四川盆地典型“西南型”盆地涡特征研究

盆地涡是西南涡的一种类型,是指在700 hPa等压面上生成于四川盆地,连续有两次闭合等高线的低压或3个站风向为气旋性环流的低涡。它是造成四川盆地降水的主要系统,而“西南型”盆地涡是盆地涡中发生频率最高、强度较强的一类。本文利用ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料、GPM卫星降水资料以及《西南低涡年鉴》等,探讨了2020年6月26-28日发生于四川盆地的一次典型“西南型”盆地涡的特征和发生发展机制。结果表明:此次盆地涡生成于四川盆地西南部,随后向东北方向移动,到达四川东北部后转向东行,进入重庆后消亡,生命史共计48 h。该盆地涡的形成发展与其位于200 hPa南亚高压东北侧及高空急流入口区右侧的辐散区,以及500 hPa短波槽前正涡度平流造成低层减压密切相关。700 hPa上四川盆地西南部位于低空急流的左前方,有利于辐合上升运动的发展和低涡形成。700 hPa盆地涡东北方向的锋生大值区、低空急流的加强北上以及500 hPa高空槽前西南气流的引导作用,是低涡向东北方向移动的主要因素。随着200 hPa南亚高压中心东移到江淮上空以及高空急流减弱,500 hPa短波槽随之东移,盆地涡位于槽后的负涡度平流区,垂直方向转为下沉运动,地面加压,低涡逐渐减弱消亡。对涡度收支方程各项分析发现,低空辐合是盆地涡强度增加的主要贡献项,由低空辐合导致盆地涡正涡度的增加几乎贯穿了低涡整个生成发展阶段。此外高空正位涡大值区的存在、盆地涡降水的凝结潜热释放等,也对本次盆地涡的发展和移动起到了重要作用。

川渝盆地东部一次典型区域性暴雨特征及其西南涡发展机制

利用多源观测、FY4卫星资料和ERA5再分析资料,对2022年6月26—27日川渝盆地东部一次西南涡暴雨天气过程的环流形势、中尺度对流系统发生发展以及卫星云图的演变特征进行诊断分析,并应用涡度方程探究造成此次暴雨过程的西南涡发展维持机制。结果表明:(1)此次西南涡暴雨天气过程是在多尺度天气系统有利配合下,冷锋裹挟近地面冷空气与低层偏南暖湿气流对峙交锋所导致的;(2)大尺度环流系统为西南涡的发展加深提供了动力条件,对流云团及强降水落区主要分布在低涡东侧及低层切变线附近的强动力抬升区,夜间西南气流的暖湿输送促使降水范围逐渐扩大且持续;(3)西南涡的发展维持主要受涡度平流项和水平散度项影响,其中地转分量使局地涡度不断减小,而非地转风分量则使局地涡度不断增加。

一次西南涡影响下四川盆地夏季暴雨过程昼夜降水的对比分析

本文利用四川省国家气象站观测数据、地面加密观测数据和国家气象信息中心格点降水资料,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析资料、美国国家环境预报中心(NCEP)的FNL再分析资料,对四川盆地2020年8月15—16日一次西南涡影响下暴雨的昼夜特征进行对比分析,研究西南涡控制下昼夜降水特征的异同。结果表明:(1)西南涡在整个过程中表现为夜间增强而日间减弱,夜间暴雨和日间暴雨在西南涡影响下存在明显差异。夜间暴雨和日间暴雨6 h累计降水量分别为174.7 mm、104.6 mm,且夜间的降水强度和区域明显大于日间。(2)西南涡影响下昼夜暴雨的垂直上升运动场也存在明显差异,夜间暴雨的上升运动强烈,上升气流最高可达150 hPa(对流层顶)且范围明显大于日间降水。(3)西南涡影响下夜间降水和日间降水均有明显的高湿区且范围随时间变化不断扩大。夜间时段比湿强度、气柱可降水量均明显强于日间时段,且存在较强的水汽通量辐合。夜间水汽输送偏强是导致其降水量显著高于日间的主要因素之一。

2020年“6·26”冕宁致灾暴雨成因观测分析

利用多源观测数据,结合ERA5再分析资料,从环流背景、水汽条件、局地探空特征、对流系统演变以及地形影响等方面,分析了“6.26”冕宁暴雨的可能成因。结果表明:(1)暴雨期间,500 hPa环流形势相对稳定,伴随中纬度槽东移和副热带高压西进,二者间西南气流显著增强,影响四川地区;盆地低涡北部非地转风风向随时间顺时针变化,使夜间向低涡中心辐合的气流增强,促进低涡发生、发展;盆地低涡西部的偏北气流和攀西高原的西南气流同时增强,使局地环流发生变化,改变降水区低层动力和水汽条件,决定降水起止。(2)冕宁暴雨过程分为两个阶段:前期,受地形和冷池出流抬升影响,以及叠加其上的中层辐合的接力抬升作用,西南暖湿气流冲破对流抑制,在灵山寺西南侧山前形成强对流单体,强对流单体随引导气流向东北移动到灵山寺站,带来强降水;后期,受山前地形阻挡和山后源自盆地的冷空气的共同作用下,西南暖湿气流辐合上升运动的强度和伸展高度同时增加,灵山寺站附近不断有质心(回波强度超过50 dBZ)高度较低的强回波单体生消,降水强度显著增强。

四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

2021年8月7—8日,四川盆地中东部出现大暴雨、局地特大暴雨,是重庆2021年度社会影响最大的一次暴雨过程。采用多源观测及ERA5再分析资料,对此次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:大暴雨发生在低槽移入四川盆地诱发暖性西南低涡背景下,具有显著的阶段性、跳跃性和极端性特征。大暴雨先后形成于西南低涡中心东南部、西南低涡东侧和西南低涡南侧暖湿的边界层辐合线附近。各阶段大暴雨均由移动缓慢、维持时间达3~6 h的β中尺度对流系统影响形成,暖湿不稳定和弱垂直风切变为β中尺度对流系统的形成提供了有利的环境条件。涡度分析表明,西南低涡的发展主要源于低空辐合及垂直涡度输送效应,但暴雨区的正涡度发展与西南低涡并不完全相同,水平涡度倾侧效应较为显著。第一阶段暴雨区正涡度主要源于对流层中低层西南低涡中心附近显著的低空辐合、涡度垂直输送及水平涡度倾侧效应;第二阶段和第三阶段暴雨区正涡度主要源于边界层辐合及边界层以上的水平涡度倾侧效应,边界层辐合触发暖湿大气中的中尺度对流活动促进了第二阶段和第三阶段大暴雨的形成。

两类不稳定条件下的西南涡发展及其暴雨触发机制

利用地面自动站观测数据、欧洲中心ERA5再分析数据和FY-2G卫星相当黑体温度数据,对四川盆地的两次不同不稳定条件下西南涡发展以及暴雨触发机制进行湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)诊断分析。结果表明:两次暴雨过程均与长生命史的中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)维持有密切关系。过程一是典型“东高西低”环流形势,有冷空气影响,MCS属于锋面云团,对流系统在冷暖空气交汇区维持加强;干冷空气沿等熵面向下入侵,?θse/?p<0,MPV<0,大气满足条件性对称不稳定,产生倾斜对流,是降水强度增大的重要原因;MPV1正异常值的出现和MPV2负异常值的增长共同反映出条件性对称不稳定增强,|MPV1|<|MPV2|说明MPV2在条件性对称不稳定层结下对西南涡和暴雨发展和维持的贡献较大。过程二是副高控制的暖区暴雨,斜压性弱,MCS为暖性云团,对流系统在中低层增暖增湿的环境下发展;?θse/?p>0,MPV<0,大气被对流不稳定机制主导,斜压性弱,MPV1“下正上负”的偶极子垂直结构有利于涡度增加,深厚的垂直上升运动与低空急流共同造成水平风垂直切变增强是西南涡和暴雨发展的重要原因。两次暴雨过程中MPV2负值增加与低涡发展和降水强度增大均有良好对应关系,MPV1对降水的指示性较差,但较好地反映了大气不稳定性。

一次高原涡东移引发江淮强降水的动热力机制分析

利用ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,TRMM卫星降水资料和FY-2E卫星黑体亮温(TBB)资料等,探讨了2017年7月7-9日的一次移出高原涡形成发展的环流背景和移动特征,以及引发江淮流域强降水的动热力机制,并应用HYSPLIT4模式追踪江淮流域强降水的水汽源地。结果表明:此次高原涡生成于高原中部,先向东南方移动,到达四川中部后转为东北向移动,生命史为39 h。200 hPa南亚高压和高空急流强度较强,低涡位于高空急流入口区右侧的辐散区,促使低涡形成和发展。500 hPa低涡前部的负变高中心以及西太平洋副热带高压边缘的西南气流引导低涡的东移和转向。低涡移出高原后处于高空槽前正涡度平流造成的减压区,加之大地形背风坡有利于气旋性涡度增强,低涡得以发展。低涡下高原后沿江淮切变线移动,槽后的冷空气与携带孟加拉湾和南海水汽的偏南气流汇合,在锋生作用下低涡发展为江淮气旋,降雨量迅速增强达到大暴雨标准。高低空急流的耦合和低层对流不稳定的发展加强了动力抬升作用,有利于江淮强降水的形成。强降水的水汽源地主要为南海和孟加拉湾,降水最强时段对应辐合上升运动最强,对流云发展旺盛使降水得以维持。

四川盆地低涡的月际变化及其日降水分布统计特征

利用ERA-interim再分析资料和全国824个气象基准站的日降水资料,统计分析了1983年1月1日-2012年12月31日发生在四川盆地的低涡天气过程及其降水特征,结果表明：盆地涡初生位置主要位于盆地的西南部和东北部,盆地涡夏季出现最多,冬季出现最少,其中初生位置位于盆地西南部的低涡7月出现最多,12月和1月出现最少;位于东北部的低涡6月出现最多,1月出现最少;盆地涡具有明显的日变化,西南型盆地涡3-10月夜晚发生概率均大于白天,其他月份低涡夜发性不明显,而东北型盆地涡只在5-9月期间夜晚发生概率大于白天,其他月份低涡夜发性不明显;盆地涡生命史与对流程度具有相关性,对流发展有利于盆地涡长时间维持,然而,夏季西南型盆地涡即使对流没向上发展也能长时间维持;盆地涡夏季移出最多,尤其以7、8月最明显,冬季移出最少,7月前以偏东路径为主,7月后以东北路径为主;盆地涡频数的月际变化与川西高原西南涡源地的风场扰动移出有密切联系,九龙地区夏季风场扰动移出活跃,冬季移出不活跃。小金地区春季风场扰动移出活跃,冬季移出不活跃。九龙地区风场扰动移出对盆地涡频数的月际变化贡献明显,小金地区风场扰动移出对盆地涡频数的月际变化贡献不明显;夏半年（5-10月）西南型盆地涡和东北型盆地涡引起的日降水区域分布的月际变化特征不同,前者的日降水最大值中心随月份先由盆地东北部向西南部移动,之后再由盆地西南部向东北部折回,后者的日降水最大值中心会一直稳定维持在盆地的东北部达州地区。东北型盆地涡虽然出现频次低,但各月的日降水强度要远大于西南型盆地涡。

一次高原低涡东移引发四川盆地暴雨的机制分析

利用T213L19资料以及地面和高空观测资料,对2008年7月20～25日一次高原低涡东移引发四川盆地暴雨的机制进行了分析,结果表明:降水的发生、发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡高低层正负区叠加的配置是低涡暴雨发展的有利形势,MPV1负值中心和MPV2正值中心及其包围的密集区是暴雨产生的警戒区。中低层z-螺旋度水平分布对降水落区和强降水中心的分布有较好的指示性,z-螺旋度垂直分布能反映暴雨发生时大气的动力特征,雨区上空高层负涡度、辐散与低层正涡度、辐合相配合,是触发暴雨的动力机制;相对螺旋度与降水落区及降水中心亦配合较好,并与未来6h的降水落区和强度分布存在较好的正相关,这对降水落区及强度分布的预报有一定参考价值,强降水中心通常出现在相对螺旋度梯度的高值一侧。

夏季长生命史盆地涡活动对川渝季节降水的影响

利用ERA-interim再分析资料和全国824个国家气象站的日降水资料,分析了1983—2012年夏季发生在四川盆地且生命史大于等于24 h(定义为长生命史)的低涡年际变化特征和成因,以及它对川渝地区季节降水的影响,研究结果表明:夏季长生命史的盆地涡的涡源主要位于盆地西南部附近和东北部附近,根据涡源位置的差异可将盆地低涡分为西南型和东北型。由于夏季长生命史西南型盆地涡出现频数远大于东北型盆地涡,因此长生命史西南型盆地涡对季节累积降水贡献较大,但是进一步分析发现长生命史东北型盆地涡产生的日降水强度较强,降水范围较广。长生命史西南型盆地涡由于较少移动,其主要影响区位于初生源地附近的局地地区,而长生命史东北型盆地涡由于移动性较强,其主要影响区位于副热带高压外围的较大范围地区。从季节尺度来说,影响两类低涡频数变化的关键大气环流因子有显著差异,当中纬度长波槽偏强,副热带高压西伸明显加强,以及高原南支绕流偏强时,有利于更多长生命史西南型盆地涡的生成;而当南亚高压强度偏弱,高纬度西伯利亚高压脊稳定维持,以及西伸的副热带高压边缘正好位于云贵高原东部地区附近时,有利于更多长生命史东北型盆地涡的生成。

川贵渝复杂地形下横槽诱发双涡贵州暴雨过程的数值模拟

青藏高原大地形作用下,西南复杂地形区暴雨天气预报是一个十分重要和困难的科学问题。应用西南区域数值预报业务模式,结合业务常规观测和非常规观测资料,分析了2014年7月15日至17日发生在四川、贵州和重庆复杂地形下的一次由横槽诱发双低涡的贵州暴雨过程,得到:西南区域模式对这次暴雨过程的数值模拟结果与再分析资料有较好的对应关系,尤其是重现了降雨的落区、强度以及盆地涡与贵州涡的发生、发展过程。在暴雨过程中,两低涡垂直发展深厚,上升运动均伸展至对流层顶。涡度收支方面,盆地涡的发展主要源于涡度方程的散度项,而贵州涡的发展除了受散度项的显著影响外,平流项也起着重要作用。由于川渝盆地—云贵高原交界处地形、云贵高原横断山脉延伸区局地地形的作用,区域大气气旋式旋转的加强发展诱发了盆地涡和贵州涡。热力结构上,盆地涡的发生、发展在冷、暖气流交汇辐合区域内,而贵州涡则生成在暖区中,其降雨及加强更多地受到动力过程的影响。川渝盆地—云贵高原特殊的北低南高地形使高纬度干冷气流与低纬度暖湿气流交汇,形成强的上升运动,引发了盆地涡发展及其暴雨天气。云贵高原贵州特殊的西高东低地形导致来自低层的暖湿气流只能沿横断山脉边缘绕流,进入贵州西部的偏南气流与来自盆地涡西侧的偏东北气流汇合作用形成贵州涡,引发贵州暴雨天气。因此,局地地形与环流的相互作用是贵州涡生成及其引发暴雨过程的重要原因。

2012-2017年不同涡源西南低涡多发的影响因素分析

利用NCEP/FNL 1°×1°再分析资料、地面观测资料、高空探测资料和西南低涡年鉴,通过分析2012—2017年不同涡源西南低涡的活动情况,对九龙涡、盆地涡、小金涡生成时间最多月份的各低涡生成前与生成时的风场、其它物理特性合成场进行合成分析与对比分析,得出了环境风场、冷暖空气与锋生作用对九龙涡、盆地涡与小金涡生成的影响。结果表明:(1)3—6月是西南涡生成与移出涡源的多发时段,西南涡中以九龙涡为主,盆地涡次之,小金涡易移出涡源。(2)九龙涡、小金涡的生成与偏南气流流入各自涡区的开口地形有关,但小金涡流入的气流比九龙涡强,盆地涡生成与切变线有关。(3)九龙涡、小金涡的生成还受高原背风坡地面加热与西南气流影响,与暖平流区内有正的非热成风涡度有关,但九龙涡所处的暖平流区范围比小金涡的大,强度远不如小金涡,盆地涡的生成与涡区内有斜压性增强有关。(4)九龙涡、小金涡、盆地涡的生成与各自涡区内锋生强度增强有关,但各自影响锋生作用的因素不同,小金涡的生成主要受非绝热变化过程影响的锋生作用,九龙涡的生成受非绝热变化过程影响为主,以及水平、垂直运动共同影响的锋生作用,盆地涡的生成受垂直运动影响为主,以及非绝热变化过程共同影响的锋生作用。

涡管排沙式沉沙池的工程应用——以新疆金沟河渠首电站为例

简述涡管排沙式沉沙池的设计思路 ,结合新疆金沟河渠首电站 ,介绍涡管排沙式沉沙池的原型观测结果 ,并对沉沙池的运用效果进行了分析 .工程实践表明 ,涡管排沙式沉沙池构造简单 ,运行可靠 ,造价低廉 ,有较好的沉沙及排沙作用 。

用革新技术改善水处理厂运行性能

由于６０％以上的城市饮用水源受到不同程度的污染，采用常规处理工艺的水厂在处理受污染原水时，效果不显著，效率低，尤其对于重度污染的原水只有采用深度处理工艺，如臭氧化、生物活性炭和膜分离等技术才能有效地处理、然而，多年的研究、探索和工程实践证明，在处理轻度污染原水时，由传统工艺的改善和革新形成的革新技术，比传统处理工艺更为高效，比深度处理技术投资更经济和合理．在对微涡旋絮凝池以及小间距斜板强化沉淀池同传统处理工艺作了比较后发现，传统絮凝池和沉淀池的水力负荷为 ７ｍ~３（ｍ~２·ｈ），絮凝和沉淀时间分别为 ２０～２５ｍｉｎ和 ６０～８０ｍｉｎ，出水浊度为 ７～１５ＮＴＵ，色度为 １５～２５ＰｔＣＵ；而革新絮凝池和沉淀池，在水力负荷为 １２～１３ｍ~３／（ｍ~２·ｈ）时，絮凝和沉淀时间分别为１２～１５ｍｉｎ和４０～５０ｍｉｎ，出水水质优于传统工艺，浊度为１～４ＮＴＵ，色度为３～８ＰｔＣＵ．

旋流排螺模型初步试验研究

一些传统的水利血防措施(沉螺池、中层取水等)受多种条件的制约,工程效益难以充分发挥,研究新的水利血防措施势在必行。本研究借鉴旋流排沙的原理,研制了旋流排螺模型,并通过模型试验研究装置内的水流特性及排螺效果。结果表明:流量增大,流速以及紊动强度也随之增大;切向流速的径向分布中,靠近边壁的流速较大;在测流垂线上,切向流速分布中则以表层流速为最大;隔板对水流挤压使得在隔板边缘出现较大的轴向流速;模型内缘的径向流速比外缘径向流速更大。轴向紊动强度的分布为中上层大、底层小。在试验流量下,投入一定数量的钉螺,观测到模型排螺率达100%,表明旋流排螺技术是一种行之有效的排螺工程措施。

悬板开孔对排沙漏斗流场特性的影响

排沙漏斗的水沙分离性能取决于其流场特性,为了弄清楚悬板开孔对流场特性的影响,利用粒子图像测速技术和数值模拟方法,分别对悬板溢流段和非溢流段同时均匀布孔、仅在非溢流段布孔和无孔时的排沙漏斗流场特性开展研究。结果表明:(1)布孔位置不影响涡流性质但影响其强度,均匀布孔时涡流强度最小,不利于水沙离心分离;(2)无孔和仅在非溢流段布孔时的流场特性有利于泥沙径向输移、沉降和排出,均匀布孔径向速度和二次流流速减小不利于泥沙输移和排出;(3)仅在悬板非溢流段布孔时悬板表面速度大于其他方案,泥沙不易淤积于悬板。为减少悬板上的泥沙淤积量且同时要保证较高的泥沙截除率时可采用仅在悬板非溢流段布孔的方案优化悬板体型。

梅雨期经大别山两侧暴雨中尺度低涡对比分析

通过统计分析2007-2011年梅雨期间江淮流域暴雨日数和低涡过程,结果表明低涡暴雨占41%,且绝大多数为浅薄低涡(700 hPa以下),此类低涡易受大别山地形影响。在地形和高空引导气流的共同作用下,经大别山南侧沿长江流域及经山脉北侧沿淮河流域的浅薄低涡遇大别山绕行、爬坡同时存在,并且北部低涡增强大于南侧,进而影响到低涡暴雨形成沿淮河流域和长江流域的两条雨带。环境高低空急流的风切变配置状态不仅有利于浅薄低涡的气旋式增强,并且指示低涡东移路径与低涡位置。而势力较弱的低空急流受大别山南部地形的影响,也表现出有绕行和减弱的阶段,进而可影响到山北淮河流域低涡的强度增幅和伴随的暴雨强度比山南长江流域低涡强一些。绕行山脉南北两侧的低涡暴雨带的湿位涡特征表明,垂直剖面上湿位涡正斜压分量垂向梯度带的配置,且其强度与对应的降水强度成正比,沿淮河的北路低涡湿位涡因环境风场垂直切变大,其强度更强。数值试验结果表明,大别山地形对低涡路径的南北绕行、低涡强度的山前减弱山后加强以及水汽辐合的强弱有直接影响。山脉南部迎风坡的强辐合抬升以及山脉北部弧形背风处对气流的拉伸辐合汇聚,成为大别山地形有利于水汽辐合上升,增强低涡暴雨量的两个重要部位。由于大别山南段的主体部分范围高大,所以对绕行山南部的低涡影响更为显著。

亚洲中东部地幔涡旋对流与“涡旋/网络”大陆动力学模型

根据地震的涡旋状分布图象和大型盆地的分布特征，指出中东亚地区存在着巨型的涡旋构造。该涡旋构造由主环（直径约２０００ｋｍ）及内、外分支构成，主环和内环绕四川盆地逆时针旋转，外分支环绕塔里木等大型盆地顺时针旋转。根据层析成像资料推测，上述涡旋构造是上升型地幔涡旋对岩石圈板块底界驱动作用的结果。综合地幔涡旋和岩石圈下层塑性流动网络的见解，提出了“涡旋／网络”大陆动力学模型。该模型认为来自地幔涡旋的板块底界驱动力和由岩石圈塑性流动网络传递的板块边缘驱动力，作为两种基本的驱动力源，控制着中东亚大陆的构造变形及地震活动。

Ⅱ型和H型立柱对排沙漏斗水沙分离性能的影响

为获取不同立柱体型对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对不加设立柱、加设Ⅱ型和H型立柱支撑系统的排沙漏斗水沙分离性能进行研究。试验结果表明:无立柱时空气涡贯穿排沙底孔,涡径最大,清水区面积最大,漏斗室内的螺旋流强度最大;加设Ⅱ型立柱后空气涡产生偏移,涡径减小,清水区面积减小,漏斗室内的螺旋流强度减小;H型立柱下空气涡偏移距离最大,涡径最小,清水区面积最小,漏斗室内的螺旋流强度最小。相较于加设H型立柱,Ⅱ型立柱支撑系统下排沙漏斗的总截除率、泥沙排出率、漏斗室内淤积量、排沙耗水率与悬板下方不加设立柱时相近,为保证悬板安全及较高的截除率,可采用Ⅱ型立柱作为支撑体型。

江苏盆岭构造探讨

盆岭构造研究始于20世纪70年代。21世纪以来,将"盆岭构造"研究纳入了"板块构造"的范畴。根据盆岭构造形成机制,认为苏鲁造山带、宁镇剪切拉分带及苏锡旋圈构造群是江苏3个典型的盆岭构造。此外,在徐州、苏北盆地、宁芜、茅山、宜溧、昆山等地"盆岭"相伴出现,如徐州地区反射弧两侧潘塘盆地和宋楼—马坡盆地、苏北盆地的建湖隆起与高邮坳陷、茅山地区的茅山山脉与直溪桥凹陷、宜溧山区与火山岩盆地等,都是伸展构造发育的盆岭构造带。这些地区以伸展构造为主体,推覆构造十分发育。