台风角动量平衡的诊断分析

本文根据文献[6],应用FGGEb资料,计算了7908号台风四个同心区域的质量收支和绝对角动量收支,得到以下结果:台风的演变过程可以由其旋转轴确定的绝对角动量来表征。在台风发展最盛时,对流层中层角动量达到最大;台风绝对角动量主要来源于水平侧边界输送。对于侧边界角动量输送,计算结果表明:在台风形成以前,涡动方式(非对称气流)输送是主要的;在台风形成初期,平均和涡动两种方式的输送具有同等重要性;在台风发展强盛及其减弱期,以平均输送为主。比较各强迫函数的作用,凝结潜热释放则是影响角动量垂直输送的重要因子。根据角动量平衡,发现次网格尺度效应显著,说明系统内部角动量再分配机制,除了角动量向上输送以外,积云对流活动可能是另一重要的方式。      

由台风低压倒槽引发的山东暴雨过程研究

2004年8月26-28日发生在山东省的大到暴雨过程主要是由"艾莉"台风减弱的低压和西风带冷空气远距离相互作用造成的,台风倒槽的发展与低空东南气流的加强及台风低压外围热量和动量的向北输送密切相关.采用双向三重嵌套网格非静力模式MM5对这一过程进行了数值模拟,研究了台风倒槽的中尺度结构特征,并通过涡度收支探讨了台风倒槽及中尺度低涡发生发展的物理过程.结果表明,强降水是在台风倒槽顶部强风中心与弱风中心之间的强辐合作用下触发的,台风倒槽的增强和中尺度低涡的形成是低空急流及其动力作用的结果,降水的非绝热加热也起着重要作用.涡度方程的收支诊断表明,对流层低层的散度项、对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者,在同一等压面上散度项和水平平流项的作用是相反的.对流层中层铅直输送项的贡献为正,扭转项为负贡献,涡度变化的总趋势是它们相互作用的净结果.等压面上相对涡度的变化趋势并不是均匀的,中尺度低涡的东南象限相对涡度局地变化较强,这是强降水发生在此的重要原因.低层正涡度的增加是由水平辐合引起的,而高层正涡度的增加是涡度由低层向高层垂直输送的结果.因此台风倒槽的发展和中尺度低涡的形成主要是由于低层的涡度制造,另一方面来自中低层涡度的垂直输送.     

季风低压角动量收支的研究

本文给出移动坐标系中角动量收支方程,并采用FGGE IIIb资料,对发生在印度地区1979年8月6—11日的季风低压作了角动量收支的诊断分析,得到:(i)在低压发展期间,角动量的时间变率为正;低压减弱期为负。(ii)水平侧边界角动量输送是系统角动量的主要来源,而高层东风和低层西风的增强、减弱,则是影响这种输送的重要因素。(iii)在气压场不对称的情况下,侧边界附近的气压力矩是另一个重要的角动量源。(iV)摩擦力矩是主要的角动量汇。据此,可以推论,对于印度季风扰动的发展、维持,水平侧边界输送和边界附近气压力矩的作用最为重要。     

热带气旋台风阶段强度突变的角动量收支

本文利用探空和热带网格资料的合成方法,对西北太平洋热带气旋台风阶段的强度突然变化各时段进行了角动量收支分析。主要结论是:角动量输送可以作为热带气旋台风阶段强度变化的诊断工具;台风中层850—300hPa大的角动量输送对台风强度变化起着重大作用;台风的海面摩擦耗散非常巨大,以致于流入层的角动量输送不足以抵消摩擦汇项,台风的突然增强需要中层大的角动量输送补尝,以及中高层之间明显的反气旋性风切变加速。      

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析III:环流场稳定维持的物理机制

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年夏季青藏高原地区进行了涡度方程诊断分析,研究了它们的月际变化、逐日变化和日变化,与高原上积云对流活动的强弱变化进行了比较,讨论了夏季高原稳定的环流场维持的物理机制;同时还对同时期热带赤道地区强对流活动区域进行了涡度方程诊断分析,将其涡旋环流场的维持机制与夏季高原地区进行了比较. 通过分析,发现夏季青藏高原月平均涡度方程平衡关系主要是次网格尺度项和散度项的平衡,水平平流项的耗散作用在高空较强,但不如次网格尺度项强,涡度方程其余各项均很小.从月际变化、逐日变化和日变化的比较,发现当积云对流活动发生强弱变化时,ω、D和涡度方程中的散度项、次网格尺度项均伴随很强的相应变化,对应关系很好,说明涡度方程中的次网格尺度项R(余差项)的主要部分来源于积云对流系统的活动,反映了夏季高原上存在的强盛频繁的积云对流活动对高原平均环流场的形成和维持具有重要的作用. 使夏季青藏高原高低层环流场加强的物理机制足高低层气流强大的辐散辐合,耗散机制是积云对流系统对高低层涡度的上下搅拌垂直输送作用和网格尺度水平平流项的非线性耗散作用,其中前者起主要的作用. 从涡旋能量维持的角度看,夏季青藏高原高低层环流场的维持大致是高原尺度环流系统的涡旋能量通过非线性过程,分别向高原区域以外更大尺度的系统和次网格尺度的对流系统输送,输送的损失由强大的高低层辐散辐合气流产生的涡旋能量补充,从而维持了高原地区环流场的稳定.赤道附近热带强对流活动区域环流场的维持机制与夏季高原地区的不同点,主要表现在其高层和低层的区域尺度环流场通过非线性作用都从更大尺度环流场得到涡旋能量,并把涡旋能量转送给次网格尺度积云对流系统,使自身维持稳定.     

东北低压爆发性发展过程的诊断分析

本文对一次东北低压的快速强烈发展过程做了扰动动能、扰动有效位能及涡度收支平衡分析。结果表明:1.气旋爆发性发展前后,扰动动能的产生项变化剧烈,是主要的扰动动能源。气旋爆发性发展前期,以斜压过程为主,而在爆发期,由正压过程制造的扰动动能也有大量增加,同样是不可忽视的,且这时扰动动能通过系统边界与外界的交换很小。2.扰动有效位能在气旋强烈发展前有大幅度增长,由潜热释放造成的扰动有效位能的产生数值很小,平均有效位能向扰动有效位能的转换是扰动有效位能的主要来源。3.在气旋的爆发期,对流层中层及上层的涡度变化最为显著,涡度平衡中,散度项对对流层中下层正涡度的增长贡献最大,而网格尺度及次网格尺度的垂直输送项和涡度平流项对中上层正涡度的迅速增加有着重要意义。     

副热带高压对登陆台风等熵面位涡演变影响的数值模拟研究

选取1997年第11号台风“温妮”为研究个例, 通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、 变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis et al.(1996) 提出的片段位涡反演方法, 提取具有副热带高压物理意义的位涡扰动, 采用片段位涡反演的方法, 改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度, 并引入Ertel等熵面位涡收支方程, 深入分析不同强度的副热带高压环流系统在登陆台风结构演变的过程中等熵面位涡的守恒性, 以及守恒性与非守恒性相对作用的大小。研究表明: 台风北上深入内陆的过程中, 高空槽大值位涡源源不断的输送使得对流层低层西北侧位涡增长, 台风中心上空的辐散形势有利于台风强度的再次增强。由于摩擦和非绝热加热的存在, 对流层位涡局地变化主要决定于位涡的水平平流 (守恒项)、 位涡的垂直平流、 加热的垂直微分 (非守恒项) 的分布。台风经历变性及再增强的过程中, 其影响范围内位涡守恒性经历了先减弱后增强的过程, 非守恒项中位涡的垂直平流能较好地描述对流层中层位涡局地变化趋势, 而加热的垂直微分则在对流层低层和高层表现良好。副高强度的加强使台风加速北上, 加快了台风变性速度, 高层位涡的向下输送明显提前且强度增强, 位涡守恒性的破坏、 重建也相应提前, 位涡垂直平流的整层负值减小, 加热垂直微分对对流层低层位涡增长的正贡献加强, 且持续时间更长。     

台风“Chanchu”变性过程位涡及锋生特征分析

利用非静力中尺度WRF模式输出的0601号"Chanchu"台风模拟资料分析了台风变性过程中的结构演变特征,并从位涡的角度,利用湿位涡方程对"Chanchu"变性过程中强度减弱但却能引发强风暴雨的原因进行了探讨。分析表明:台风在变性过程中,尺度逐渐增大并与东移南下的高空槽不断接近,在与高空槽相互作用之前,台风眼壁及外围雨带雷达回波减弱,最大风速减小,最大风速半径圈向外拓展;高低层位涡相接之后,由于高层正位涡的下传携带冷空气侵入台风,在低层锋区上诱发出气旋性环流,进而重新引发强对流,并在角动量的输送作用下,台风外围环流风速再次增大。变性后高空槽和台风在位相上仍有一定距离,高空槽仅与台风的外围环流相互作用,冷空气没有入侵台风内部,这是"Chanchu"没有重新加强的原因之一。利用锋生函数对引起锋生的各分量进行分析,结果显示非绝热加热是造成锋生的主要原因,散度和变形项的贡献次之,倾斜项对锋生几乎没有贡献。     

一次台风远距离作用下的西南低涡大暴雨个例分析

利用2009年8月2—5日发生在川渝地区一次远距离台风暴雨的实况降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了远距离台风作用下的水汽和温湿能输送特征;利用25点平滑算子方法研究了台风"天鹅"对此次暴雨影响系统——西南低涡作用下的中尺度特征。结果表明,此次大暴雨过程是在有利的环流背景下发生的,东移的高空槽耦合了西南低涡,远距离的台风"天鹅"使得西南低涡在川渝地区长时间维持,台风"天鹅"倒槽对低涡系统暖湿结构具有重要作用;在台风倒槽偏东气流驱动下,其携带的水汽和能量与西南低空急流输送的暖湿水汽汇合,构建了输送到低值系统附近的水汽和能量通道,增强了强降水区水汽和能量积聚效应,这种积聚效应促使低涡系统物理结构的维持;在台风倒槽顶部偏东气流动力作用下,促使低涡系统中低层正涡度增强,进一步促使垂直涡度增长,对低涡系统动力结构维持起到积极作用,进而促使低涡系统长时间维持,最终导致长时间强降水的发生。     

一次双台风影响下暴雨过程的中尺度涡旋模拟分析

本文对上海地区一次双台风环境影响的暴雨过程进行数值模拟及分析,探讨了强降水过程中大气中低层的涡旋特征及发展机理。结果表明:(1)暴雨过程处于双台风、大陆高压的共同影响下,中低层伴随有较明显的中尺度低涡发展。(2)与涡旋相关的局地垂直涡度由低层开始发展,先期涡度发展集中于850 hPa以下,之后向大气中上层发展增强,涡旋尺度强度也随之发展,最终形成在对流层下半部具有闭合式气旋性环流的深厚涡旋。(3)影响局地涡度变化的水平平流项、垂直平流项、散度制造项和倾斜项对不同时间、不同高度的涡度作用各不相同,其中散度制造项是中低层涡度的主要来源,垂直平流项的输送作用对中上层的涡度发展有重要作用,倾斜项对涡旋发展移动也有部分贡献。(4)通过敏感性试验考察了对流潜热反馈的贡献,发现潜热释放过程通过加热改变大气温压场结构,从而维持并改变局地涡度倾向的中低层辐合及对流上升运动,对涡旋的发展和移动起了重要影响。