高原气象

第34卷 第6期 2015-12-28   

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论文

  • 高原涡与西南涡相互作用引发四川暴雨的位涡诊断
  • 邱静雅;李国平;郝丽萍
  • 2015 Vol. 34 (6): 1556-1565.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00117
  • 摘要 ( ) PDF (4206KB) ( )
  • 利用自动气象站逐时降水量资料和欧洲中期天气预报中心ERA-interim再分析资料,对2013年6月28日至7月2日一次高原低涡(高原涡)与西南低涡(西南涡)相互作用引发四川盆地暴雨的天气过程进行了位涡诊断分析。根据Hoskins位涡理论,对比分析了位涡、高度场、风场中低涡中心的位置差异,分别揭示并验证了高原涡、西南涡在移动过程中的强度变化。结果表明:在高原涡、西南涡形成阶段,位涡中心都位于高度场、风场低涡中心的西侧。高原涡在东移到高原东部的过程中,强度加强;进入四川盆地继续东移的过程中,强度减弱。当高原涡与西南涡实现垂直耦合后,高原涡的强度再次加强;高原涡与西南涡处于非耦合状态时,高原涡东侧的下沉气流将抑制盆地西南涡的发展;而当高原涡东移出高原与盆地西南涡垂直耦合后可激发西南涡加强,高原涡与西南涡垂直合并为一个深厚强涡。从位涡剖面的垂直方向上不仅清晰地反映高原涡与西南涡相互作用过程以及两涡的移动,还可以表示低涡中心强度的变化。等熵位涡水平面上能较好地反映高原涡、西南涡的移动及演变情况,对强降水中心也有指示作用,可从水平方向显示两涡相互作用过程。
  • BCC-AGCM-Chem0模式对20世纪全球O3气候平均态及季节变化特征的模拟研究
  • 李书博;吴统文;张洁;张芳;WANG Jun
  • 2015 Vol. 34 (6): 1601-1615.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00119
  • 摘要 ( ) PDF (13315KB) ( )
  • 利用由国家气候中心最近研发的全球大气环流化学模式BCC-AGCM-Chem0对1871-1999年全球大气O3浓度进行了模拟,并利用全球臭氧和紫外线辐射数据中心(WOUDC)提供的O3台站观测资料以及第5次耦合模式国际比较计划(CMIP5)整理的一套全球O3分析资料对BCC-AGCM-Chem0模拟的O3的气候平均态及季节变化特征进行了评估。结果表明:(1)BCC-AGCM-Chem0模式模拟出了全球年平均的O3空间分布特征,表现为北半球O3浓度高于南半球,O3的经向分布大致呈由低纬向高纬递增;模式可以再现台站观测的O3浓度垂直分布结构;相对于CMIP5分析数据,BCC-AGCM-Chem0模拟的O3气柱总量在40°S以南的南大洋区域,模拟值偏低3~6 DU,在40°S 50°N中低纬地区略偏高3~6 DU,陆地地区差异明显大于海洋地区,这些模拟偏差与地面排放和模式中O3水平和垂直平流输送的影响有关。(2)BCC-AGCM-Chem0模式对全球O3浓度的季节变化特征也有较好的模拟能力,模拟的O3柱浓度与CMIP5资料的结果在1、4、7和10月的全球格点空间相关系数分别达到0.89,0.97,0.86和0.91;模式再现了南、北半球O3浓度春季偏大、秋季偏小的特点;(3)从模式模拟和台站观测的对比分析来看,500 hPa以上的对流层中高层与以下的对流层中低层的O3季节变化峰值存在明显的不一致性,表明500 hPa以下的中低层区域O3变化可能受地面排放和干、湿等过程的影响较大,而对流层中高层的O3变化可能与化学过程和平流层向下的输送影响较大有关。
  • 一次四川特大暴雨灾害降水特征及水汽来源分析
  • 周长艳;唐信英;邓彪
  • 2015 Vol. 34 (6): 1636-1647.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00121
  • 摘要 ( ) PDF (3824KB) ( )
  • 利用四川气象台站观测资料、JICA项目地基GPS水汽站观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究分析了2013年7月7-12日四川特大暴雨灾害过程中的降水变化特征及水汽来源。结果表明:此次特大暴雨灾害主要发生在四川盆地西部,强降水带从盆地西北部的广元一直向南延伸至南部的雅安、乐山,呈西南-东北走向;灾害过程具有降水总量大、强度大、降水中心稳定少动、持续时间长等显著特点。暴雨灾害的最大累积雨量出现在成都都江堰地区,都江堰站过程总降雨量达到744.9 mm,创下了有气象记录以来该站过程降雨量的极大值和四川省国家级观测站暴雨过程降雨量的极大值。此次暴雨过程的水汽来源和气候平均状态并不完全一致,除了南海、西太平洋地区的偏南风水汽输送,孟加拉湾北部的西南风水汽输送以及高原主体上空的偏西风水汽输送以外,还出现了一条新的水汽输送路径:阿拉伯海北部的西南风水汽输送途经高原主体、高原东南部进入四川。充足的水汽条件、有利的水汽辐合辐散形势以及亚洲中高纬度大尺度环流形势的稳定维持等因素的共同作用导致了此次暴雨过程雨带稳定、雨量超常。
  • 两次冰雹过程边界层气象要素变化特征
  • 姚日升;涂小萍;杜坤;丁烨毅;朱佳敏;杨豪
  • 2015 Vol. 34 (6): 1677-1689.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00072
  • 摘要 ( ) PDF (13673KB) ( )
  • 基于常规气象观测、 浙江省自动气象站、 宁波多普勒雷达和凉帽山岛370 m高塔边界层资料, 对宁波市2012年7月7日(个例1)和2013年3月22日(个例2)两次冰雹过程进行了比较分析, 结果表明: 两次过程发生在不同季节和天气背景下, 个例1由强热对流单体所致, 个例2则是具有高架雷暴特征的移动性强对流带所造成。地面流场都显示: 雹暴前侧入流辐合带和后侧下沉气流辐散区相对雹暴中心位置变化不大, 两次过程前部冷出流边界前沿距离降雹中心约8~10 km及其后约4 km处形成了下沉尾涡。雹暴前侧入流区边界层主要表现为气压下降、 气流转向雹暴中心、 风速及辐合加大等; 而下沉辐散区则表现出天气要素的剧烈变化。个例1高塔处于冰雹前侧入流区, 边界层气象要素变化低层先于高层, 临近降雹时由于拖曳作用削弱了抽吸作用, 近地层各气象要素均有短时间的反向变化。个例2高塔处于低层入流区时, 风速增大也最先出现在塔层底部; 雹暴过境时, 冷高压出流造成高塔处边界层风向、 风速剧烈变化, 上下各层时间较一致。
  • 北京一次对流暴雨过程的干冷空气活动及作用
  • 吴庆梅;张胜军;刘卓;赵玮
  • 2015 Vol. 34 (6): 1690-1698.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00081
  • 摘要 ( ) PDF (12018KB) ( )
  • 利用常规观测资料、 1°×1° NCEP再分析资料、 微波辐射计及风廓线雷达等加密观测资料, 针对2011年6月23日北京地区发生的一次强对流暴雨过程, 对高低层干冷空气活动及其作用进行了分析。结果表明: 北京地区高低层配置符合干侵入三维模型, 中层以上的干区与水汽图像的暗区相吻合, 同时配合有自高纬向低纬传播的高位涡带, 北京地区干侵入特征明显。微波辐射计与风廓线雷达观测能够实时追踪干冷空气造成的温度、 湿度和风场变化, 6 km高度以上的温度和湿度变化最为显著, 两者下降到最低点的时间与强对流的触发时间有较好的一致性, 高层干冷空气对强降水有一定激发作用。干侵入降低了大气稳定度, 造成高层θse低值中心垂直位于低层θse高值中心之上, 探空曲线呈典型的喇叭形开口结构。回流干冷空气与气旋前部暖湿气流形成准静止锋, 850 hPa以下低层温度锋区显著, 为对流的发展加强提供了热动力条件, 回流冷空气形成的东部高压有利于雷暴系统在北京地区滞留, 延长了降水时间。
  • 一次中亚低涡的动力热力结构及演变特征
  • 李曼;杨莲梅;张云惠
  • 2015 Vol. 34 (6): 1711-1720.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00077
  • 摘要 ( ) PDF (11426KB) ( )
  • 利用NCEP再分析1°×1°资料对2009年9月47日造成新疆西南部一次暴雨过程的中亚低涡的动力热力三维结构及演变特征进行了分析, 并初步探讨了低涡的发生、 发展机理。结果表明: 此次中亚低涡具有明显的冷心结构且较为深厚, 首先在对流层中高层发展(300 hPa高度上低涡中心及演变特征最为明显), 随时间向低层延伸, 其发展-成熟-减弱过程是一个斜压-正压-斜压的过程。成熟期, 300 hPa之下均为冷异常, 冷中心与高度中心相重合, 轴线趋于垂直; 低涡中心附近对流层整层均为正涡度区, 在其东西两侧300 hPa高度上存在对称的正涡度中心; 低涡中心附近对流层低层辐合、 中高层辐散的结构有利于上升运动及中亚低涡的维持发展。减弱期, 冷中心强度明显减弱, 轴线向西倾斜, 低涡中心附近对流层中高层出现负涡度区, 无明显辐散辐合和上升运动。此次过程中, 上升运动与充足的水汽相互配合, 引发强降水。对流层“上干下湿”的空间结构、 冷空气向下传递以及高位涡的侵入和向下传递对低涡的发展演变有重要意义。
  • 豫中北一次重致灾强对流天气过程剖析
  • 司福意;周顺武;王传辉;徐威
  • 2015 Vol. 34 (6): 1732-1740.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00027
  • 摘要 ( ) PDF (9121KB) ( )
  • 利用常规观测资料、0.5° × 0.5° NCEP FNL资料和雷达资料,基于“流型识别”和“配料”方法,对2013年8月1日发生在河南省中北部一次致灾严重的混合性强对流天气过程进行了分析,得到以下主要结论:(1) 这是一次由西风槽前倾引起的罕见区域性强对流天气过程,而致使冷槽前倾的原因是近地面暖湿空气对中低层东移南下冷空气的阻挡和削弱;(2) 在“流型识别”基础上,结合分析了强对流天气4大构成要素的动态演变,有助于提高强对流天气预报能力;(3) 当豫北处于副热带高压边缘时,西风槽的出现加大了中低纬度环流的经向度,使得水汽输送和辐合条件改善较快;(4) 中空干冷急流入侵叠加到近地面风场之上所形成的强高低空垂直风切变是风暴系统发展和维持的重要因素;(5) 雷达跟踪显示该风暴系统源于两条“弓形”(飑线)回波的交汇合并,在激发出强对流天气之后主系统再次发展成典型的飑线,并沿着地面辐合线由西南向东北传播,可采用外推法确定其下一步影响区域,有30 min以上的提前预警时效。
  • 新一代天气雷达降水估算的区域覆盖能力评估
  • 王红艳;刘黎平
  • 2015 Vol. 34 (6): 1772-1784.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00122
  • 摘要 ( ) PDF (7798KB) ( )
  • 准确分析雷达的覆盖能力是应用新一代天气雷观测数据的重要基础,本文提出依据0 ℃层高度和雷达波束阻挡来分析雷达降水估算有效覆盖范围的方法,并以浙江为例,客观评估了新一代天气雷达针对降水估算的区域覆盖能力。分别评估雷达网当前业务中默认的降水估算混合扫描方法和考虑地形影响的混合扫描方法的覆盖效果,结果表明:相对SA雷达230 km的降水估算半径,本地主汛期内有17%的区域因波束太高而不适宜于降水估算;而在适宜高度范围内的有效覆盖与波束阻挡直接相关;无论哪种方法,因波束阻挡产生的盲区都较小;而业务默认方法由于未处理波束阻挡,导致35%的降水低估风险区,浙江大部分地区都存在低估风险;而考虑波束阻挡后有效覆盖区达82%以上,且对全年绝大部分降水的区域覆盖效果都相当好。鉴于浙江雷达网良好的覆盖能力,提出改进的雷达降水估算混合扫描方法,即在应用波束阻挡的同时,以本地0 ℃层为波束高度约束,从所有仰角中提取混合扫描数据。对比分析表明,该方法不仅满足区域覆盖的要求,而且估算的降水空间分布与地面观测实况的一致性最好。
  • 雷达估测对流性降水的误差空间分布及Z-R关系的优化
  • 杨杰;刘黎平;赵城城;吴亚昊
  • 2015 Vol. 34 (6): 1785-1796.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00074
  • 摘要 ( ) PDF (5585KB) ( )
  • 新一代天气雷达联合雨量站数据进行定量降水估测中, 雷达回波强度和雨量站观测值较好的匹配是准确拟合出Z-R关系的关键。对流性降水回波强度具有时空变化大的特点, 严重影响了雷达和雨量站数据的匹配以及定量降水估测的精度。利用河南地区3次强对流天气过程的雷达和雨量站数据, 通过分析雷达对流性降水与地面雨量站观测值的误差空间分布, 找到如下规律: 雷达回波强度严重高估点和低估点大部分位于强回波的边缘地区(单点回波强度随时间变化较大); 部分位于强回波中心的雨量站观测值为零(部分时刻)。通过分析可知, 突发的强降水和强回波中心容易造成雨量站观测值误差较大, 因此对Z-R关系拟合造成了较大的影响。根据对流性降水回波强度变化特点和本文得到的回波强度与雨量站雨量匹配关系, 在Z-R关系拟合中, 提出了加入回波强度随时间变化的指标对误差较大雨量站进行剔除的方法, 也提出了一种优化的回波强度平均方法和累积时间, 得到了用于对流性降水估测的最佳方案。详细分析以上因素对降水估测的影响表明, 通过根据回波强度随时间变化的指标对雨量站进行剔除和使用最佳降水估测方案, 提高了对流性降水估测的精度。