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用NCEP资料分析华北暖季对流性天气的气候背景

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北京大学学报（自然科学版） 2007年第5期43卷 600-608页

作者：郑永光张春喜陈炯陈明轩王迎春国家气象中心北京100081 北京大学物理学院大气科学系北京100871 中国气象局北京城市气象研究所北京100089

由于华北地区(北京、天津、河北)对流天气临近预报的需要,利用2000-2005年5-8月每日4次1°×1°NCEP最终分析资料的平均场分析了该地区暖季对流性天气的气候背景。分析内容包括:高、低空平均环流,湿度、温度、假相当位温、对流有效位能(... 详细信息

由于华北地区(北京、天津、河北)对流天气临近预报的需要,利用2000-2005年5-8月每日4次1°×1°NCEP最终分析资料的平均场分析了该地区暖季对流性天气的气候背景。分析内容包括:高、低空平均环流,湿度、温度、假相当位温、对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)等多年各月各时次的平均场和气候日较差分析。结果表明,华北地区5、6月与7、8月的对流天气是发生在两种不同的气候背景下。5、6月份北方冷空气比较活跃,华北地区受中纬度西风带扰动影响为主;7、8月华北地区受中纬度扰动和低纬度扰动的共同作用,从而造成5、6月份和7、8月份对流的性质有显著差异,前者的对流发生在变性的大陆冷气团中,常出现冰雹和雷雨大风天气,后者的对流发生在锋前热带季风气团中,易出现暴雨天气。因此,5、6月份和7、8月份的对流天气临近预报应该采用不同的预报思路。00UTC和06UTC近地面层975hPa相对湿度场的差异表明,午后华北地区容易出现干线(或露点锋)的气候特点。00UTC和06UTC的850hPa平均流场对比还表明,在北京地区的北侧存在热力作用下产生的地形性边界层辐合线的气候特点。上述两点为华北地区初始对流的临近预报提供了气候背景。

关键词：对流气候背景诊断干线边界层辐合线

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春季格陵兰海冰与夏季中国气温和降水的关系

南京气象学院学报 2001年第4期24卷 483-490页

作者：陈明轩徐海明管兆勇南京气象学院大气科学系南京210044

采用英国 Hadley中心的 GISST海冰面积资料、NCEP/NCAR再分析资料以及中国 1 60站气温和降水资料 ,分析了春季格陵兰海冰面积与夏季中国区域气温和降水的关系。初步研究表明 ,春季格陵兰海冰面积变化和随后夏季我国黄河长江中下游之间... 详细信息

采用英国 Hadley中心的 GISST海冰面积资料、NCEP/NCAR再分析资料以及中国 1 60站气温和降水资料 ,分析了春季格陵兰海冰面积与夏季中国区域气温和降水的关系。初步研究表明 ,春季格陵兰海冰面积变化和随后夏季我国黄河长江中下游之间地区气温以及 8月份华北和西南地区降水呈明显正相关 ,而和 6月黄河中上游地区降水则具有明显的负相关。同时 ,春季格陵兰海冰异常时期对应着北半球大气环流的明显变化。

关键词：格陵兰海冰夏季气温降水大气环流春季中国

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VDRAS产品在奥运气象服务中的应用

气象科技 2010年第5期38卷 645-648,666页

作者：王彦陈明轩王令天津市气象台天津300074 北京城市气象科学研究所北京100089 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 北京市气象台北京100089

着重分析了VDRAS要素在奥运会期间对流天气形成过程中的演变特征。典型对流天气个例分析表明,阵风锋之间的碰撞对雷暴天气的形成具有指示意义,其中VDRAS强梯度的存在能够预示将要分离出阵风锋;冷中心的加强意味着降水还将发展,减弱意味... 详细信息

着重分析了VDRAS要素在奥运会期间对流天气形成过程中的演变特征。典型对流天气个例分析表明,阵风锋之间的碰撞对雷暴天气的形成具有指示意义,其中VDRAS强梯度的存在能够预示将要分离出阵风锋;冷中心的加强意味着降水还将发展,减弱意味着降水要减弱。应用风廓线和自动气象站资料对VDRAS的信息做检验,表明在0.18～1.6km高度上风向基本一致,但是风速有时偏小2m/s;1.6～2.8km高度上,风向和风速大体一致;2.8～3.5km高度上,风向基本一致,但风速有时偏小2m/s。VDRAS气温高于地面自动站的气温约3～4℃。

关键词： VDRAS 阵风锋气象服务

京津及邻近地区暖季强对流风暴的气候分布特征

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科学通报 2009年第11期54卷 1585-1590页

作者：韩雷俞小鼎郑永光陈明轩王洪庆林隐静中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266100 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 北京大学大气科学系北京100871 中国气象局培训中心北京100081 国家气象中心北京100081 北京城市气象研究所北京100089

使用2003～2007年5～8月天津塘沽新一代多普勒天气雷达高时空分辨率三维体积扫描数据,对京津及邻近地区的强对流风暴的气候分布特征进行了统计分析.通过对风暴的识别和追踪结果的统计分析,给出了京津地区对流风暴的面积、体积、顶高、... 详细信息

使用2003～2007年5～8月天津塘沽新一代多普勒天气雷达高时空分辨率三维体积扫描数据,对京津及邻近地区的强对流风暴的气候分布特征进行了统计分析.通过对风暴的识别和追踪结果的统计分析,给出了京津地区对流风暴的面积、体积、顶高、最大反射率因子、生命史和运动规律等定量的强对流风暴气候统计特征.结果表明:京津地区75%的对流风暴持续时间小于30min,绝大部分的风暴体积小于400km3;从对流风暴整体移动趋势来看,风暴大多从西南向东北移动,移动速度集中分布在10～30km·h-1区间;风暴顶平均高度约为海拔6km,但某些强对流风暴的顶高可达到15km以上;京津地区风暴的面积、体积等特征具有西弱东强的特点.与使用常规观测资料和静止卫星红外亮温的统计结果相比,使用雷达资料进行气候统计不仅可以给出对流风暴的三维空间信息的统计结果(如体积和顶高等),还可以给出风暴的生命史、速度等定量气候分布特征,从而进一步充实了对该区域对流天气的气候特征认识.

关键词：多普勒雷达对流风暴统计临近预报追踪

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北京“7.21”暴雨雨团的发生和传播机理

气象学报 2013年第4期71卷 569-592页

作者：陈明轩王迎春肖现高峰中国气象局北京城市气象研究所北京100089 北京市气象局北京100089

基于京津冀5部新一代天气雷达、区域5min自动站和中尺度数值模式模拟资料,通过雷达资料快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式对低层三维动力和热动力特征的模拟分析,为北京"7.21"特大暴雨中尺度对流系统(Mesoscale Convective ... 详细信息

基于京津冀5部新一代天气雷达、区域5min自动站和中尺度数值模式模拟资料,通过雷达资料快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式对低层三维动力和热动力特征的模拟分析,为北京"7.21"特大暴雨中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的结构特征和传播机理的分析提供了佐证。结果表明:(1)低层动力场和地形强迫对MCS的触发、增强和维持起到关键作用。在MCS形成阶段,地形强迫有利于低空偏南气流带来的暖湿空气在山前的辐合上升。随着MCS的加强,强降水区域呈现与地形走向接近的"西南—东北"向带状分布,单体移动具有明显的"列车效应",而MCS整体则向东偏南缓慢传播。在MCS传播前沿(山前)形成强的出流风场,低层2 km以下均为深厚的辐合上升区且进一步加强,表明地形强迫和低层风辐合对偏南暖湿空气抬升起到重要作用,有利于MCS长时间"列车效应"的维持和MCS的发展。MCS出流风场与平原地区近地面偏南风交汇,使得在距MCS传播前沿约50 km的、已经存在的一个接近"西西南—东东北"走向的出流边界明显增强。在MCS传播前沿存在较为明显的0-3 km风垂直切变,由MCS出流与低层偏南风形成的风向切变以及地形强迫造成的风速切变构成,切变区域与地形走向及MCS伸展方向密切相关,切变强度达到中纬度低层强切变阈值范围。低层风垂直切变与MCS存在明显的正反馈效应,亦有利于MCS的长时间发展和维持。(2)低层热动力场为MCS的发展、传播提供了重要条件。在MCS传播前方的环境低层是明显的暖湿区,而在传播后方的低层则是由于地面冷锋及MCS降水造成的冷区,冷暖空气交汇对MCS的高度组织化和强降水的持续起到重要作用。低层的热力层结不稳定区域主要分布在MCS的南部到西南部地区,为MCS尾部风暴单体的不断新生和移动传播创造了良好的热力条件。最后,通过观测和模拟结果综合分析,初步得出了与此次强降水MCS发展演变密切相关的低层热、动力配置的概念模型,为MCS"列车效应"和后向传播特征的机制分析提供了依据。

关键词：特大暴雨 7 21 北京雷达资料四维变分数值模拟

弱天气系统强迫下北京地区对流下山演变的热动力机制

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大气科学 2015年第1期39卷 100-124页

作者：肖现陈明轩高峰王迎春中国气象局北京城市气象研究所北京100089 中国科学院中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 北京市气象局北京100089

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对京津冀地区4部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了弱天气系统强迫下两次发生在北京地区对流风暴的低层动力和热力影响机制。这两次风暴... 详细信息

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对京津冀地区4部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了弱天气系统强迫下两次发生在北京地区对流风暴的低层动力和热力影响机制。这两次风暴过程处于弱天气系统强迫和弱层结背景下,局地冷池和环境风场的相互配合是造成山上对流风暴是否能够顺利传播下山的关键机制。起初,两个个例平原局地热、动力不均衡形成平原冷池,而冷池的"障碍物"作用进而阻碍环境风场的传播配置。在此机制下,导致在冷池东南边缘形成较强的辐合上升、垂直风切变和螺旋度。在6月26日个例中,由于冷池强度较强且位置偏南,因此阻断了东南暖湿气流向山区的输送,形成由平原至山区的辐散区使得山区的对流风暴不断减弱。但是,随着已经消散的对流风暴下沉气流,覆盖至冷池边缘东南气流上空形成了较强的风切变和垂直螺旋度,进而促使在冷池边缘形成新的对流风暴。而且,在新对流风暴生成后,由于平原地区整体切变强度较弱,因此形成了冷池扩张强度大于对流风暴传播速度的态势。这种配置会切断暖湿入流,从而导致对流风暴快速消亡。对于8月1日个例,冷池位置偏北,因而不受冷池阻挡作用的偏南风在山脚形成较强的辐合上升,同时与下山的偏西风形成明显辐合上升区,有利于山区对流风暴的不断增强;进而,受此影响,山上风暴降水产生若干冷池,新生冷池和原有冷池的相互挤压,在迫使中、北部风暴增强的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,最终合并组织成带状对流系统。同时,北部冷池边缘形成的辐合带也为对流风暴向山下传播提供有利条件,而回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的"前冲"特征,显现出部分飑线系统的热动力特征。但是由于此时平原地区处于弱切变环境中,风切变强度不能与冷池出流强度相平衡,同样冷池扩展将领先于对流风暴移动,切断东南暖湿入流,导致原有风暴快速减弱。在文章的最后,基于观测和模拟结果,对比分析这两个个例,初步得出了与对流风暴传播下山发展演变密切相关的低层热、动力配置概念模型。

关键词：雷达同化冷池螺旋度切变风暴

春季格陵兰海冰变化及与北大西洋涛动和北极涛动的联系

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南京气象学院学报 2003年第4期26卷 433-446页

作者：陈明轩徐海明管兆勇南京气象学院大气科学系

采用长序列 ( 1 90 3— 1 994年 ) GISST海冰面积和海表温度 ( SST)资料、NCEP/NCAR再分析资料等 ,分析了春季格陵兰海冰面积年代际变化特征及其同北大西洋海气变化的关系。结果表明 :春季格陵兰海冰面积变化的主要特征可由海冰变化的 ... 详细信息

采用长序列 ( 1 90 3— 1 994年 ) GISST海冰面积和海表温度 ( SST)资料、NCEP/NCAR再分析资料等 ,分析了春季格陵兰海冰面积年代际变化特征及其同北大西洋海气变化的关系。结果表明 :春季格陵兰海冰面积变化的主要特征可由海冰变化的 EOF第一主分量表示。春季海冰变化与前冬 NAO/AO以及冬春 1— 4月份北大西洋墨西哥湾流区 SST具有明显的反相变化趋势 ,且均具有准 6 0 a的周期变化特征。海洋向大气的热量输送 (感热、潜热 )受到海冰变化的显著影响 (冰多输送少 )。海冰作为大气的冷源 ,也明显影响地表净辐射的变化。进而 ,春季海冰变化可影响后期的大气环流变化 :海冰面积偏大 (偏小 ) ,冰岛低压和阿留申低压偏弱 (偏强 ) ,夏季北非和亚洲大陆的 SLP明显偏低 (偏高 ) ,两大陆夏季热低压加强 (减弱 )

关键词：海冰变化涛动格陵兰海北大西洋北极热量通量大气环流

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复杂地形下雷暴增强过程的个例研究

气象 2011年第7期37卷 802-813页

作者：陈双王迎春张文龙陈明轩中国气象科学研究院北京100081 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 北京市气象局北京100089

本文基于多普勒雷达变分同化分析系统(VDRAS)反演的对流层低层热力和动力场,并结合多种稠密观测资料,对北京地区2009年7月22日一次弱天气尺度强迫下雷暴在山区和平原增强的机理进行了较深入的分析。研究结果表明:雷暴过程受大尺度天气... 详细信息

本文基于多普勒雷达变分同化分析系统(VDRAS)反演的对流层低层热力和动力场,并结合多种稠密观测资料,对北京地区2009年7月22日一次弱天气尺度强迫下雷暴在山区和平原增强的机理进行了较深入的分析。研究结果表明:雷暴过程受大尺度天气系统影响不明显,对流前期地面弱冷锋,是此次雷暴新生的触发机制,高层冷平流、低层偏南暖湿气流的稳定维持和对流不稳定能量的聚集是本次雷暴增强的必要条件。雷暴从河北北部移进北京西北山区后,在下山和到达平原地区时,经历了两次明显的发展增强阶段。雷暴第一阶段下山增强,地形强迫起着主要作用,具体表现在三个方面:(1)地形斜坡使得雷暴冷池出流下山加速与稳定维持的偏南气流形成了强的辐合区;(2)地形抬升使得偏南暖湿入流强烈地上升,从而加剧了对流的发展;(3)地形抬高了冷池出流高度,使得出流与近地面偏南气流构成随高度顺转的低层垂直风切变,低层暖空气之上有冷平流叠加,使得雷暴前方的动力和热力不稳定增强。雷暴第二阶段在平原地区再次增强的主要原因是:组织完好的雷暴到达平原地区后,其冷池与低层暖舌在城区(朝阳地区)的对峙,产生了强的扰动温度梯度;强的冷池出流与势力相当的偏南暖湿气流相互作用产生了强的辐合上升气流,并与下沉气流在较长时间内共存;冷池出流形成的负涡度与低层切变产生的正涡度达到近似平衡状态。运用RKW理论,三者导致雷暴前方低层的辐合抬升最强,最有利于雷暴的维持发展。

关键词：复杂地形雷暴增强冷池低层垂直风切变辐合线

基于雷达资料四维变分同化和三维云模式对一次超级单体风暴发展维持热动力机制的模拟分析

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大气科学 2012年第5期36卷 929-944页

作者：陈明轩王迎春肖现高峰中国气象局北京城市气象研究所北京100089 北京市气象局北京100089

利用三维云尺度数值模式和雷达资料快速更新循环四维变分同化(4DVar)技术,对京津冀地区一次强降水超级单体风暴发展演变的热动力机制进行了数值模拟和结果分析,并结合雷达、加密探空和自动站资料,揭示了快速变化的近风暴大气环境及风暴... 详细信息

利用三维云尺度数值模式和雷达资料快速更新循环四维变分同化(4DVar)技术,对京津冀地区一次强降水超级单体风暴发展演变的热动力机制进行了数值模拟和结果分析,并结合雷达、加密探空和自动站资料,揭示了快速变化的近风暴大气环境及风暴自身的热动力三维特征对超级单体形成、发展和演变的影响。雷达回波观测分析表明,这是一次由多单体合并加强为"右移"超级单体而后又分裂为多单体的风暴过程。在超级单体形成到发展成熟阶段,风暴前方中低层环境垂直风切变逐渐加强,为超级单体中稳定旋转上升气流和中气旋的形成创造了重要条件。模拟的风矢端图也指示出,风暴前方的低层环境风随高度存在显著的顺时针切变,有利于超级单体风暴的持续发展和右移。与风暴相伴随的冷池以及冷池出流(阵风锋)与低层环境风场的辐合均不断增强,风暴前沿的气流上升明显,低层暖湿空气在强的风切变作用下旋转上升进入风暴内,使得超级单体得以维持和加强。在超级单体消散分裂为多单体阶段,模拟的热动力特征均不利于其进一步发展。此时,中低层切变明显减弱,风矢端图具有明显的有利于多单体风暴发展的"直线型"特征。低层扰动温度显示冷池进一步增强并明显扩展,其扩展速度快于风暴的发展移动速度,冷池前沿伸展到风暴前面。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的"前冲"特征,并开始"脱离"风暴前沿。风暴前方的辐合上升也明显减弱。基于模拟结果计算了与超级单体发展密切相关的风暴相对环境螺旋度(SREH)、风暴整体理查森数(SBRN)和风暴强度(SS)。结果显示,在超级单体形成和发展成熟阶段,SREH>150m2/s2,SBRN0.4,而在超级单体形成之前和接近消散阶段,SREH45,SS<0.4。上述结果与前人研究结论基本一致,反映出模拟的SREH、SBRN和SS对该超级单体风暴过程具有明显指示意义。

关键词：雷达资料 4DVar 云模式超级单体热动力机制