高原气象

第29卷 第4期 2010-08-28   

论文

  • 高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究
  • 赵玉春;王叶红
  • 2010 Vol. 29 (4): 819-831. 
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  • 利用多途径探测与再分析资料, 通过诊断分析、 数值模拟和敏感性试验, 对2008年7月20~21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析, 探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征, 特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明, 高原涡形成后沿高原东北侧下滑, 在四川盆地诱生出西南涡, 川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下, 释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水, 降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡, 降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响, 它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响, 而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大, 在一定程度上影响暴雨的落区。
  • 半干旱草地地表土壤热通量的计算及其对能量平衡的影响
  • 左金清-;王介民;黄建平;*;李维京;王国印;任宏利
  • 2010 Vol. 29 (4): 840-848. 
  • 摘要 ( ) PDF (922KB) ( )
  • 利用2008年7月兰州大学半干旱气候与环境观测(SACOL)站的观测资料, 对比分析了地表土壤热通量的三种计算方法, 即谐波法、 温度预报校正法(TDEC法)以及结合自校正热通量板(HFP01SC)测量的温度积分法(ITHP法); 进而分析了三种不同方法的计算结果对地表能量平衡的影响。比较5 cm深度处谐波法和TDEC法的计算结果与HFP01SC的实测结果, 三者的相位基本一致, 相互之间均具有很好的线性关系; 谐波法与TDEC法的计算值较为接近, 但分别比HFP01SC的实测值偏大了2%和6%(主要发生在夜间)。对于地表的土壤热通量(G0), 谐波法与TDEC法两者的计算结果仅偏差约1%; TDEC法与ITHP法的计算结果之间也具有很好的线性关系(R2=0.99), 但偏差达到9%左右。相对于HFP01SC的实测结果, 由谐波法和TDEC法计算的G0可将SACOL站的地表能量闭合率分别提高6%和7%左右; 利用温度积分法将HFP01SC的实测结果校正到地表后, 地表能量闭合率也提高了约6%。因此, 在对涡动相关通量做了常规订正的情况下, 当充分考虑了土壤热存储后, SACOL站的地表能量闭合率可提高6%~7%, 达到82%~83%左右。
  • 2009年冬季黄河中游一次由旱转雨雪天气的诊断分析
  • 赵桂香-;秦春英;赵彩萍;张运鹏;董文晓;范英东
  • 2010 Vol. 29 (4): 864-874. 
  • 摘要 ( ) PDF (1589KB) ( )
  • 针对2009年2月7~8日持续干旱近百天的黄河中游地区出现的转折性雨雪天气, 利用实况资料计算了等熵温度梯度、 可降水量、 水汽通量及其散度、 相对湿度、 垂直速度等, 分析了熵分布及演变、 干侵入、 水汽场特征等, 结果表明: (1)这次降水出现在500 hPa环流形势平直, 极地冷空气活动较弱, 在地面回流高压呈东西向带状分布的背景下, 系统浅薄, 降水量级难以把握。(2)熵诊断揭示, 500 hPa等熵梯度大值区的出现对未来12~24 h强降水有先兆指示意义, 强降水中心出现在500 hPa等熵梯度大值区与700 hPa温度露点差<3℃的叠加区。(3)水汽诊断表明, 强降水出现前, 黄河中游及其上游西南地区的可降水量显著增加, 为强降水的出现提供了水汽的积聚, 而降水开始后, 低空超低空东南急流则是水汽的主要补充来源; 强降水并不是出现在水汽通量大值区内, 而是在水汽通量大值区西北侧、 等值线密集带附近, 同时又有风辐合的区域。(4)这次雨雪过程中, 干冷空气主要来自对流层高层, 在雨雪区上空的垂直分布呈“漏斗”状, 该过程中从贝加尔湖地区南下的西北和东北气流沿漏斗壁下滑向低层传播; 而中低层湿区呈倒扣的“碗状”向上伸展, 中低层西南和东南两支暖湿气流沿“碗壁”爬升, 在对流层中层耦合加强, 与干冷空气交汇, 产生强降水。(5)对流层高层持续的干侵入, 使得中低层切变线稳定维持, 有利于其前方西南急流的稳定加强和对流性不稳定的持续发展, 是导致强降雪持续、 增幅的重要原因。(6)强降水出现在地面中尺度辐合稳定加强期间, 降水落区在辐合区及其东南侧; 辐合区内强烈的上升运动是触发不稳定能量释放, 使熵由不平衡达到平衡的重要机制。
  • 改则地区气候变化对植被生理过程的影响及反馈效应的模拟研究
  • 华维;范广洲;陈权亮;董一平;周定文
  • 2010 Vol. 29 (4): 875-883. 
  • 摘要 ( ) PDF (1113KB) ( )
  • 利用1997年10月1日至1998年9月30日设置在青藏高原西部改则的自动气象站观测资料作为强迫场, 采用大气-植被相互作用模式(AVIM)对改则地区气候变化对植被生长过程的影响及反馈效应进行了模拟研究。结果表明, AVIM模式对青藏高原西部陆面过程具有一定模拟能力, 能够较真实地模拟出地表特征量的变化特点。通过敏感性试验发现, 青藏高原气候变化对植被生理生长过程有明显影响: 降水增加有利于植被生长, 尤其在雨季最为明显, 其他季节无太大变化; 气候变暖对植被生理过程的综合作用是植被净光合作用的变化, 即春季增强, 夏季减弱, 秋季和冬季变化不大; “暖湿化”对高原植被生态系统的影响主要是春季和夏季植被活动增强, 尤其春季最为明显。植被物理特性参数可以在相当大程度上改变陆面过程, 进而导致高原热源发生变化, 因此, 为准确估计地表能量收支, 对模式陆面参数进行深入研究是必要的。
  • 模式不同分辨率对新疆达坂城-小草湖风区地面风场模拟结果的分析
  • 辛渝;汤剑平;赵逸舟;李元鹏;王铁;余行杰;李兰
  • 2010 Vol. 29 (4): 884-893. 
  • 摘要 ( ) PDF (1462KB) ( )
  • 使用非静力平衡中尺度MM5V3模式及NCEP/GFS 1°×1°再分析资料, 对新疆达坂城-小草湖风区2006年4~9月10 m高度的风况进行了3 km×3 km与1 km×1 km的模拟试验。结果表明: (1)3 km与1 km分辨率模拟的平均风速的大小分布特征整体一致, 仅在复杂地形处以及风速大小值中心区域的强弱上存在细微差别, 1 km高分辨率对风速大小区域分布的模拟比3 km分辨率更细致, 且风速大、 小值之间的变化梯度更明显。(2)3 km与1 km分辨率的模拟试验均较真实地反映了地形比较平坦、 地貌比较单一区域的日平均风速与逐时平均风速的变化特征, 但分辨率的提高并不能完全减小模拟误差。对于地形、 地貌特征相对复杂区域而言, 水平分辨率的提高, 反而会加大模拟偏差。(3)两种分辨率的模拟误差在7、 8月最大, 4、 9月份最小; 对逐时平均风速的模拟误差均与距初始场时刻的长短无关。(4)两种分辨率对柴窝堡站点的模拟偏差过大, 这很可能与模式中定义的水体、 植被等参数与实际相距过大, 以及该处地形陡峭, 恰好位于绿洲与水体之间的荒漠过渡带有关。
  • 在北京气象塔上测量城市边界层辐射特征
  • 江玉华;王强;张宏升;王正兴;胡波
  • 2010 Vol. 29 (4): 918-928. 
  • 摘要 ( ) PDF (1198KB) ( )
  • 利用2004年10~12月在北京325 m气象铁塔上所测量的长波辐射和短波辐射垂直分层资料, 分析了晴空、 霾(烟、 尘、 轻雾)和浓雾天气条件下塔上两层的辐射特征。结果表明, 城市边界层大气对短波总辐射有明显的衰减作用, 2 m处的总辐射<280 m处的总辐射\.在晴好天气下, 衰减比例为11.2%; 在霾和雾天气下, 衰减比例分别达到22.3%和36.6%。在塔上280 m处测量的晴天城市地表反照率为0.12, 而在霾和雾天气条件下分别为0.17和0.29。大气逆辐射(向下长波辐射)的日变化没有短波辐射的明显且有规律, 晴好天气的辐射通量密度最小, 霾天较大, 雾天最大, 2 m处的大气逆辐射一般高于280 m处的。向上长波辐射呈明显的日变化, 且2 m处的向上长波辐射日变化幅度>280 m处的。净辐射具有典型的日变化, 晴天日变化幅度最大, 霾和雾天的日变化幅度减小。晴天辐射加热最显著, 278 m厚气层的辐射加热达1.35℃·h-1, 霾天为1.13℃·h-1, 雾天为0.40℃·h-1。个例分析表明, 在近地面气层内, 霾中的气溶胶粒子和雾中的水滴对辐射产生程度不同的影响, 并影响到辐射平衡, 进而影响不同高度气层的加热和冷却, 导致边界层结构的改变。
  • 中尺度西南涡、 切变线对“07.7”贵州西部暴雨影响的分析与模拟
  • 池再香;杜正静;赵群剑;姚敏;龚雪芹
  • 2010 Vol. 29 (4): 929-938. 
  • 摘要 ( ) PDF (1415KB) ( )
  • 2007年7月30日贵州西部出现了大范围的强暴雨过程, 本文分析了这次暴雨过程的云团特征和环流形势, 并利用PSU/NCAR的MM5中尺度数值模式对这次暴雨过程进行了数值模拟, 重点研究这次暴雨发生、 发展和移向的物理机制。结果表明: 这次暴雨过程与中尺度云团、 中低层西南涡、 切变线、 南支槽和中低空急流活动密切相关, 同时还与西太平洋副热带高压活动相关。位于四川东部至重庆西部的西南涡、 切变线出现在中低空急流的西北侧或西侧, 而贵州西部强降水发生在西南涡、 切变线南侧与急流交汇处。高、 低空正涡度中心在贵州西北部地区上空的叠加、 耦合是该西南涡、 切变线持续发展的主要物理机制, 为暴雨的发生提供动力条件。垂直上升运动是中低空急流和西南涡联系的纽带, 也是西南涡动力驱动的结果。西南涡、 切变线和中低空急流在暴雨出现前建立, 而暴雨、 中低空急流和西南涡、 切变线几乎同时南移减弱, 预示贵州西部暴雨即将结束。
  • 低空急流与山西大暴雨的统计关系及流型配置
  • 苗爱梅;武捷;赵海英;李苗
  • 2010 Vol. 29 (4): 939-946. 
  • 摘要 ( ) PDF (929KB) ( )
  • 利用山西省气象信息中心归档的109个测站1957\_2008年的暴雨观测资料、 高低空常规气象观测资料及山西省水文站的部分暴雨监测资料, 研究了低空急流与山西省区域性暴雨、 大暴雨以及特大暴雨的特征。结果表明: 1957-2008年的192个暴雨日(区域性暴雨)、 118个大暴雨日、 10个特大暴雨日, 有偏南风(或偏东风)最大风轴相伴出现的分别有165, 110和10次, 分别占其总次数的86%, 93.2%和100%, 表明其预示性极强; 当山西大暴雨中有台风介入时, 台风一般沿25°N以南西行, 在其北侧与副热带高压之间形成强的东到东南风带, 经鄂西北、 豫西一带受西风槽或高原低值系统前部的偏南气流阻挡折向西北使副热带高压西北侧的西南气流加强, 形成中尺度低空西南急流; 当无台风介入时, 热带辐合区一般在17°N以南, 高原低值系统活跃, 副热带高压与高原低值系统之间形成的天气尺度西南低空急流常常伸向黄河中游, 大暴雨的落区主要在太原以南地区; 根据高、 低空急流的位置以及有、 无台风介入, 归纳出的6种大暴雨预报模型基本涵盖了山西大暴雨的落区与中、 低空急流的关系, 但中、 低空急流的类别、 位置不同以及经、 纬向副热带高压、 500 hPa急流、 西风槽、 高原槽和台风等的不同配置, 可使大暴雨的落区和强度不同。
  • 近54年陕西两次冰雪灾害天气过程对比分析
  • 王川;梁生俊;周丽峰;姚静
  • 2010 Vol. 29 (4): 947-956. 
  • 摘要 ( ) PDF (1440KB) ( )
  • 利用陕西过去54年96个测站降雪资料、 常规高空地面气象资料及NCEP再分析资料, 分析了陕西省1955-2008年连阴雪天气气候特征和时空分布, 对两次全省性强连阴雪天气过程的环流形势及动力、 热力特征进行了对比分析, 并与秋季连阴雨比较, 结果表明: 陕西54年间连阴雪天气强度及时空分布差异明显, 2008年1月连阴雪天气为1955年以来陕西省最强连阴雪天气, 1989年次之。强连阴雪天气发生时长波系统稳定少变, 高空锋区、 东西路冷空气、 偏强偏北的副热带高压、 稳定的南支槽是两次持续降雪的主要影响系统。200 hPa西风急流演变对连阴雪天气发生、 发展有指示意义。两次连阴雪天气期间水汽输送主要存在于对流层低层, 副热带高压外围水汽输送带和偏东气流为主要水汽来源。连阴雪天气期间陕西省处于能量锋锋区中, 不同于秋季连阴雨天气。强降雪天气过程发生与陕西夏、 秋季强降水有相似的热力和动力学特点, 但强度偏弱。提出了陕西冬季连阴雪天气预报着眼点。
  • 东亚冬季风与中国南方冬季降水的关系分析
  • 曾剑-;张强-;王同美
  • 2010 Vol. 29 (4): 975-981. 
  • 摘要 ( ) PDF (897KB) ( )
  • 由850 hPa的风场资料和海平面气压资料计算两个东亚冬季风强度指数, 结合月平均降水资料, 分析我国南方冬季降水对冬季风响应的空间分布型及其在冬季各月的差异。结果表明: 12月东亚冬季风强度比1、 2月的弱, 同期的降水对其响应不明显; 1月冬季风比2月强, 同期降水对季风的响应比2月更强些。在1、 2月, 强(弱)东亚冬季风易造成南方冬季降水偏少(多), 但这种响应是时间和空间的函数, 随时间变化且有明显的区域特征。1月的强响应区基本上连成一片, 强响应中心散布于其中; 最明显的中心区在淮河以南附近, 区域中心值<-0.5; 响应强度由此中心向南变弱, 但依然分别在湖南东北部、 江西东北部以及四川东北部都出现了较强中心区, 区域中心值都为-0.35左右; 2月的响应区相对1月作了总体的顺时针偏转和稍微的北缩。分析发现, 响应区的空间分布可以从地形和地势分布解释, 响应区的时间变化与850 hPa的风场有关。
  • 人工神经网络及支持向量机在降雨量预报中的应用
  • 张乐坚-;程明虎-;田付友
  • 2010 Vol. 29 (4): 982-991. 
  • 摘要 ( ) PDF (1124KB) ( )
  • 使用误差反向传播网络(BPN)和约当网络(JN)两种人工神经网络(ANN)以及支持向量机(SVM)对降雨量进行了1 h和3 h预报的研究, 并与交叉相关法(CCM)外推预报的结果进行了比较。针对安徽省2003年6~7月的降水过程, 比较了网络(文中指BPN、 JN和SVM)和CCM预报降雨量与实况降雨量的雨带分布、 强降雨区域和强度; 使用命中率(HR)、 虚警率(FAR)、 漏报率(NAP)、 临界成功指数(CSI)、 相关系数(CC)和均方根误差(RMSE)这6个指标并结合天气分析检验网络和CCM的预报效果。结果表明: 网络和CCM对雨带和强降雨区域的预报比较准确, 但是对强降雨中心位置和强度的预报与实况存在差异; 在使用HR、 FAR、 NAP和CSI检验预报效果时设定的阈值对预报结果的评价有影响; 预报的中小尺度结构与天气分析的结果一致; 网络与CCM以及不同的网络之间的预报结果存在着差异; 连续预报的结果表明, 与CCM相比, 网络对3 h预报的效果优于1 h的。
  • 一种正地闪触发过程观测和分析
  • 甘泉;张广庶;李亚珺;王彦辉;张彤;范祥鹏
  • 2010 Vol. 29 (4): 1005-1014. 
  • 摘要 ( ) PDF (1144KB) ( )
  • 利用2008年夏季在山东滨州获得的无线电窄带干涉仪及同步快慢电场资料, 对发生于2008年6月29日的一次具有2次回击的正地闪进行了波形特征分析及定位处理。结果表明, 正地闪预击穿过程起始于云中部负电荷区域, 有持续时间长达163 ms的预击穿过程, 并在预击穿后期产生很多双极性脉冲。通过与负地闪的比较, 发现云下部正电荷区的浓度对云中触发闪电的极性有一定的影响。正先导的触发和传输过程需要长时间的云内放电过程来提供能量, 正流光传输是非阶梯型, 结合同步观测的快电场三维定位结果的结合, 得到正地闪首次先导速度约为4.1×105 m·s-1, 首次回击的速度约为9×107 m·s-1, 直窜先导的速度约为4.7×106 m·s-1, 继后回击的速度约为9.6×107 m·s-1。正地闪的回击速度偏小, 可能是由于干涉仪通道是二维的, 且有一定的误差, 还讨论了正地闪继后回击产生的原因是由于下部正电荷区很强, 不同于一般的正地闪且只有1次回击过程。在该个例中还观测到正先导传输过程中的VHF辐射, 这可能是由于雷暴过程下部正电荷区域很强。
  • 华北平原两次大气波导CINRAD/SA超折射回波分析
  • 赵瑞金-;陈小雷
  • 2010 Vol. 29 (4): 1015-1025. 
  • 摘要 ( ) PDF (1914KB) ( )
  • 利用CINRAD/SA雷达资料结合探空实况对2007年7月8日和8月23日发生在华北平原的两次不同类型的大气波导进行了分析。结果表明: 大气波导与大气温度、 湿度等气象要素的垂直分布密切相关, 不同类型大气波导的气象要素垂直分布存在差异, 并在CINRAD/SA雷达产生不同类型的超折射回波, 当雷达站存在表面波导时, 形成了2层模式超折射回波; 当雷达站存在抬升波导时, 形成了3层模式超折射回波。超折射回波能够反映低层大气的垂直结构变化, 2层模式超折射回波预示着雷达站附近大气层结稳定; 3层模式超折射回波表示雷达站附近存在低层湿冷、 上层干热的大气垂直结构。超折射回波主要分布在太行山东部平原地区, 超折射回波目标的可视位置与实际位置存在偏差, 特别是高度偏差较大。不同类型的超折射回波对未来天气具有一定的指示意义, 可为雷达回波空间定位及强对流天气的监测、 预报提供科学依据。
  • 低纬高原中部一次强对流天气过程的多普勒雷达和闪电特征分析
  • 尹丽云;张腾飞;许迎杰;刘雪涛;谢屹然;徐开
  • 2010 Vol. 29 (4): 1026-1035. 
  • 摘要 ( ) PDF (1324KB) ( )
  • 利用MICAPS资料、 多普勒雷达资料和地闪资料, 分析了2008年8月1日低纬高原中部一次强对流天气过程。结果表明: 台风登陆和副热带高压北抬西伸导致外围的偏东气流带来充沛的水汽和热量, 为强对流天气过程提供了有利的环流背景条件; 在强对流发展过程中, 前部始终有入流存在, 多普勒雷达回波上具有“弓”型回波、 前侧“V”型槽口、 弱回波区、 后侧“V”型槽口等特征, 强回波区与多普勒雷达速度图上的逆风区和辐合区相关; -10℃层高度上雷达回波强度≥35 dBz时, 才开始有地闪活动发生, 负地闪占整个地闪过程的99.6%, 大多数负地闪出现在强度>30 dBz的强回波区, 对应着强辐合上升气流区, 正地闪出现在回波前部的云砧或回波后部的较弱回波区域, 对应着辐散的下沉气流区域; 整个雷暴云发展演变过程中负地闪电流强度呈现出先增大后减小的单峰型变化特征, 而正地闪电流强度基本呈现逐渐增大的直线型变化特征。
  • 典型层状云系催化试验的云物理响应研究
  • 陈保国;栗珂;雷恒池;贾玲;乔友刚;田显;李金辉;白丁;王小军
  • 2010 Vol. 29 (4): 1036-1042. 
  • 摘要 ( ) PDF (860KB) ( )
  • 利用2003年秋季延安地区一次典型层状云系加密探空和实时雷达观测资料, 设计了催化和对比探测方案, 计算得出催化影响区及下风方可能采集到响应值的区域。按照设计方案进行催化和探测。云物理响应观测结果表明: PNS粒子探测系统检测到催化后30 min, 小云滴减少; 大冰晶的浓度增加; 催化前冰晶以片状为主, 催化后可看到有霰坯; 催化前大雪晶浓度很小, 雪晶之间没有攀附; 催化后雪晶浓度增加, 且大雪晶增加很多, 可明显看到几个雪团攀附在一起形成的较大雪团; 雷达观测到催化前拟播撒区内云的回波强度较弱、 范围较小, 催化后云体明显增大, 强中心增加了5~10 dBz; 催化约1 h后影响区雨量均有增加, 说明催化引入的人工冰晶, 使冰晶凝结比水滴凝结更有利于过冷云水转化为降水, 冰晶效应和雪晶攀附过程是这次层状云系降水系统中的主要过程。过冷水冻结释放的潜热, 导致云内升速加大, 使催化区云和降水得到发展。