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降雨非绝热加热对2023年2月上旬中国东部“南雨-北霾”事件的影响

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中国科学：地球科学 2023年第11期53卷 2623-2638页

作者：安霞东陈文李春盛立芳张玮航海尚飞胡鹏中国海洋大学海洋与大气学院海洋气象学系青岛266100 云南大学地球科学学院大气科学系昆明650500 云南省大湄公河次区域气象灾害与气候资源重点实验室昆明650091 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

2023年2月上旬,华南地区经历了持续性降雨过程,而同期华北平原出现了持续性PM2.5污染天气,即中国东部出现了“南雨-北霾”现象.本研究基于观测和再分析资料,利用相关分析、动力诊断分析和数值模式试验等方法,深入分析了此次“南雨-北霾... 详细信息

2023年2月上旬,华南地区经历了持续性降雨过程,而同期华北平原出现了持续性PM2.5污染天气,即中国东部出现了“南雨-北霾”现象.本研究基于观测和再分析资料,利用相关分析、动力诊断分析和数值模式试验等方法,深入分析了此次“南雨-北霾”事件的气象成因.结果表明:西北太平洋异常反气旋(或称东北亚异常反气旋)是此次“南雨-北霾”事件的主导因子.一方面,该异常反气旋引导西南气流为华南地区输送了大量水汽,并与中国内地对流层高层异常气旋配合引起强上升运动,导致华南地区出现大范围降雨过程.另一方面,该异常反气旋西侧的东南气流削弱了华北平原气候态北风,使得污染物的水平扩散条件变差,同时与该异常反气旋有关的华北平原大气边界层高度降低和相对湿度增加,使得华北平原PM2.5浓度升高.进一步研究发现,该异常反气旋的发展与华南降雨潜热释放对应的非绝热加热有关.华南降雨通过非绝热加热不仅加强了华南地区的降雨过程(贡献约为11.5%),还在西北太平洋对流层高层(如200h Pa)激发出反气旋异常,该反气旋异常加强了背景环流引起的西北太平洋异常反气旋(贡献约为27%),进而影响“北霾”的发展.本研究为理解中国南方降雨对华北平原霾天气的贡献提供了新的理论依据.

关键词：降雨霾非绝热加热西北太平洋异常反气旋中国东部

非绝热加热、湿斜压热动力耦合强迫激发辐合增长的一种机制

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热带气象学报 2010年第6期26卷 710-715页

作者：陈忠明杨康权贵州省气象局贵州贵阳550002 中国气象局成都高原气象研究所四川成都610072 成都信息工程学院四川成都610225

大气热力状态的非均匀分布及其与动力场的相互作用激发大气动力场发生变化,其事实已被许多数值模拟证实。散度作为度量大气运动辐散、辐合强度的物理量,其变化应受到大气热力状态分布及其与动力场相互作用的影响。然而,在传统的大气动... 详细信息

大气热力状态的非均匀分布及其与动力场的相互作用激发大气动力场发生变化,其事实已被许多数值模拟证实。散度作为度量大气运动辐散、辐合强度的物理量,其变化应受到大气热力状态分布及其与动力场相互作用的影响。然而,在传统的大气动力学理论框架中,并没有从理论上揭示大气热力场分布及其与动力场相互作用对散度场变化的影响。通过对热力学方程做变形处理,并与动力学方程结合,在替换平衡近似下(alternative balance),导出了显式包含非绝热加热分布与垂直风切变相互作用、斜压热动力耦合强迫影响的新型散度方程。利用该方程,重点分析了非绝热加热非均匀分布与垂直风切变相互作用对散度场变化的影响,从动力学理论上初步揭示了非绝热加热分布与垂直风切变相互作用激发大气散度场变化的物理机制。

关键词：散度演变非绝热加热湿斜压热动力耦合强迫 QM矢量

大气非绝热加热在夏季风季引起的从里海向南亚和东亚的波列

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Atmospheric and Oceanic Science Letters 2020年第5期13卷 381-389页

作者： CHOUDHURY Devanil NATH Debashis CHEN Wen Center for Monsoon System Research Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of SciencesBeijingChina College of Earth and Planetary Science University of Chinese Academy of SciencesBeijingChina

本研究发现在夏季风季,存在从阿拉伯半岛北部和里海至印支恒河平原的一个波列,该波列进一步沿喜马拉雅山麓伸展到青藏高原东部。利用NCEP–NCAR再分析资料计算的大气非绝热加热通量(1000hPa至500hPa平均)在里海及其周围地区表现出从1979... 详细信息

本研究发现在夏季风季,存在从阿拉伯半岛北部和里海至印支恒河平原的一个波列,该波列进一步沿喜马拉雅山麓伸展到青藏高原东部。利用NCEP–NCAR再分析资料计算的大气非绝热加热通量(1000hPa至500hPa平均)在里海及其周围地区表现出从1979至2018年的显著的减少趋势。而海平面气压在里海地区则呈现出大约0.1hPayr^-1的增加趋势,并在该区域形成一个高压的辐散中心。这个辐散中心正与里海上空850hPa的一个反气旋环流趋势相配。减少的大气非绝热通量通过地面气压在辐散中心附近的增加可以调控当地的大气环流,并进而激发传播向南亚和东亚的波列。该波列可以将925 hPa的水汽从里海向东南输送到南亚季风和东亚季风区。

关键词：水汽输送波列非绝热加热印度夏季风里海

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近40年来青藏高原非绝热加热变化特征

气象与环境科学 2023年第4期46卷 38-48页

作者：程蓉王澄海杨凯张飞民兰州中心气象台兰州730000 甘肃省气候资源开发及防灾减灾重点实验室兰州730000 兰州大学大气科学学院兰州730000

利用青藏高原站点观测资料与ERA5、NCEP II、JRA55和MERRA2再分析资料,对比分析了4种再分析资料在青藏高原非绝热加热描述偏差的时空特征。结果表明:(1)4种再分析资料在青藏高原模拟的误差存在较大的空间差异性。ERA5的模拟结果与观测... 详细信息

利用青藏高原站点观测资料与ERA5、NCEP II、JRA55和MERRA2再分析资料,对比分析了4种再分析资料在青藏高原非绝热加热描述偏差的时空特征。结果表明:(1)4种再分析资料在青藏高原模拟的误差存在较大的空间差异性。ERA5的模拟结果与观测的最为接近,其中,ERA5再分析资料对感热的模拟比对潜热的模拟更准确。(2)ERA5再分析资料在描述青藏高原各区域感、潜热及净短、长波辐射的日变化趋势与观测的较一致,各要素全天峰值出现在12:00-15:00,但在量级上有较大差异。(3)基于青藏高原地区适用性较好的ERA5资料,近40年青藏高原感热呈西北、西南、东北部感热减小、潜热增大的总体空间变化趋势,高原净辐射年代际变化总体呈增大趋势。各季节感热和潜热平均值在空间上均呈现出从西向东减小的分布特征,而净长波辐射和净短波辐射平均值则呈现出从西向东增大的分布特征。

关键词：青藏高原非绝热加热资料对比日变化年际变化

非绝热加热对6月东北冷涡形成演变的影响及其可能机制

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气象与环境学报 2016年第6期32卷 19-26页

作者：李永生刘伯奇王莹李菲黑龙江省气候中心中国气象科学研究院黑龙江省气象服务中心中国人民解放军空军97647部队气象台

利用ERA-Interim再分析资料,基于等熵位涡理论,采用合成分析和动力诊断方法分析了6月东北冷涡演变过程的气候特征,探究非绝热加热对东北冷涡形成和演变的重要影响。结果表明:气候平均东北冷涡形成在中纬度对流层高层,其形成过程表现为... 详细信息

利用ERA-Interim再分析资料,基于等熵位涡理论,采用合成分析和动力诊断方法分析了6月东北冷涡演变过程的气候特征,探究非绝热加热对东北冷涡形成和演变的重要影响。结果表明:气候平均东北冷涡形成在中纬度对流层高层,其形成过程表现为等熵位涡"自上而下、自西向东"发展加强,其演变过程与大气非绝热加热的变化密切联系。在东北冷涡形成前,其上空的非绝热加热明显加强;而在东北冷涡形成后,局地对流层中下部非绝热加热迅速发展。可见,东亚中纬度地区的高空非绝热加热是东北冷涡形成和发展的重要因素,而东北地区对流层中部的非绝热加热则是东北冷涡减弱消亡的主要原因。

关键词：东北冷涡气候特征非绝热加热等熵位涡

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大气非绝热加热作用的研究进展与展望

气象 2019年第1期45卷 1-16页

作者：姚秀萍闫丽朱张硕中国气象局气象干部培训学院北京100081 中国气象科学研究院北京100081 成都信息工程大学成都610225

大气非绝热加热与天气系统的发生发展有密切联系,与降水等天气过程密不可分,非绝热加热在大气运动中有着至关重要的作用。对非绝热加热的研究和理解,有助于改进数值预报模式,增强数值天气预报模式的预报能力。本文系统梳理了大气非绝热... 详细信息

大气非绝热加热与天气系统的发生发展有密切联系,与降水等天气过程密不可分,非绝热加热在大气运动中有着至关重要的作用。对非绝热加热的研究和理解,有助于改进数值预报模式,增强数值天气预报模式的预报能力。本文系统梳理了大气非绝热加热的基本内容,近几十年非绝热加热及其作用的研究成果,主要包括非绝热加热的概念及其表征、非绝热加热的时空分布特征、非绝热加热与季风、天气系统(如西太平洋副热带高压、热带气旋、温带气旋和急流)和降水之间的关系,以及非绝热加热在数值模式中的表征,进而指出有待于进一步研究的方面。

关键词：非绝热加热作用研究进展展望

局地水汽异常引起的非绝热加热对2016/2017年中国南方暖冬的影响

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热带气象学报 2019年第3期35卷 289-295页

作者：郑彬黄燕燕谷德军中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室

基于NCEP/NCAR再分析资料,利用气温异常的倾向方程分析2016/2017年中国华北地区(100~115°E,35~45°N)、西南地区(85~102°E,22~33°N)和南方地区(108~118°E,22~33°N)的暖冬事件。结果表明西南和华北地区的平流作用占主导地位,而2016/... 详细信息

基于NCEP/NCAR再分析资料,利用气温异常的倾向方程分析2016/2017年中国华北地区(100~115°E,35~45°N)、西南地区(85~102°E,22~33°N)和南方地区(108~118°E,22~33°N)的暖冬事件。结果表明西南和华北地区的平流作用占主导地位,而2016/2017年冬季中国南方暖冬主要是非绝热加热引起的。进一步通过水汽收支平衡的分析表明,局地水汽异常对2016/2017年中国南方暖冬有重要贡献,而其中土壤的水汽贡献约占50%。可能的机制如下:大气中正的水汽异常引起辐射加热增多,导致气温升高,土壤的感热增大,土壤温度升高,潜热通量变大,从而向大气的水汽输送增多,更多的水汽将导致更高的温度。

关键词：暖冬非绝热加热平流输送

南太平洋辐合带季节循环及与地形和非绝热加热变化的联系

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气象学报 2018年第4期76卷 566-577页

作者：于亚鑫管兆勇方陆俊孙婧超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信息工程大学南京210044 沈阳中心气象台沈阳110166 杭州市气象台杭州310000

利用1981—2015年NCEP/NCAR月平均资料、NOAA的逐月CMAP(CPC(Climate Prediction Center)Merged Analysis of Precipitation)降水资料以及GODAS的月平均洋流资料和SODA的月平均风应力资料,定义了南太平洋辐合带(SPCZ)的关键区域,对南太平洋辐合带的季节变化特征及南太平洋辐合带的形成和维持原因进行了分析。结果表明,在南太平洋辐合带,4月存在由东西风切变型辐合带向东风辐合型辐合带转变的现象,而12月则存在相反的转换。在对流层低层,南太平洋辐合带区域的向上伸展高度和辐合在北半球冬季较其他季节明显高和强。引起南太平洋辐合带形成与维持的原因有2个方面:一是地形作用。由于地形的阻挡,造成等位涡线发生沿澳大利亚地形的绕行,利于澳大利亚地区反气旋性环流和南太平洋辐合带区域气旋性环流的形成与维持;同时,在地形和科里奥利力共同作用下,还易使暖海水在南太平洋辐合带区域汇聚,形成高海表温度区,从而加热大气,利于南太平洋辐合带的形成与维持。二是非绝热加热作用。南太平洋辐合带区域范围内的热源作用可以使其上方的大气受到加热,并产生加热强迫纬向梯度,驱动低层大气产生辐合。这些结果对深刻认识全球环流特别是南半球热带环流变化有重要意义。

关键词：南太平洋辐合带季节变化地形作用非绝热加热

海洋性大陆核心区域非绝热加热年代际变化及其与东亚夏季风变异的可能联系

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热带气象学报 2017年第1期33卷 21-29页

作者：许琪管兆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 南京信息工程大学江苏省气象灾害预报预警协同创新中心江苏南京210044

海洋性大陆区域是太平洋和印度洋通过"大气桥"发生相互作用的区域,也是亚洲季风和澳洲季风相互作用的重要地区。利用1979—2012年的NCEP/NCAR、CMAP月平均资料和合成分析等方法,研究了海洋性大陆核心区域非绝热加热年代际变化规律及其... 详细信息

海洋性大陆区域是太平洋和印度洋通过"大气桥"发生相互作用的区域,也是亚洲季风和澳洲季风相互作用的重要地区。利用1979—2012年的NCEP/NCAR、CMAP月平均资料和合成分析等方法,研究了海洋性大陆核心区域非绝热加热年代际变化规律及其与东亚夏季风的可能联系。海洋性大陆地区气候变动在95~145°E,10°S^10°N区域尤为显著,记此区域为海洋性大陆核心区域(即KMC区域)。不考虑大气中潜热释放时,KMC区域的非绝热加热率在1979—2012年之间存在显著的年代际变化,加热作用由弱增强,在1980年代末期达到峰值后,即转为减弱阶段。对非绝热加热异常各分量的分析发现,在KMC区域,表面潜热和净大气长波辐射起主要作用。当非绝热加热负异常时,KMC区域的陆地降水偏多,海洋上降水偏少,赤道上存在气流辐合。在115~120°E区间平均的经圈剖面上,气流在赤道地区上升、南海下沉、30°N处上升,构成了异常的垂直环流圈。水汽从孟加拉湾、南海地区向中国东部输送,利于产生降水正异常。东亚剖面上的经圈环流在联系KMC区域非绝热加热和东亚夏季风异常的年代际变化中起重要作用。

关键词：海洋性大陆非绝热加热东亚夏季风年代际变化北半球夏季