云图模型与数值产品结合预报海洋气旋

分析了西北太平洋温带气旋爆发性发展前期的云图特征,概括了气旋爆发过程的5类云图模型。通过实例揭示了物理参数与云系的发展有很好的对应关系,最后给出了使用卫星云图和数值产品做气旋爆发性发展的短期预报思路和判断爆发性气旋生成的方法。     

2018年一次温带气旋入海爆发性增强时期的集合预报对比分析

基于实况观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Forecast, ECMWF)0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的再分析数据和集合预报数据,对2018年2月一次入海爆发性气旋在黄海南部的爆发性增强时期的动力和热力因子进行了对比分析。根据气旋路径、强度和海面风的检验结果挑选出两组集合成员——好成员组和坏成员组。通过组间对比分析得到如下主要 结论 1）在气旋入海之后爆发性增强时,500 hPa高空槽和850 hPa中低层低涡迅速加强,同时低层和高层的西南急流均明显加大,中高层系统快速增强,上述因子均为气旋出现爆发性发展提供有利条件。2）气旋入海之后上升运动快速增强,这加剧了低层辐合与高层辐散,有利于地面降压,促使地面气旋的爆发性发展。水汽在中低层辐合后随气流上升发生凝结并释放潜热,这加强了高层辐散、低层辐合以及上升运动,促使气旋进一步爆发性发展。与此同时,对流层顶的高值位涡下传增强,低层大气斜压性受气旋上空冷暖平流的增强而增大,导致垂直稳定度减小,地面气旋性涡度增强,也有利于气旋爆发性发展。最终此次气旋快速增强并达到中等爆发性气旋的强度。3）虽然集合预报两组成员的平均场均比分析场弱,但是好成员组抓住了气旋上空中高层天气系统的快速增强过程,以及垂直运动、温度平流、水汽条件、位涡等预报因子和物理量的快速增强过程,其预报效果在气旋强度和路径等方面均显著优于坏成员组。     

预报爆发性气旋的一个综合判据

根据ECMWF数值预报产品的气旋加深率、卫星云图特征、高空槽和高空急流等四个因子对气旋发展的贡献确定发展指数，以发展指数作为预报西北太平洋温带气旋爆发性发展的综合判据。对1991年1—6月西北太平洋的温带气旋进行试报，预报准确率比单纯的数值预报提高约25%。     

气旋爆发性发展产生的北方冬季雷暴天气分析

分析了１９９０年１２月２１日和１９９６年１２月３１日沈阳市出现的两次冬季雷暴天气过程,结果表明：这两次冬季雷暴天气都是由于气旋在短时间内爆发性发展所产生的。气旋的爆发性发展对我国北方除造成大范围降雪外,还可产生强对流天气。而气旋以“Ｕ”型路径移动,入渤海后迅速发展;８５０、７００ｈＰａ爆发性的增温增湿导致其以上气层出现潜在不稳定层结,是预报冬季雷暴的一个着眼点。此外,城市热岛效应对触发冬季雷暴也起     

夏季陆地爆发性气旋的模拟与诊断分析

利用观测资料、FY-2C卫星云图和NCEP再分析资料，对2003年6月22—23日黄河下游的气旋爆发性发展过程进行天气学分析和中尺度数值模拟与诊断，研究这次爆发性气旋的发展特征。结果表明：河套高空槽东移与山东南部的切变线合并产生这次爆发性气旋。MM5数值模式可以很好地模拟夏季陆地爆发性气旋发展过程。夏季陆地爆发性气旋发生在与高度场气旋性弯曲相重合的高空急流出口区，气旋从急流出口区右侧向左侧行进的过程中爆发性发展。气旋爆发性发展需要高空有急流，低空有西南和东南风急流为其提供强的暖平流和水汽通道。气旋的爆发性发展伴随着上升运动强烈发展，上升运动区高层强辐散、低层强辐舍。气旋爆发性发展在高能场中，大气具有强对流性不稳定。     

一次过度预报的温带气旋的观测资料影响性研究

针对2015年2月12—16日发生在东亚的一次预报过度的温带气旋开展了资料同化及资料影响性观测等研究。此次温带气旋的发展与各个主要数值模式的预报相差甚大,并未出现预期中的爆发性增长。针对此次过程,采用WRF模式及其变分同化系统开展了模拟与同化试验,主要同化了NCEP全球地面和高空观测资料,修正了此次温带气旋过度预报的问题。经过同化后,减弱了系统的气旋性环流,同时南北温差的减弱也导致了环境场的斜压性的减弱,使得气旋爆发性增长延后,强度减弱,更符合实际观测。与此同时,还利用WRF伴随模式WRFPLUS和观测资料影响性模式WRFDA-FSO开展了观测资料影响性的研究,并发现三类资料SOUND、SYNOP、GEOAMV在减小预报误差中的作用最大。进一步的敏感性试验表明仅同化这3种资料可以取得更为理想的预报。     

东亚和西太平洋爆发性温带气旋发生的气候学研究

本文利用历史天气图资料,对1973—1988年中国东部和沿海地区的温带气旋及其爆发性发展情况进行了统计,共有1014个温带气旋发生,其中有1/5达到了爆发性发展的强度,构成了西太平洋爆发性海洋气旋的一部分.它占整个西太平洋爆发性气旋总频数(包括不同来源)的51％.进而对这类爆发性气旋的活动规律进行了分析,概括出了它们的气候学特征.比较亚洲大陆、中国近海及西太平洋地区的爆发性温带气旋表明,西太平洋地区不仅频繁而且强烈.而东、西太平洋地区发生海洋爆发性气旋的对比表明,二者存在着明显的差异.同时也指出,东太平洋地区爆发性气旋的发生并不是一种少见的现象.     

西北太平洋一次爆发性气旋的诊断分析和敏感性试验

利用美国国家环境预报中心（NCEP）的FNL格点资料和大气数值模式WRF,对2012年1月11—13日发生于西北太平洋上的一次爆发性气旋过程进行诊断分析和数值模拟。气旋于1月11—12日在日本以东海域爆发性发展,经历2次转向后于13日在堪察加半岛附近减弱。研究表明,气旋发展中存在明显锋面结构,对流层高层的高位涡下传对气旋发展非常有利,气旋发展过程中伴随着一支低空急流的生成和发展,使辐合抬升更加明显。利用WRF模式对10日1800 UTC至13日0000 UTC气旋过程进行海温敏感性试验。结果表明,海温变化对气旋发展强度影响明显,但对气旋路径影响较小。     

2014年3月大西洋上一个爆发性气旋的研究

利用美国国家环境预报中心（NCEP,National Centers for Environmental Prediction）提供的FNL（Final Analysis）格点资料和CIMSS（Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies）提供的红外云图,对2014年3月25—28日发生在大西洋上的一个爆发性气旋进行了研究。分析了该气旋的移动路径和中心气压的变化,并对其演变过程中的天气形势和爆发过程中的气旋中心特征进行了分析。该爆发性气旋在2014年3月25日受美国东南部上空的槽影响而生成,之后两天在北美洲东部沿岸向东北方向移动的过程中快速发展,于28日在加拿大东南部的海面上空衰亡。分析发现,气旋中心气压降低率不断升高的过程中,气旋西部一直有相当强的冷平流输送,同时相对湿度较大,较强的潜热加热、高位涡能量下传可能是气旋发生爆发性发展的原因。     

海洋温带气旋爆发性发展数值试验

利用 Ｐ Ｓ Ｕ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ Ｍ Ｍ ４ 对５ 个西北太平洋温带气旋的爆发性发展进行了一系列数值模拟和敏感性试验,并对重要的物理过程进行了分析和诊断。采用相同物理过程及边界条件的控制试验成功地模拟出了主要的爆发性气旋加深率,为海洋爆发性气旋的业务数值预报提供了可能。敏感性试验获得了湿物理过程、能量频散、 Ｓ Ｓ Ｔ 和海面能通量、日本岛地形及初、边值条件等影响气旋加深率的定量认识,分析表明水的微物理过程,特别是网格尺度的水汽凝结、未饱和层的云滴和雨滴蒸发,是气旋爆发性发展中最重要的物理过程;在高空 ２００～３００ｈ Ｐａ 层的云滴蒸发效应可能是形成相应层气旋中心非绝热冷却峰值的主要原因;由内在热力动力学过程所决定的潜热释放比对流参数化任意规定的加热分布更接近实际并能产生更好的模拟结果;没有能量频散效应时可减小模拟加深的 ３０％ ;海面能通量在初始时刻比在爆发性发展时更重要,不计初始时海面能通量将影响模拟加深约 ２５％ ,而不计爆发性发展时的海面能通量,这种影响不及前者的一半;爆发性发展时的海面能通量呈不均匀分布并能诱导反锋面热力环流在局部抑制气旋的加深;大气模式对海气边界层能通量交换的变化和海洋增暖产生了显著的热力学响     

ANALYSIS OF COMPOSITE DIAGNOSIS OF OCEANIC EXPLOSIVE CYCLONES*

Using the data of ECMWF (European Center for Medium-range Weather Forecasts) to undertake composite diagnoses of 16 explosive cyclones occurring at the Atlantic and the Pacific Oceans,it is found that there are a lot of obvious discrepancies on the basic fields between these strong and weak explosive cyclones.The major reasons why the explosive cyclones over the Atlantic are stronger than those over the Pacific Ocean are that the non-zonal upper jet and the low-level warm moist flow over the Atlantic are stronger.The non-zonal upper jet offers stronger divergence,baroclinicity and baroclinic instability fields for explosive cyclones.Anticyclonic curvature at the high level of strong explosive cyclones is easy to make the inertia-gravitational wave developing at the moment of northward transfer of energy and stimulate the cyclones deepening quickly.Warm advection and diabatic heating can cause the upper isobaric surface lifting,as a result,the anticyclone curvature of cyclones enlarges,and wave energy develops easily as well.The most powerful period of the development of explosive cyclones is just the time when the positive vorticity advection center is located over the low vortex.At the upper level,when the distribution of potential vorticity contours changes suddenly from rareness to denseness,and the large values of the potential vorticity both in the west and north sides of cyclones extend downwards together,then cyclones are easy to explosively develop.The formation of strong explosive cyclones is closely related with the non-zonality of upper jet and the anticyclonic curvature.     

ENERGY DISPERSION EFFECTS ON EXPLOSIVE DEVELOPMENT OF MARINE CYCLONES

A dominant role played by energy dispersion in the explosive development of extratropicalmarine cyclones over the Northwest Pacific has been revealed based on both the eddy energyequations and the energy flux vectors of nonlinear wave packet.At the initial and explosive time.the eddy energy from neighboring upstream systems beyond the radius of Rossby deformation isdispersed into the eddy energy center associated with the cyclone via ageostrophic geopotentialfluxes,and results in the rapid increase of eddy kinetic energy and the occurrence of explosivecyclogenesis.When the cyclone begins to decay,its corresponding eddy energy is exporteddownstream and hence triggers the growth of new perturbation downstream.Through generalizingthe energy flux vectors of quasigeostrophic wave packets to the nonlinear forms and making use ofthe relationship between the energy flux vectors and the total eddy energy,the approximationexpressions of the total group velocity and relative group velocity are derived,and then they areused to compute an explosive case.The normalized ageostrophic geopotential fluxes by dividing thevolume integral of ageostrophic geopotential fluxes by the integral of the total eddy energydetermine the relative group velocity at which the eddy energy is spreading out,and they can beused to evaluate the position of next new disturbance.The nonlinear advective fluxes influenceprimarily the phase speed and translation of the cyclones.The results in this paper facilitate toexpanding the mechanism research on explosive cyclones and have great significance for predictingthe explosive intensification and downstream disturbance growth.     

On the vertical structure of Mediterranean explosive cyclones

An attempt is made to explore the vertical structure of the surface explosive cyclones in the Mediterranean on a climatological basis during the cold period of the year in order to get a better insight in the interaction between the upper and lower levels responsible for the genesis and evolvement of the phenomenon. The vertical profile of the explosive cyclones was examined with the aid of the vertical tracing software of the University of Melbourne Cyclone Tracking Algorithm, using the 1?×?1° spatial resolution of ERA-40 reanalysis data. It was found that about 57?% of the track steps of surface explosive cyclones extend up to 500?hPa. The north-westward tilting of the surface cyclones with height during the stage of explosive cyclogenesis, with a mean distance of 350?km between mean sea and 500?hPa levels, confirms the importance of baroclinicity. About 45?% of the surface explosive cyclones reached their maximum depth before their 500?hPa counterparts, implying the role of surface processes.     

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。     

冬季北太平洋爆发性气旋的天气气候特征

本文利用1975—1984年12—2月北太平洋爆发性温带气旋资料以及500 hPa天气图，概括出气旋爆发式加强前12小时五种环流型，即北美高压型（NAH）、东太平洋高压型（EPH）、中太平洋高压型（MPH）、白令海阻高型（BBH）、太平洋低压型（PL）。以NAH型和EPH型出现的机会最多，稳定时间最长，并且在这两种天气形势下气旋最易发展。另外本文还分析了气旋爆发后的路径趋势，指出在形势稳定期，气旋爆发后的路径亦稳定；在形势调整期，气旋后期路径随太平洋长波系统的演变而变化。     

爆发性气旋的前世今生

温带气旋是中纬度地区每日天气舞台上最重要的“演员”。在秋冬季节的中高纬度海洋上有一类快速发展的温带气旋——“爆发性气旋”,尚未受到公众的广泛关注。文章围绕这一主题,首先回顾了温带气旋研究的历史,介绍了“爆发性气旋”这一术语产生的渊源,并对多位学者给出的爆发性气旋定义进行了系统梳理,重点介绍了一个考虑风速影响的、修正的爆发性气旋定义,还总结了爆发性气旋的研究现状,最后对其未来数十年的研究前景进行了阐述展望。     

爆发性气旋的合成诊断及形成机制研究

该文对发生在太平洋和大西洋的16个爆发性气旋作了合成分折, 对强弱爆发性气旋作了对比及诊断.研究发现, 基本场上存在不少明显的差异.分析得出, 强爆发性气旋的形成与高空急流的非纬向性以及反气旋性弯曲密切相关.非纬向高空急流为爆发性气旋提供了强的辐散、斜压性、斜压不稳定场.高层强爆发性气旋前部的反气旋曲率易造成重力惯性波在能量北传时发展, 促使气旋快速加深.暖平流及非绝热加热可使反气旋曲率加强.一般情况下, 当气旋西部位涡的大值区与北部位涡的大值区叠加下沉时, 有利于气旋爆发性发展.     

东亚寒潮活动对下游爆发性气旋生成的影响

本文研究了东亚寒潮过程与下游爆发性气旋之间的关系。通过对一个强寒潮过程及随后在西北太平洋上爆发性气旋生成的个例分析发现,寒潮过程相伴随的大环流调整给下游气旋猛烈发展提供了极好的背景条件。当超长波槽与长波槽耦合加深时,槽前气旋迅速发展。大槽的加深使高空急流不断加速,大风区向低层扩展。出口区的次级环流也随着急流的加强而加强,它促使北侧低层气旋发展。对93次爆发性气旋作统计分析进一步证实了上述结论。绝大多数过程皆伴有上游的强冷高压活动。高压中心越强相应的爆发气旋也越强,甚至可以发生连续的爆发。绝大多数爆发性气旋发生在超长波槽前,强高空急流出口区的向极侧。