青藏高原春季区域性极端大风频次下降成因

极端大风是一种重要的气象灾害,同时亦是一种重要的气候资源。作为“世界屋脊”的青藏高原(Qinghai-XizangPlateau,QXP)区域是全球和区域气候变化的敏感区,其极端大风事件及其气候变化背景下变化特征与机理尚未完全清楚,尤其在川藏铁路建设背景下,加深高原区域极端大风事件的科学认知可为铁路建设和运营提供科学支撑和参考。为探讨高原区域性极端大风长期变化特征及其可能原因,利用地面观测最大风速日值数据,定义了青藏高原区域性极端大风事件,在此基础上,采用趋势分析、EOF分析、合成分析等多元统计方法分析了1982-2021年高原中东部区域性极端大风事件的时空分布和变化特征、发生的环流条件及其频次减少的可能原因。分析结果表明:(1)自20世纪80年代以来,青藏高原中东部区域性极端大风事件呈显著下降趋势,以95和99百分位定义的区域性极端大风日数每10年分别下降44天和11.6天,且变化主要表现为空间一致型,主要集中在高原东北部。(2)区域性极端大风发生期间,中高纬位势高度呈“西高东低”,低纬地区呈“西低东高”的分布形势,主要特征表现为蒙古-西伯利亚高压正异常,蒙古地区气旋式环流异常,高原东北部西风异常以及蒙古地区地表温度负异常。(3)全球变化背景下,春季西伯利亚高压强度减弱、上一个冬季东亚大槽强度加强致使高原南北两侧气压梯度减小、西风急流减弱导致动量下传减弱并且伴随着气旋性环流异常减弱,以及亚洲地表温度非均匀性上升使得南北温度梯度变小。这些大尺度环流和局地热力因子的协同影响可能是高原中东部区域性极端大风事件发生频次减少的重要原因。

冬半年青藏高原绕流与中国降水和气温的关系

冬半年中纬度西风带在青藏高原地区产生南北两支绕流,即动力性的南支槽和北支脊,这样的绕流对其周边及下游天气气候有重要影响。本文先分别用600 hPa动力性的南支槽和北支脊各自所在的关键区域的平均涡度与多年平均涡度的差异,表示南支槽和北支脊的强度,然后直观地将南支槽和北支脊强度之差定义为高原绕流强度指数,利用相关分析和合成分析等方法,讨论高原绕流在冬半年平均(10月至次年4月)、秋季、冬季和春季的演变与中国降水和气温的关系。结果表明:高原绕流在冬半年10月至次年4月期间定常的存在,年际变化明显,冬季最强。全球变暖背景下,各时间段绕流强度的变化与中国西北、西南和华南部分地区的降水和气温的关系明显,特别是在冬季。降水关联性最好的是中国西南地区和华南地区,与西北、西南和东北地区的气温变化关系明显。探讨各时间段各层的大尺度大气环流和水汽通量散度、垂直速度等物理量的异常场,亚洲大部分地区自下而上的正压性特征显著,可以很好地解释各时间段高原绕流的异常与中国降水和气温关系。绕流的异常也可能是引发中国冬半年期间高影响天气的原因之一。

2022年3月30-31日青海省果洛南部大雪天气诊断

2022年3月30-31日,受高原槽东移南压影响,青海青南牧区出现了一次降雪天气过程,班玛、久治2站为大雪,班玛县知钦乡站为暴雪。文章利用高空、地面、各物理量场以及数值模式资料,对此次强降雪天气过程进行了诊断分析。结果表明,此次过程的高空影响系统有西太平洋副热带高压和西风脊,阻挡西风槽东移,西风槽引导冷空气南下,南支槽前西南气流将孟加拉湾的水汽向北输送,切变提供动力条件,暖式切变进行水汽的接力,降水区在高空急流入口右侧,加强上升运动;地面影响系统中地面冷高压是冷空气的来源,冷锋引导地面冷空气南下,提供动力条件,中尺度地面辐合线与地形配合,触发不稳定能量;高低空散度场配置为低层辐合、高层辐散,有利于强降雪的产生。充沛的水汽条件是造成此次强降雪天气过程的必要条件;有不稳定层结条件存在,为此次强降雪天气提供了有力的不稳定条件。分析总结结果可为今后类似大雪天气过程预测预报提供参考依据。

复杂地形条件下的降水相态预报指标研究

利用2003-2013年地面观测资料、探空资料及NCEP 1°×1°再分析资料,分析了近10 a甘肃省雨雪转换的时空分布特征,获得了复杂地形条件下相态转换的温度预报组合指标,结果表明:(1)雨雪相态转化主要发生在过渡季节的春季和秋季,占总次数的83.5%,空间上有三个高发区。(2)相态的转换发生在高原槽东移产生降水的环流形势下,通常500 h Pa冷平流清晰并沿西北、西方、北方等3条路径影响甘肃。当沿西北路径移动时,高原槽主体深厚,冷平流强度最强,河东大部发生雨雪转换,当沿西方路径移动时,高原槽浅且位置偏南,北方冷空气较弱,仅高原边坡、陇中及陇东中南部出现转换。(3)T_(地面)>3.0℃、T_(地面)<-1.0℃、-1.0℃<T_(地面)<3.0℃是雨、雪、雨夹雪相态转换的前提条件,在此前提下获得了三类站点相态转换的不同层次温度组合指标,经检验,该指标预报效果较好。

高原南侧地形槽与孟湾槽的形成演变特征及其与南海夏季风建立的关系

用1981-2000年NECP／NCAR再分析数据集资料，分析了全年各月大气环流特征，发现青藏高原（下称高原）南侧低空基本上存在一个常年正涡度带，这是高原近地面西风与其外围自由大气西风之间的气旋性切变的表现。特别是在90°E附近有一明显的地形槽，我们选取80°～90°E，25°N关键区域内的涡度作为表征该地形槽的指数，分析了高原南侧地形槽与孟加拉湾（下称孟湾）槽形成和演变特征的异同，并探讨其与南海夏季风建立的关系。结果表明，高原南侧地形槽的季节性演变与高原热源联系非常密切，其显著的4月突变和6月突变与高原热源发生跳跃性变化相联系。冬季高原冷却作用形成低空反气旋环流，叠加在原本增强的大尺度西风绕流上，促使高原地形槽减弱；由春入夏，高原加热作用形成低空气旋性环流，增大西风绕流作用，促使高原地形槽加深。高原地形槽加强南伸和斯里兰卡低涡持续北移直至二者相互打通是亚洲低纬度副热带高压带在孟湾上空最先断裂和孟湾槽形成的一种触发机制，此后槽前西南气流加强，副热带高压东撤，南海夏季风进一步东扩，最后导致南海夏季风建立。

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。

中国东部“冷槽”和“热脊”形成机制分析

中国东部 (青藏高原以东 )冬季形成低温的“冷槽” ,而夏季形成高温的“热脊” .冷槽、热脊形成的机制是不同时空尺度的环流和青藏高原的动力和热力作用 .冷槽。

一次高原北侧槽个例的Q矢量分析

本文通过对1982年7月24—29日一次高原北侧槽活动过程的Q矢量分析,发现低压槽在高原上南伸时,一般槽前500 h Pa上有Q矢量辐合带,(?)·Q_(500)<0;对应200h Pa上有Q矢量辐散中心或辐散区,(?)·Q_(200)>0;同时槽线南端伴有强冷锋锋生中心。说明上升运动的维持、加强和冷锋锋生作用是低压槽在高原上南伸的重要机制。

南支槽对西南高原地区冬半年日降水的影响

中国大陆地区主要受季风影响,冬半年(11月至翌年4月)的降水很少,在冬季南支槽(SBT)是影响中国降水的主要系统之一。为了评估SBT对中国冬季降水的影响,对1981 2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用客观方法识别了SBT的活动,对中国区域的逐日降水数据利用SBT的降水距平百分率,评估了SBT对不同区域的影响。结果表明,冬半年南支槽对降水影响最显著的区域为青藏高原和云南地区,有南支槽活动日的降水比无南支槽活动显著增加。对中国华南地区、东北地区和新疆地区,南支槽活动日较冬半年平均降水减少;南支槽影响区域的站点前50强降水日数的南支槽位置分析表明,当南支槽影响降水主要为青藏高原区域,南支槽更多地位于80°E附近,而75°E以西和85°E以东的南支槽活动偏少;当南支槽产生强降水主要为云南区域时,南支槽主要活动区域在90°E以东;南支槽位于不同位置时,其降水影响区有较大差异:当南支槽位于80°E以西,降水影响区主要位于西藏西部;南支槽位于80°E 90°E之间,降水影响区主要位于西藏中部、青海中南部地区和云南西北部地区;南支槽位于90°E以东,降水增加地区主要位于西藏中部地区、青海东部和云南。

冬春亚洲大气环流与华北中部夏季降水的相关分析

利用1957-2002年的NCEP／NCAR 500hPa再分析资料以及同期华北地区夏季降水资料，分析了华北中部夏季降水与前期环流的关系。结果表明：夏季华北中部降水的多少与冬季东亚槽强弱、春季巴尔喀什湖到贝加尔湖的蒙古高原地区高度场呈显著相关。20世纪80年代中期以前冬季东亚槽偏强、春季蒙古高原地区高度值偏低；80年代中期之后冬季东亚槽开始转弱、春季蒙古高原地区高度值偏高。这与华北夏季降水的演变趋势相对应。说明冬季东亚槽的减弱以及春季蒙古高原地区高度值偏高是近年来华北夏季降水减少的原因之一。冬季东亚槽强对应夏季西太平洋副高在日本海地区高度呈偏强趋势，有利华北中部夏季降水偏多；春季蒙古高原地区高度值偏高有利于华北夏季出现西高东低形势，华北中部夏季降水易偏少。

南支槽与孟加拉湾风暴结合对一次高原暴雪过程的影响

利用NCEP/NcAR逐6 h 1°×1°。再分析资料与常规和非常规观测资料,对2007年11月云南德钦高原暴雪产生的原因进行了研究,探讨南支槽与孟加拉湾风暴结合对高原东南部强烈天气的影响过程。结果表明:(1)在南支槽和孟加拉湾风暴结合的天气尺度条件下,槽前偏南风低空急流受高原大地形阻挡产生的高原切变线是高原暴雪的直接影响系统;(2)由于地形和冷空气的作用,上升运动向北倾斜使高原对流层中上层首先出现上升运动,整层上升运动在高原切变线和次级环流上升支的共同作用下强烈发展。孟加拉湾风暴北上与南支槽结合、高原切变线北移和风暴低压临近使德钦上升运动出现三次增强;(3)南支槽前偏南风低空急流向北输送水汽,部分水汽被抬升到高空,部分水汽绕过高原东南角向下游输送。高空水汽经高原上空沿着高空西风急流向下游远距离输送。高、低空水汽通道不重合往往会影响高原及其下游强降水落区的预报。受高空水汽输送影响,高原东南部纵向岭谷区具有高层大气最先增湿的特征,近地层水汽通量长时间强烈辐合有利于高原暴雪的形成;(4)上游冷空气沿南支西风到达孟加拉湾,促使南支槽加深和维持有利于引导盂加拉湾风暴北上,南支槽前偏南风低空急流把暖湿空气输送上高原,同时横槽转竖冷空气从高原南下,冷暖空气在德钦交汇形成强锋区也是暴雪产生的一个有利条件。(5)高原暴雪的锋区结构具有中纬度锋面天气特征,在暴雪发生的锋区附近,满足倾斜位涡发展和条件性对称不稳定。

青藏高原臭氧总量低中心与落基山臭氧低槽的基本特征——兼论高山静力亏损的成因

采用小间隔O3值作细微天气学分析,定出高原O3低中心和落基山脉O3低槽。根据这些客观实体,明确其基本特征,研究其形成。青藏高原O3低中心常年存在,位于30°N以南,稳定少动,具有年较差小,春浅薄、秋深陷等基本特征。其形成主要靠高山的静力亏损。另一类O3低中心生于6月灭于9月,位于30°N以北,变化多动,是由位于30°N以南的主体低中心派生出来的,但其维持与发展只是部分与100 hPa上的青藏高压及其环流相联系并符合动力-热力观点。落基山脉O3低谷呈现分段低槽型,在山高、紧临大洋地段低槽明显,一年四季存在,夏季低槽分段更为清晰,是由热带、副热带低浓度O3侵袭而来。从整个南北走向来看,静力亏损是其基本成因。为了求出高山静力亏损率的概数,用分布在全球各处高于491 m的22个高山站(含491 m站)直接观测的O3资料,在求出气层O3总量后,根据最小二乘法计算,得到高山每上升1 km O3平均亏损率为4.4 DU。由于这是小尺度的现象,所以对于高山O3低谷,需要采用细微分析方法,研究O3平面场。

青藏高原地面加热场强度与ENSO循环的关系

分析了近50年青藏高原地面加热场强度距平指数、Ni^no C区海温指数、SOI和印缅槽指数的统计相关,结果表明,ENSO指数和印缅槽指数在月、季时间尺度上具有很好的持续性。青藏高原地面加热场强度距平指数和印缅槽指数与Ni^no C区海温指数存在很好的正相关,与SOI有显著的负相关。由此建立了一个通过印缅槽将ENSO循环与青藏高原地面加热场联系起来,解释西北区东部及河套干旱形成的概念模型。

四川盆地两次冬季寒潮天气过程对比分析

本文利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim全球再分析资料,常规地面、高空观测资料,及地面自动站观测资料,对2018年12月5~7日和27~29日四川盆地两次典型寒潮天气过程进行了对比分析。结果表明:两次过程均是在前期升温的基础上,500hPa欧亚中高纬度为一脊一槽,地面有强冷空气在中西伯利亚堆积,横槽转竖引导冷空气爆发南下造成的;冷空气爆发后,由于寒潮发生的环流背景、影响系统和冷平流强度、发展、路径不同,由此带来的天气现象和对四川盆地的影响也不同。两次过程中南支槽强度、移动速度和持续影响四川盆地时间存在明显不同,但当南支槽东移至85°E及以东位置时,南支槽显著加深,槽前强西南气流将暖湿水汽输送到四川盆地,并与南下的偏北冷气流交汇,导致四川盆地的降雨明显加强,降温幅度也加强。气温骤降,当盆地850hPa温度低于-5℃,1000hPa温度低于4℃,0℃层降到940hPa以下高度时,降水出现雨向雨夹雪或雪转换。

西太平洋卡罗琳洋底高原俯冲系统的构造特征与钻探建议

洋底高原的形成与演化过程是近年来海洋地质学关注的重点科学问题之一。卡罗琳洋底高原位于西太平洋雅浦海域,其构造演化独具特色,经历了热点火山作用、俯冲碰撞和裂解等多个地质事件,为洋底高原的研究提供了关键案例。目前对卡罗琳洋底高原演化过程的认识尚未完全明晰,未来研究可聚焦4个方面:(1)卡罗琳洋底高原北部正常洋壳年龄的厘定,揭示卡罗琳板块-太平洋板块边界的位置与形态;(2)结合钻井、地震地层学研究,建立地层年代框架,识别区域构造事件的发生时间与影响范围;(3)揭示索罗尔海槽岩石圈的张裂阶段及新洋壳是否形成;(4)阐明卡罗琳洋底高原俯冲前缘挠曲断裂带地壳的性质与年龄。近年来,我国十分重视卡罗琳海域的地质和地球物理调查研究,并有望开展大洋钻探计划。本文在前期工作的基础上提出了雅浦海域大洋钻探站位选取建议,希望可以解决以上关键科学问题,为全球洋底高原的形成演化研究贡献中国智慧。

低纬高原干季降水与印缅槽的联系

基于1979—2012年GMAO/GES DISC提供的1979—2012年大气环流月平均再分析资料和同期低纬高原及周边地区148个气象观测台站降水数据,运用相关分析、合成分析等统计方法对低纬高原干季降水与印缅槽的可能联系进行诊断分析。结果表明,印缅槽是影响低纬高原地区干季降水的重要因子。印缅槽槽前暖湿偏南风向低纬高原地区输送水汽,槽前的强烈上升运动使暖湿空气在上升过程中有利于发生CISK物理过程,在青藏高原偏北角干冷气流共同作用下,水汽凝结发生降水。印缅槽的发展形成了有利于大气斜压性不断在高原南北侧积累的正反馈机制以及不利于该系统斜压性向下游频散的经向环流形势,从而影响了低纬高原地区各气象要素场的配置,进而影响该地区的干季降水。

高原槽式太阳能集热器热性能动态实验研究

抛物面槽式太阳能聚光集热器是太阳能中高温热利用过程中的关键组件。基于槽式太阳能集热系统实验平台,依据运行测试条件,针对稳态测定方法的不足,对动态测试方法进行实验研究。通过实验数据分析有效集热量及热损失的变化规律,研究其热损失机理,拟合集热器总面积的有效集热量及热损失实验关联式,以表征高原槽式太阳能集热器在不同辐照度运行工况下的有效集热量及热损失。研究结果为高原槽式太阳能集热器在实际工程中应用奠定了实验基础。

南支槽的客观识别方法及其气候特征

基于槽的客观识别方法,提出南支槽强度定义,利用NCEP/NCAR再分析资料500 h Pa高度场识别了1953 2012年冬半年逐日南支槽分布,利用线性趋势、Mann-Kendall突变检测和小波分析等分析了近60年南支槽的气候及其变化特征。结果表明:南支槽年平均活动频次为46.4次,活动最频繁区位于青藏高原中部南侧(90°E 92.5°E),强度自西向东减弱;1月和5月的活动频次最高,1月和2月的强度最大;近60年南支槽活动频次有增加趋势,每年平均增加0.12次,在1960年前后发生突变,之前年平均为39.8次,之后年平均为47.5次;最显著周期为7年。对南支槽不同位置的整层水汽输送通量合成分析表明,南支槽前为水汽输送异常大值区,该水汽输送大值区随南支槽东移而东移。

2017年7月初柳州特大暴雨成因分析

利用常规气象观测资料和柳州多普勒雷达观测资料,采用天气学诊断分析方法,对2017年7月1-2日发生在柳州市的一次特强降水过程进行了分析。结果表明:高原槽、低涡切变以及地面辐合线是此次过程的主要影响系统;副热带高压的稳定维持,使高原槽长时间停滞在黔桂交界一带;地面中尺度辐合线的长久维持为强降水提供了动力抬升的条件,辐合上升运动增强激发出大量的中尺度对流云团,强回波形成列车效应,从而产生大暴雨。

贵州一次秋季暴雨过程的成因及湿位涡诊断分析

利用常规气象观测资料、区域自动站资料及NCEP 1˚ &#215;1˚再分析资料对2019年9月7~9日贵州暴雨过程进行成因及湿位涡诊断分析。结果表明:东部沿海维持的低槽对高原槽有明显的阻挡作用,使高原槽在川东至黔西北地区加深为低涡,为贵州中西部连续暴雨提供有利的动力条件;孟加拉湾强烈的水汽输送是此次暴雨产生的重要条件之一;地面弱冷空气持续入侵贵州,为地面辐合锋生提供触发条件;低层MPV1 0是贵州发生暴雨天气的有利形势,MPV1低层负值、高层正值的“垂直叠加”配置形势有利于暴雨的出现。