环境地转基本气流的计算及热带气旋运动与其偏差的统计分析

利用国家气象中心T63L16的1.875×1.875经纬网格点资料和中央气象台编号的热带气旋实时中心位置资料,计算了1996年全年25个热带气旋,共126个时次的环境地转基本气流,分析了环境地转基本气流的垂直分布特征,并对热带气旋的实际运动与环境地转引导气流的偏差(后文将称其为引导偏差,即热带气旋的实际中心位置与按引导气流推算出的位置之间的偏差)进行了分析,发现引导气流的计算区域不同,其引导偏差是不一样的。得到了引导气流的最佳计算区域,并且发现热带气旋运动与环境地转基本气流的垂直切变结构的关系以及引导偏差与引导气流的速度、气旋本身的初始纬度位置和强度等有关。结果还表明,200～1000 hPa的深层加权平均的基本气流的引导效果最佳,可作为最佳引导气流使用。了解这些规律和特征,对热带气旋运动预报具有一定的参考意义。     

热带气旋逆时针打转物理机制的研究

应用一个无基本气流的准地转斜压模式数值模拟热带气旋逆时针打转运动。分析结果表明：对称气流对非对称涡度的平流引起非对称流场中的小尺度涡旋和通风气流逆时针旋转；旋转的通风气流引导热带气旋作逆时针打转运动。     

台风移动的统计研究

到目前为止,人们对台风的移动进行了许多理论上和统计上的研究,认识到台风可沿着引导气流移动。最近又提出了台风移动的某些定量预报方法,台风的位置也可以通过气象卫星资料进行精确的定位。本文从天气学的观点,对出现在远东地区的台风进行了统计研究。 经分析得出下列一些有兴趣的结果:(1)尽管台风基本上沿着其引导气流移动,但减弱的台风偏向于基本气流气压较高的一侧,发展的台风偏向于气压较低的一侧。(2)对于发展的台风来说,其基本气流的垂直风切变从对流层低层到对流层高层间发生变化,而对于减弱的台风来说,不存在这种变化。     

影响台风移动因子的数值研究

本文采用有辐散的正压原始方程模式对影响台风涡旋移动的因子进行了数值试验,试验结果表明:(1)在无环境风条件下,台风涡旋向西北方向移动,移速与台风切向风速、台风半径和台风区f场的特征有关,台风外区(指最大风速半径以外台风区域)切向风速越大、台风半径越大,台风涡旋移速向北分量越大。(2)均一环境风场中,台风移动受基本气流的平流、β效应和指向引导气流左侧的横向加速度的作用,其中基本气流的引导作用是主要的。台风移速与引导气流速度比在东风气流中要大于西风气流中,而台风移向与基本气流之间的偏角在西风气流中要大于在东风气流中。(3)台风涡旋有沿基本气流绝对涡度梯度方向的次级运动分量。(4)台风涡旋在有切变的西风气流中比在均一西风气流中易发展加强,而它的移动更偏向引导气流的左侧。      

热带气旋运动与外围气流的关系

很早以前人们就观察到热带气旋的运动在很大程度上,是沿气旋外围的天气尺度气流而运动的。这些观测结果导致了气旋运动的引导气流理论。似乎可以将热带气旋看作是埋置在气流内的点涡,因此其中心运动的方向及速度可用其外围风的方向和速度或横过气旋的气压梯度或高度梯度近似表示。气旋外围的风向风速与气旋运动有最好相关的那一层被称之为引导层。根据这一理论,许多热带气旋路径预报方法得到了发展。例如锐尔等人。这些方法的详细介绍,可参见《世界气象组织热带气旋计划报告》(1979)。尽管不同的预报方法采用不同的引导层,但一般都认为对流层中层(700及500mb)对于预报热带气旋运动是最好的引导层。采用对流层上部的风和高     

热带气旋移动理论

本文是关于热带气旋移动理论的一个简要评论。理论研究表明,精确到一阶近似,热带气旋的移动是由平均环境气流的引导作用和以Rossby波方式西传作用的线性组合造成的,这种移动是由离气旋中心大约100—300公里范围内的相互作用决定的。因此这种运动对气旋大小和外围风速强度的变化是很敏感的,而中心强度大小变化的影响是微不足道的。观测到的向极Rossby偏移可解释为一种指向极地的次级引导气流发展的结果,这种气流是由气旋环流与地球涡度场的相互作用而造成的。地面摩擦作用也使气旋运动发生微弱变化,这种影响可能是通过改变基本气流而起作用的。在气旋的整体运动上可能迭加有一种附加的气旋眼的振动型扰动。虽然提出过一些理论,但引起这种振动的机制仍很不清楚,还需要进一步研究,以弄清基本气流非对称性的影响,如垂直的和水平的风切变,以及在环境场变化过程中发生的非线性相互作用的影响(如转向运动)等问题。     

大尺度大气运动的动力学

1.引言动力气象学是研究同天气和气候有关的大气运动的学科,但动力气象学家惯于强调天气尺度和行星尺度的运动。在过去四年中,有关天气尺度和行星尺度运动的动力学已取得许多令人鼓舞的成果,其中许多与大气运动短期变化的各种形态有关,而这些短期变化可以由内因引起,也可以由外因造成。若干研究已超越了传统的扰动处理方法,在那种传统处理中,扰动被假定为叠加在一种纬向对称的基本状态上。目前,关于准静止纬向非对称气流的动力学,以及关于这种气流对瞬时环流的控制作用的认识,已有了重大的进步。在这篇评述中,将重点介绍研究对流层中天气     

非纬向基本气流的斜压不稳定

本文用分层两层模式研究了在一般非纬向基本气流情况下的斜压不稳定。通过比较分析,给出了基本气流对斜压不稳定的影响,结果表明,在非纬向基本气流情况下,更有利于出现斜压不稳定。 将非纬向基本气流的斜压不稳定理论用于高纬度地区的大气运动,说明了高纬度地区常见的小扰动强烈发展,是切变基本气流所驱动的一种“涡旋波”的斜压不稳定。     

台风路径与各等压面上基本气流的关系

本文通过71次个例,对台风的移动与地面到200毫巴各个主要等压面上基本气流的关系作了分析。所得结果如下:台风的路径对于700毫巴及以上的各层气流和以下的低层气流表现两种不同的偏离倾向。作者认为:采用上下两层做引导气流比目前一般所用的单独某一等压面上的引导气流要优越些,并不一定需要采用好几层等压面上的引导气流。     

昭通机场一次西南大风天气过程的诊断分析

利用机场自动气象观测站数据、常规观测资料和NCEP再分析资料,对昭通机场2019年3月19日一次极端西南大风天气过程进行分析。结果表明:此次大风天气过程中,地面为易产生高压后部偏南大风的典型“东高西低”气压形势,且昭通机场位于高空槽前西南气流控制下,机场上空的西南急流为大风提供了方向引导和加速近地面大气运动的强大动力,具备了产生西南大风的基本环流背景。物理量场的分析表明,高层深厚的辐合运动,使垂直方向出现了强迫下沉气流,整层的冷平流进一步加强了下沉运动,高层动量下传,加速近地面气流运动,形成大风。      

三层权重订正引导台风预报方案初步应用

本文是两层引导台风预报方案的更新研究试验。在本方案中,采用了以台风中心为坐标原点的移动网格计算环境基本气流,提出了根据850、700和500hPa三层地转基本气流与当时台风移动的接近程度加权计算引导气流的新方法。1987年台风季节,在广州中心气象台实际预报试用的结果表明,本方案的24小时和48小时预报误差比相应的美国关岛发布的台风预报误差要小,比过去多年两层引导方案的平均误差也小。     

热带大气中的地形强迫运动

本文研究了在基本气流无切变和有切变的情况下地形对低伟大气大尺度定常运动的影响。从赤道β平面的线性化正压原始方程出发,求得一个解析形式的地形影响函数。对它的分析表明:大气的受迫运动不仅取决于越过山脉的基本气流的方向,而且还与山脉所处的纬度以及山脉的尺度有关。当适度的西风越过山脉时,会在背风侧形成地形槽。在线性模式中,基本气流的东西风切变对地形强迫波的经向伸展范围起限制作用。利用本文的模式,对东南亚近赤道地区的气压场和流场进行模拟,其结果与观测事实定性一致。最后,本文还讨论了越赤道气流通道的形成机制。      

多时间尺度环流对热带气旋海棠(0505)路径的影响

利用滤波方法将NCEP/NCAR提供的FNL风场资料分离出天气尺度和低频环流场,研究不同时间尺度环流对台风海棠（0505）路径的影响。热带气旋海棠路径的特征可以分两个主要阶段,在第一阶段,海棠西侧的天气尺度反气旋和低频流场副高南侧气流共同引导海棠向西南运动;第二阶段初期,天气尺度环流抑制海棠向北转向,但海棠西侧的QBW气旋和MJO尺度的气流共同引导海棠向北运动。海棠运动后期,海棠与低频气旋的相互作用导致了天气尺度流场中波列的产生和发展,形成了热带气旋的传播分量,令海棠产生了向东北转向的趋势,但是由于MJO环流场中副高的北抬和QBW气旋的引导,最终导致海棠向西运动。     

双台风涡旋运动及其相互作用的数值研究

本文采用正压原始方程模式对不同强度、间距和基本气流条件下的双台风涡旋作了一系列数值试验,试验结果表明:在无环境风场条件下,双台风在某一临界距离内作明显的相互旋转运动,这个临界距离是随台风强度以及风场分布的特征而改变的。双台风有明显的相互吸引作用的临界距离远小于相互旋转的临界距离。双台风相互旋转速率与台风强度成正比、与台风切向风速向外减小率和台风中心的间距成反比。均匀的环境气流对双台风相互作用影响甚微,但有了基本气流以后,两个台风对基本气流的扰动具有不同敏感性。在西风基本气流中,西台风移动稳定而东台风移动稳定性差。在有切变的环境气流中,台风运动既受环境气流的平流作用也受β效应作用和台风相互作用,当台风中心间距大于相互旋转的临界距离时,主要受环境气流和β效应作用。此外,本文还把试验结果与西北太平洋的台风统计资料作了比较,並讨论了试验结果对预报的启示。     

台风“鲇鱼”(1013)路径突变过程的成因分析

利用NCEP提供的GFS(Global Forecast System)再分析资料,对2010年西北太平洋最强台风“鲇鱼”(1013)路径突变的成因开展诊断分析,研究其影响系统、引导气流的演变特征等,并运用CPS(Cyclone Phase Space)方法对其生命史中的热力结构演变过程进行定量描述,重点分析路径突变前后各因子的变化。结果表明,“鲇鱼”移入南海后,冷空气南侵导致其热力结构发生变化,台风环流右侧较暖,此时引导气流微弱,“趋暖”运动占主导,首先引起路径向右偏转,随后引导气流转为西南气流并逐渐增强,在二者共同作用下,“鲇鱼”路径持续右转,逐渐向东北方向移动,完成路径突变。     

双热带气旋相互作用的研究

采用无基本气流的无辐散正压模式模拟了双热带气旋的运动。应用非对称理论研究了双热带气旋的相互作用。双热带气旋中的每个热带气旋主要由通过其中心的非对称气流（即通风气流）作用而移动。这股非对称气流是由其自身的线性和非线性效应产生的非对称涡旋与其配对热带气旋形成的非对称涡旋相叠加而引起的。     

爬流和绕流对山地突发性暴雨的影响

利用ERA5再分析资料和融合降水数据,针对2018年5月21-22日发生在中国四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨,首先对其降水强度和天气概况进行相关分析,并且通过绕流和爬流方程,将流场分解为绕流和爬流分量,重点探讨地形对于过山气流的影响及其对降水的作用。研究表明:受欧亚中高纬低槽槽后西北气流引导冷空气南下和西南低涡东移的共同影响,在四川盆地西南部山区发生了一次强降水过程。此次降水范围较广、强度大并且降水时间集中,是一次典型的山地突发性暴雨事件。由于地形的阻挡作用,使得来自东北方向的气流发生旋转,产生绕流运动,在盆地内形成局地涡旋。同时盆地和盆周山地之间的地形高度差强迫过山气流产生爬流运动,导致垂直上升运动加强。在绕流与爬流的共同作用下,为此次突发性暴雨的发生发展提供了有利的流场条件。进一步分析得出地形区域内爬流分量略大于绕流分量,即气流对于山地屏障的地形适应以爬流运动为主,绕流运动次之,地形爬流产生的垂直上升运动与雨带的分布密切相关。     

旋转大气中有限振幅扰动波包与基本气流的非线性共振相互作用

本文应用多重尺度法研究了在旋转球面上正压大气中有限振幅扰动波包与纬向基本气流的非线性共振相互作用。首先,导出了同时包含色散效应和耗散效应的三波共振非线性耦合方程。然后,在零耗散极限和无规相位近似下,求得了不同模态波包的非线性共振耦合方程。并着重讨论了有限振幅扰动波包与纬向基本气流之间的能量输运过程。结果表明,在旋转球面上正压大气中的有限振幅扰动波包通过非线性共振相互作用能够激发出纬向基本气流,而且其能量最终都要输运给纬向基本气流,直至大气运动成为完全的带状环流为止。从而阐明了非线性共振相互作用是大气旋转适应过程的重要物理机制。     

“两层订正引导”台风路径预报方案初步应用

1970—1972年间,我们曾经在500毫巴正压形势预报的基础上用订正的引导气流方法进行台风路径的业务预报。通过几年的预报实践,联系过去对各等压面引导气流分析研究的结果,我们认识到:低层(850毫巴)引导对台风移动的作用在不少时候也是非常重要的。同时也感觉到:目前,预报低纬度地区的流场变化至少不比预报台风的移动更容易。基于以上的考虑,我们提出了一个机器定量计算与预报员分析判断相结合的两层订正引导方案。机器定量计算的部分是:根据起始时刻台风所在地区的大范围形势场,在大形势稳定和地转关系的假定下,定量计算出单纯的500毫巴引导气流、订正的500毫巴引导气流、单纯的850毫巴引导气流和订     

台风自身动力学过程(CISK)对其移动的影响

台风的移动是一个既重要又复杂的气象问题,虽然已经有过许多分析研究,但仍有不少问题没有搞清楚。在台风路径预报中,目前用得较多的方法之一是所谓“引导气流法”,它把台风作为一个“质点”,其移动只受外部流场的引导。不考虑台风自身动力学过程的影响,可能是引导气流法出现台风路径预报误差的重要原因之一。因为实际台风是一种极为活跃的天气系统,不能视其为完全被动的“质点”。除了外界环境(引导气流)对台风的移动有影响外,台风本身的动力学过程和结构也必然对其移动有不可忽视的作用。 根据第二类条件不稳定理论,台风的形成和发展是积云对流和天气尺度低压扰动间正反馈的结果。