东北太平洋一次强爆发性气旋发展的机制分析

使用FNL Analysis全球格点资料,对东北太平洋一次强爆发性气旋的特殊性进行了分析,发现气旋对其西北部低压系统的吸收合并是其爆发性发展过程中的典型特征,斜压强迫对其快速发展的作用较弱,与西北太平洋爆发性气旋的发展过程存在显著差异。同时,使用Zwack-Okossi诊断方程,从影响爆发性发展的动力和热力因子方面,对其发展机制作了深入的探讨。研究表明,正涡度平流、暖平流和非绝热加热的共同作用使气旋开始爆发性发展,由潜热释放导致的非绝热加热的贡献最大,非绝热加热是其快速发展的主导因子,其中正涡度平流贡献主要来自于中高层,暖平流的贡献主要来自于中低层和高层,而非绝热加热主要发生在中低层,这为东北太平洋爆发性气旋的发展机制提供了一个新的认识。     

2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度爆发气旋的数值模拟和分片位涡反演分析

基于NCEP 6 h一次,0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的GFS（Global Forecasting System）再分析数据,利用数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）,对2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度的爆发气旋事件进行了模拟。在成功复制爆发气旋主要特征的基础上,较详细的分析了本次爆发气旋快速发展的有利环境条件,并利用分片位涡反演的方法,对此次爆发气旋的快速发展过程进行了研究,主要结论如下:（1）本次爆发气旋的爆发性发展阶段维持了约27 h,其最大加深率约为3.98 Bergeron（气旋加深率单位）,最低中心气压约为919.2 hPa。（2）爆发气旋的快速发展与对流层高层高空急流对热量的输送,对流层中层西风带短波槽槽前暖平流和正涡度平流的有利准地转强迫,以及对流层低层暖锋伴随的暖平流过程密切相关。（3）分片位涡反演的结果表明,对流层顶皱褶对应的平流层大值位涡下传和降水凝结潜热过程造成的正位涡异常是本次爆发气旋快速发展的主导因子,而对流层低层的斜压过程贡献相对较小。在气旋爆发期的前期和强盛期,降水凝结潜热释放是爆发气旋发展的最重要因子,而在爆发期后期,随着降水的减弱和爆发气旋的东北向移动,对流层顶皱褶作用所造成的正位涡异常成为维持气旋快速发展的最有利因子。     

用Zwack-Okossi方程对一次爆发性气旋的诊断分析

利用ECMWF资料作初始场,MM4模式输出的结果和Zwack-Okossi方程作诊断工具,对1981年12月20～21日生成在西北太平洋的一次爆发性气旋进行了数值试验和诊断分析。得到气旋的爆发性发展主要是由正涡度平流和非地转场激发,其中涡度平流对气旋发展贡献最大,温度平流的影响则较小,两者主要是在对流层高层起作用,而非地转场则在对流层低层起主要作用。由水汽造成的非绝热加热对本次爆发性气旋的生成影响不大,积云对流潜热的反馈作用更小。另外次天气尺度系统对爆发性气旋形成贡献较小。     

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。     

一次北上江南气旋的结构特征与演变机理分析

利用常规的高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了一次北上的江南气旋降水分布、生成环境、结构特征及气旋发展和移动的成因。结果表明:(1)气压场形状和强降水落区的演变类似于Shapiro-Keyser气旋模型。(2)江南气旋发生并向北发展,表现为250 hPa高空辐散,500 hPa西北槽与高原东部槽东移合并、下游脊加强环流的背景。(3)这次气旋虽然没有出现Shapiro-Keyser气旋模型中明显的暖锋后弯现象,但在低压中心附近存在弱的暖核,该核主要位于850 hPa以下层次。(4)当正相对涡度区随高度向西倾斜、地面气旋中心西侧的冷锋锋区增强、高层相对涡度值增大时,气旋处于快速加深过程中;当高低层正相对涡度中心几乎垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋缓慢发展。(5)暖湿气流向北发展和垂直于暖锋的次级环流加强使得暖锋附近的降水增强。(6)用准地转ω运动方程诊断得到,在气旋的初生阶段,地面气旋上空垂直上升速度几乎为0,气旋基本不发展;但其下游暖平流和高低层涡度平流差值大,有利于气旋快速向东北方向移动。在气旋发展阶段,地面气旋上空垂直上升速度加大,气旋快速发展,但其下游暖平流和高低层涡度平流差值减小使得气旋移速缓慢。在气旋发展停滞阶段,地面气旋上空垂直上升速度微弱,气旋发展趋于停止,且其下游暖平流和高低层涡度平流差值继续减小,气旋移速进一步变缓。     

用Zwack-Okossi方程对一次爆发性气旋的诊断分析

利用ＥＣＭＷＦ资料作初始场,ＭＭ４模式输出的结果和Ｚｗ ａｃｋ－ Ｏｋｏｓｓｉ方程作诊断工具,对１９８１年１２月２０～２１日生成在西北太平洋的一次爆发性气旋进行了数值试验和诊断分析。得到：气旋的爆发性发展主要是由正涡度平流和非地转场激发,其中涡度平流对气旋发展贡献最大,温度平流的影响则较小,两者主要是在对流层高层起作用,而非地转场则在对流层低层起主要作用。由水汽造成的非绝热加热对本次爆发性气旋的生成影响不大,积云对流潜热的反馈作用更小。另外次天气尺度系统对爆发性气旋形成贡献较小     

一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

引发黑龙江省暴雪爆发性气旋个例动力分析

利用气象站综合观测资料和NCEP FNL的1°×1°再分析资料,分析了2013年11月25日黑龙江省大暴雪的环流特征和气旋爆发性增长过程;在此基础上,对涡度平流、高低空急流的分布特征和垂直结构及湿位涡的正压项和斜压项对气旋爆发性增长的贡献进行了深入细致的研究,探索此次爆发性气旋发展的动力学机制.结果表明:此次黑龙江省暴雪过程地面气旋中心位于槽前最大正涡度平流区下方,正涡度平流使等压面降低,地面减压,气旋获得发展.地面气旋始终位于南支高空急流核左前方和北支高空急流核右后方,两支高空急流的动力作用均引起强辐散.高、低空急流耦合的区域,使高层强辐散和低层强辐合叠置,加强了气旋中心附近的上升运动,从而使气旋和降雪的强度得到加强.气旋在强斜压大气中获得爆发性增长,气旋的爆发与湿位涡的分布和演变关系密切,高层正湿位涡下传,使低层湿位涡增大,气旋获得发展;当高层ξmpv1线趋于准水平状态时,正湿位涡下传造成低层湿位涡发展结束,气旋发展停止并逐渐减弱.大气湿斜压性增加可引起垂直涡度的显著增加,促使气旋爆发性增长,垂直涡度的变化滞后于湿斜压性的变化.     

温带气旋暖锋后弯云图特征及结构成因分析

尽管关于温带气旋发展和演变的观点不尽相同,但目前普遍被接受的两种模型是:挪威气旋模型、Shapiro和Keyser模型。以FY-2E卫星云图为基础,先给出8个温带气旋过程实例,然后结合常规高空、地面观测及NCEP的1°×1°再分析场等资料,通过个例分析,对暖锋后弯气旋发生发展的环流背景、结构及成因进行分析。结果表明:(1)卫星云图显示东亚陆地上温带气旋存在T-bone结构和暖锋后弯的事实。(2)温带气旋发生在500 h Pa东亚大陆中高纬两脊一槽的背景下,槽加深及下游脊的发展有利于气旋的发展,与经典温带气旋发生发展的环流背景类似。(3)2012年5月11—13日个例分析表明蒙古气旋中存在锋面波动、锋面断裂、T-bone结构和暖锋后弯、暖核被隔离现象;暖核可从地面向上伸展到600 h Pa。(4)在地面气旋初生和发展阶段,地面气旋中心西侧高低层正相对涡度区呈后倾结构;当高低层正涡度区几乎垂直重合时,地面气旋停止发展;气旋中心西侧对流层中低层的锋区一直存在。(5)当高低层涡度平流差值为正、300 h Pa正涡度平流引起的辐散叠加到对流层中低层锋区之上,地面气旋才会生成和发展。逐渐增强的暖平流从气旋中心的东部和北部向气旋的西部和西南部输送,从而形成了卫星云图上的T-bone结构和暖锋后弯现象。     

950227渤海气旋过程的诊断分析

本文利用对流层中下层资料，对１９９５年２月发生在渤海地区的一次气旋过程进行了诊断分析。结果表明：８５０－５００ｈＰａ上的暖平流是地面低压迅速发展的决定性因子；从低层西北部进入低压中心的冷平流是地面低压生成气旋的启动条件；５００ｈｐａ的正涡度平流对气旋的维持和发展起主要作用。同时，揭示了气旋向暖平流和正涡度平流区移动的特点。     

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。     

“4.28”青藏高原气旋产生沙尘暴、 冰雹天气系统结构分析

青藏高原气旋造成的多种天气现象可引起沙尘暴、 冰雹天气过程\.在2007年4月27日20:00~29日00:00历时32 h的高原气旋造成甘肃民勤出现沙尘暴, 陇南出现雷阵雨天气, 西和县出现冰雹天气\.该气旋持续时间长, 影响范围大\.本文分析了此次青藏高原气旋的形成过程, 即冷锋的形成完成气旋的波动; 在北切南槽贯通、 连接的过程中, 伴有正涡度平流的短波槽围绕主高空槽移动, 形成了气旋的辐合中心, 槽区两侧温度差异形成两支冷暖输送带, 锋面过境处为地面最大风速区, 是气旋的生成阶段。气旋生成后, 在气旋前部, 低层低湿、 辐合上升, 高层的动量沿锋面下传, 出现沙尘暴; 锋面锢囚时冷空气在槽区堆积形成凝结核, 在陇南造成强对流天气, 形成冰雹。     

2010年4月27日莱州湾大风过程诊断分析

利用NCEP资料对2010年4月27日莱州湾大风过程进行了诊断分析。结果表明,气旋的爆发性发展导致气旋冷锋后部的锋生加强引发的变压梯度加大是造成此次莱州湾地区大风过程的直接原因。通过大尺度环境场分析,以及温度平流、涡度平流、高空急流、高层位涡异常的诊断分析,认为强的大气斜压性和其所伴随的冷、暖平流使高空槽发展;高低层涡度平流差异是地面气旋发展初期的主要因子;高空槽前急流轴向极一侧的非地转分量所引起的辐散有助于气旋发展;高层高值位涡下传激发了气旋性环流,造成地面气旋爆发性发展。     

A CASE STUDY OF FRONTAL CYCLOGENESIS AND ITS SENSITIVITY TO COASTAL INITIAL CONDITIONS*

In this study,the predictability and physical processes leading to the rapid frontal cyclogenesis,that took place in the east coast of the U.S.during 3-4 October 1987,are examined using a nestedgrid.mesoscale model with a fine-mesh grid size of 25km.It is shown that the model reproduces reasonably well the cyclogenesis in a coastal baroclinic zone.its subsequent deepening and movement as well as the pertinent precipitation.It is found that the frontal cyclogenesis occurs in a favorable large-scale environment with pronounced thermal advection in the lower troposphere and marked potential vorticity(PV) concentration aloft associated with the tropopause depression.The transport of warm and moist air from the marine boundary layer by the low-level in-shore flow provides the necessary energy source for the observed heavy precipitation and a variety of weather phenomena reported in the cold sector.Several 24-h sensitivity simulations are performed to examine the relative importance of diabatic heating,adiabatic dynamics and various initial conditions in the frontal cyclogenesis.It is found that latent heat release,even though quite intense,accounts for only 25% of the cyclone's total deepening in this case:the weak impact seems due to the occurrence of latent heating in the cold sector and the upward lifting of the dynamical tropopause by diabatic updrafts.Vorticity budgets show that the lowlevel thermal advection dominates the incipient stage,whereas the vorticity advection determines the rapid deepening rate at the mature stage.The results reveal that the predictability of the present storm is closely related to the vertical coupling between the surface cyclone and the upper-level PV core,which is in turn determined by initial offshore perturbations in the lower troposphere.     

The role of dynamic and diabatic processes in the generation of cut-off lows over Northwest Africa

Summary The present observational study addresses the role of dynamic and diabatic processes leading to the generation of four deep upper-level troughs/cut-offs, involved in two extreme precipitation episodes over West Africa during the cool season. The elongated potential vorticity (PV) streamers associated with the observed troughs form as a result of an equatorward transport of high-PV air downstream of a large ridge over the central North Atlantic. Strong deformation along the eastern side of the ridge leads to a thinning of the PV streamers. In some situations the tips of the streamers break up and form distinct and long-lived stationary cut-offs near West Africa, in particular if the presence of another PV ridge downstream allows a complete isolation from the midlatitude westerlies. In other situations a prior anticyclonic wave-breaking event over Europe leads to an advection of high-PV towards the Iberian Peninsula that merges with the streamer and impedes a complete cut-off. The observations presented here suggest that the rapid amplification of the PV ridges over the North Atlantic and thus the subsequent streamer formation are related to upstream latent heating through non-conservative diabatic reduction of upper-level PV and through the strong divergent outflow near the tropopause that support large negative isentropic PV advection. The intense latent heat release is promoted by cyclo- and frontogenesis, and the transport of warm, moist air by a low-level jet ahead of the surface cold front (often called a warm conveyor belt; WCB). Diabatic PV tendencies are highest where the WCB rises over the surface warm front to the northeast or east of the cyclone centre. In most cases the distinct heating occurs in connection with a strong upper-level jet and a rapid deepening of the involved surface cyclone. More quantitative dynamical and statistical studies of the suggested relation are needed to better understand the relative contributions of single factors to the large and synoptic scale evolution that leads to PV streamers/cut-offs near West Africa.     

2006年春季河南一次强寒潮天气诊断分析

应用1°×1°NCAR／NCEP再分析格点资料,对2006年4月11-12日发生在河南省的一次强寒潮天气过程进行了热力因子和动力因子的诊断分析,结果发现：这次寒潮天气过程是西路和东路两股冷空气与暖平流共同作用促进蒙古气旋发展,并使低槽、冷锋东移南压造成的;不同的层结条件下垂直速度对河南前期增温、后期剧烈降温有利;非地转...     

黄淮气旋引发山东两次暴雨过程的对比分析

利用常规天气图资料和NCEP再分析资料,对2002年5月14日和2013年5月26日发生在山东的两次气旋暴雨过程进行对比分析。结果表明:两次过程均是在高空低槽、西南涡及地面气旋共同作用下形成的,但气旋形成方式、高低空急流及空气不稳定层结有明显的差异。前者为倒槽锋生型,空气层结呈对流性稳定,冷暖空气在近地层交汇使得等熵面陡立触发垂直涡度增长和湿对称不稳定能量释放造成暴雨,后者为静止锋上冷暖平流加强形成气旋波,冷空气团叠加在暖湿气流之上通过降低低层稳定度强迫暖空气抬升触发对流不稳定能量释放造成暴雨;前者高空急流偏南,后者高低空急流配合较好激发出次级环流从而使上升运动增强;两次过程暴雨落区均在850hPa高能轴顶端冷暖空气交汇处。     

一次台风变性并入东北冷涡过程的动力诊断分析

台风北移变性并入东北冷涡是造成东北地区夏季大范围暴雨的主要形式之一, 但其中的热动力结构变化特征及其物理机制尚不清晰。本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料对一次台风变性并入东北冷涡过程进行动力诊断分析, 分析结果显示:冷涡冷空气的不断侵入以及台风移动形成的相对冷平流使得台风暖心结构消亡, 其低层低压辐合和高层高压辐散结构消失, 变性并入东北冷涡后气旋整层偏冷, 低层出现冷中心。台风变性并入东北冷涡过程中, 冷涡中心附近高空急流南侧的反气旋切变抑制气旋直接往高空发展, 而急流轴左侧的热动力分布特征有利于垂直涡度的发展, 变性后的气旋环流向冷涡的移近有利于急流轴维持倾斜, 从而促进气旋向高空冷涡倾斜发展。同时, 冷空气在气旋低层附近堆积导致等假相当位温线发生倾斜, 造成垂直涡度在气旋中层倾斜发展。台风变性并入东北冷涡后, 高空冷涡槽底的正垂直涡度平流促进气旋由中层直接向高层发展, 而高空冷涡槽底急流促进正垂直涡度平流的维持。气旋高空环流的发展反过来削弱了东北冷涡的高层环流, 导致高空冷涡中心出现北撤。