超强台风“桑美”（2006）近海急剧增强特征及机理分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对超强台风“桑美”（2006）在中国近海急剧增强的特征及机理进行分析。结果表明, “桑美”台风强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈反相变化关系;介于-4～4 m/s弱的200 hPa和850 hPa高低层环境风垂直切变是“桑美”台风急剧增强的必要条件;台风中心附近对流层高层辐散的增强、中心附近正涡度的增大和正涡度柱向对流层中上层伸展导致“桑美”台风急剧增强,对流层中层辐散和涡度的增大与台风的减弱密切相关;“桑美”台风急剧增强过程中,对流层高层动能的下传是对流层低层动能补充的重要途径之一;“桑美”台风近海急剧增强具有前兆性,急剧增强对风垂直切变、850 hPa角动量和动能区域平均值变化的响应时间大约为18 h,这些可为提前预测我国近海台风的强度急剧变化提供参考。     

8014号热带气旋发生发展过程的能量学诊断研究

利用动能和总位能收支方程，对８０１４号强热带风暴过程进行了能量学诊断研究。结果表明，地转作用是该热带气旋中辐散风动能向旋转风动能转换的主要物理机制；非绝热加热是热带气旋发展的主要能源，其对总位能的制造大部分用于次网格耗散和侧边界输出，只有一小部分被转化为辐散风动能；两个转换函数Ｃ（Ｐ，Ｋｘ）和Ｃ（Ｋｘ，Ｋφ）在时空分布上具有很好的一致性；该热带气旋与周围环境场有明显的能量交换，在高层有总位能和旋转风动能输出，在低层有辐散风动能输入；在总动能收支中，辐散风作功是主要的功能产生项，旋转风作功主要是消耗动能。     

近海突然加强台风能量场的诊断分析

用欧洲中心格点资料计算分析了近海三类突然加强台风加强过程中的能量学过程。结果表明：（１）台风突然加强过程中，旋转风动能的增加主要在低层，位能增加主要在高层。台风突然加强主要是低层的旋转风动能增加所引起的，它远大于辐散风动能的增加。（２）环境场通过边界平流输入台风内部的能量只是其增量的３０％左右，内部的转换量比增量大一个量级。（３）三类台风内部能量的转换机理不同。（４）环境场对近海台风突然加强的作用     

梅雨锋次天气尺度涡旋旋转风和辐散风动能收支

本文选取１９９１年７月５日２０：００－６日２０：００梅雨锋上移动性次天气尺度涡旋引起的长江中下游特大暴雨为实例。采用准拉格朗日球坐标系的旋转风和辐散风动能方程，计算得到次天气尺度涡旋发展和成熟两个阶段对流层各层旋转风动能和辐散风动能的收支特征为：在对流层高层（１００－４００ｈＰａ）两个阶段的旋转风动能源汇相同，辐散风动能源汇有异，即水平动能通量项和“摩擦”项符号相反；在中层（４００－７００ｈＰａ）     

华南春季强对流天气过程的动能收支 (二)辐散风和旋转风动能的收支和转换

在第(一)部分的基础上,进一步讨论辐散风动能和旋转风动能的收支以及这两种动能之间的转换过程。结果表明,尽管辐散风动能在总动能中所占比重很小,但它的变化与强对流天气过程的发生发展有着更为密切的关系。计算结果表明,在辐散风动能与旋转风动能的转换函数{K_D,K_R)中,B项(代表垂直运动与旋转风动能的垂直变化的耦合)是最大的转换项;在强对流区,反映涡管伸缩机制的A项也是一个很重要的转换项。就区域时间平均而言,有旋转风动能向辐散风动能(K_R→K_D)转换。      

两次夏季江淮气旋的动能平衡过程及其与大尺度环流的关系

本文用准拉格朗日方法计算了两例夏季江淮气旋各个阶段的动能收支及旋转风、辐散风对动能制造项的贡献，并讨论了它们与大尺度环流的关系。主要结论有:（1）气旋区域动能平衡的特点随大尺度环流改变；（2）动能的水平输送取决于气旋和高空急流中心的相对位置；（3）稳定少动的高空急流入（出）口区有较强的旋转风动能制造（消耗），与水平输送项反号，移动快的急流附近，此项数值较小；（4）发展的气旋波，高层和低层有较强的辐散风动能制造；（5）夏季江淮气旋波转化为温带气旋时，高层表现为动能输入，高空急流转为气旋式弯曲。     

登陆我国热带气旋变性加强与减弱的对比分析

利用日本气象厅1979—2008年的热带气旋年鉴资料和JRA-25资料(日本25年再分析资料),对登陆中国的变性加强(IET)和变性减弱(WET)两类热带气旋(TC)的环境场进行动态合成分析,并计算其动能收支项。分析表明:（1） IET(WET)在强(弱)的高空槽以及高空急流的影响下,高层辐散增强、低层辐合增强（减弱）,上升运动明显加强(微弱加强),相应的IET(WET)变性加强(减弱)。（2） 低层散度风动能制造的增加(减少)是IET(WET)变性后的低层气旋加强(减弱)的主要原因之一;低层散度风动能制造则与TC低层斜压锋区的发展密切相关。（3） IET(WET)受强(弱)的高空槽影响,高层旋转风动能制造相应增长(耗散),有利(不利)于其维持。      

一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断 II:涡度方程和能量转换函数的诊断分析

本文是对第一部分的数值试验结果进行涡度方程以及位能、散度风动能和旋转风动能之间的能量转换函数诊断分析,并讨论了地形动力作用和潜热加热影响西南低涡形成和发展的物理过程.结果表明:从涡度收支上看,地形和潜热加热通过增大辐合使涡度增加.从能量转换上看,在低层地形和潜热加热加强位能向散度风动能转换以及散度风动能向旋转风动能转换;在高层,地形通过加强旋转风动能向散度风动能转换,使高空辐散增强,而潜热加热通过加强位能向散度风动能转换亦使高空辐散增强.     

一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断——Ⅱ:涡度方程和能量转换函数的诊断分析

本文是对第一部分的数值试验结果进行涡度方程以及位能、散度风动能和旋转风动能之间的能量转换函数诊断分析,并讨论了地形动力作用和潜热加热影响西南低涡形成和发展的物理过程.结果表明:从涡度收支上看,地形和潜热加热通过增大辐合使涡度增加.从能量转换上看,在低层地形和潜热加热加强位能向散度风动能转换以及散度风动能向旋转风动能转换;在高层,地形通过加强旋转风动能向散度风动能转换,使高空辐散增强,而潜热加热通过加强位能向散度风动能转换亦使高空辐散增强.     

北上台风暴雨过程涡散场的能量收支和转换特征

利用辐散风和旋转风的动能收支方程,对北方一次北上台风倒槽暴雨过程暴雨区内的涡散场能量收支和转换进行了计算.结果表明:暴雨区内动能的增加是暴雨增幅的一个主要原因.暴雨发展时,就旋转风动能(K_R)而言,旋转风动能通量(HFR)辐合是主要能源,而旋转风的动能产生项(GR)是主要能汇;就辐散风动能(K_D)而言,辐散风的动能产生项(GD)是主要能源,辐散风动能通量(HFD)辐散是主要能汇;总动能水平通量(HF)提供的辐合主要表现于对流层中、低层,这就使得低层辐合加强,上升运动加强,有利于暴雨的增幅.在暴雨过程中次网格尺度效应由能源转变为能汇,在暴雨发展之时能汇减小;能量的转换项C(K_D,K_R)总为正值,在转换项中,地转效应项的贡献很大.说明暴雨过程能量均由K_D向K_R转换,也就是说有效位能经K_D向K_R转换,充分说明了在整个暴雨过程中,尽管辐散风动能变化(∂K_D/∂t)很小,但是它在其中充当“桥梁”作用,C(K_D,K_R)在暴雨发展时达到最大,此时能量转换最为旺盛;对流层低层辐散风动能向旋转风动能的转换是暴雨产生和发展的重要条件.此次暴雨过程,在暴雨区内表现为斜压不稳定和正压稳定共存的特征,其发展过程是系统斜压不稳定增长,正压稳定性减弱的过程,暴雨增幅的另一个重要原因就是暴雨区内低层斜压的发展.     

ON DIAGNOSTIC ANALYSIS OF ENERGY FIELDS OF EXPLOSIVE ENHANCEMENT OF TYPHOON OFFSHORE

The energetics process of offehore typhoon in three kinds of explosive enhancement (T_EE) are ana lyzed using ECMWF data. The results are as follows: (a) During the explosive development process,the enhancement of the rotational kinetic enersy (K_W) is mainly in the lower troposphere while that ofthe potential energy (PE) is in the upper troposphere. The magnitude of rotational kinetic energy islargely bigger than that of divergent enersy (K_Χ). (b) The environmental energy advected into the typhoon was about 30% of the internal increment of typhoon energy. The magnitude of energy was an order larger than increment of typhoon energy. (c) Among those three kinds of explosively developed typhoon, the enersy transformation mechanisms are different. (d) The influence of environment fields onabrupt intensification of typhoons couldn't be overestimated.     

“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。     

0601号登陆台风及暴雨减弱消亡过程中的动能收支分析

利用高分辨率（10km）数值模拟的结果,以登陆华南并引发特大暴雨的0601号台风为例,对台风中田尺度动能收支平衡进行了诊断分析。结果表明,中-β尺度系统动能收支水平项（水平通量散度项和水平产生项）很小,垂直项（垂直通量散度项和垂直产生项）是动能收支方程的主要部分;动能垂直通量散度在对流层低层是动能的汇,在对流层中高层为动能的源;动能垂直产生项在对流层各层都是动能的汇;浮力产生项在300hPa以下是动能的源,在对流层高层是动能的汇;平均动能的局地变化项,在对流层各层均小于零,暴雨期间对流层动能支大于收,且动能变化在对流层中低层最明显。就整个对流层的垂直总量而言,浮力产生项是主要的动能源,而垂直产生项是主要的动能汇。较强冷空气首先从对流层中层入侵台风环流系统,抑制动能制造和传输,是中田尺度对流系统不能维持、发展的主要原因,也是台风系统及其暴雨不能长久维持的关键。     

登陆台风动能平衡和转换的诊断

对一次登陆台风及其外围暴雨和环境的动能平衡以及天气尺度动能与中尺度扰动动能的转换进行了诊断分析，指出摩擦消耗和动能的水平输出是台风的主要能汇。台风消亡期间，外围暴雨区动能增大，动能制造项Ｇｋ是暴雨区的主要能源。Ｇｋ的增大可能与天气尺度动能转换成中尺度扰动引起暴雨的发展相联系。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

Kinetic Energy Budgets during the Rapid Intensification of Typhoon Rammasun (2014)

In this study, Typhoon Rammasun(2014) was simulated using the Weather Research and Forecasting model to examine the kinetic energy during rapid intensification(RI). Budget analyses revealed that in the inner area of the typhoon,the conversion from symmetric divergent kinetic energy associated with the collocation of strong cyclonic circulation and inward flow led to an increase in the symmetric rotational kinetic energy in the lower troposphere. The increase in the symmetric rotational kinetic e...     

一次北方台风暴雨(9406)能量特征分析

从能量角度分析了9406号台风在我国北方造成大范围暴雨过程,定量讨论了台风变性过程中显热能、潜热能和动能的时空分布特征、北方暴雨区远距离降水突然增幅过程中能量的变化、以及动能的补充来源.发现:(1)虽然潜热能比显热能小1个量级,但潜热能平流大于显热能平流.热带气旋在获得西风带斜压能量之前,其总能量的维持主要来自潜热能的贡献,潜热能的贡献约是显热能的两倍.(2)台风远距离降水的突然增幅是中低纬度系统相互作用的结果.来自热带气旋的显热能平流与西风带显热能平流非线性叠加,导致槽前显热能明显增加,西风带槽迅速加深,降水突然增幅.同时,暴雨区高空动能下传的突然增强对暴雨突然增幅有贡献,而该高空动能下传的增加与6小时之前台风环流区大量潜热能量释放相对应.(3)台风进入影响区之前,在整个对流层有潜热能、显热能和动能直接从台风区输入暴雨区;在台风进入影响区之后,只有低空显热能平流保持继续向暴雨区输送能量.(4)台风进入影响区之后,北方暴雨区动能的补充主要来自对流层上层动能的下传、斜压不稳定能量向动能的转化和北方暴雨区西边界动能的输入.5个类似台风的合成分析支持了以上主要结论.得出的暴雨增幅模型可对预报台风远距离降水有指示作用.     

一次梅雨暴雨的动能谱特征分析及收支诊断

利用WRF模式和NCEP再分析资料,对一次梅雨暴雨个例进行了数值模拟,基于高分辨率的模拟结果计算了水平动能谱、涡旋动能谱及辐散动能谱,诊断了动能收支谱方程。结果表明:在暴雨发展阶段,各个高度上都有中尺度动能增长,其显著增加始于中尺度低端,这导致了在中尺度波段出现谱转折特征,但在不同高度转折尺度不同;对流层高层涡旋动能大于辐散动能,平流层低层反之;不同降水阶段、不同高度和不同尺度上动能的来源不同,对流层高层,中尺度动能倾向由非线性项和气压项贡献;平流层低层,气压项的作用更为明显。     

1998年南海夏季风爆发前后区域动能收支研究

利用1998年南海季风试验(SCSMEX)资料和区域动能收支方程，对南海南部和北部两个区域该年夏季风爆发前后的区域总动能和区域扰动动能收支进行了诊断分析。结果表明，南海北区夏季风爆发前后动能主要在高层制造，大部分动能被摩擦消耗，南区夏季风爆发前后动能主要在高层被破坏，摩擦项充当动能源。扰动动能主要在高层和部分在低层制造。在此期间，南海地区一直向邻近区域输出动能。