梅雨气候区膨胀土填芯路基设计研究

将膨胀土作为路基填料,可有效利用膨胀土路堑开挖产生的弃土。以铜陵江北港铁路专用线膨胀土路基工程为依托,提出了梅雨气候区膨胀土填芯路基的设计方法。首先,进行膨胀土的膨胀力试验;然后,研究梅雨季节膨胀土填芯路基内部体积含水量与包边黏性土种类、包边厚度、路基压实系数的关系,分析梅雨季节填芯膨胀土膨胀力发育情况;最后,确定了膨胀土填芯路基设计方案,并将膨胀力引入折线型滑动面安全系数计算公式进行稳定性验算。结果表明,铜陵江北港铁路专用线膨胀土填芯路基采用亚黏土包边,包边厚度取1 m,压实系数取0.92,不仅能减少浪费,安全系数也满足规范要求。

江淮梅雨期不同类型暴雨过程锋生特征分析

利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水量资料,根据运动学锋生原理,分析了2020年江淮梅雨期锋生特征和两类不同性质暴雨锋生的差异,揭示了不同层次锋生与降水的对应关系。研究结果表明:1)2020年梅雨期锋生特征显著,强降水与中低层锋生有较好对应关系,其中形变项占主要贡献,散度项次之,倾斜项最弱。强降水时段总锋生、散度和形变锋生作用叠加。2)江苏地区自北向南锋生特征有差异,强度逐渐减弱,锋生发展高度逐渐降低。不同类型降水锋生特征不同,对流性降水锋生范围偏大、发展层次高、锋生中心偏强,总锋生和各分解项叠加作用显著,稳定性降水锋生特征反之。3)典型过程对流降水“6.28”和稳定性降水“7.11”对比表明:锋区位置相近,锋生作用均出现在江淮切变线附近,锋区、切变线和θse密集带三者对应较好。降水落区有差异,对流性降水过程中,由于干冷空气的显著南压,使得主要降水发生在锋面南侧暖区,与多个次锋生中心相对应;稳定性降水过程中冷暖空气势力相当,降水主要集中在主锋区附近,触发机制和降水性质不同导致降水分布差异。4)两次过程垂直锋区由低到高均有向北倾斜的特征,“6.28”过程锋区南侧有显著暖湿气流输送,锋区内为强烈上升运动,低层辐合高层辐散的环流场使得锋区维持。“7.11”过程垂直上升运动高度偏低,高空没有显著辐散场,对流性较弱。对两类降水垂直锋区的合成分析表明,对流性降水的低层锋生明显强于稳定性降水,由低层锋区造成的抬升触发作用对强降水形成更加有利,同时垂直风场的合成中上升运动也更加强烈。两类降水中,中低层散度和形变锋生由低到高均为先增大后减小,强降水主要由700 hPa以下锋生增强导致,中高层大气基本为锋消作用。

地理经纬双向过渡带和复杂地形下气候的过渡性和特异性--以宜昌市为例

宜昌处在我国地形第二、第三级阶梯的过渡地带,又位于我国南北过渡带秦巴山地南麓的中低纬度过渡带,长江中上游结合部,山地河谷平原并存,地形复杂,垂直高差大。气候资料分析和文献调研表明,宜昌天气气候因特殊地理环境具有过渡性和特异性:(1)年平均气温主要随地形高度递减,年总降水量主要随纬度升高减小。(2)年暴雨日数、连阴雨天数,在中西部随纬度升高而递减,等值线近似纬向排列;东部随地形升高而递增,等值线近似经向排列。(3)山地平原过渡带地形的阻挡滞留、辐合抬升等对极端短时强降水有明显加强作用,这种作用在秦岭与黄淮过渡带、太行山与华北平原过渡带有相似的天气气候效应。(4)宜昌位于江淮梅雨的西界、华西秋雨的东界,具有天气气候“分水岭”特征。(5)宜昌是暴雨雨团、西南涡移动的主要通道之一。

亚洲副热带高空西风急流活动的气候特征及其与我国部分地区夏季降水的关系

利用1948-2008年NCEP/NCAR再分析风速资料,分析了亚洲副热带200hPa西风带急流(下称西风急流)时空变化的气候特征及其与我国江淮流域梅雨期降水和新疆夏季降水的关系。结果表明:(1)由冬入夏时,西风急流轴由30°N左右北进到45°N左右,中间有两次明显的快速北进,分别发生在4月和6～7月;由夏入冬时,急流轴再由45°N左右南撤至30°N附近。急流轴在北进过程中以90°E处出现最早,也最明显。(2)一年之中,西风急流中心主要位于西太平洋上空140°E处,只有两个月左右的时间停留在亚洲大陆上空。急流中心在6月中旬开始迅速西移,6月下旬移至江淮流域上空,7月底到达新疆天山地区上空,8～9月东退至冬季平均位置140°E左右。(3)江淮流域梅雨期的降水量与西风急流的位置有一定相关关系。若某年1月急流中心异常偏西,4～5月急流轴又异常偏南,则该年可能为丰梅年,江淮地区易出现暴雨洪涝灾害;否则相反。(4)盛夏季节新疆上空急流的强度及纬度位置与新疆降水也有一定关系。若某年4月中旬～5月下旬新疆和中亚地区西风急流轴明显偏北,该年夏季急流轴又偏南,且急流偏强,则新疆多雨;否则相反。

梅雨锋上MCS的发展、传播以及与低层“湿度锋”相关联的CISK惯性重力波

采用一个包含简单积云对流参数化的线性模式讨论在长江流域相当正压性质的梅雨锋上,贯穿整个对流层的深厚惯性重力波的发生、传播和频散性质。结果表明,与积云对流加热场有最密切关系的低层湿度条件及其水平分布不均匀性质都对扰动的波速和稳定度有重要影响,最有利出现不稳定发展的地方是在“低层湿度锋区”南界附近,因此这里是中尺度对流系统(MCS)的活跃地带。关于频散性质的分析表明,能允许群速度大于相速度的低层湿度条件及其水平分布的特征值范围比较宽。而在上述稳定度接近中性的条件下最有利于出现沿“湿度锋区”轴向的上、下游效应。这个结果也许能很好地解释:在梅雨锋上,恰恰是当一个旺盛的MCS达到顶点而开始趋向衰减时,在它的上、下游很快发展起新的MCS,新、旧MCS一起形成“云团波串”这样一个重要而有趣的观测事实。

强锋区结构的梅雨锋短时暴雨形成和维持机制

利用常规气象观测资料、FY-2E卫星TBB资料以及NCEP再分析资料对2011年6月14日江西北部短时大暴雨的形成和维持机制进行了分析,结果表明:(1)南亚高压、副热带高压、中纬度西风槽、季风、锋面气旋切变及其上的中尺度波动构成梅雨锋水平环流的多尺度结构,短时暴雨在对流层高层槽前的辐散抽吸较普通暴雨更明显。(2)此次暴雨过程具有梅雨锋结构的普遍特征,如在对流层中下层表现为强θse水平梯度形成的锋面,中低层正涡度柱、风和水汽的辐合带与梅雨锋对应,但同时又具有其特殊性,如短时暴雨锋面坡度小,锋区强度强,两侧存在明显的温度对比,锋区内水平风切变和垂直风切变显著。(3)边界层辐合、锋面和高空急流等抬升机制共同作用,促使湿对称不稳定能量释放,产生倾斜对流,区别于普通梅雨的垂直对流。(4)雨区上空强垂直上升运动、高空强辐散、低空强辐合与中尺度系统的发展互相耦合,深厚的正涡度柱沿锋区倾斜向上发展,是此次暴雨与其他短时暴雨在动力机制上的共性。但在低空此次暴雨比普通暴雨存在更明显的锋生,且动力条件较其他暴雨更强。(5)强盛低空急流的脉动和稳定维持使雨区存在有利的水汽输送机制,高低空水平距离的缩短有利于高低空急流的耦合,这与梅雨的普遍特征是一致的。

中国和日本梅雨锋区(个例)结构的比较

通过１９８２年梅雨期的个例分析，研究和比较了中国和日本梅雨锋区的结构。分析表明：（１）梅雨锋区系统由对流层上部宽广的斜压区和对流层低层较狭窄的弱斜压区共同组成；（２）在两个个例中，中国剖面上锋区均呈“椅”型结构。日本剖面上，６月呈均匀倾斜结构，７月略呈“椅”型；涡度场上中国剖面为相当正压结构，日本剖面为斜压结构；（３）梅雨锋区系统可看成是均匀斜压区在不均匀加热情况下结构改变的结果；（４）中国大陆雨区高层大量潜热释放，雨区附近蒸发冷却及雨区北侧地面加热有利于形成“椅”

1991年梅雨期副热带锋区的结构

通过分析逐候平均的沿120°E的经向垂直剖面图,研究了1991年梅雨各个阶段东亚副热带锋区的结构及锋区的动力学特征。结果表明:(1)1991年梅雨第一阶段与典型梅雨不同,是在冬夏流型转变中局部异常环流条件下形成的;(2)梅雨期三个阶段的锋区结构分别为浅薄型、深厚Ⅰ型和深厚Ⅱ型,浅薄型锋区低层正涡度轴线近于垂直,深厚型锋区正涡度轴线自下而上向北倾斜,分别对应相当正压结构和斜压结构;(3)深厚型锋区南侧对应完整的季风环流圈,它在Ⅰ型锋区中主要以冷空气活动为驱动因子,而在Ⅱ型锋区中则由暖湿空气所驱动;(4)梅雨期间锋区对流层下部的高位涡扰动和雨区附近的暖区对锋区结构的形成和维持有重要作用,梅雨锋区的动力性质与包含潜热释放的半地转锋生模式的模拟结构有很多相似之处。

EFFECTS OF TROPOPAUSE AND POTENTIAL VORTICITY ANOMALY ON FRONTOGENESIS

A two-dimensional,semi-geostrophic numerical model incorporating the tropopause and stratosphere is used to investigate the effects of a positive potential vorticity anomaly and latent heat release on the frontogenetic process and the structure of the resulting frontal zone.It is demonstrated that(1)the inclusion of tropopause and stratosphere significantly changes the frontal structure only in the upper levels;(2)a clearly defined quasi-equivalent barotropic structure and a region of upward motion of finite width appear when a positive potential vorticity anomaly exists on the warm side of the maximum baroclinity in the lower troposphere,especially when it is located on the south edge of the baroclinic zone;(3)the above mentioned structure deteriorates as the frontogenesis proceeds in a dry atmosphere but can be maintained in a moist frontogenetic process with condensational heating;(4)the combination of a positive potential vorticity anomaly and the latent heat release is able to accelerate the frontogenesis significantly with the time needed to form an intense frontal zone reduced to less than 15 h.The results have significant theoretical importance in understanding the complex nature of frontal structure and frontogenesis,especially in understanding the dynamic structure of the subtropical frontal zone observed during early summer over East Asia.