山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971-2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华南沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析.建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型.分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支.结果表明:在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次.暴雨的范围广、强度大.出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后.在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆.中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北.500 hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合.低层850-700 hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制.热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东.在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送.在台风登陆后12-48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入.暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨.     

影响河北两次相似路径台风的湿位涡对比分析

利用常规的探空和地面资料以及NCEP／NCAR全球再分析资料，对9711号台风温妮和0509号台风麦莎的变性过程和影响河北暴雨过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明：温妮变性再加强过程是一个温带气旋强烈发展的过程，主要与高层湿位涡扰动下传、热带气旋低压环流两者之间的相互作用有关。而麦莎变性过程中，没有高层湿位涡扰动下传和热带气旋低压环流之间的相互作用过程，无再加强过程。对流层中低层MPV1〈0、MPV2〉0区域对应暴雨区，对此类暴雨具有较好的指示意义；对流层高层高值湿位涡下传，有利于位势不稳定能量的储存和释放，使降水增幅。     

一次伴有高原低涡和热带气旋活动的持续性暴雨过程分析

为了进一步考察持续性暴雨发生机制,针对2010年7月下旬川、陕、甘地区的一次持续暴雨过程,应用MICAPS资料,FY-2E辐射亮温资料,TRMM卫星降水资料,NCEP每6 h 1°×1°分辨率的分析资料,主要分析了暴雨发生的环流背景,暴雨直接影响系统-高原低涡、热带气旋、中尺度对流系统、冷暖平流等对持续性暴雨的影响。结果表明:(1)本次持续性暴雨过程发生在对流层高层南亚高压由纬向型转为经向型,对流层中层副热带高压东退西进,热带气旋登陆西行,高原低涡东移受阻,中尺度对流系统不断生消的有利条件下。(2)高原低涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓,涡区切变流场加强,正涡度平流输送使低涡加强与维持。(3)低涡为暴雨发生提供了有利的抬升条件,使降水期间涡区呈现较强的正涡度和辐合上升运动,降水最大值出现时间对应辐合上升运动最强时,降水过程中对流层中低层为垂直正螺旋度,有利于低涡系统维持和降水持续,垂直正螺旋度大值区及出现时间对强降水发生及落区有一定的指示性。(4)对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累,同时也使暴雨区中尺度对流系统生肖不断,降水得以发生和持续。     

热带气旋中β偶极涡的数值模拟

通过数值模拟来研究热带气旋中的β偶极涡环流，结果可见，在中层的偏差流场上，有清晰的β偶极涡环流，即涡旋中心以西为气旋性环流，以东为反气旋性涡旋，理论分析表明，该β偶极涡环流是由地转涡度平流造成的。     

一次春季江淮气旋形成发展特征及暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料,对2013年5月25-27日一次江淮气旋的形成发展及其引发的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:高空明显的正涡度平流、低层暖平流以及与辐合辐散区相对应的垂直运动是导致气旋发展的重要物理因子。气旋发展过程和湿位涡正压项及斜压项有很好的对应关系,气旋的增强阶段伴随对流层低层mpv_1的增大及mpv_2值的减小;高层湿位涡下传;使近地面大气斜压性增强,从而在低层诱生出气旋性环流。气旋的形成发展过程与对流层正涡度柱的形成相对应,与湿位涡的空间结构及其演变有密切的联系。气旋引发的暴雨位于气旋移动路径的左前方(东北象限),该区域低层强辐合中心和正涡度中心的耦合,加剧水汽和能量的辐合,为暴雨维持提供了条件。     

非对称环流的细致结构与台风路径的摆动

应用准地转三层斜压模式数值模拟热带气旋的移动，详细分析热带气旋非对称环流的三度空间结构及其与热带气旋移动的关系。结果表明：非线性涡度平流与线性β项相结合不但可以产生大尺度β涡旋对，而且还可产生小尺度涡旋对；这两种不同尺度的非对称涡旋不断相互作用，导致热带旋移速的振荡和移向的摆动。     

地形对登陆台风麦莎(2005)影响的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2005年9号台风Matsa("麦莎")登陆后期的过程进行了48h模拟,应用低通滤波器分离模拟结果中的天气尺度和次天气尺度运动,并采用热带气旋动态坐标跟踪考察登陆过程中热带气旋的次天气尺度环流特征.通过研究地形对两种尺度间动能和涡度转换的影响,进一步证明了地形对热带气旋有着不可忽视的影响.结果表明,地形的存在有利于维持热带涡旋性强度,这种影响随气旋中心与地形间距离的缩小而逐渐增强,且强度的增强在对流层中高层表现得更为明显.去掉地形后对流层低层次天气尺度系统向热带气旋输送的动能减少,次天气尺度系统对热带气旋动能的消耗增大;当低层涡度转换项的垂直运动贡献为负时,去掉地形会加剧这种负贡献,即次天气尺度系统从热带气旋得到更多的正涡度;从整体上看,去掉地形后,热带气旋不仅没有从次天气尺度系统获得正涡度,反而将自身的正涡度向外输送.     

双热带气旋相互作用的机制分析及数值研究(一)——物理机制的分析

本文对正压情况下双热带气旋的相互作用进行了机制分析.通过对两个理想涡旋间非线性涡度平流过程的分析,揭示了双涡气旋性互旋及其中心间距变化的涡度平流机制.分析表明,一个涡旋的切向风场对另一涡旋涡度场的平流相互作用可造成两者气旋性互旋;而一个涡旋的切向风场与另一涡旋涡度梯度间的相互作用所引起的次级环流可造成双涡中心间距的增大或减小(定义为排斥或吸引),由此提出了双涡相互作用的临界距离效应概念.对几类常用的理想热带气旋及合成热带气旋的分析证实,双热带气旋的相互作用存在这种临界距离效应,且临界距离平均在6—7个纬距     

四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究

利用NCEP 1°×1°的资料研究了四川盆地一类持续性暴雨特征,结果表明:(1)在伴有西太平洋副热带高压西伸和其南侧有热带低压系统扰动的大气环流背景下,其水汽供应环流形势体现为东南气流输送,这主要与副高和热带低压系统相互扰动有关,而与大部分造成四川盆地暴雨的西南气流输送有差异。(2)局地涡度的变化对大尺度环流背景场的分布起到重要的作用,在副高西伸稳定的边缘,局地涡度变化为负,在槽区和热带低压扰动区域内,局地涡度变化为正,而局地涡度的正负变化,取决于涡度方程各项的变化大小,在850hPa上,雨区局地正涡度的增加可能与热带低压的局地正涡度输送有关,而这一过程可能主要由正涡度平流来完成。(3)局地正涡度变化范围和中心较好程度上对应着雨区的范围和中心,可以作为一个判断降水落区的预报要素来参考。      

四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究

利用NCEP1°×1°的资料研究了四川盆地一类持续性暴雨特征,结果表明：（1）在伴有西太平洋副热带高压西伸和其南侧有热带低压系统扰动的大气环流背景下,其水汽供应环流形势体现为东南气流输送,这主要与副高和热带低压系统相互扰动有关,而与大部分造成四川盆地暴雨的西南气流输送有差异。（2）局地涡度的变化对大尺度环流背景场的分布起到重要的作用,在副高西伸稳定的边缘,局地涡度变化为负,在槽区和热带低压扰动区域内,局地涡度变化为正,而局地涡度的正负变化,取决于涡度方程各项的变化大小,在850hPa上,雨区局地正涡度的增加可能与热带低压的局地正涡度输送有关,而这一过程可能主要山正涡度平流来完成。（3）局地正涡度变化范围和中心较好程度上对应着雨区的范围和中心,可以作为一个判断降水落区的预报要素来参考。     

北半球夏季大气季节内振荡对中国东南沿海热带气旋暴雨的影响

本文采用美国台风联合警报中心整编的1981—2012年的best-track热带气旋资料、中国大陆743站逐日降水数据、亚太经合组织气候中心的北半球夏季季节内振荡(BSISO)指数和美国国家环境预报中心及大气研究中心的再分析资料,分析了中国东南部地区热带气旋暴雨特征及其与BSISO 8个位相的联系。结果表明:7、8月,中国东南沿海地区的热带气旋暴雨发生的频次最多,多个站点热带气旋暴雨占总暴雨频次的比例达40%以上。7、8月热带气旋暴雨主要发生于BSISO1的第1、2、7、8位相,发生的暴雨频次占总频次的78.4%,主要分布于福建省沿海地区和西南部;BSISO2的第5、6、7位相热带气旋暴雨发生的频次也较多,占总频次的73.6%,主要分布于福建省沿海地区及西南部和广东省西南沿海地区。对发生较多热带气旋暴雨的BSISO1和BSISO2位相背景下的环流合成异常的诊断显示,西北太平洋伸向中国东南沿海地区,大尺度引导气流为显著的异常东风带,有利于热带气旋登陆中国大陆;显著异常的纬向东风切变、气旋性相对涡度和整层水汽的异常辐合,有利于热带气旋登陆过程强度的维持,促使热带气旋暴雨发生在中国大陆。     

一次中低纬系统结合的暴雨过程分析

利用常规气象观测资料,对2004年9月14日山东暴雨过程的环流形势、物理量特征进行了分析。结果表明,本次暴雨过程是由中低纬系统相互作用造成的,暴雨分布状况主要取决于台风的路径。暴雨发生在高空急流右后方和低空急流左前方的重叠区;台风减弱后的低压环流是形成低空急流的基础,西风槽及高空急流的东移逼近是低空急流维持与加强的关键因素;200hPa散度大于10×10-5 s-1与700hPa散度小于-10×10-5 s-1相重叠的区域与强降水区相吻合;700hPa正涡度梯度和500hPa正涡度平流增强对暴雨具有一定的指示性;台风为暴雨提供了能量和水汽,而西风槽对能量的积聚和水汽的辐合起重要作用。暴雨集中在地面气旋中心经过阶段,山脉的迎风坡和山峰附近有利于暴雨的增幅。     

影响广西的热带气旋陆地路径与暴雨

本文对27年共71个热带气旋暴雨个例的陆地路径进行了分类和统计对比分析,并对登陆热带气旋路径改变的环流特征以及有无热带气旋暴雨提出了诊断判据,为预报广西热带气旋暴雨提供帮助。     

登陆热带气旋维持的次天气尺度环流特征

971 1 (Winnie)和 94 0 6 (Tim)是 2个在中国登陆后长久维持 (2～ 3d)并产生严重降水的热带气旋。在深入内陆过程中 ,Winnie变性并再次加强为一个温带气旋 ,Tim则衰减消亡。采用移动坐标以及云顶亮温 (TBB)和常规资料 ,对它们在陆上维持期间的次天气尺度环流特征及其与次天气尺度系统之间的相互作用进行对比分析和诊断。结果表明 :(1 )Winnie和Tim登陆过程中具有螺旋波状的次天气尺度云系 ,这种螺旋波结构有利于热带气旋的维持。陆上维持后期 ,Winnie的螺旋云系继续维持并有所加强 ,Tim的螺旋云系趋于零散、消亡。Winnie的螺旋波特征比Tim明显 ,因而维持更长时间 ;(2 )热带气旋次天气尺度环流也具有环绕热带气旋中心的明显波动特征 ,此波动结构能否维持与热带气旋活动的天气尺度背景密切相关。在与西风槽相互作用过程中 ,Winnie的次天气尺度波动结构维持 ,而Tim的次天气尺度波动结构遭到破坏 ;(3)作为登陆后长久维持热带气旋 ,Winnie和Tim均从次天气环流中获得正涡度 ,有助于维持其气旋性环流 ,但Winnie获得的正涡度比Tim明显的大。此外 ,Winnie从次天气尺度环流中获得动能补充 ,Tim则只有次天气尺度环流对其动能的耗散。因此 ,陆上维持后期Winnie再度发展而Tim逐渐消亡     

东亚夏季风对中国大陆夏季热带气旋降水的影响

利用中国大陆格点降水资料和热带气旋最佳路径数据集提取热带气旋降水,在线性去除ENSO信号后,研究东亚夏季风对中国大陆夏季热带气旋降水的影响。结果表明,1979—2019年,中国大陆6—8月热带气旋降水与东亚夏季风指数呈现显著的正相关,相关系数达到0.53。东亚夏季风的减弱,使得西北太平洋大部分海域对流层低层的正涡度和气旋环流增强、中层的湿度正异常和垂直上升运动增强、垂直风切变减弱,有利于热带气旋的生成和发展;同时,在西北太平洋热带气旋的主要生成区对流层中层呈现气旋环流异常,因此中国大陆沿海地区存在东风异常,有利于引导热带气旋移向中国大陆,使得中国大陆夏季热带气旋降水增加。研究结果说明东亚夏季风可通过调制影响热带气旋生成和路径的大尺度环境场,进而与中国大陆夏季热带气旋降水的年际变化相联系。     

上海特大暴雨热带低压结构的数值模拟及其加强机制的分析

利用NCAR/PSU非静力中尺度模式MM5,模拟了上海0185特大暴雨第9号热带低压(TD)结构,发现中层中尺度涡旋(Midlevel Mesoscale Vortex,简称MMV)是此次TD的主要特征之一.在上海特大暴雨发生时段内TD的气旋性环流、最大低压扰动中心和最大正涡度中心主要位于对流层中层(850～400hP...     

太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋影响的数值模拟研究

在分析研究太平洋海气耦合经向模（Pacific Meridional Mode——PMM）和西北太平洋生成热带气旋频数变化关系的基础上,利用NCAR的大气环流模式CAM3模拟研究了太平洋海气耦合经向模态对西北太平洋生成热带气旋的影响。结果表明,海气耦合的经向模态通过影响热带气旋生成的大尺度环境从而影响热带气旋的频数和强度。在模式中当增加了PMM的海温强迫后,纬向风切变变小,对流层中低层相对湿度变大,热带西太平洋对流层低层出现西风异常,在西北太平洋地区形成一个异常的气旋性环流,并且匹配有较大的正涡度异常;对流层高层出现赤道东风异常和一个与低层气旋性环流相匹配的反气旋性环流,有利于对流活动的发展,从而有利于热带气旋的生成和发展。在增加了PMM的海温强迫的试验中,热带气旋中心的海平面最低气压降低,850 hPa中心附近最大切向风速增加,气旋中高层的暖心强度增强。热带气旋强度总体增加。数值模拟结果与资料分析相互映证,揭示了太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋有重要影响。     

上海热带低压特大暴雨分析

对红外卫星云图和高低空天气形势的分析表明，2001年8月5日发生在上海的特大暴雨是副热带高压南侧的热带云团发展而成，与之相伴的环流系统是形成于东风带中的热带低压。对其进一步的诊断分析发现：(1)热带低压具有深厚的热带天气系统结构特征，自形成后，对流层中低层为正涡度区，其上为负涡度区，散度场高空存在强辐散层；(2)暴雨发生前，流场上存在有利于对流发展的垂直环流结构；(3)副高减弱断裂导致热带低压转向经过上海，海上高压的阻挡作用有利于低压在上海维持较长的时间并发展；(4)在暴雨发生前一天就有明显的水汽通量中心，并伴有较好的能量和稳定度条件。     

涡旋自组织过程影响0604号热带气旋Bilis降水的数值研究

利用PSU/NCAR中尺度天气预报模式MM5,成功模拟了0604号热带气旋Bilis登陆后的移动路径和降水分布。在此基础上,讨论了不同尺度涡旋自组织过程对热带气旋Bilis产生局地暴雨的影响。结果表明:(1)引发强降水的对流系统不是来源于热带气旋螺旋云带内的对流云团,而是受热带气旋外围环流与局地地形影响下形成的多个中小尺度系统之间自组织的结果;(2)与0604号热带气旋Bilis登陆前后24小时的强降水相关的自组织过程是分阶段进行的,即第一阶段的双涡自组织过程和第二阶段的多涡自组织过程;(3)局地多尺度涡旋之间的自组织过程,是0604号热带气旋Bilis陆上强降水发生的主要动力机制。     

低空急流对广西热带气旋特大暴雨的影响及概念模式

利用ncep再分析资料，对1990～2003年期间，广西14次热带气旋特大暴雨过程进行850hPa低空急流的合成分析，结果指出：广西热带气旋特大暴雨的产生伴随着中南半岛西南急流的增强，西南急流是暴雨增幅的主要水汽和能量输送系统。另外，结合大尺度环流系统的分析给出广西热带气旋特大暴雨的概念模式。