近61年夏半年西南低涡的统计特征与异常发生的流型分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,统计了1954 2014年间夏半年(5 10月)西南低涡发生次数的年际变化,并着重分析了西南低涡异常发生年份的气候特征。结果表明,西南低涡多发年,低层流场在西南低涡关键区表现为西南风旺盛且辐合异常强,气旋性切变加大,低纬季风环流增强,导致大量正角动量输送至关键区,有利于西南低涡生成;同时印度洋输送至关键区的水汽通量增加,也有利于降水发生。而西南低涡少发年,低纬季风减弱,关键区为异常北风控制,南支绕流偏弱,水平散度场表现为辐散异常强,造成角动量输送减弱,不利于西南低涡生成;且来自于印度洋的季风水汽输送减弱,亦不利于降水发生。因此,除地形和加热作用外,西风带以及季风环流带来的水汽和角动量输送也是影响西南低涡发生的重要因子。     

强热带风暴“杜苏芮”偏心结构特征及其成因分析

利用台风观测、FY2/MTSAT卫星资料和NCEP分析资料,采用天气学分析、物理量诊断等方法,对1206号强热带风暴“杜苏芮”偏心结构特征及其成因进行了初步分析.结果表明,“杜苏芮”动力热力结构均存在明显不对称性特征:深对流云系几乎完全偏于TC的西南侧,TC中心周围仅有浅薄稀疏的低云云线,特别是中高层风场TC仅表现为气旋性特征较弱的东风波动,且明显偏于TC中心的西南侧.西太平洋副高加强西伸是“杜苏芮”中高层偏心结构的主要成因:一方面副高快速向西跃进,与南侧TC间位势梯度加强,形成强盛的偏东气流,不利于对流发展;另一方面副高内部干燥下沉气流抑制了TC北侧气旋性环流发展.而在低层,副高的带状分布和西伸特点不如中高层明显,造成了TC环流在高低层的错位.而低层强盛的西南季风和越赤道气流使得低层的气旋性环流偏心不明显.而中层卷入西南气流偏弱且存在切断,对中层的气旋性环流发展和维持是不利的.再者,强的风垂直切变也是造成TC南侧对流发展旺盛的成因之一.     

西北太平洋暖池热状态对热带气旋活动的影响

研究1959-2003年西北太平洋热带气旋与暖池热状况的联系。结果发现暖池次表层海温与生成的台风个数具有显著相关，当暖池处于热状态时，台风偏少，生成热带风暴的位置偏向于靠近大陆的西北侧，且以西行路径为主，因此对我国的影响较为频繁。而暖池处于冷状态时，生成于西北太平洋东南侧的台风较为频繁，西北向移动至日本东南侧易于发生东北的转向。另外，对暖池冷暖状态年的环流合成发现，海表温度不是影响热带气旋年际数量异常的主要因子，而是由大气环流所引发的动力因素起决定作用。当暖池暖状态时，季风槽东端位置偏西北，对应于低层涡度和高层散度为正距平。引发中层垂直上升运动异常。有利于热带气旋在西北侧海域生成。此时500hPa风场以东风距平为主，且西北太平洋南北侧分别为西风和东风垂直切变距平。而暖池处于冷状态时，东亚季风槽东扩，使得西北太平洋东南侧产生有利于气旋生成的环流背景，同时东亚大槽加强，中层西南风易引导热带气旋东北转向，西北太平洋南北侧分别为东风和西风垂直切变距平。     

环境流场对台风发生发展的影响

本文用简单的数学模式、基于CISK理论,从动力学角度分别讨论了在对流层低层气旋性切变基本气流作用下以及对流层上层切变基本气流作用下,台风低压增长率的改变。结果表明,对流层低层的气旋性切变基本气流可以使增长率明显增大,这从动力学角度解释了赤道西风或西南季风的加强以及适中强度的冷空气影响有利于台风生成和发展的天气事实。对流层上层反气旋性切变基本气流有利于台风发展,而对流层上层气旋性切变基本气流使台风削弱。但对流层上层环境流场的影响相对比较微弱。     

华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究,主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的“可维持性”条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

华南沿海2011年7月15-18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究.主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的"可维持性"条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

东移西南低涡空间结构的气候学特征

对1991～2004年夏季（6～8月）西南四川盆地的低涡活动进行统计分类,比较分析了移出型和停滞型两类西南低涡生成初期的合成环流场,总结出影响低涡东移的三维环流结构的气候学特征：东亚中纬度地区对流层中高层的冷空气入侵造成中高层气温偏低,位势高度降低,伴随冷偏差中心南侧20°N～30°N由对流层顶至850 hPa都出现偏强西风,最大的西风偏差位于长江下游地区上空200 hPa。一方面,高层风速差异的纬向梯度加强了长江中游地区的高空辐散,在西南低涡东部形成有利于降水和气旋性环流发展的动力抬升机制。另一方面,对流层低层的西风偏差在青藏高原南麓至我国东部长江以南形成一条异常的水汽输送带,加强了低涡南侧的偏西风水汽输送作用,为低涡东部的降水潜热反馈作用提供了充足的水汽。西南低涡在这样有利的环流形势和水汽条件下更容易移出盆地。     

一次西南涡诱生气旋引发的湖南大暴雨个例分析

基于NCEP再分析资料、常规观测站点降水数据,研究了2013年5月14-15日发生的一次西南涡诱生气旋的结构演变特征及其在湖南产生大暴雨的动力学机理,最后利用Okubo-Weiss参数(OW)及位势涡度(Potential Vorticity,PV)定量分析了西南涡切变线和诱生气旋的发展过程。结果表明:(1)此次大暴雨是一例由西南涡诱生气旋引发的强降水过程。在气旋波生成阶段,西南涡风场由对称结构变成不对称结构;在诱生气旋的成熟阶段,西南涡风场再次发展为对称结构。切变线上的不稳定为气旋性扰动的生成提供了有利环境条件,导致西南涡诱生气旋波沿切变线东移并随之产生大暴雨。(2)在气旋波生成之前,西南涡环流及西风绕流涡度带表现为OW参数和PV大值区,西南涡外围是OW参数负值环绕区,有利于切变线的生成和维持。在绕流涡度带与切变线结合之后,切变线的旋转性加强,风场的旋转性诱生出气旋性扰动。(3)诱生气旋发展的主要原因是气旋波在有利的高低空形势场配置下不断积累正位涡,OW极大值和PV极大值重合并远超停滞的西南涡。     

一次低空急流加强下的暴雨过程成因分析

基于地面、高空常规气象观测资料及风廓线雷达资料和WRF模式资料,分析江西一次低空急流加强下暴雨过程的环境场及成因。结果表明:(1)暴雨发生在副热带高压(简称"副高")北抬、西南急流加强的天气背景下,此次暴雨是副高、西风带短波槽、中尺度辐合系统、低层切变、季风等多系统作用的结果。(2)低层增湿、增暖和对流层中层冷平流的侵入以及异常的各项热力不稳定指数,使江西北部成为高能、高湿、高不稳定区,并在江西东北部形成中尺度假相当位温θ_(se)能量锋区和露点锋区,而锋生正是此次暴雨过程原因之一。(3)低空急流加强一方面带来了充沛水汽,另一方面,中尺度辐合系统沿着急流发展形成中尺度能量、温度锋区,而对流性降水释放的凝结潜热反馈又促使中尺度对流系统进一步加强,利于强降水发生。1.5～3 km 16 m·s~(-1)以上急流可提前1～3 h指示西南风下风方向地区有强降水。(4)500 hPa正涡度平流的发展使得对流层中层气旋性涡度增加,导致正涡度柱发展,并与涡度柱北侧下沉运动构成次级环流。同时高位涡中心向下发展,有利于低层气旋性涡度加强、锋生加剧,促进上升运动,有利于暴雨维持。     

两类El Niño型对西北太平洋季风槽及热带气旋生成的可能影响

通过对1948~2015年不同El Ni?o事件下西北太平洋季风槽变化和热带气旋(tropical cyclone,TC)生成进行分析,初步探讨了不同El Ni?o型事件对季风槽及其对TC的可能影响。分析结果表明,较东太平洋增暖(eastern Pacific warming,EPW)年,中太平洋增暖(central Pacific warming,CPW)年季风槽偏弱,位置相对偏西、偏北。在CPW年,中(西和东)太平洋海温增暖(降低)引起了从中到西太平洋热带地区的西风异常和中太平洋地区上升运动及对流活动加强,使得季风槽加强东伸,同时西太平洋副高偏弱、偏北,季风槽向北推进;而在EPW年,赤道东(西)太平洋海温增暖(降低)使得赤道地区西风异常显著加强东扩,异常Walker环流的上升支东移至东太平洋,季风活动加强,副高偏强、偏南,这使得季风槽较CPW年相比更强、更偏东。利于TC生成的大尺度环境因子随季风槽强度和位置的变化而发生改变,在CPW年,低层气旋性涡度、高层辐散、高的中层相对湿度以及低垂直风切变区随着季风槽向北移动;而在EPW年,这些因子随季风槽向南、向东偏移。这些大尺度环境因子的变化使得西北太平洋TC生成的位置在CPW年比EPW年更加偏北、偏西。     

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

在“鞍”型大尺度环流配置下西南低涡发展的物理过程及其对川东暴雨发生的作用

利用2005年7月6～9日川东地区暴雨过程的观测资料，从大尺度环流、水汽输送和温度平流，并利用湿位涡的垂直和水平分量(Pm1和Pm2）以及相当位温，分析诊断了此次暴雨发生的大尺度环流背景特征以及西南涡发展的物理过程, 其结果表明如下:(1)在此次暴雨发生期间，四川盆地北部由于受中高纬长波东移调整的影响, 不断有低压槽分裂出来并影响此地区, 在盆地的西南方向的孟加拉湾季风槽比较活跃, 南海季风向北输送由于受到西风输送的作用在四川盆地东南部也出现弱的横槽, 并且西太平洋副高西伸到四川盆地东部以及存在于高原中部的高压共同作用, 从而形成明显“鞍”型大尺度环流配置; (2)在此“鞍”型场大尺度环流背景下, 强西南气流绕流高原东侧直接进入四川盆地, 而弱西南气流则绕流云贵高原输送进入四川盆地东部, 受地形的阻挡和西伸的西太平洋副高的作用在四川盆地东部形成向北的急流辐合带, 同时, 由于两支气流输送着大量的水汽, 暖湿空气在川东地区形成高温高湿的辐合区; (3)在此“鞍”型场作用下, 盆地上空的低层不断聚集季风气流输送的大量暖湿空气, 而在高层有冷干空气侵入, 从而导致盆地内低涡系统强烈发展; (4) 由湿位涡的垂直分量和水平分量的诊断表明了在暴雨发生期间, 在四川盆地北部上空的高层不断有干空气入侵, 引起了垂直对流不稳定, 即Pm1<0, 并向盆地东北部发展, 从而使此区域气旋性涡度不断加强, 即低涡强烈发展; 并且, 在盆地上空低层暖湿空气相当位温的水平梯度对于西南低涡的发展和暴雨的发生同样起了重要作用, 正的Pm2中心与暴雨发生区域有很好的一致性, 这表明暴雨往往发生在高温高湿的强垂直不稳定区域。     

高原南侧地形槽与孟湾槽的形成演变特征及其与南海夏季风建立的关系

使用1981—2000年NECP/NCAR再分析数据集资料,分析了全年各月大气环流特征,发现青藏高原(下称高原)南侧低空基本上存在一个常年正涡度带,这是高原近地面西风与其外围自由大气西风之间的气旋性切变的表现。特别是在90°E附近有一明显的地形槽,我们选取80°~90°E,25°N关键区域内的涡度作为表征该地形槽的指数,分析了高原南侧地形槽与孟加拉湾(下称孟湾)槽形成和演变特征的异同,并探讨其与南海夏季风建立的关系。结果表明,高原南侧地形槽的季节性演变与高原热源联系非常密切,其显著的4月突变和6月突变与高原热源发生跳跃性变化相联系。冬季高原冷却作用形成低空反气旋环流,叠加在原本增强的大尺度西风绕流上,促使高原地形槽减弱;由春入夏,高原加热作用形成低空气旋性环流,增大西风绕流作用,促使高原地形槽加深。高原地形槽加强南伸和斯里兰卡低涡持续北移直至二者相互打通是亚洲低纬度副热带高压带在孟湾上空最先断裂和孟湾槽形成的一种触发机制,此后槽前西南气流加强,副热带高压东撤,南海夏季风进一步东扩,最后导致南海夏季风建立。     

2006年西北太平洋热带气旋生成频数和源地异常的成因分析

根据西北太平洋编号台风资料、Hadley中心的SST资料和NCAR/NCEP的再分析资料,对2006年西北太平洋热带气旋活动特点进行分析,就台风季热带气旋的活动特征和成因进行研究。(1) 海表温度的异常引起的沃克环流异常造成了2006年热带气旋频数相对于多年平均偏少。(2) 越赤道气流强并且有较好对流匹配的区域易生成热带气旋。较强的对流运动,良好的越赤道气流、环流条件和切变条件的匹配是2006年8月较其它月份生成较多热带气旋的原因。(3) 异常东南风环流有利于引导生成的热带气旋以西北路径西行进入我国沿海并登陆。异常西风环流不利于热带气旋向西运动登陆我国。(4) 垂直风切变异常太大,不利于气旋生成和发展。     

季风槽中热带气旋生成初期扰动的扰动动能收支分析

热带气旋总是发生在天气尺度扰动中,本文利用NCEP/NCAR提供的FNL资料,选取了2004年8月11日—9月10日期间季风槽中5个热带气旋生成初期扰动,通过计算动能收支分析这些初期扰动的发展。其中4个热带气旋都是生成在向西北方向传播的天气尺度波列的气旋性环流中,气旋性环流可以和呈东北—西南方向倾斜西传的MRG波的逆时针环流耦合。动能收支计算表明,初期扰动动能在热带气旋生成前12~72 h不断增加,扰动位势通量的辐合对扰动动能增长起了主要作用。在季风槽东端的合流区时,能量聚集项有重要作用,随着扰动移入季风槽内,低频纬向风切变项成为能量增加的一个重要来源。Sarika生成于季风槽西撤阶段,非线性作用项对扰动发展起了关键作用。     

澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1980—2012年NCEP/NCAR再分析资料及中国气象局的最佳台风路径资料,研究澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响。研究发现,北半球夏季925 h Pa经向风超过6 m/s的频数在澳大利亚东北部海域最高,达40 d/a。为此,确定澳大利亚冷空气侵入南北半球低纬的关键区为澳大利亚东北部所罗门海地区,并用该区域经向风风速定义了一个澳大利亚冷空气活动强度指数。该指数与越赤道气流及赤道西风都有很好的相关关系,还与同期的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)显著相关。当SOI偏低(高)时,关键区经向风风速偏强(弱)。合成分析和相关分析结果表明,澳大利亚冷空气活动强、弱年西北太平洋热带气旋生成的位置的变化与季风槽的变化一致,西北太平洋热带气旋生成总数则无显著差异。澳大利亚冷空气活动强年季风槽偏强偏东,热带气旋生成位置偏东偏南;而弱年季风槽偏弱偏西,热带气旋生成位置偏西偏北。低层涡度场、水汽输送、风垂直切变以及低纬地区对流活动的分布表明,澳大利亚冷空气活动强年有利于热带气旋生成位置偏东、偏南;弱年偏西、偏北。     

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。     

台风榴莲（2001）生成初期中尺度涡旋合并过程研究

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生、发展的复杂性,热带气旋生成机制研究领域至今仍然存在很多未解之谜。已有的观测和模拟研究证明,中尺度涡旋合并过程对于热带气旋的生成可能有触发作用,但尚未见到南海季风槽内热带气旋生成过程中中尺度涡旋合并现象的实例模拟研究。利用新一代中尺度天气研究与预报模式WRF对南海热带气旋榴莲(2001)生成过程中的中尺度涡旋合并过程进行了高分辨率(4 km)数值模拟,并与观测资料进行对比,利用模式输出结果重点分析两个中尺度涡旋合并过程中的主要动力学和热力学特征,并在此基础上进一步分析了合并过程中系统中心附近涡度方程中各项涡度收支的演变情况,最后通过两个敏感性试验与控制试验结果的对比,初步探讨中尺度涡旋合并过程对于热带气旋榴莲生成的作用。结果表明,南海季风槽中的新生中层中尺度涡旋V2,是榴莲生成过程中的主导涡旋,预先存在的东部低层的中尺度涡旋V1对于台风榴莲的生成则起到了辅助作用,两个不同高度的涡旋合并叠加促使涡度的辐合、辐散项率先在低层引起涡度的快速增长,随后垂直输送项在对流层中层对涡度的增长起主要作用。两个涡旋的最终合并,使热带气旋系统正绝对涡度在垂直方向上从低层到中层得以贯通,进而触发榴莲的生成。     

孟加拉湾低涡与南海季风爆发关系及其可能机理

客观定义并统计了孟加拉湾低涡,确定了30年(1980—2009年)中的34个季风爆发性低涡(MOV),分析其与南海夏季风爆发的关系。分析结果表明:季节转换期内(4—5月)低涡以东移型和北移型为主,这些低涡对南海季风爆发起指示作用,是南海季风爆发的前兆信号,故确定为MOV;气候态下,MOV发生在南海季风爆发前十天。MOV发生在高的海表温度、小的纬向风垂直切变、强的赤道西风的背景环境中;其生成位置与孟加拉湾各区海温演变有关,同一时段内,MOV总是倾向于在海温较高的海域上生成;MOV生成的早晚与赤道西风的增强和发展有密切联系,“亚澳大陆桥”对流和南印度洋海温是影响MOV生成时间的重要因子。这些结论可为南海季风的监测、预报及预测提供参考依据。      

青藏高原隆升对春、夏季亚洲大气环流的影响

利用全球大气环流谱模式R42L9,进行了有、无青藏高原大地形两种情况的10年积分,通过两个试验结果的比较,研究了青藏高原大地形对春、夏亚洲大气环流的影响。模拟结果表明：春季,青藏高原大地形对低层西风的阻挡引起了绕流,其北支气流加强了北方冷空气在高原东侧的南下;同时,作为一个弱热源,它的热力作用加强了高原南侧的南支西风气流,为华南地区输送了大量的暖湿空气。冷暖空气的交汇,加强了华南地区春季的降水。夏季,青藏高原强热源的存在,引起的低层气旋性环流,加强了青藏高原东侧的东亚夏季风,使其向北发展。盛夏,青藏高原“感热气泵（SHAP）”在南亚地区上空低层造成了负涡度和辐散异常,使南亚地区的夏季降水减少,南亚夏季风减弱;在对流层上层高原上宅形成负涡源,并通过遥相关加强了伊朗高压。