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江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的位涡比较分析

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暴雨灾害 2024年第2期43卷 121-134页

作者：毛江玉赵雪洁刘屹岷何编吴国雄中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 苏州市职业大学数理部苏州215104

基于我国气象台站观测降水数据和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),从位势涡度(位涡)强迫垂直运动的角度,揭示了江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的动力学机制及差异。基于改进的两种事件定义方法,识别出197... 详细信息

基于我国气象台站观测降水数据和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),从位势涡度(位涡)强迫垂直运动的角度,揭示了江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的动力学机制及差异。基于改进的两种事件定义方法,识别出1979—2020年梅雨区共发生了24次持续性暴雨事件及24次极端强降水事件。事件合成分析表明,持续性暴雨事件最强雨带主要位于长江及其以南地区,而极端强降水事件最强雨带则位于长江及其以北地区。持续性暴雨事件与热带大气低频振荡密切相关,其中南亚高压偏东、西北太平洋副热带高压偏西,因而高空偏南的西风急流附近具有高值位涡的干冷空气向南和向低空入侵,在中低层与西南暖湿气流辐合并形成梅雨锋区。极端强降水事件更大程度地取决于偏北的西风急流南侧的高空辐散及位涡强迫的强冷空气。对于极端强降水事件位涡收支的定量诊断表明,在强降水达到峰值及之前,高层负的位涡倾向主要由负的垂直位涡平流所导致,而中低层正的位涡倾向则主要取决于垂直非绝热加热的位涡制造和垂直位涡平流。结合典型个例的垂直速度分解,进一步证实梅雨区上空水平位涡平流随高度增加的垂直分布激发的上升运动分量在极端强降水事件起着重要作用。

关键词：江淮梅雨持续性暴雨极端强降水位涡

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FY-4A数据在2021年1月6—8日寒潮监测中应用

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气象 2024年第6期50卷 661-674页

作者：牛宁任素玲覃丹宇中国气象局干部培训学院北京100081 国家卫星气象中心/国家空间天气监测预警中心北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)产品和欧洲中心第五代大气再分析资料(ERA5)对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明:高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒... 详细信息

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)产品和欧洲中心第五代大气再分析资料(ERA5)对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明:高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒潮天气的主要影响系统,冷空气5日08:00从贝加尔湖南部向东、向南加强发展,8日20:00减弱;对比FY-4A/GIIRS与ERA5850 hPa 24 h变温数据发现:两种数据反映的对流层低层冷空气东移南下特征和正负变温区域分布特征基本一致,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h负变温中心和0℃等变温线的位置与ERA5数据接近,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h变温中心值强度略大于ERA5。水汽图像暗区变暗附近的高层位涡的增加激发高层气旋性环流后侧下沉运动增强,干空气下沉造成了地面高压增强;500 hPa冷涡中心附近绝对涡度增加是引起冷空气增强的原因之一;冷空气急剧增强时段,中低层位涡的加大引起地面冷空气堆积,寒潮增强。FY-4A/GIIRS温度产品反映的冷空气移动特征与位涡理论对冷空气增强原因分析结果一致,说明应用FY-4A/GIIRS温度产品能够有效监测分析寒潮冷空气演变特征。

关键词： FY-4A水汽图像 GIIRS温度廓线位涡寒潮

阿拉伯海超级气旋风暴“查帕拉”(2015)快速加强过程中环境场特征

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热带气象学报 2024年第1期40卷 40-51页

作者：柳龙生刘莲高拴柱国家气象中心北京100081 中国科学院青藏高原研究所北京100101

利用美国联合台风警报中心(JTWC)发布的北印度洋热带气旋数据、NOAA 0.25°×0.25°逐日OISST资料以及ERA5提供的0.25°×0.25°逐小时的再分析资料分析了阿拉伯海超级气旋风暴“查帕拉”(2015)快速加强过程中的环境场特征,结果表明:较... 详细信息

利用美国联合台风警报中心(JTWC)发布的北印度洋热带气旋数据、NOAA 0.25°×0.25°逐日OISST资料以及ERA5提供的0.25°×0.25°逐小时的再分析资料分析了阿拉伯海超级气旋风暴“查帕拉”(2015)快速加强过程中的环境场特征,结果表明:较常年平均偏暖3.0~3.5℃的暖水区,为“查帕拉”的快速加强提供了水汽和能量条件;“查帕拉”北侧的副热带西风急流和南侧的高空出流通道的建立是其快速加强的重要高空强迫条件,高层辐散风的增强促进质量流出形成强上升运动,这也伴随着旋转风动能的快速增长;在“查帕拉”快速增强时段,高层150 hPa以上存在显著的正位涡异常,高层的正位涡异常能够调整引起低层气旋性环流加强,同时中层400 hPa有显著的正位涡平流输入,正涡度在垂直方向快速增长,300 hPa附近显著增暖,内核区的垂直对流运动达到最强。

关键词：查帕拉快速加强高空出流涡度位涡

2020年7月一场梅雨暴雨的异常空间分布及形成机制

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气象科学 2024年第3期 512-526页

作者：何春杨杜银谢志清南京信息工程大学大气科学学院南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏省气候中心

利用GPCP逐日降水资料、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料，研究了2020年7月17—19日长江梅雨大暴雨异常空间分布及成因。结果表明，强降水主雨带在长江下游呈纬向分布，与长江干流位置重合、走向一致、长江中游雨带为西南—东北走向。中高层... 详细信息

利用GPCP逐日降水资料、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料，研究了2020年7月17—19日长江梅雨大暴雨异常空间分布及成因。结果表明，强降水主雨带在长江下游呈纬向分布，与长江干流位置重合、走向一致、长江中游雨带为西南—东北走向。中高层大气环流出现“两脊一槽”的异常大气环流型，南亚高压主体强盛东伸，副高西北侧水汽通道持续维持，为暴雨的形成和维持提供了有利环流背景。17—18日高空西风急流呈纬向分布、副高控制华南、低空西南急流持续加强并东移；19日高空西风急流转为“V”型分布，江淮气旋形成，长江中下游位于高空急流入口区南侧、副高的西北侧和低空西南急流出口区北侧。“两脊一槽”和“V”型大气环流配置结构使得上层的“抽吸”作用和下层的抬升活动相重叠，伴有江淮气旋的辐合作用，导致强烈的上升运动，易产生大暴雨。过程内高低空急流和副高位置和形态的变化是暴雨空间分布出现变化的主要原因。诊断结果显示，热力因子对抬升活动起主要作用，位涡垂直输送和非绝热加热随气压变化项均有利于位涡增强，假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的峰值、强上升运动和位涡高值区与强降水中心重合为本次大暴雨形成提供了有利的热力与动力条件。假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的谷值具有较好前期预报指示意义。

关键词：大暴雨高空西风急流异常空间分布位涡高低空急流耦合

不同定义的位涡对四川盆地一次极端暴雨的诊断

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高原气象 2022年第5期41卷 1242-1250页

作者：郭云云康岚邓莲堂周懿王晨曦四川省气象台四川成都610072 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室四川成都610072 国家气象中心北京100081 中国气象局数值预报中心北京100081 四川省气象灾害防御技术中心四川成都610072

利用NCEP 1°×1°再分析资料、国家级地面自动站观测资料、探空资料和四川加密自动站逐时降水观测资料对2020年8月15-18日四川盆地西部一次极端暴雨的不同定义的位温和位涡进行诊断分析.结果表明:本次暴雨过程属于500 hPa"东高西低"型... 详细信息

利用NCEP 1°×1°再分析资料、国家级地面自动站观测资料、探空资料和四川加密自动站逐时降水观测资料对2020年8月15-18日四川盆地西部一次极端暴雨的不同定义的位温和位涡进行诊断分析.结果表明:本次暴雨过程属于500 hPa"东高西低"型暴雨,中层低槽、低层切变线和低涡是此次暴雨有利的动力条件.暴雨区上空均存在明显的等θ_(se)和θ*线密集带,但θ较为平直,降水指示性较差.500 hPa和800 hPa附近PV异常区与降水区对应较好;对流层中低层湿位涡MPV1上正下负的叠置以及MPV1、MPV2负值的重合区是强降水发生的警戒区,强降水中心靠近低层MPV1正负值交界处,强降水时段中低层对流不稳定能量占主导作用;800~600 hPa广义湿位涡异常扰动区可作为此次暴雨警示区,它的诊断效果与相对湿度密切相关.单站不同定义的位涡时空演变和降水的时间演变均有较好的对应关系,且降水强度与扰动强度呈正相关.不同的是,PV、MPV和GMPV三者的提示高度分别在650~450 hPa、600~500 hPa和800 hPa左右;而不同定义的位温差异明显,其中低层广义位温θ*分布最能体现强降水高水汽的特点.

关键词：位温位涡相对湿度极端暴雨

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位涡在冷流暴雪短时预报中的应用

中国海洋大学学报（自然科学版） 2009年第3期39卷 361-368页

作者：杨成芳车军辉吕庆利张少林山东省气象科学研究所山东济南250031 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 山东省气象台山东济南250031

利用NCAR/NCEP逐日6 h间隔的再分析资料,对2005年冬季发生在山东半岛的冷流暴雪过程中的位涡演变特征及其对降雪的作用机制进行了分析。结果表明:(1)中高纬度阻塞环流形势经历了转型,其发展演变过程有利于冷空气频繁南下从不同的路径入... 详细信息

利用NCAR/NCEP逐日6 h间隔的再分析资料,对2005年冬季发生在山东半岛的冷流暴雪过程中的位涡演变特征及其对降雪的作用机制进行了分析。结果表明:(1)中高纬度阻塞环流形势经历了转型,其发展演变过程有利于冷空气频繁南下从不同的路径入侵渤海和山东半岛地区,造成持续性冷流暴雪;(2)高位涡从高层下传,降雪强度与下伸高度有关;(3)高位涡的移动可以很好地示踪冷空气的源地和路径,此次持续性强降雪过程的冷空气来源于4种路径;(4)对流层中层的高位涡区的强度和影响时间可作为冷流暴雪预报的有益指标,500 hPa等压面的高位涡信号明显,与强降雪的出现有很好的同位相对应关系,700 hPa的位涡场有时候也表现出强劣信号,业务应用中可同时比较分析二者的高位涡区;(5)高层的高位涡冷空气下沉时产生位势不稳定和对称不稳定层结,对降雪起到增强作用,500 hPa出现明显槽时可形成"不稳定-稳定-不稳定"的大气层结稳定垂直结构,在短时间内产生强降雪。

关键词：冷流暴雪位涡冷空气短时预报

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包含冻结过程的广义位温及位涡特征分析

大气科学 2020年第4期44卷 816-834页

作者：周括冉令坤齐彦斌高枞亭中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 吉林省人工影响天气办公室长春130062 吉林省气象科学研究所长春130062

为了对比分析降水过程中不同表达形式热力学变量和位涡时空分布特点,本文针对2017年7月13~14日吉林省强降水过程,利用模式输出资料对常规位温(θ)、相当位温(θe)、包含凝结概率函数的广义位温(θGao)、包含冻结概率函数的广义位温(θWa... 详细信息

为了对比分析降水过程中不同表达形式热力学变量和位涡时空分布特点,本文针对2017年7月13~14日吉林省强降水过程,利用模式输出资料对常规位温(θ)、相当位温(θe)、包含凝结概率函数的广义位温(θGao)、包含冻结概率函数的广义位温(θWang)和同时涵盖凝结过程与冻结过程(θGu)五种不同形式位温进行计算,并分析五种对应位涡[PV(θ)、PV(θe)、PV(θGao)、PV(θWang)、PV(θGu)]与降水的关系。结果表明,引入冻结概率函数的广义位温(θWang)和对应的广义湿位涡PV(θWang)与强降水的对应性更好。θWang与θGao差异集中在降水区对流层中高层5~11 km,前者始终高于后者,最大差异达2.5 K,说明冻结概率函数的引入扩大了广义位温的适用范围,更适合描述降水区湿大气非均匀饱和热力状态。五种位涡的差异主要在降水区上空12 km以下,由θGao和θWang定义的位涡PV(θGao)和PV(θWang)的正负异常中心更为明显。相比于PV(θGao)和PV(θWang)异常值更大,差异可达±0.2 PVU,这主要是由于冻结概率函数的引入增大降水区上空广义位温,促使冻结区的湿位涡异常增强。

关键词：凝结冻结广义位温位涡

位涡和Q矢量诊断在毛乌素沙地沙尘天气预报中的应用

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中国沙漠 2008年第4期28卷 762-769页

作者：井喜屠妮妮井宇陕西榆林市气象局陕西榆林719000 中国气象局成都高原气象研究所四川成都610071 辽宁省气象局辽宁沈阳110001

利用常规的天气图、卫星云图、湿位涡和Q矢量等,对2007年4月30日和2007年5月2日发生在毛乌素沙地的两次沙尘天气进行了综合分析。结果表明:对流层低层MPV1<0中尺度对流不稳定区的生成,为干对流的发生提供了不稳定能量条件;来自上游对流... 详细信息

利用常规的天气图、卫星云图、湿位涡和Q矢量等,对2007年4月30日和2007年5月2日发生在毛乌素沙地的两次沙尘天气进行了综合分析。结果表明:对流层低层MPV1位能的作用。

关键词：毛乌素沙地位涡 Q矢量沙尘天气

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位涡在暴雨成因分析中的应用

应用气象学报 1996年第1期7卷 19-27页

作者：王建中马淑芬丁一汇中国气象科学研究院

应用位涡理论，对１９９１年江淮地区一次特大暴雨过程中位涡及其有关物理量的分布特征进行了分析．结果表明：强降水总是落在干位涡比较小的地方和湿位涡负中心暧气流一侧，它和相对湿位涡的关系更直接．湿位涡斜压部分可清楚地反映湿... 详细信息

应用位涡理论，对１９９１年江淮地区一次特大暴雨过程中位涡及其有关物理量的分布特征进行了分析．结果表明：强降水总是落在干位涡比较小的地方和湿位涡负中心暧气流一侧，它和相对湿位涡的关系更直接．湿位涡斜压部分可清楚地反映湿斜压性对对流不稳定系统所起的作用．大气在湿位涡值比较小的区域对锋生强迫有更强的响应．

关键词：暴雨位涡锋生强迫成因