高原气象

高原气象

第34卷 第4期 2015-08-28   

目录

论文

  • 基于风场季节变率的高原季风指数的定义及应用
  • 张少波;吕世华;奥银焕;马迪
  • 2015 Vol. 34 (4): 881-889.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00067
  • 摘要 ( ) PDF (9350KB) ( )
  • 采用1979-2012年ERA-interim再分析资料和地面降水同化资料, 利用青藏高原(下称高原)地区风场的变化特征, 定义了一个新的基于风场标准化季节变率的高原季风指数IPMzhang, 并与现有的季风指数IPMtang、IPMqi和IPMxun进行了比较分析。结果表明: 各个指数都能够反映高原地区的季风活动特征及其与高原及周边地区夏季降水的相关关系, IPMqi和IPMzhang指数在高分辨率数据下的表现优于IPMtang和IPMxun指数, 显著相关区域覆盖了高原大部分地区。相较于IPMqi, IPMzhang指数的相关系数略低, 但其在高原东南部地区更为显著, 表明IPMzhang能够更好地反映高原东南部地区的夏季降水。受高原热低压强度变化的影响, 在季风偏强年IPMtang和IPMxun的异常水汽辐合主要在高原中部, IPMqi则存在于高原各个地区, 只有IPMzhang在高原东南部, 有利于高原东南部的降水偏多。表明IPMzhang指数能够较好地表征高原季风与高原及周边地区夏季降水的相关关系, 对于高原地区降水, 尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。
  • 双参数微物理方案在WRF单柱模式中的模拟检验和对比研究
  • 梅海霞;沈新勇;王卫国;黄伟
  • 2015 Vol. 34 (4): 890-909.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00113
  • 摘要 ( ) PDF (6246KB) ( )
  • 利用耦合Milbrandt 2-mon(MY)和Morrison 2-mon(MOR)两种双参数微物理方案的WRF中的单柱模式, 对TWP-ICE(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)试验期间的个例进行数值模拟。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比发现:两种双参数微物理方案能较好地模拟出TWP-ICE期间热带云系的宏观和微观的特征。模拟的降水率、地表向下长波辐射和大气顶向外长波辐射的量级、时间演变趋势与观测相一致;总的液相和冰相水凝物的垂直分布以及随时间的演变特征总体与观测以及云分辨率模式的结果也较接近。在整个时期, 两种方案水云中的雨滴宏观和微观特征差异较小, 而云滴混合比在两种方案之间的差别显著;冰晶对冰云的贡献在MY方案中占据主导地位, 而MOR方案中雪在冰云中扮演的角色相比于在MY方案中更为重要。微观上与MY方案相比, MOR方案中的云滴是由数量更大的小云滴构成, 但冰晶却是由数量较少的大冰晶粒子构成。微物理过程转换率的区别是造成两种方案冰云宏观分布特征差异的主要原因。与冰晶和雪有关的微物理过程转换分析表明:活跃期两种方案中与冰晶有关的主要微物理转换项有冰晶的凝华增长、冰晶向雪的自动转化、冰晶被雪碰并以及冰晶的沉降过程。而雪主要的转换项包含沉降和凝华过程等, 其中MY方案中雪的主要转换项更为丰富。该时期两种方案冰晶和雪的主要微物理转换项的垂直分布以及量级特征的差异同冰云的宏观分布相一致。季风抑制期, 两种方案中冰晶主要的源汇项包括凝华增长和沉降过程。MY方案中凝华凝冻核化也是主要的源汇项之一。抑制期MOR方案中高空的雪发展较强, 参与的微物理过程较MY方案更为丰富, 主要转换项比MY方案高出约一个量级。
  • 基于高分辨率地形数据的模式地形构造与数值试验
  • 何光碧;彭俊;屠妮妮
  • 2015 Vol. 34 (4): 910-922.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00022
  • 摘要 ( ) PDF (10565KB) ( )
  • 针对2008年7月20-22日四川盆地区域性暴雨过程, 通过引入高分辨率的地形数据构造不同的模式地形, 进行了WRF模式综合地形处理方法(TESTC)、不同多项式截断阶数的切比雪夫滤波方案(TEST5)和5点权重平均处理方案(TEST7)的地形试验。结果表明: (1)引入不同分辨率的地形数据, 且采用不同的地形滤波方法, 对模式预报效果是不一样的。相对而言, 基于高分辨率地形数据, 采用90截断阶数的TEST5试验略显优势。(2)三种地形处理方案不同程度地反映了主要降雨带的位置和强度, TEST5试验模拟的四川盆地东部降水强度较实况偏强, 但降水演变和降水落区更接近实况, TEST7试验总体模拟效果介于TESTC和TEST5之间。(3)不同地形处理方案带来四川盆地及周边地形高度和坡度的变化, 通过影响与中尺度系统相伴的物理量, 进而影响降水落区、强度与降水进程。(4)由于地形处理差异, 在四川盆地东部地形坡度较大区, 地形扰动增强风场脉动, TEST5试验带来更大的东西风切变, 而水平风场的辐合使低涡系统加强, 辐合上升运动加强, 将更多的低层水汽带到高空。TEST5试验模拟的低涡更强、位置偏东, 导致低涡影响下的降水强度更强, 落区偏东。
  • 基于高分辨率资料的湿螺旋度指标及其对成都强降水的预报应用
  • 牛金龙;黄楚惠;李国平;唐钱奎
  • 2015 Vol. 34 (4): 942-949.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00053
  • 摘要 ( ) PDF (5030KB) ( )
  • 为了更好的提高成都地区(30.1°N-31.5°N, 103°E-104.9°E)强降水的预报准确率, 利用国家气象中心(T639)高分辨预报场(0.28°×0.28°)资料以及加密自动站降水量资料对成都地区2011-2012年汛期(7-9月)共计15例强降水个例进行湿螺旋度指标的统计分析, 分别归纳总结出3 h、24 h内强降水发生、发展及落区分布的判据。利用这些判据对2013年6月20日以及7月8日发生在成都地区的两例强降水过程进行检验, 同时根据这些判据对成都2013年6-8月强降水过程进行检验评分并投入业务试应用。结果表明, 低层湿螺旋度对成都区域性暴雨的预报准确率较高。700 hPa和850 hPa湿螺旋度正值区的分布对强降水落区分布有较好的预报效果, 强降水出现在700 hPa湿螺旋度正、负值等值线密集区(靠近正值一侧), 以及850 hPa正值区; 当700 hPa连续5~8个3 h 维持在20×10-11~80×10-11 Pa·s-3湿螺旋度时, 出现区域性暴雨天气; 当700 hPa连续5~8个3 h 维持在20×10-11~140×10-11 Pa·s-3湿螺旋度时, 出现区域性大暴雨天气; 当不同层次上出现300×10-11~500×10-11 Pa·s-3时, 可能出现局地强对流天气, 如大风、短时强降水等。
  • 印度洋偶极子和华西秋雨的关系
  • 刘佳;马振峰;杨淑群;徐金霞
  • 2015 Vol. 34 (4): 950-962.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00107
  • 摘要 ( ) PDF (5671KB) ( )
  • 利用统计方法对印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)与华西秋雨的关系进行分析。结果发现:(1)相对于IOD的季节锁相特征, 华西秋雨与印度洋偶极子指数(Indian Ocean Dipole Index, IODI)相关性也呈现相应的变化特征:春、夏季正相关发展、范围扩大;秋季稳定且正相关性较高, 与夏季时滞相关较为一致;前期冬季减弱并呈反相关关系。(2)对印度洋偶极子时期异常环流场、水汽场以及射出长波辐射(Outgoing Longwave Radiation, OLR)场特征分析发现, IOD正位相年, 500 hPa高度场距平在冬、春季为负异常, 春、秋季西太平洋副热带高压偏强、偏北, 且夏季华西区域受中层异常浅槽的西南气流影响, 850 hPa经向风合成在冬、春季以负异常为主, 夏、秋季转为正异常, 且华西区域秋季为异常气旋性环流控制, 赤道印度洋低空东风异常, 这些异常环流都利于华西区域降水偏多, 并对偶极子的延续起到作用。(3)正位相年, 冬、春季华西大部区域为水汽辐散区, 夏、秋季四川东北部及黔渝大部为水汽辐合区, 水汽输送依靠孟湾西南气流和西太平洋副热带高压外围的偏东气流完成。(4)对应于印度洋海温正(负)异常, 秋季华西区域上空的热状况异常分布将使其大气对流增强(减弱)。因此, 夏季IOD异常位相为华西秋雨预报提供了一个有用的前期信号, 而秋季IOD正位相则对华西秋雨的发生发展起到较好的延续作用。
  • 中国西北四省区强对流天气形势配置及特殊性综合分析
  • 许东蓓;许爱华;肖玮;沙宏娥;万雪丽;车玉川;吉惠敏
  • 2015 Vol. 34 (4): 973-981.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00102
  • 摘要 ( ) PDF (5104KB) ( )
  • 利用2004-2010年中国西北四省(区)强对流天气过程高空、地面实况资料, 以及近15年西北区强对流研究主要成果, 按照强对流天气产生的基本动力学原理, 根据其主导因素的不同, 将西北区强对流天气基本形势配置分为高空冷平流强迫、低层暖平流强迫、斜压锋生等3类。分析3类基本配置天气尺度环境场显著特征, 以及这些特征在中尺度强对流系统发展过程中所起的作用, 总结各类配置之间的主要差异及其与中国其他区域的差异。结果表明, 高空冷平流强迫类, 冷平流可从300 hPa向下延伸至对流层低层, 而850 hPa则多表现为弱的暖平流。与中国中东部相比, 对流层中下层温度递减率更大, 层结不稳定在午后会有强烈发展, LFC更高。区域性强对流天气与大范围降水后地面增湿或低层暖湿气流北上有关;局地强对流天气与复杂小地形对应地面抬升和水汽分布不均匀有关。低层暖平流强迫类强对流天气, 中低层暖平流占主导作用, 湿层可从地面向上延伸到500 hPa附近, LFC高度明显偏低, 温度垂直递减率小于冷平流强迫类。斜压锋生类强对流天气的显著特点是中低层冷暖空气强烈交汇, 并伴有明显温度锋区和锋生。水汽条件好于冷平流强迫类, 垂直风切变明显高于前两类。
  • 一次南疆强沙尘暴沙尘向平流层上传的事实及模拟
  • 张杰;田文寿;隆霄;田红瑛;黄倩;许平平;杨琴;张健恺
  • 2015 Vol. 34 (4): 991-1004.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00103
  • 摘要 ( ) PDF (24069KB) ( )
  • 利用NCEP客观分析资料、卫星观测资料和中尺度化学模式(WRF-Chem), 对2007年4月17日发生在青藏高原(下称高原)北侧塔克拉玛干沙漠地区的一次沙尘过程进行分析, 研究了高原及附近地区沙尘气溶胶从地面向对流层上部和平流层下部传输的特征和机制, 以及不同粒径沙尘粒子在传输中的差异。结果表明, 沙尘粒子的垂直传输高度与背景水平风场的垂直分布特征密切相关, 在没有云微物理过程参与的情况下, 当高原上空出现深厚南北风交汇, 形成穿透对流层顶的上升运动时, 源于塔克拉玛干沙漠地区的沙尘气溶胶粒子, 能到达高原上空, 在辐合上升运动的作用下传输至下平流层, 且具有明显的倾斜向上传输的特征。进一步分析表明, 到达平流层下层的沙尘在空间上并不与地面沙尘源的位置相匹配。不同粒径的沙尘粒子的传输表现出不同的特征, 粒径小的沙尘气溶胶粒子更容易在上升气流的作用下传至下平流层, 而粒径 > 8.0 μm的沙尘粒子则在重力沉降作用影响下无法传至下平流层。敏感性数值试验结果表明, 降低高原地形会使得高原上空沙尘气溶胶粒子向南和向上的传输变弱。
  • 半干旱区典型下垫面反照率特征的初步分析
  • 张驰;范广洲;马柱国;程炳岩;赵天保;冯锦明;王鹤松
  • 2015 Vol. 34 (4): 1029-1040.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00071
  • 摘要 ( ) PDF (4052KB) ( )
  • 利用2008-2009年7-9月中国半干旱区9个通量观测站的通量和常规气象数据结合同期MODIS的EVI植被覆盖数据, 分析了不同下垫面反照率的月、季特征及其与降水之间的关系, 系统地探讨了特殊天气条件下各类下垫面的反照率日变化特征。结果表明: (1)按照季平均反照率的大小, 各类下垫面排序依次为荒漠草地> 高寒草甸> 退化草地> 农田; (2)除退化草地外, 其余各类下垫面反照率的拟合结果均通过0.05显著性水平检验, 高寒草甸的拟合好于荒漠草地、农林混交农田和东北农田, 而荒漠草地和农林混交农田拟合效果相当; (3)在荒漠草地下垫面, 夜雨不会对次日反照率的"U"型分布产生影响, 存在潜热维持土壤湿度和感热加强蒸腾作用两种机制; (4)无雪盖高寒草甸的反照率主要受植被覆盖度和高原植被叶面特性的影响; 退化草地下垫面在强降水日白天出现反照率 "√"型分布, 由于09:00(北京时, 下同)11:00云量偏多、反照率偏高, 15:00-17:00太阳高度角对反照率增大作用强于土壤湿度的减小作用, 反照率缓慢回升造成的。低矮作物农田在雨日15:00-17:00反照率的骤升是植被覆盖度和太阳高度角相互作用所致, 受浅层土壤含水量的影响不大。
  • “7·21”北京特大暴雨过程龙卷形成可能性探究
  • 张琳娜;郭锐;何娜;贺赟;吴剑坤
  • 2015 Vol. 34 (4): 1074-1083.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00025
  • 摘要 ( ) PDF (9464KB) ( )
  • 针对2012年7月21日北京发生了自有正规气象记录以来最强的降水过程, 位于北京东部平原的通州地区在暴雨发生前出现了严重风灾。从天气尺度背景、雷达回波特征的角度详细论述了此次风灾是由龙卷造成的可能性, 并使用VDRAS反演资料分析了造成龙卷的超级单体动力结构特征。实况探测资料研究表明, 该地区大尺度天气背景和大气温湿层结条件、三维环境风场切变条件都有利于龙卷的发生、发展。首先, 雷达反射率因子回波在发展最强盛阶段由于近地层强偏东风入流上升, 在中层形成的有界弱回波区和径向速度回波的强中气旋两个特点, 表明造成风灾的对流系统是一个发展完善的超级单体。进而, 由超级单体在热力边界层300 m高度处的辐合上升运动表明了龙卷的出现, 径向速度回波上分析出的TVS进一步证明了这是一次龙卷过程。最后, 利用VDRAS反演的风场给出了这个超级单体风暴在空间结构上的动力特征: 单体移动方向右侧低层为偏东风入流层, 初生阶段入流层偏东风层次较高, 东风随高度减弱, 与高空随高度增强的偏西风出流层形成了稳定的垂直风切变; 发展最强盛阶段低层为强东风入流、高空为强西风出流, 超级单体中心为强烈的上升运动, 致使超级单体本身形成了一个完整的垂直环流, 而单体的减弱则伴随着环境稳定垂直风切变的减弱和自身垂直环流的坍塌。
  • 强锋区结构的梅雨锋短时暴雨形成和维持机制
  • 郑婧;孙素琴;许爱华;吴静
  • 2015 Vol. 34 (4): 1084-1094.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00019
  • 摘要 ( ) PDF (8115KB) ( )
  • 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。
  • 两种背景场同化雷达资料对辽宁省一次暴雨预报的影响
  • 李得勤;段云霞;周晓珊;崔锦;杨阳;邱晓滨;韩芳强
  • 2015 Vol. 34 (4): 1107-1118.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00115
  • 摘要 ( ) PDF (8839KB) ( )
  • 针对2013年8月15-16日先后在辽宁省锦州和抚顺地区发生的特大暴雨, 分别以T639和NCEP预报场作为背景场, 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)和ADAS(ARPS Data Analysis System)同化系统进行了同化多普勒雷达观测资料的试验, 检验同化雷达资料和采用不同背景场对暴雨预报的影响。结果表明:(1)同化雷达资料前, 使用两种背景场的预报结果对锦州的强降水均出现漏报, 同化雷达资料后, 均预报出了锦州黑山一带的强降水, 而12~24 h预报结果中对位于抚顺地区强降水预报的改善不大, 采用T639较NCEP预报作为背景场对抚顺地区强降水的预报更好;(2)ADAS同化雷达资料后对模式初始湿度场的改善较大, 700 hPa和850 hPa比湿有明显的增量。同时, 同化雷达资料后更新了模式初始场中的水物质, 水物质增量位置和强降水发生位置有较好的对应关系;(3)通过分析模式预报的风场, 回波和水汽通量散度发现, 同化试验预报初期在锦州和阜新一带预报出了强度较强且深厚的水汽场, 低层西南暖湿气流和高层西北干冷气流的配置在锦州地区水汽区域的左侧激发了强烈的上升辐合运动, 而其右侧伴有强烈的辐散是导致锦州黑山强降水爆发的主要原因。
  • 东北地区夏季旱涝的环流型及动力气候模式解释应用
  • 丁婷;陈丽娟
  • 2015 Vol. 34 (4): 1119-1130.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00101
  • 摘要 ( ) PDF (6775KB) ( )
  • 基于1991-2010年东北地区91站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及国家气候中心第二代月动力延伸预报模式(BCC_DERF2.0)共20年回报资料, 分析了夏季各月影响东北降水的环流型, 检验了BCC_DERF2.0对东北各月降水和主要环流系统的预测能力, 并建立了东北地区降水的解释应用预测模型。诊断分析显示, 东北地区6月降水异常主要受东北冷涡和鄂霍茨克海阻塞高压的影响, 7月主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)的影响, 而8月主要受西太副高和东北冷涡的影响;模式性能分析显示, BCC_DERF2.0模式对东北南部的个别站点降水趋势有一定的预测能力, 对6月偏南风、7月西太副高、8月西太副高和东北冷涡的预测效果较好。在此基础上, 提取影响我国东北夏季降水异常的关键环流区的高技巧预测信息, 建立线性回归模型, 交叉检验显示提高了对8月的降水预测技巧, 通过了显著性检验。进一步对比分析发现, BCC_DERF2.0直接输出的20年回报夏季各月东北降水效果好于同期国家气候中心业务发布预报, 而利用模式输出的高技巧环流信息建立的东北降水回归预测模型交叉检验效果高于模式直接输出降水预报。因此, 基于诊断分析和BCC_DERF2.0模式超前预报时间为10天的高技巧环流信息解释降水, 可以明显提高东北夏季月尺度降水的预测能力。
  • 1961-2010年吉林不同类型暴雪天气气候特征
  • 王晓明;孙妍;云天;孙鸿雁;纪玲玲;倪慧
  • 2015 Vol. 34 (4): 1139-1148.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00008
  • 摘要 ( ) PDF (3511KB) ( )
  • 利用1961-2010年冬季(当年10月至次年3月)吉林逐日降水资料, 统计分析了不同类型暴雪的时间演变规律、地域分布特征、地形对暴雪的影响, 以及暴雪的影响系统及高空地面系统配置情况。结果表明, 吉林暴雪在时间分布上具有较大的年际变率和明显的阶段性变化特征, 暴雪的年际、年代际变化趋势与冬季气温变化趋势一致。暴雪主要发生在秋末冬初(10月、11月)和冬末春初(3月)。区域和大范围Ⅰ型暴雪3月最多, Ⅱ型暴雪10月最多。暴雪的空间分布差异较大, 地域特征明显, 天气系统与长白山山脉的共同作用, 使暴雪分布在长白山山脉的迎风坡, 且山区明显多于大兴安岭的背风坡和平原地区。暴雪的高空影响系统以高空槽居首, 冷涡次之, 切变最少; 受高空槽影响时, 局地暴雪地面系统以低压倒槽为最多, 区域和大范围暴雪则以华北及江淮气旋为最多; 受高空冷涡影响时, 局地暴雪的地面系统以蒙古气旋居首, 区域和大范围暴雪则以低压倒槽最多。就地面系统而言, 区域以上的Ⅰ型暴雪以华北气旋最多, Ⅱ型暴雪则以蒙古气旋最多。

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