能量频散对台风结构和移动的作用

本文用双Ｆｏｕｒｉｅｒ展开的解析方法和β平面准地转正压模式数值试验的方法，研究了台风涡旋能量频散及其对台风路径的影响问题。解析与数值试验的结果一致地表明，由于能量频散，在台风中心以东方向形成了一个低－高－低值系统的波列。三组数值试验的结果表明，波列中的高值系统对台风的结构和移行具有明显的影响。     

TCM-90现场试验台风能量频散波列特征

采用ＴＣＭ－９０（台风运动－９０）台风现场科学试验资料,对台风ＦＬＯ,ＥＤ个例进行了诊断分析,并做了有关数值试验研究。分析研究结论揭示了台风涡旋作为一动力、热力强迫源或ＣＩＳＫ不稳定结构,其与环境场相互作用可激发出动能频散波列;台风扰源通过频散机制可构成类似２维Ｒｏｓｓｂｙ波的经向波列;台风涡旋的移动路径与上述能量传播特征有一定的相关关系。     

“罗莎”台风波动特征与浙江远距离降水相互关系的初步研究

利用NCEP 1°×1°再分析格点资料和浙江省自动站降水资料,分析了2007年"罗莎"台风能量频散的波动特征与浙江省远距离台风降水之间的关系。结果表明:1)由于浙江省所处纬度相对较低,其远距离台风降水的形成过程与北方(西北和华北)典型的远距离台风暴雨存在本质区别,浙江省远距离台风降水主要是台风能量频散的波动效应所引起,而北方远距离台风暴雨的形成过程主要是西风槽和台风外围环流相互作用的结果。2)影响浙江省远距离降水的台风在整个台风环流登陆前有向降水区的能量频散过程,这种能量频散过程在对流层中低层波动特征不明显,因而能量频散的距离相对较小;在对流层中高层,台风能量频散表现出清楚的波动特征,能够影响到较远距离外的天气系统,从而引起局地降水的增加。3)台风能量频散的波动效应在远距离降水区的上空形成一个正涡量区,之后该正涡量区以波动的形式向下传播,导致降水区对流层中下层气旋性涡旋形成,造成局地降水或降水增加。     

Rossby参数β在涡旋Rossby波中的作用

利用尺度分析方法得到Rossby参数β在强涡旋中有着不可忽略的作用.在无基本气流径向切变的涡旋系统中,在Rossby参数β的作用下有涡旋Rossby波出现.由于涡旋Rossby波存在,从而破坏了涡旋系统的轴对称性,表现出非轴对称特征.在考虑切向基本气流的涡度径向变化时,涡旋Rossby波的频散关系同时包含了切向基本气流涡度径向切变项和β项的作用.一般情况下涡旋Rossby波在切向基本气流涡度径向切变的作用下有向外频散能量的特性,而β项的作用随方位角θ而变化,使涡旋能量频散不对称.     

不同形状初始涡旋和热力强迫能量频散特征的数值研究

用谱方法求解球面无辐散正压涡度方程，讨论了不同形状初始涡旋和热力强迫能量频散特性的差异。结果表明：１．在不同结构的环境风场下，差异是没的。环境风场为零或西风时，不不形状的初始涡旋或热力强迫能量频散方向，１速度，强度的差异均较大，但在半球模式中经向频散均很小，能量以向东传播为主。有东风风场存在时，只表现为频散强度的差异，且向极传播的波形波长较长，向南传播的波列波长较短。２．以上线性结果中用波射线跟踪     

涡列涡量内传的数值研究

用一个高分辨率的准地转正压模式实施了4组积分时间为24h的试验,研究台风环流区域中尺度涡列对台风强度的影响,并与单个中尺度涡旋的情况作了对比。结果表明:涡列内传过程中出现了两次涡合并现象,涡列涡量内传对台风强度的影响能力较弱,单个中尺度涡旋涡量内传可使台风增强。     

飓风中的涡旋罗斯贝波

文中从柱坐标系下的正压无辐散涡度方程出发,用WKBJ方法求解方程,发现在飓风中存在类似于行星罗斯贝波的涡旋罗斯贝波,这种波的形成主要是由于飓风中基态涡度垂直分量的径向梯度所决定。利用一次飓风过程的精确数值模拟所输出高分辨的资料,计算了飓风中径向涡度梯度的分布,指出这类波动主要存在于眼墙和眼心中。波动结构分析表明,波动能量具有径向频散,这有可能是飓风暖心结构的一种形成机制。最后用波射线法讨论了定常涡旋罗斯贝波的径向频散     

涡列涡量内传的数值研究

用一个高分辨率的准地转正压模式实施了4组积分时间为24h的试验，研究台风环流区域中尺度涡列对台风强度的影响。并与单个中尺度涡旋的情况作了对比。结果表明：涡列内传过程中出现了两次涡合并现象。涡列涡量内传对台风强度的影响能力较弱。单个中尺度涡旋涡量内传可使台风增强。     

β项和非线性平流对台风结构的作用

用二维Ｆｏｕｒｉｅｒ展开的解析方法和准地转正压模式数值试验的途径，在线性框架内分析了β项对台风结构的影响。指出相速不同和台风能量向外频散两者共同的作用使台风最大风速随时间合理地变化，而不是无限制地增长。非线性平流使台风涡旋衰减速率加快，因能量频散在台风中心以东方向形成的高值系统又使台风涡旋易于维持。     

青藏高原对其东北侧干旱形成的数值试验

应用再分析资料，指出高原边界层内存在北高南低偶极子型涡旋对的独特气候现象。根据当雄站1998年5月31日至6月4日感热通量的连续观测资料，确定了高原热力作用的时变特征，分别用不同的理想高原初始涡度场加定常热源强迫和时变热源强迫代入正压准地转涡度模式，研究了高原东北侧干旱的形成。认为有三种过程在起着重要作用，它们是：基流对上游反气旋涡旋的平流输送、南侧气旋涡旋的能量频散以及高原热力强迫引起的频散生成高值系统的增强。     

Tropical Cyclone Energy Dispersion and Possible Self Maintenance Mechanism of the Synoptic Scale Wave Trains

The interaction between tropical cyclone (TC) and the large-scale mean flows such as the inter-tropical convergence zone (ITCZ) is investigated using a three-dimensional primitive equation model. Once a TC develops in the vicinity of the ITCZ region where satisfies both barotropic and baroclinic instabilities, the southeastward energy dispersion from the TC may disturb the ITCZ and thus help its breakdown. Cumulus convection can be organized in the region of cyclonic circulation, and the interaction between convective heating and the perturbation circulation may enhance the development of the waves, leading to the generation of a new tropical cyclone to the east. While the TC moves to the high latitude, the ITCZ will reform. Though repeating of this process, a synoptic-scale wave train oriented in the northwest-southeast direction can be generated and self-maintained. The results suggest that the mutual interaction among the low-frequency background flow, wave train pattern and TCs provides a possible mechanism for the origin of the summer synoptic scale wave train pattern over the western North Pacific.     

多时间尺度环流对热带气旋海棠(0505)路径的影响

利用滤波方法将NCEP/NCAR提供的FNL风场资料分离出天气尺度和低频环流场,研究不同时间尺度环流对台风海棠（0505）路径的影响。热带气旋海棠路径的特征可以分两个主要阶段,在第一阶段,海棠西侧的天气尺度反气旋和低频流场副高南侧气流共同引导海棠向西南运动;第二阶段初期,天气尺度环流抑制海棠向北转向,但海棠西侧的QBW气旋和MJO尺度的气流共同引导海棠向北运动。海棠运动后期,海棠与低频气旋的相互作用导致了天气尺度流场中波列的产生和发展,形成了热带气旋的传播分量,令海棠产生了向东北转向的趋势,但是由于MJO环流场中副高的北抬和QBW气旋的引导,最终导致海棠向西运动。     

随机分布的小尺度涡旋场对台风路径影响的研究

文中用正压原始方程模式和理想初始场研究了随机分布的小尺度涡度场对台风路径的作用.在模式初始场上,有一个理想的副热带高压脊、一个台风和一个随机生成的小尺度涡度场.设计实施两组试验,记为试验A和试验B,积分时间为56 h.每个试验的初始场上各有100个随机分布的小尺度涡.除了小尺度涡的空间位置不同以外,两组试验其余的试验条件全部相同.模式积分的结果指出:小尺度涡不同的空间分布可以引起台风外围水平风速的差异,进而改变台风环境引导流的强度.在24、36和48小时,试验A沿东西方向环境引导流分别为7.8、8.2和8.7 m/s,24-48小时平均值为8.2 m/s,沿南北方向环境引导流分别为0.9、1.8和2.5 m/s,24-48小时平均值为2.1 m/s;试验B沿东西方向分别为8.3、9.5和9.7 m/s,24-48小时平均值为9.5 m/s,沿南北方向分别为2.3、2.3和5.9 m/s,24-48小时平均值为3.4 m/s.环境引导气流强度的小同导致未来台风中心位置的不同.两组不同的初始随机涡度场可以引起48 h以后台风中心相距约120 km.副热带高压与台风相互作用的动力学表明:当初始台风位于副热带高压脊与赤道之间时,局域的绝对涡度梯度与台风传播的关系足南若干个不规则的散布点表征的.引进随机涡度场以后,副热带高压脊、台风和小尺度涡旋三者的共同作用使得绝对涡度梯度与台风传播之间的关系复杂化,除了会出现不规则散布点的特征外,还可显示出两者之间的高相关特征.     

涡旋强度调整半径对2016年第18号热带气旋路径预报的影响

2016年中国国家气象中心区域台风模式（GRAPES_TYM）对第18号热带气旋（记为TC 1618）的路径预报出现了较大的误差:其平均路径误差显著大于全年的平均误差。分析了涡旋初始化方案（包括涡旋重定位以及涡旋强度调整）对其路径预报的影响。结果显示,涡旋强度调整是造成TC1618预报路径平均误差偏大的主要原因。不同的强度调整半径（r₀=12°,9°,6°,3°）对TC1618路径影响的敏感性试验结果显示,强度调整半径越大,其平均路径预报误差越大。500 hPa副热带高压以及平均海平面涡旋尺度分析发现:较大的强度调整半径（r₀=12°,9°）其初始时刻的涡旋尺度较大,涡旋北侧邻近区域副热带高压等值线相对偏北,副热带高压相对偏弱。尺度大的涡旋其北移速度较大,并且在积分过程中其环流邻近区域副热带高压进一步减弱,导致涡旋环流会更早与其西北侧东移的西风槽结合,移速偏快。      

引发东北极端暴雪的黄渤海气旋爆发性发展机制

利用高分辨率观测资料和ERA5再分析资料, 分析造成2021年11月7—8日东北极端暴雪的温带气旋结构特征及爆发性发展机制, 结果表明:温带气旋发生在高空冷涡背景下, 地面气旋在黄海形成后出现爆发性快速增强并沿东北地区东部北上。地面降雪区主要分布在气旋西侧, 且降雪强度与气旋的发生发展密切相关;地面气旋在爆发性发展后由叶状云系演变为逗点涡旋云系, 并表现出明显的锋面断裂和暖锋包卷;其垂直结构也先后出现高空锋区断裂、干暖核形成和中性锢囚锋区加强;西伯利亚高压脊、华北高空槽和东北高压脊3个异常中心构成Rossby波列, 随着高度异常中心不断东移及波能量向下游地区频散, 华北高空槽区的波作用通量明显增大导致华北冷涡快速增强, 涡度因子的急剧增大有利于地面气旋爆发性发展;随着平流层位涡高值区沿等熵面不断向南发展和向下传播, 导致中层冷涡快速发展并向下伸展, 诱发地面气旋爆发性增强。     

黄河气旋暴雨过程发展演变成因分析

2016年7月19-21日华北地区出现了一次影响范围广、累积雨量大、持续时间长、局地雨强大的极端强降水过程,强度仅次于1963年8月8-9日极端降水事件,河北多地及北京的降水总量和持续时间超过2012年"7·21"特大暴雨。本文利用地面自动气象站、气象卫星以及NCEP再分析等资料对导致此次特大暴雨的环流配置尤其是黄河气旋的发生发展等特征进行分析。结果发现,深厚的华北低涡、与低涡相联系的西风槽、副热带高压以及低涡诱发的黄河气旋是此次暴雨的直接影响系统。副高的阻挡使得气旋移动缓慢,且移动过程中两次呈现逆时针旋转路径。地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层正涡度平流之差较大的区域移动。同时,由于降水产生的凝结潜热释放和上升运动产生的正反馈作用,引导气旋向上升运动强的地方移动。强降水造成的潜热反馈对低层位涡增长起了重要的作用,有利于地面黄河气旋系统生成。同时,高空高位涡沿等熵面下传与低空系统耦合,并与地面气旋上空的暖平流成正反馈作用,进而导致地面黄河气旋迅速发展。卫星水汽图像水汽暗区的干带具有高位涡特征,将其与高层位涡场结合分析,有助于在水汽图像上对高空动力特征的发展演变进行判断,为温带气旋的监测提供参考。     

人造热带气旋垂直结构问题初探

在人造热带气旋中引入了倾斜垂直结构，并将其用于西折后9806号热带气旋登陆路径的数值模拟。结果表明：应用该方案所得到的模拟结果优于应用正压结构的人造热带气旋方案的模拟结果要准确。因此，此类热带气旋的预报中，其初始涡旋可采用倾斜垂直结构，从而提出改进热带气旋初始涡旋的一种新思路。若对其作进一步研究、推广，则具有广阔的业务应用前景。     

热带气旋"黄蜂"动热力特征演变的模拟分析

以"中国登陆台风试验"项目的目标热带气旋"黄蜂"为对象,用高分辨数值模式成功模拟了其近海加强和登陆减弱的过程,从定量和时间演化角度细致分析了热带气旋(TC)各阶段的动、热力特征,包括对流加热特性、温湿结构、稳定度、涡散度、垂直运动、垂直环流、水平环流等基本动、热力因子的时空结构特征,揭示了该热带气旋的大量结构特点,如对流加热的强盛和非对称性、强热带风暴的无眼结构、低层的东暖西冷结构、涡度的准圆形对称结构、东/西侧环流正/斜压性的差异、低层辐合和上升运动的准周期振荡等等.这些结构特征的揭示对深入细致地研究和认识南海热带气旋的特点和演变机理具有重要学术意义.     

热带气旋对副热带高压短期时间尺度变化的影响

文中用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ逐日资料对西太平洋副热带高压的短期时间尺度演化进行了诊断研究，接　着对诊断结果进行了理论分析，并用一个正压原始方程模式实施数值试验。结果表明，　副热　带高压南侧东风气流中的热带气旋及其频散生成高值系统与副热带高压的相互作用，可以形　成台风北上副热带　高压断裂后的纬向非对称流型和脊线与纬圈斜交的现象；同时讨论了存在这种相互作用的约　束条件。