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2016年“7.19”京津冀极端降水系统的动热力结构及不稳定条件分析

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大气科学 2019年第4期43卷 930-942页

作者：张景周玉淑沈新勇李小凡南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴院重点实验室(LACS) 北京100029 中国科学院大学北京100049 浙江大学地球科学学院杭州310027

利用NCEP/NCAR的GFS再分析资料,结合中国气象局气象信息中心提供的全国自动站观测降水量资料、CMORPH卫星反演降水资料、FY2反演降水资料和雷达定量估测降水产品融合的降水资料,对造成2016年7月19~21日北京-天津-河北(以下简称京津冀)... 详细信息

利用NCEP/NCAR的GFS再分析资料,结合中国气象局气象信息中心提供的全国自动站观测降水量资料、CMORPH卫星反演降水资料、FY2反演降水资料和雷达定量估测降水产品融合的降水资料,对造成2016年7月19~21日北京-天津-河北(以下简称京津冀)地区的极端降水天气系统动热力结构演变以及不稳定条件进行了诊断分析,揭示了京津冀地区上空不同气压层上天气尺度系统的配置,水汽条件,降水发生的垂直运动条件及不稳定层结演变情况。结果表明:(1)500 hPa呈现东高西低的环流形势,与700 hPa低涡和高低空急流相配合,副高北抬阻挡华北地区低涡的东移,导致低涡在京津冀地区停滞是此次降水发生的环流背景;(2)低层的低涡东移发展与中高层正涡度叠加对暴雨发生有重要作用;(3)引用位势散度分析对流不稳定度变化的原因表明,降水区后部的京津冀西南地区,低层的位势不稳定主要由位势散度的水平风垂直切变部分决定,代表水平风垂直切变和大气湿斜压的共同作用,弱降水区以及降水区后方的低层位势散度为负值,有利于该区域位势不稳定加强,强降水区及降水区前方位势散度为正值,抑制了位势不稳定发展。位势散度变化可以通过影响大气稳定度变化进而影响降水落区,位势散度的高值区对应了降水大值区,尤其是700 hPa位势散度对降水落区有很好的指示作用,可以结合位势散度的变化对降水落区进行预估。

关键词：暴雨动热力系统位势不稳定位势散度

华北两类产生极端强天气的线状对流系统分布特征与环境条件

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气象学报 2020年第6期78卷 877-898页

作者：盛杰郑永光沈新勇南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 国家气象中心北京100081 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082

华北线状对流系统精细气候分布及其所产生的极端天气特征尚不清楚,本研究利用雷达拼图资料和客观识别方法普查2013—2018年华北171例线状对流系统的时、空分布特征,根据其所致强对流天气的统计结果,发现华北地区至少有2类线状对流系统,... 详细信息

华北线状对流系统精细气候分布及其所产生的极端天气特征尚不清楚,本研究利用雷达拼图资料和客观识别方法普查2013—2018年华北171例线状对流系统的时、空分布特征,根据其所致强对流天气的统计结果,发现华北地区至少有2类线状对流系统,分别产生极端强雷暴大风和极端强降水。分析了这2类线状对流系统的环流形势、环境条件、地形作用和关键中尺度系统地面冷池等的特征。主要结论如下:华北线状对流系统的空间分布尤其是初始形成位置与大地形关系密切,京津冀的太行山和燕山山脚区域为其中的一个高发区;2类线状对流系统发生月份、空间尺度、移动速度、形成时刻和维持时间等都具有显著差异;2类线状对流系统的环流背景、环境条件和冷池也差别明显。强雷暴大风型线状对流系统的环境大气斜压性强,中层干和大的垂直减温率造成的最优对流有效位能、下沉对流有效位能大值区是产生极端大风的重要环境条件,地面强冷池以及0—3 km风垂直切变对前向传播起到了重要作用。强降水型线状对流系统产生的降水极端性较前一类型更为凸出,天气尺度强迫相对较弱,水汽条件极其充沛,地面弱冷池或地形与低层南风气流相互作用维持的后向传播是其发展和缓慢移动的主要机制,也是产生极端强降水的直接原因。

关键词：线状对流系统强雷暴大风强降水环境条件

不同微物理方案对台风“彩虹”(2015)降水影响的比较研究

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大气科学 2019年第1期43卷 202-220页

作者：庞琦烨平凡沈新勇刘靓珂南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室(LACS) 北京100029

本文以GFS资料为初始场,利用WRF(v3.6.1)模式对2015年第22号台风"彩虹"进行了数值研究。采用CMA(中国气象局)台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案(Lin、WSM6、GCE和Morrison)对"彩虹"台风路径、强度、... 详细信息

本文以GFS资料为初始场,利用WRF(v3.6.1)模式对2015年第22号台风"彩虹"进行了数值研究。采用CMA(中国气象局)台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案(Lin、WSM6、GCE和Morrison)对"彩虹"台风路径、强度、结构、降水的模拟性能。模拟发现上述4个云微物理方案都能较好地模拟出"彩虹"台风西行登陆过程,但是其模拟的台风强度、结构及降水存在较大差异;就水成物而言,除GCE方案对雨水的模拟偏高以外,其他方案对云水、雨水过程的模拟较为接近,其差异主要存在于云冰、雪、霰粒子的模拟上。本文对比分析了WSM6和Morrison两个方案模拟的云微物理过程,发现WSM6方案模拟的雪和霰粒子融化过程显著强于Morrison方案,但是冰相粒子间转化过程的强度明显弱于Morrison方案。云微物理过程的热量收支分析表明:WSM6方案模拟的眼区潜热更强,暖心结构更为显著,台风中心气压更低。细致的云微物理转化分析表明,此次台风降水的主要云微物理过程是水汽凝结成云水和凝华为云冰;生成的云水一方面被雨水收集碰并直接转化为雨水,另一方面先被雪粒子碰并收集转化为霰,然后霰粒子融化成雨水;而生成的云冰则通过碰并增长转化为雪。小部分雪粒子通过碰并收集过冷水滴并淞附增长为霰粒子,随后融化为雨水,大部分雪粒子则直接融化形成地面降水。

关键词：台风降水云微物理过程数值模拟 “彩虹”台风

近50年中国冬季气温对ENSO响应的时空稳定性分析研究

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气候与环境研究 2014年第1期19卷 97-106页

作者：韩文韬卫捷沈新勇南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室南京210044 中国科学院大气物理研究所北京100029

根据1962-2010年中国160站的月平均气温资料、Nino3．4区海洋Nino指数（ONI）资料以及相应的NECP／NCAR再分析资料，采用相关分析、滑动相关分析、滑动t检验、合成分析等方法，探讨了最近50年中国冬季气温对ENSO响应的时空稳定性问题。... 详细信息

根据1962-2010年中国160站的月平均气温资料、Nino3．4区海洋Nino指数（ONI）资料以及相应的NECP／NCAR再分析资料，采用相关分析、滑动相关分析、滑动t检验、合成分析等方法，探讨了最近50年中国冬季气温对ENSO响应的时空稳定性问题。结果表明：中国冬季气温异常对ENSO的响应有着显著的地域性差异以及年代际变化，其中东北和西南地区的相关关系不稳定度比较大，而在中国东部地区则比较稳定。东北与西南地区在20世纪70年代中后期以后，冬季气温对ENSO的响应迅速减弱，甚至发生了反向变化，而东部地区这种关系近50年并没有较强的突变。相应的亚洲高空大气环流对ENSO的响应也具有明显的空间差异和阶段性变化，其特征与中国冬季气温对ENSO的响应特征基本对应。从大气环流角度解释中国冬季气温对ENSO的响应发生阶段性减弱的可能机制：ENSO通过经向Hadley环流影响中高纬度大气环流，由于70年代中后期以后亚洲经向Hadley环流的下沉支发生显著减弱，使得东亚大气环流对ENSO的响应减弱，进而导致中国冬季气温对ENSO的响应减弱。

关键词： ENSO事件冬季气温大气环流时空不稳定性

地形对华南飑线升尺度影响机制的数值模拟研究

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大气科学 2022年第6期46卷 1319-1331页

作者：沈新勇王林乔娜尹宜舟李焕连南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 天津市静海区气象局天津301600 江苏省镇江市气象局镇江212000 国家气候中心北京100081 中国气象局气象干部培训学院北京100081

本文利用NCEP/NCAR提供的1°×1°的再分析资料,应用WRF4.0中尺度数值模式对2016年4月13日华南地区的一次飑线升尺度过程进行模拟,并设计一系列的敏感性试验,详细研究了南岭对飑线升尺度增长的影响以及可能的机制。结果表明:WRF模式较... 详细信息

本文利用NCEP/NCAR提供的1°×1°的再分析资料,应用WRF4.0中尺度数值模式对2016年4月13日华南地区的一次飑线升尺度过程进行模拟,并设计一系列的敏感性试验,详细研究了南岭对飑线升尺度增长的影响以及可能的机制。结果表明:WRF模式较好的模拟了本次飑线过山前后的变化以及其降水的分布。强对流在过山后比过山前发展要强烈,水平的尺度增长快。但不同高度的地形敏感性试验表明,适宜的地形高度对于风暴的发展更有利。地形影响了飑线的尺度和组织,地形过高会使得广东北部的对流分散。地形可以通过改变水平流场、水汽场、垂直运动以及低层的垂直风切变等来间接影响飑线中的对流单体的分布和对流单体的强度。无地形阻挡时,有利于急流的北进,水汽输送更为有利。但是,一定的地形高度对低层的垂直运动是有利的。地形较高,则会利于高层的垂直运动,低层更多的可能以绕流为主。当地形超过一定高度时,低层的辐合场也相应的减弱。

关键词：飑线敏感性试验地形升尺度增长华南

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东北冷涡背景下飑线发展机制的理论分析和数值研究

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大气科学 2019年第2期43卷 361-371页

作者：张弛王咏青沈新勇李小凡南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室北京100029 浙江大学地球科学学院杭州310027

在CM1模式动力框架基础上,推导出结合尺度分析得到的强对流天气发生发展的必要条件,并选择典型东北冷涡背景下的飑线过程,以200 m的高精度水平网格距进行数值模拟和对比试验,验证理论结果的同时得到东北冷涡飑线形成的条件。通过模式数... 详细信息

在CM1模式动力框架基础上,推导出结合尺度分析得到的强对流天气发生发展的必要条件,并选择典型东北冷涡背景下的飑线过程,以200 m的高精度水平网格距进行数值模拟和对比试验,验证理论结果的同时得到东北冷涡飑线形成的条件。通过模式数据做尺度分析,得到飑线系统中平流、对流以及沉降作用对水汽变量的影响最大,飑线的出现需要水汽分布和上升气流的配合,水汽相变影响次之,湍流作用相对较小。东北冷涡不同区域的模拟验证了理论分析的结果,冷涡西南侧受冷涡引导南下的冷空气影响,配合低层暖平流出现不稳定层结,结合有横向梯度的湿度场,可以形成飑线。在上升气流强的区域受水汽浓度和温度的影响在中高层容易形成强的雷达回波,两侧和积分一段时间后的低层受沉降作用的影响也会出现强的雷达回波。

关键词： CM1云模式东北冷涡飑线发展机制

利用WRF-Chem模式模拟分析人为气溶胶对台风Fitow(1323)强度及降水的影响

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大气科学 2017年第5期41卷 960-974页

作者：沈新勇姜晓岑柳笛祖繁樊曙先南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室北京100029 耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心南京210044 江苏省气象科学研究所南京210009 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

利用气象与化学模块在线耦合的模式WRF-Chem V3.5(Weather Research and Forecasting Model coupled to Chemistry Version 3.5)对1323号台风Fitow进行了模拟,设计无人为排放源、含人为排放源和人为排放源增加的三组模拟试验,对比分析... 详细信息

利用气象与化学模块在线耦合的模式WRF-Chem V3.5(Weather Research and Forecasting Model coupled to Chemistry Version 3.5)对1323号台风Fitow进行了模拟,设计无人为排放源、含人为排放源和人为排放源增加的三组模拟试验,对比分析了人为气溶胶对台风的影响。结果表明:人为气溶胶对台风移动路径影响较小。人为气溶胶增加,台风强度减弱,台风主体总累积降水量减少,靠近陆地阶段台风主体降水率减少。气溶胶的增多可提供更多的凝结核,台风外围云水增加,更多的云水可上升至冻结层以上形成过冷水,促进冰相粒子的形成,释放的潜热增加,使外围对流增强,降水增加。台风外围对流的发展,使低层入流的暖湿空气更多的在外围上升,向台风中心的入流减弱,眼墙的发展减弱,降水减少,台风强度减弱。台风外围的对流发展弱于眼墙的对流,降水仍以眼墙区为主,使累积降水量和降水率整体上表现为减少。

关键词：台风强度降水人为气溶胶 WRF-Chem模式

台风麦莎登陆后粘性摩擦对正压特征波动的影响

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大气科学 2013年第6期37卷 1219-1234页

作者：沈新勇刘佳秦南南冯琎南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

本文推导出柱坐标系下含有粘性摩擦项的正压方程组。选取2005年台风麦莎登陆浙江过程中的8月6日15时的WRF(Weather Research and Forecasting)模式输出资料,利用数值差分方法对该正压方程组求特征波解,分析粘性摩擦对台风麦莎内部正压... 详细信息

本文推导出柱坐标系下含有粘性摩擦项的正压方程组。选取2005年台风麦莎登陆浙江过程中的8月6日15时的WRF(Weather Research and Forecasting)模式输出资料,利用数值差分方法对该正压方程组求特征波解,分析粘性摩擦对台风麦莎内部正压特征波动的影响。结果表明,重力惯性外波在粘性摩擦的影响下,最不稳定波的波数为45左右,波动在摩擦的影响下衰减,波动沿逆时针传播,在半径1000 km处,1波波速为47.43 m/s,在半径r>800 km的范围内,径向风分量扰动加大,辐合辐散运动增强;而摩擦影响下的涡旋Rossby波,2波最不稳定,波动增长率减小,在半径r=200 km处波动相速度为4.282~29.172 m/s,扰动涡度大值区范围减小,涡旋Rossby波的波动区域沿着径向向台风中心收缩。分析包含所有波动时,考虑摩擦后,最不稳定波数在45左右且波动衰减,1波波速在r=1000 km处(外螺旋雨带)为26.374 m/s;在半径r=200 km(内螺旋雨带)为5.275 m/s,考虑径向基本气流后,最不稳定波的波数保持不变,半径r=1000 km处的波速增加为30.324 m/s,r=200 km(内螺旋雨带)处波速为6.065 m/s,摩擦使得径向风分量扰动明显增大,辐合辐散运动加强。

关键词：台风麦莎粘性摩擦正压波动特征值问题稳定性

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强风条件下海面拖曳系数和粗糙长度研究

海洋学报 2013年第1期35卷 76-84页

作者：张荣智高志球沈新勇南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室江苏南京210044 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029 中国民航华东地区空中交通管理局气象中心上海201105

进一步研究强风条件下海-气湍流动量交换以及海浪特征,有助于提高数值天气模式对台风强度演变、移动路径以及恶劣海况的预报能力。依照前人的方法将台风分为风向与浪向(1)相同,(2)相反,和(3)交叉3个扇形区,并结合台风路径数据,得到了浮... 详细信息

进一步研究强风条件下海-气湍流动量交换以及海浪特征,有助于提高数值天气模式对台风强度演变、移动路径以及恶劣海况的预报能力。依照前人的方法将台风分为风向与浪向(1)相同,(2)相反,和(3)交叉3个扇形区,并结合台风路径数据,得到了浮标数据相对于台风的方位。分别对3种类型的浮标数据进行分析,进而发现了波浪高度和相速度随风速增加而变化的规律。并利用GWW参数化方案计算出摩擦速度(u*)、拖曳系数(CDN)和粗糙长度(z0)。将这些结果与前人代表性的研究论文中所用观测数据和所得研究结论进行比较,结果表明二者有较强的一致性。该研究证明GWW参数化方案在强风条件下依然有很好的适用性。

关键词：台风 GWW方案浪高相速度拖曳系数粗糙长度