云团的发展程度有密切关系。(3)强对流暴雨期间,第一阶段的强回波有后向传播特征,强对流单体对大暴雨区的影响频次高,显著的“列车效应”自南向北移动造成持续6 h以上的间断性强降水。(4)边界层的中尺度风速脉动、地面辐合线及特殊地形等是触发MCS发生、发展的主要因子,地面中尺度辐合线的形成、维持及移动,与强降水的位置有很好的对应关系。

青藏高原上中尺度对流系统东移的热力场特征

利用国家气象中心高分辨率有限区域分析预报系统产品(HLAFS)中的数值格点预报资料,运用空间数据挖掘中的聚类方法(K-均值法和CLARANS法),对影响1998年夏季青藏高原上中尺度对流系统(MCSs)东移的热力场的空间分布特征进行了研究,得到了有利于MCSs移动和传播的热力学条件.结果表明,MCSs周边热力场中的温度场、湿度场以及水汽通量散度场空间分布特征的变化可以为MCSs发展和演变的预测提供重要线索,从而为探讨高原上MC- Ss的移动规律,揭示其发生和发展的机理提供了一种有效的新途径.

近16年暖季青藏高原东部两类中尺度对流系统(MCS)的统计特征

利用日本高知大学提供的逐小时分辨率静止卫星云顶黑体亮温(TBB)资料,使用模式匹配算法对2000~2016年(2005年除外)暖季(5~9月)青藏高原东部的两类中尺度对流系统(MCS)进行了识别和追踪,并利用人工验证订正了结果。基于此,利用NOAA的CMORPH(Climate Prediction Center Morphing)降水资料和NCEP的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料对高原东部两类MCS进行了统计和对比研究。研究发现,7月和8月是高原东部MCS生成最活跃的季节,然而,此两个月能够东移出高原MCS的比例最小;5月虽然MCS生成数最少,但是移出率高达近40%。对比表明,能够东移出高原的MCS(V-MCS)比不能移出的MCS(N-MCS)生命史更长,触发更早,短生命史个例占比更低。暖季各个月份,相比于N-MCS,V-MCS的对流更旺盛且发展更快,然而,由于其发生频数远低于N-MCS,总体而言,V-MCS对高原东部的降水贡献率仅为15%左右,是N-MCS相应数值的一半左右。高原东部两类MCS的环流特征差异显著,有利于V-MCS发生、维持和东移的因子主要位于对流层中低层(西风带短波槽、西风引导气流、低层风场切变),而在对流层高层,N-MCS拥有更好的高空辐散条件(其对应的南亚高压更强)。

利用TRMM卫星分析青藏高原中尺度对流系统闪电特征

利用热带测雨卫星(TRMM)1998年至2005原始轨道资料,研究了青藏高原地区中尺度对流系统的闪电活动特征。结果发现,青藏高原地区中尺度对流系统闪电密度小,闪电能量较弱。分析认为青藏高原高海拔地形导致对流不稳定能量偏低,而过低的对流不稳定能量造成了MCS的闪电活动具有独特的高原气候特点。

青藏高原东坡两次暴雨的MCS演变及机理对比分析

受MCS长时间影响下的暴雨天气在复杂地形区容易造成山洪等严重灾害,研究其特征及成因有助于更好地认识和防御类似的灾害天气。利用多源气象观测资料对青藏高原东坡复杂地形区2020年8月10—11日(过程1)和2021年8月4—5日(过程2)两次暴雨过程的降水特征和中尺度对流系统(MCS)演变特征及形成机理进行对比分析,结果表明:(1)两次过程均为弱天气尺度系统影响下的暖区暴雨天气过程,强降水落区均位于罗纯山脉西侧的平坝河谷地带,地形对强降水落区的影响十分明显;相较过程2,过程1降水强度更大、范围更广且降水落区更集中。(2)造成两次暴雨的MCS均在雅安西部的高海拔迎风坡初生,并在罗纯山西侧维持发展,但过程1的MCS尺度和强度更大、维持时间更长。(3)过程1的强降水主要由一尺度更大的对流性(积状云为主)MCS稳定少动造成,过程2则分别为两个相继发展的混合性(积云-层云混合)MCS经过同一地区造成。(4)两次过程中的MCS维持机制不同,过程1的主要机制为罗纯山地形强迫抬升作用下不断形成的深对流单体与原MCS_1A合并,使其长时间维持在罗纯山西侧,形成准静止后向建立型MCS回波带,同时地形对冷池出流的阻挡作用以及对暖湿气流的绕流作用也在一定程度上使得MCS_1A稳定少动。而过程2的MCS维持的主要机制为高海拔迎风坡地形反馈作用。

中纬度中尺度对流系统研究的若干进展

中尺度对流系统 (MCSs)与许多严重的气象灾害 ,特别是我国的暴雨洪涝密切相关。本文主要对中纬度中尺度对流系统研究的若干进展作了简要综述 ,其中包括 :MCSs的时空分布 ;MCCs的平均生成环境 ;MCSs的组织模型和逆尺度演变 ;发展中的MCSs与其环境的相互作用 ;MCSs的动力学和不稳定度 ;MCSs的数值模拟 ;MβCS和MγCS的观测和模拟 ;MCSs的概念模型 ;MCSs的结构和机制研究的观测计划。我们希望通过本文有助于进一步了解有关中纬度MCSs的发生、发展、结构。

影响中尺度对流系统移动的知识发现

空间数据挖掘是近年来迅速发展起来的面向应用的新技术。运用1998年夏季日本静止气象卫星(GMS)探测反演出的红外辐射亮温资料和国家卫星气象中心高分辨率有限区域分析预报系统产品中的数值格点预报资料(HLAFS)对青藏高原上的中尺度对流系统(MCS)进行了自动追踪。在此基础上,运用空间关联规则研究了移出高原的MCS与其环境场之间的关系,结果表明,在400 hPa这一层次,等压面高度、相对湿度、涡度、散度、垂直速度这5个物理量是影响其移出高原的主要因子;而在500 hPa层次,移出高原的MCS与等压面高度、相对湿度、温度、垂直速度和K指数关系密切。

青藏高原与东亚地区暖季MCSs统计特征的对比分析

利用1996-2010年逐时红外云顶亮温(TBB)数据,对青藏高原(下称高原)和东亚地区暖季(3-9月)中尺度对流系统(MCSs)进行了普查,获得MCSs各项特征数据集;结合CMORPH降水资料对MCSs降水特征进行了分析,在此基础上又对高原和东亚地区的MCSs特征进行了对比分析。结果表明:(1)高原是东亚地区MCSs高频发生区域,高原MCSs的平均发生频次远高于东亚25°N以北地区,是东亚25°N以北地区唯一的MCSs活动高频区。高原腹地是高原地区MCSs发生的高频区,在31°N,88°E附近MCSs的发生频次最高。(2)高原地区MCSs分布有明显的月际变化,春季主要出现在高原北部,夏季主要出现在高原中东部和南部。高原地区MCSs的月际变化特征与东亚地区基本一致,东亚夏季风是其月际变化的重要影响因子。(3)高原地区MCSs存在明显的单峰型日变化特征,但春、夏季日变化特征略有不同,高原MCSs的日变化较东亚地区更为显著。(4)高原地区MCSs的降水频次为5.6%,降水贡献率为10.1%,最大降水频次为12%,最大降水贡献率为27%;与东亚地区相比,高原的MCSs降水偏小。(5)高原地区的MCSs大多为向东移动且移速缓慢以及短生命史的MβCS,平均生命史为4.6h,平均面积约为11.2×10-4km2,平均移速为31.5km.h-1,东移的MCSs占59.4%;与整个东亚地区的MCSs相比,高原的MCSs面积和尺度都较小,生命史略短且移速慢,云顶平均TBB和平均最低TBB均偏高。

基于贝叶斯方法的中尺度对流系统移动方向研究

在朴素贝叶斯分类的基础上建立了一种增强型分类器系统，并在对1997～2002年夏季青藏高原上MCS（Mesoscale Convective System）进行自动追踪的基础上，对MCS的移动方向与其周边环境物理量场的分布特征进行了分类研究．进而，将分类结果与决策树、人工神经网络分类方法进行了比较．研究表明，与其他分类方法相比，使用增强型的贝叶斯分类器预测MCS的移动路径具有较好的效果，这为揭示高原上MCS的移动规律、提高长江中下游地区灾害天气预报的准确率提供了一种有效的方法．

MCSs移出青藏高原规律的可视化表达与知识发现

为了客观揭示青藏高原上中尺度对流系统 (MesoscaleConvectiveSystems,MCSs)的演变规律 ,尤其是它向东移出高原的条件 ,采用卫星红外影像运动目标计算机自动识别与跟踪技术 ,提取了高原上夏季MCSs的大小、强度、生命史、形状及分布等空间特征 ,并将MCSs的空间特征与青藏高原HLAFS资料相关联 ,建立了MCSs时空数据库。运用面向时空数据挖掘的相关分析法、关联规则及决策树法 ,求解MCSs东移传播出高原与其周边环境物理场之间的关系 ,进而建立了 4 0 0hPa和 5 0 0hPa两个层次上影响MCSs移出高原的环境物理场的可视化概略模型图。从模型图中发现 :在 4 0 0hPa上 ,移出高原且方向向东的MCSs主要决定于等压面高度、散度和涡度场 ,等压面高度变化呈南北向 ;而在 5 0 0hPa上 ,等压面高度和K指数场是影响MCSs移出高原的主要因素 ,K指数变化呈西东走势。

中国东北冷涡背景下连续发生的中尺度对流系统的组织演变特征个例分析

使用雷达、地面加密观测、探空数据和ERA5再分析数据研究2009年7月22日0400—2400 UTC的21小时内东北冷涡后部在京津地区连续发生的4次中尺度对流系统的组织形态演变和中尺度环境特征。研究结果表明,在东北冷涡后部稳定的西北气流背景下,由于东北冷涡后部对流层中层西北气流中的浅槽、其在对流层低层发展的低槽和低涡以及对流层低层高压脊西北部的西南暖湿气流与冷池之间复杂的相互作用,导致4次过程中强对流的组织形态各异。第一次过程受冷涡西侧一个浅槽锋生影响,在河北北部形成西南‒东北走向弱对流线,对流线位于北京北部的对流发展较强,移动迅速,发展为超级单体和弓形回波,其冷池出流和西南暖湿气流辐合形成西北‒东南走向的后部增生型组织形态,横贯京津地区。第二次过程是第一次过程位于北京南部的冷池出流触发,形成超级单体,之后受第一次过程冷池向西出流的影响,产生西南‒东北走向的后部增生型对流线。第三次过程发生在第一个浅槽造成对流层低层低涡发展的环境下,低涡西侧的偏北风与低层高压脊北部的偏南风在冷池上面辐合,造成多条平行的西北‒东南走向的后部增生型对流线,产生列车效应,造成天津的强降水。第四次过程由冷涡西南部的又一个浅槽锋生和冷涡在天津北部调整出的切变线共同触发,两个初始的西南‒东北走向对流线合并形成一条西南‒东北走向的线状对流,最后南侧的对流发展为弓形回波。4次过程中出现的弓型回波部分还具有弓箭回波结构特征。

卫星遥感揭示的青藏高原上MCS活动特征及东移传播

利用 1998年 6— 8月日本GMS红外辐射亮温 (Tbb)资料 ,对高原上中尺度对流系统 (MCS)的活动进行了自动追踪 ,得到了高原上夏季MCS的大小、强度、活动区域及生命史、形状特征。在此基础上 ,利用国家气象中心高分辨率有限区域分析预报系统 (HLAFS)的数值分析格点值 ,研究了MCS的东移传播与其周围环境场物理量之间的关系 ,建立了 4 0 0hPa和 5 0 0hPa两个层次上有利于MCS移出高原的物理量场概略模型图。

初夏青藏高原东侧一次特大暴雨的综合分析

分析了2002年初夏发生在高原东侧的一次特大暴雨, 认为这次暴雨的成因是新疆低槽与高原槽合并东移并引导较强冷空气在高原东侧与四川至陕西的西南暖湿气流交汇而形成的。高空西风急流增强、我国东部高压的阻挡及低层偏南暖湿气流的加强、北伸为发生暴雨提供了有利条件。冷锋前暖区内中β尺度对流系统(MβCSs)的活跃直接导致了特大暴雨的发生。低层中尺度辐合系统与中β尺度对流云团的活动、大暴雨出现的时间和落区等密切相关。中尺度对流系统(MCSs)散度垂直分布的特殊结构, 即从对流层低层到高层存在的辐合—辐散“双重结构”对大暴雨时强烈上升运动和深对流形成有着重要作用。

夏季青藏高原上影响MCS东移的动力场特征研究

运用空间数据挖掘中的聚类方法(K-均值法和CLARANS法),对影响夏季青藏高原上中尺度对流系统(MCS)东移的动力场空间分布特征进行了研究,得到了有利于MCS移动和传播的动力学条件。研究成果不仅为预测高原上MCS的移动趋势,揭示其发生、发展的机理提供了一种新的方法和思路,且对于提高长江流域暴雨和强对流天气预报的准确性具有重要的实际应用价值。