气旋生成机制的位涡反演诊断

本文采用位涡反演方法,对一次西太平洋地区爆发性气旋的生成机制进行了诊断分析。结果表明：高层位涡扰动（即高空槽脊系统）所诱生的低层扰动风场特征为一支位于高空槽前下方的偏南气流,这支偏南气流是促使低层锋区扰动发展的主要动力因子：而低层位涡扰动（即低层锋区扰动）所诱生的低层扰动位势场和扰动风场是低层降压和气旋性环流生成的主要原因。     

一次高原低涡与高原切变线演变过程与机理分析

对一次东移高原低涡减弱、高原切变线生成并在有利的环流背景下东南移,进而引发川渝强降水的高原切变线生成机制以及演变过程进行了初步分析。首先引入描写热带气旋的Okubo-Weiss（OW）参数（V_OW）来定量表达低涡、切变气流中旋转和变形的相对大小,确定高原切变线的潜在生成区域和发展状况。得出在高原切变线生成阶段,500 hPa等压面上V_OW值由正转负,V_OW负值带可以很好地指示高原切变线的潜在生成区域。V_OW负值强度与高原切变线强度有很好的相关性。高原切变线上以V_OW负值中心为主,但也会存在正值中心,说明在切变线上也会有气旋性涡度。此个例高原切变线以伸缩变形为主,高原切变线沿变形场的拉伸轴分布。然后通过涡度方程和总变形方程进一步分析了高原低涡减弱、高原切变线生成的动力机制。高原低涡的减弱、消失主要受散度项的影响,时间演变分析表明系统由强气旋性涡度的高原低涡演变为强辐合性的高原切变线。总变形方程中的扭转项对高原切变线的生成贡献最大,其次为水平气压梯度项,散度项最小;当高原切变线上以拉伸变形为主时,不利于其上高原低涡的发展,切变线可能是影响低涡发展的背景流场。     

西南涡成因初探

西南涡全年各月都有生成, 以4—5月份最多, 8月份最少。 但8月份出现频率的年际变化最大。本文从8月份环流特征探讨西南涡的成因。 西南涡的生成有三个主要成因。低层西南季风经横断山脉—云贵鬲原的绕流作用以及下游低层西南风急流左测的气旋性切变; 中层强西风经青藏高原东坡的越坡作用; 以及中层气旋性曲率和切变造成的强正涡度作用, 都有利于在我国西南特定区域诱生西南涡。 当副高北抬,南海热带辐合带(ITCZ)北推到18—20°N左右,并与印度季风槽相连接时,我国西南地区处于东风气流控制下, 绕流和越坡作用消失, 很少有西两涡生成。 因此, 低层强西南季风(冬半年为强的南支西风)是西南涡生成的重要环流条件。     

“960628”黄淮气旋暴雨分析

１９９６年汛前淮河流域首场大暴雨,是在有利的环境背景下,低层低涡切变线发展,诱生地面气旋,形成了一个较深厚的天气尺度暴雨系统。通过对一些物理量分析,得出几点不稳定能量释放和上升运动发展的结论。     

气流辐合对高原低涡切变的影响

利用欧洲中心ERA-interim再分析资料,通过计算Okubo-Weiss（OW）参数,对青藏高原上一次高原切变线诱发高原低涡生成的过程进行了诊断分析。结果表明:（1）OW负值带可以指示高原切变线的可能生成区;OW值趋于0时,切变线变得不稳定,强度逐渐减弱;OW正值区能够指示高原低涡的后续移动趋势以及发展情况,气流辐合区域与OW大正值区有很好的对应关系。（2）此次高原切变线气流活动以拉伸变形为主。切变线生成阶段,其附近气流作拉伸变形运动;切变线成熟阶段,气流拉伸变形运动达到最强;切变线减弱阶段,其气流拉伸变形运动减弱。（3）切变线的生成以及移动主要受总变形方程的局地变化项影响;低涡的生成位置以及后续移动路径与水平涡度方程的散度项有很好的对应关系。气流辐合在高原低涡形成的初期起主要作用,辐合强度的减弱会抑制高原低涡的东移及发展。      

一次江淮切变线系统结构和暴雨分析

基于气象观测资料和数值模式产品,分析了2006年7月2—3日一次江淮暖切变线影响下的大暴雨过程。分析表明：稳定的大尺度环流背景下,北抬的江淮暖切变线是暴雨的主要影响系统,该系统表现为结构竖立的相当正压的浅薄系统,相应的物理量场成垂直分布特征,切变线上风场的风速辐合中心对应中小尺度气旋性系统。强蛊的中低空西南急流不仅为大降水的产生提供充沛的水汽,还利于该中小尺度系统的形成,该系统散度、涡度结构上呈柱状垂直分布,对流层中下层负涡度中心增大和抬高以及负散度区中心增大和跃升造成降水的脉动加强,而且上述物理量场的高低空配置特征利于上升运动加强和维持。由于切变线南侧西南气流中的风速辐合和上升运动远较切变线北侧的风向辐合更为突出和完整,对流不稳定更强,最大上升运动及其相应的暴雨区主要集中在切变线中间偏南的位置。     

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。     

2006年7月3日黄淮地区大暴雨过程分析

利用地面和高空常规气象观测资料及全省自动站逐时观测风场资料、MM5中尺度数值模拟资料、多普勒天气雷达观测资料,对2006年7月3日发生在黄淮地区的大暴雨过程进行分析和模拟.结果表明:这次暴雨是由高空低涡前部强盛西南暖湿急流与地面生成的中气旋影响造成的;切变线两侧大气层结的强烈不稳定对形成此次短时暴雨有重要促进作用;此次临沂市短时暴雨是由低空切变线上生成的中β尺度气旋东移影响的;在有利的大尺度环流背景下,可利用数值预报产品预估过程集中影响时段,结合卫星云图资料范围大,雷达回波探测性强,自动站资料实时性、灵活性强等优点,进一步作好短时暴雨的临近预警预报,提高短时暴雨的预报提前量,努力降低短时暴雨造成的经济损失.     

两类动力因子对四川盆地一次低涡暴雨的应用研究

利用常规观测资料、FY-2E卫星云顶黑体亮度温度(TBB)资料、欧洲中心0. 25°×0. 25°资料,选取质量散度、垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度、散度垂直通量、密度散度垂直通量、水汽散度通量等7个动力因子对2015年8月16-18日四川盆地一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)此次降雨过程是由高原低涡、高原切变线、西南低涡等多个天气系统共同作用造成。(2)随着高原低值系统的东移、减弱,西南低涡的生成、发展,伴随的对流云团经历了连续生消的过程。(3)动力因子对此次暴雨过程的发展和演变有较好指示意义。动力因子大值区基本覆盖强降水区。西南低涡形成初期,动力因子大值区和高原切变线分布一致,降雨中心位于动力因子大值区和高原切变线右侧,与西南低涡中心对应。西南低涡强盛时期,动力因子大值中心、西南低涡中心、降雨中心趋于重合。降雨区上空存在质量散度辐合、气旋性涡度和水汽通量涡度的垂直向上输送及辐合上升运动。     

西北涡与西南涡共同作用引发秦巴区域大暴雨的成因分析

利用常规观测资料、 ERA-5再分析数据、 FY-4A卫星资料,对2021年9月3-4日一次西北涡与西南涡共同作用引发的秦巴区域大暴雨过程进行了研究,探讨了两涡作用导致大暴雨的中尺度环境场特征,并对西南涡的形成过程进行诊断分析。结果表明：秦巴区域的大暴雨是在西北涡与西南涡共同作用下由中尺度对流复合体（Mesoscal Convective Complex, MCC）引起的,强降水位于MCC云顶亮温冷中心及后部偏冷空气一侧的亮温梯度大值区。西南涡生成前,西北涡后部的偏北气流与西南气流形成了中尺度切变线,在秦巴区域触发对流不稳定而激发出中尺度对流云团而产生降水;西南涡生成后与西北涡共同作用,使秦巴区域水汽的输送加强,对流层低层形成强烈辐合,正涡度和垂直上升运动加强,使MCC强烈发展并具有较长生命史,同时伴随β和γ中尺度的对流云团发展,加强了该区域的强降水,从而造成大暴雨。该过程中西南涡是由500 hPa低涡产生的正涡度和高位涡向下传递强迫,使西北涡后部偏北风与西南气流气旋性运动加强从而形成涡旋环流,西南涡与500 hPa低涡的垂直耦合使其发展为强大的涡旋系统,从而加强水汽的辐合上升运动以加...     

对我国梅雨次天气尺度系统的一些认识

为说明本文研究问题的基本观点,首先简略讨论了梅雨次天气尺度扰动的一些基本的天气动力学特点。继而综合讨论一批梅雨期暴雨个例分析的结果。对于青藏高原东侧的西南低涡和夏季江淮切变线发生的机制——特别是高原的动力和热力影响在其中起着什么样的作用;暖性低涡东移和切变线向东延伸的机制;江淮切变线维持的机制;低涡转化为江淮气旋波的天气动力过程等问题,提出一些新的探索性的意见。     

青藏高原东部牧区春季雪灾天气的形成及其预报

对青藏高原东部牧区1967～1996年30a中春季发生的成灾性降雪天气过程进行了较为详细的分析。发现有45％的成灾性降雪过程与该地区的低涡天气系统有关。在归纳总结高原春季降雪天气形成的3种环流模型的基础上，重点分析了通常情况下高原切变线对高原低涡发生发展所起的主要作用。即高原切变线西南段区域内为上升运动区且气流的气旋性涡旋处于发展阶段，切变线东北段区域内为下沉运动区且气流的反气旋性涡旋处于发展阶段，是低涡形成的前期条件；高原切变线附近的流场有利于将周围水汽聚拢，使低涡系统得到持续不断的水汽供给，其中负的水汽通量散度扰动中心位于切变线中段南侧，形成水汽汇，正的水汽通量散度扰动最大值部分位于切变线西南段南侧，是低涡水汽的主要来源。中还给出了高原部分测站降雪量、最低气温的预报方程，可供有关预报人员参考。     

基于NCEP资料的一次东移引发暴雨的江淮气旋结构特征分析

2015年5月1—2日由江淮气旋引发了一次江淮和江南暴雨天气过程,利用常规地面、高空观测、6 h一次的NCEP1°×1°再分析场、星下点分辨率为5 km的FY-2E水汽云图等资料,重点分析了江淮气旋的生成环境、结构特征、演变过程及东移原因,在此基础上分析了此次暴雨过程的成因。结果表明:(1)这次江淮气旋生成于500 h Pa西风槽前,西南涡沿暖切变线东移、地面冷锋进入低压倒槽的顶端;此后该气旋向东移动,但强度逐渐减弱。(2)这次江淮气旋表现为中低层浅薄系统,温度锋区弱,与经典的深厚温带气旋结构不同。江淮气旋生成时,正相对涡度区随高度向西倾斜;当高低层正相对涡度区逐渐垂直重合时,江淮气旋减弱。(3)暴雨的产生与低空急流输送的丰富水汽、500 hPa高空槽前中低层低涡、切变线、气旋等引起的强上升运动有关;暴雨区南北两支次级环流圈的存在有利于强上升运动的维持;地形抬升作用使得降水加强。(4)地面气旋中心总是沿中低层暖平流区域及其下游高低层微差涡度平流较大区域移动,移向对流层中层上升运动区。     

影响江淮地区的西南涡中尺度结构特征

利用合成方法对３次西南涡过程的流场，温湿场和涡度场等进行了分析。结果指出：沿切变线存在风场的中尺度扰动，低涡的尺度为２５０－３００ｋｍ，中低层有两支不同性质的气流流入低涡区，降水主要发生在低涡移动方向右侧的两象限。温湿场和铅直流场在低涡区呈现明显的不对称分布，低涡是一个显著的斜压系统。     

热带气旋生成过程的中尺度涡旋活动数值模拟

热带气旋生成过程中包含不同尺度环流及其相互作用。为此,本文将热带气旋生成数值模拟的起点提前到模拟中尺度涡旋(MCV)的生成,从而利用高分辨率数值试验结果,对热带气旋过程中的不同尺度涡旋活动进行分析。模式首先模拟了季风涡旋的东南侧增强的西南气流中出现低形变旋转性扰动,随着扰动的旋转性增强,中层出现水平尺度为200 km左右的MCV。在扰动区内的不同高度上还发现10~20 km尺度不等的中γ气旋性涡旋扰动,其中部分涡旋扰动具有热塔的特征,中γ气旋性涡旋扰动在MCV的旋转环境内不断组织化,低层气旋性涡旋扰动的分布比中层更加集中。模拟表明这些较小尺度的气旋性中尺度涡旋扰动对热带气旋的生成有重要作用。     

蒙古气旋与西南涡协同作用下一次春季暴雨成因分析

该文利用常规气象观测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对2018年4月12日08时—13日08时蒙古气旋与西南涡协同作用下,陕西省出现大范围降水,陕南局地暴雨的形成机理进行诊断分析。结果表明：（1）乌拉尔山高脊与贝加尔湖高脊之间的蒙古低槽东移发展为蒙古冷涡,地面冷锋移入低压,形成蒙古气旋。青藏高原东侧生成的西南涡与蒙古冷涡接近同位相,西南涡前侧高温高湿的偏南气流向北输送到陕西北部,蒙古冷涡底部干冷空气南下到陕西南部。蒙古冷涡与西南涡的协同作用下,蒙古冷涡南部与西南涡北部形成2条切变线及地面冷锋过境是陕西省降水的主要影响系统。（2）锋生阶段暖区一侧θ_se受西南涡偏南暖湿气流的输送得到增大,锋区两侧能量差变大,由于两涡输送冷暖气流的持续作用,锋区移动缓慢,上升运动加强,降水范围广、持续时间长。（3）蒙古冷涡是不对称的冷性低涡,西南涡是暖性低涡,2个不同冷暖特性低值系统同位相具有协同作用的机制,蒙古冷涡底部冷空气南下侵入西南涡,增大了西南涡的气旋性涡度。西南涡增强后,向北持续输送暖湿气流到陕北地区,蒙古冷涡底部冷空气南下影响西南涡北侧切变线稳定少动是陕南暴雨的成因。     

一次川东大暴雨过程的中尺度分析

利用观测资料和MM5中尺度非静力模式产生的客观分析资料, 分析了2004年9月3～5日出现在川东地区大暴雨过程的大尺度环流特征和主要的中尺度天气系统及其结构。分析表明:中纬度低压槽的东移与西伸加强的副热带高压在青藏高原北部地区形成了有利于高原切变线和西南低涡生成发展的环流条件;西南低涡东侧的暖式切变线是对流活动最活跃的区域, 强降水主要出现在暖式切变线上;西南低涡是一个主要出现在对流层中低层的涡旋系统, 与大暴雨区相对应的整层强上升运动是低涡切变线南北两侧的正反向垂直环流共同作用的结果。     

“81.7”四川暴雨期西南涡生成和发展的涡源诊断

分析表明,1981年7月11—15日发生在四川的特大暴雨与在该区持续强烈发展的中尺度涡旋(西南涡)直接相关。 涡度分析指出,该西南涡初生于700hpa青藏高原的东南角,高、低空气旋性涡度中心在四川盆地附近上空的迭加和耦合是西南涡在成熟阶段强烈发展的一种主要物理机制。 总涡源的诊断表明,该涡源的供给和发展及其垂直结构是与西南涡的结构及其演变相一致的。事实证明,该西南涡的生成和发展是直接受控于该总涡源的。 总涡源的区分结果指出,平均涡源和地形强迫对西南涡的初生和维持是很重要的;相互作用涡源对西南涡的持续发展起着决定作用;而纯扰动涡源在西南涡强烈发展的后期有其重要贡献。     

一次引发极端降水事件的江淮气旋发生发展分析

利用NCEP0.25°×0.25°再分析数据和多种观测资料,对2017年6月9—10日在苏皖地区引发区域性大暴雨并在江苏数个观测站造成极端降水事件的江淮气旋过程(简称"0609"过程)进行了分析,从气旋的生成、发展、冷暖锋和相当正压性等方面与前一次降水较弱的江淮气旋过程(同年6月5日过程,简称"0605"过程)进行了对比,结论如下:(1)对流层高层正涡度平流及出流区引发高空辐散场,继而导致对流层低层动力减压,是"0609"江淮气旋的启动机制,而"0605"过程对流层低层强盛的暖平流引起的上升运动导致了气旋的生成;(2)对锋生函数的计算表明"0609"过程锋生作用较"0605"过程更强,前者暖锋锋区较后者更为陡立且在一定区域内缓慢移动,暖锋附近及暖区一侧上升运动更强且更为深厚,以上因素直接导致了"0609"过程区域性大暴雨的发生;(3)相对涡度和纬向风0值线的垂直分布表明,"0609"过程气旋在700 hPa以下表现为集中的涡度柱形态,强度较大,系统随高度几近垂直分布,相当正压结构十分明显,而"0605"过程气旋涡度柱仅存在于850 hPa以下,强度较弱,相对涡度和纬向风0值线随高度北倾,斜压性明显;(4)"0609"过程强降水引起的潜热释放通过涡度混合加强了气旋,加强的气旋又增强了降水,降水和气旋之间建立了类似于"CISK"机制的正反馈过程,这可能是"0609"过程气旋表现出较强正压性的原因,说明了江淮气旋发展方式的多样性。     

南海台风生成前48 h环流特征及热力与动力条件

利用1979—2019年4—11月中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径资料和静止卫星红外云图资料,筛选出189例南海台风,结合欧洲中期天气预报中心1°×1°再分析资料,分析南海台风生成前48 h至生成时刻的天气环流和动力、热力条件。结果表明:南海台风生成于热带洋面大范围的高海表温度、高水汽含量和高不稳定层结区,其生成前的主要环境背景环流是赤道辐合带、西南季风或东风波等;台风生成前扰动中心常常处于其北侧风切变小而南侧风切变大的过渡带中,少数扰动中心倾向于风切变小值中心附近,风切变与扰动的发展之间无显著相关;扰动中心一般与垂直涡度中心重合,垂直涡度中心是表征扰动自身强弱的物理量,但垂直涡度自身的大小与未来扰动发展趋势关系不明显,而Okubo-Weiss（OW）指数则对于扰动的发展以及扰动位置确定有较好的指示意义;在扰动发展过程中,扰动中心附近存在一个贯穿整个对流层的位涡柱,低层扰动部分与位涡柱中的中低层位涡相互作用,有利于扰动发展。