大别山区地形对春季冷锋附近中尺度对流系统影响的数值模拟研究

安徽省地处亚热带气候和温带气候的过渡带,从副热带高压边缘和孟加拉湾汇合而来的西南暖湿空气与北方南下的干冷空气经常在江淮流域相遇,带来丰沛降水.其中,当大别山受暖湿西南气流影响时,其北部易触发对流,出现中小尺度对流系统;当有冷锋等系统影响时,山区北部易出现对流旺盛的中尺度对流系统(MCS).选取2005年3月10日的冷锋过程用天气研究预报模式(WRF)分析研究了大别山地形对冷锋附近MCS发生发展的影响.研究表明:由于大别山地形的作用,山区北部的温度和湿度明显高于平原地区,这一方面产生平原和山区之间的水平气压梯度,形成局地中尺度力管环流,具有触发对流的作用;另一方面,又使山区北部的大气层有大的对流有效位能(CAPE),一旦对流发生,容易剧烈发展.此外,当冷锋移近时,由于大别山的影响,锋后东北风在山区北侧发生堆积和偏转,形成了额外水平风场辐合,使MCS更易形成和维持.

中国东部地区一个中尺度对流涡旋的涡度收支分析

中尺度对流涡旋(MCV),与其他中尺度涡旋不同,有着其独特的动力机制与发展途径.一旦MCV形成,极易产生灾害性天气过程.为了解我国的MCV,使用非静力中尺度模式天气预报和研究模式对中国东部2003年7月4至5日降水过程进行了高分辨率的双向三重嵌套的数值模拟.与观测资料比较,模拟结果较为准确地再现了当时的大气状况.采用了空间滤波的方法对模式结果进行了大尺度背景场与中尺度扰动场的尺度分离,对MCV的结构与移动进行分析,并追随MCV的活动对其的涡度收支情况进行诊断分析.分析表明,大尺度背景场与中尺度扰动场对MCV的作用有着明显的差异.MCV的移动由大尺度背景风场引导;其中辐合作用直接决定了MCV的形成与发展,大尺度水平运动对中尺度涡度的水平输送为水平平流项的主要部分.而由垂直风速的水平变化所导致的水平涡度的倾斜作用在此MCV形成与发展阶段作用并不明显.成熟时的MCV与成熟时的中尺度对流复合体类似有着3个明显的环流,在对流层高层与低层均为辐散反气旋性环流,对流层中层则为较为深厚的气旋性环流.

条件不稳定湿大气中三维理想地形上空对流的动力学特征

条件不稳定湿大气情况下,气流经过三维地形可以形成不同性质的对流系统以及不同特征的地形流结构,其对流系统、地形流的性质主要取决于地形上空的对流触发、对流-地形流-重力波三者之间的相互作用,同样这些过程对于地形降水的性质、分布起重要的作用。根据不同湿Fr数(Froude number),湿条件不稳定大气经过三维小尺度山地上空时其对流和地形流动存在4种不同的流域(flow regirnes):(1)下游传播对流模态;(2)上游传播和下游传播共存对流模态;(3)山峰附近准静止和下游传播共存对流模态;(4)下坡稳定和下游传播对流共存模态。地形上空对流系统主要可以通过两种不同机制形成:(1)地形直接的抬升或减速作用;(2)在地形流形成后,由于地形流本身特性(如上游分离、背风涡旋和下坡重力波破碎)触发。在较大的Fr数情况下,地形上空对流生成后反过来可以破坏上、下游的地形流结构,但对背风坡的重力波破碎影响较小。不同初始对流有效位能(CAPE)不仅可以影响对流系统的传播、发展,而且可以影响整体地形流性质。较低的初始CAPE有利于地形流的形成,此时对流对地形流结构特征的影响相对较小,其流场性质与低Fr数流域性质相似。

1990—2004年西南低涡活动的统计研究

利用15年(1990年—2004年)的逐日天气图资料对西南低涡的产生和移动情况进行了统计分析.结果表明低涡的发生频次具有明显的季节变化,15年共统计出1038次西南低涡,其中生命史维持1d以上的西南低涡共有262次,春、夏两季出现的频数比较多,其中春季一共发生77次占29.4%,夏季一共发生92次占35.1%;而秋、冬两季比较少,秋季一共发生55例占21.0%,冬季一共发生38例占14.5%.西南低涡存在两个主要的生成区,高原东南缘生成区和四川盆地生成区,其中,高原东南缘生成区是最主要的生成区.大多数西南低涡的维持时间较短,生命史在1d以内的共776例占74.8%,生命史在1～3d之间的有239例占23.0%,生命史在3～6d之间的有21例占2.0%,只有2例生命史达到6～7d.移动性低涡占西南低涡总数的极少部分,15年仅统计出60例,约占全部西南低涡总数的6%,其中,按移动情况大致可分为四种,分别为东北路径(占移动类低涡的33.3%)、偏东路径(占移动类低涡的50.0%)、东南路径(占移动类低涡的5.0%)和少动路径(占移动类低涡的11.7%).西南低涡的强度分布从南至北明显递增,在东西方向上也略有变化,为先增强再减弱.从南往北移动有利于西南低涡的维持和发展,从东往西移动,西南低涡将先有所增强,然后再有所减弱.

一次强飑线内强降水超级单体风暴的单多普勒雷达分析

文中利用位于福建建阳新一代S波段多普勒天气雷达资料和探空、地面观测资料,对2003年4月12日07—09时发生在建阳附近的一次强降水超级单体风暴进行了分析。天气分析显示,风暴发生于地面冷锋北侧、低层高湿、中等对流不稳定(1601J/kg)和强风切变(0—5km,22m/s)环境,总理查逊数为16,同典型的强降水超级单体生成环境相当接近。雷达回波分析揭示,风暴发生在一强飑线系统的前沿,初期为一普通单体,随后逐渐发展成为弓状并发生分裂,分裂后风暴移动方向左侧单体逐渐减弱,而右侧的单体发展成为超级单体,持续时间约为1h。在强降水超级单体成熟期,其移动前侧的低层反射率因子出现明显的钩状回波,中层反射率则显示在宽广的反射率高值区(>60dBz)内存在有界弱回波区,强度大于40dBz。沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子也呈现典型的回波悬垂和有界弱回波区。相应的中低层径向速度场显示在钩状回波附近的强降水区中存在一个强烈的中气旋,其起源于中层3.5—5km,随后向上、下发展,最大旋转速度达到24m/s,持续时间达1h。由GBVTD方法分析,中气旋成熟时(08:33UTC)轴对称环流结构显示,轴对称切向风分布在中层接近兰金涡旋模型,最大轴对称切线风位于高度4—5km,离气旋中心约3km,强度约20m/s。4km高度以下为气旋式辐合,气旋中心为上升运动。至4—7km以旋转为主,在最大切向风半径以内为外流,以外为内流,相应的在最大风速半径处伴随较强的辐合和上升运动,7km以上则为辐散对应的出流。此结构同经典超级单体内的中气旋结构相当一致。此外,风暴结构同Moller(1994)提出的中纬度强降水超级单体风暴的特征非常相似,但演变过程却明显不同,是由普通单体形成弓状回波,弓状回波分裂后沿移动方向右侧的单体发展成为强降水超级单体。

华北回流暴雪发展机理个例研究

利用新一代中尺度数值模式WRF对2004年11月24—25日发生在华北的一次回流暴雪过程进行了数值模拟,并着重对回流暴雪形成发展的机制进行了分析研究。在回流暴雪形成与发展的过程中,动力锋生机制发挥了重要作用;其产生的锋面次级环流是造成这次暴雪的主要原因;降水过程中,雨雪相态的转变与温度廓线有直接关系,随着降水由雨转为雪,雪水混合比增大迅速且其高度有所降低。地形在此回流暴雪过程中,通过其强迫的、分别位于迎风坡和背风坡的正负垂直速度中心,对降雪起明显的增幅作用,同时对雨水和云水分布产生影响。

上层海洋热力异常对西北太平洋热带气旋气候特征的影响

重点分析了1970—2003年期间西北太平洋的热带气旋活动特征与海洋表面温度、上层海洋的热力异常变化以及对流层低层的大尺度环流特征之间的关系.分析结果发现在西北太平洋海域,热带气旋活动趋势与上层海洋热力异常变化(上层海洋热含量)以及对流层低层的西风异常之间有着显著的相关关系,而与海洋表面温度无显著关系.并在此基础上探讨了这种关系存在的物理机制.

启动对流的初始扰动对热带飑线模拟的影响

在中尺度数值模拟及数值预报中,正确的对流启动是模拟或预报是否取得成功的关键。作者针对一次热带海洋飑线过程,利用一个风暴尺度云分辨数值模式进行数值模拟,采用不同的初始扰动触发与启动对流发展,重点讨论这些不同启动对流的初始扰动对飑线演变、生命史及其成熟结构等模拟的影响。结果表明,初始扰动的结构、形态分布及其与环境场的不同配置对具有深对流的飑线生命史存在重要影响,而对飑线的成熟结构影响较小。

岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响的研究

首先在静止基本状态下,从线性f平面极坐标浅水方程出发,利用WKB方法求解方程,在理论上给出了一类由于地形βeff作用引起的Rosbby波的传播特征解,此类Rossby波类似于涡旋Rossby波(VRW),其中地形βeff作用与台风涡旋基态的垂直相对涡度径向梯度作用相似,此分析解可帮助理解地形对涡旋Rossby波的影响作用.在此基础上,利用一个高分辨率的浅水模式具体讨论了圆形、类似于台湾岛屿椭圆地形对VRW传播以及结构特征变化的影响.结果表明,地形对VRW的传播速度,台风内区的非对称结构的变化均构成影响.当台风位于地形东南一定距离处,与无地形相比,涡量向内向外传播均增强,扰动能量增大,涡量环绕地形中心沿等高线顺时针方向移动,局域风速增大,并形成尺度为几十公里左右的强局域风速区,平均风速减小.

基流风速包含垂直变化时的三维无旋Non-Boussinesq流的地形重力波拖曳解

用WKB近似方法建立了表达三维地形重力波拖曳的解析Non-Boussinesq扰动模型,其中在大Richardson数条件下给出了(静力和非静力模型的)重力波拖曳及其地表扰动气压的二阶表达式.通过针对经典的理想化三维圆钟型山体的一个算例证明,当基流风速切变为线性时,重力波拖曳随着切变的增强而减弱;并且前向垂直切变(forward-shear,风速随高度增加)所对应的重力波拖曳比反向切变(backward-shear,风速随高度减小)所对应的重力波拖曳减弱得更快.这种现象与模型是否采用静力近似无关.