2018年一次温带气旋入海爆发性增强时期的集合预报对比分析

基于实况观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Forecast, ECMWF)0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的再分析数据和集合预报数据,对2018年2月一次入海爆发性气旋在黄海南部的爆发性增强时期的动力和热力因子进行了对比分析。根据气旋路径、强度和海面风的检验结果挑选出两组集合成员——好成员组和坏成员组。通过组间对比分析得到如下主要 结论 1）在气旋入海之后爆发性增强时,500 hPa高空槽和850 hPa中低层低涡迅速加强,同时低层和高层的西南急流均明显加大,中高层系统快速增强,上述因子均为气旋出现爆发性发展提供有利条件。2）气旋入海之后上升运动快速增强,这加剧了低层辐合与高层辐散,有利于地面降压,促使地面气旋的爆发性发展。水汽在中低层辐合后随气流上升发生凝结并释放潜热,这加强了高层辐散、低层辐合以及上升运动,促使气旋进一步爆发性发展。与此同时,对流层顶的高值位涡下传增强,低层大气斜压性受气旋上空冷暖平流的增强而增大,导致垂直稳定度减小,地面气旋性涡度增强,也有利于气旋爆发性发展。最终此次气旋快速增强并达到中等爆发性气旋的强度。3）虽然集合预报两组成员的平均场均比分析场弱,但是好成员组抓住了气旋上空中高层天气系统的快速增强过程,以及垂直运动、温度平流、水汽条件、位涡等预报因子和物理量的快速增强过程,其预报效果在气旋强度和路径等方面均显著优于坏成员组。     

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。     

2008年“7.22”襄樊特大暴雨的天气学机理分析及地形的影响

利用常规观测、地面逐时降水、NCEP再分析资料和卫星雷达资料,对2008年7月22日发生在鄂西北襄樊的特大暴雨过程从对流层高层一直到地面的天气形势特征进行了较为系统的分析,结果表明,对流层高层稳定的辐散系统、近地层稳定的辐合系统以及中低层发展深厚的西南低涡、不断加强的低空急流是造成这次特大暴雨的主要影响系统.重点分析了200 hPa强辐散中心形成的原因及其在降水中心上空稳定、停滞、加强的机制,认为高空急流右后侧的风速辐散区与西风槽和南亚高压反气旋环流之间的风向开口区两种辐散作用的叠加是造成强降水中心上空强辐散中心的主要原因,而高层西风槽在东移过程中突然停滞并加深,从而导致强辐散中心一度稳定、停滞则是强降水持续发展的重要机制.在近地层,由一个已经发展的对流云团外围出现的强偏北下沉冷出流沿浅薄地形河谷区侵入襄樊附近,当偏南暖湿气流不断加强北进时,一方面受到冷出流的横向阻挡,另一方面又受到大巴山地形的纵向阻挡,两种阻挡作用交汇于襄樊上空,使低层出现强辐合中心并稳定维持,在高层强辐散的共同作用下出现深厚的上升运动.地面低压倒槽和准静止锋的稳定维持以及边界层内大气斜压性的增强也有利于中尺度对流系统在该区域的维持和发展.中低层发展深厚的西南低涡和不断加强的低空急流为强降水中心输送了充足水汽,从西南低涡的东北侧不断分裂出β中尺度对流云团和强回波单体,并沿低层切变线移动到襄樊上空后叠加在高空强辐散、低层强辐合的有利动力作用下而得到进一步发展,并最终形成特大暴雨.     

夏季西北太平洋热带对流层上部冷涡的分析

本文提供了夏季西北太平洋上空热带对流层上部冷涡出现的频率和典型云型。冷涡云型的特征是:冷涡中心附近是少云区,外部是大范围云带。对冷涡结构的分析表明:冷涡中心附近的少云区,在对流层里是干和冷的,它对应着天气尺度的下沉运动。冷涡外围的多云带是一条湿舌,从对流层下部向上直伸到400—300毫巴,并对应着天气尺度的上升运动。冷涡的特定结构,为台风初期发展,提供了一种可能的有利背景条件:1.在其外部云带里提供了穿过对流层中部的高θ_(se)通道。这条通道有利于维持强烈的上升运动,有利于扰动的存在。2.在其中心附近的少云区里,提供了补偿的下沉运动。这也是扰动能够存在所必需的。     

2011年湖南一次强暴雨过程中尺度分析

以LAPS局地分析资料为主,综合利用卫星云图、地面自动站资料和NCEP提供的全球分析资料,对2011年6月9—10日湖南一次特大暴雨过程进行了分析,结果表明:降水主要发生在对流云团中亮温TBB-70℃的区域的偏西一侧,在TBB-80℃的区域内降水最强;锋前暖区中的对流云团,在中低层是以条件不稳定机制为主的垂直上升运动,而在中高层,是以条件对称不稳定机制为主的垂直上升运动。中尺度对流系统在不断东移南压的过程中,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强。强气旋性切变和正涡度平流触发中尺度气旋发生、发展,β中尺度涡旋是此次特大暴雨过程的直接影响系统。对整层的高度场和流场进行滤波分析发现,此次暴雨过程中的中尺度气旋活跃,强降水雨团与中尺度低层辐合、高层辐散中心基本重合。利用高(低)层中尺度辐散(合)中心位置确定暴雨中心有一定的预报指导作用。     

登陆台风“凡亚比”(1011)合力散度特征诊断研究——垂直分布特征

本文利用2010年1011号台风“凡亚比”登陆过程高分辨率数值模拟资料,诊断分析了“凡亚比”台风环流合力散度的垂直分布及其演变特征。结果指出,合力散度的显著区一直与台风系统相伴随,可以有效地示踪热带气旋（Tropical Cyclone,简称TC）的移动,并能较好地识别TC强度、结构的发展演变。台风中心偏东一侧流入层的合力散度异常信号首先出现并发展,反映出环流的非对称特征。随着台风趋于成熟,合力散度逐渐增强,高度扩展,对称性也逐渐增加;台风中心上空为合力辐合,外围为合力辐散,垂直方向上合力辐合与辐散相间的结构对应上升运动极值区及强降水,即对应台风眼墙位置。合力散度面积指数和强度指数的分析指出,垂直方向上辐合与辐散面积指数负相关;各层的合力辐合强度指数普遍大于辐散强度指数,垂直方向上两强度指数呈显著的正相关关系;结合面积指数与强度指数,可知垂直方向上合力辐合与辐散此消彼长。运用合力散度方程对该垂直分布特征的成因展开分析,发现风速u分量平流随经度变化项和风速v分量平流随纬度的变化项是TC眼区合力辐合部分的主要贡献项,垂直运动项决定了TC眼墙的合力辐合与辐散相间的垂直分布特征。     

一次北上江南气旋的结构特征与演变机理分析

利用常规的高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了一次北上的江南气旋降水分布、生成环境、结构特征及气旋发展和移动的成因。结果表明:(1)气压场形状和强降水落区的演变类似于Shapiro-Keyser气旋模型。(2)江南气旋发生并向北发展,表现为250 hPa高空辐散,500 hPa西北槽与高原东部槽东移合并、下游脊加强环流的背景。(3)这次气旋虽然没有出现Shapiro-Keyser气旋模型中明显的暖锋后弯现象,但在低压中心附近存在弱的暖核,该核主要位于850 hPa以下层次。(4)当正相对涡度区随高度向西倾斜、地面气旋中心西侧的冷锋锋区增强、高层相对涡度值增大时,气旋处于快速加深过程中;当高低层正相对涡度中心几乎垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋缓慢发展。(5)暖湿气流向北发展和垂直于暖锋的次级环流加强使得暖锋附近的降水增强。(6)用准地转ω运动方程诊断得到,在气旋的初生阶段,地面气旋上空垂直上升速度几乎为0,气旋基本不发展;但其下游暖平流和高低层涡度平流差值大,有利于气旋快速向东北方向移动。在气旋发展阶段,地面气旋上空垂直上升速度加大,气旋快速发展,但其下游暖平流和高低层涡度平流差值减小使得气旋移速缓慢。在气旋发展停滞阶段,地面气旋上空垂直上升速度微弱,气旋发展趋于停止,且其下游暖平流和高低层涡度平流差值继续减小,气旋移速进一步变缓。     

东北冷涡暴雨的特点及其非对称结构特征

以2009年6月8日个例为主,对东北冷涡造成的华北暴雨的卫星云图、雷达回波特征及降水特点进行了分析,并利用NCEP FNLs分析资料分析了东北冷涡的非对称结构特征、对流不稳定的建立过程和可能的释放机制。结果表明:东北冷涡具有非对称结构特征;除对流层中层风场、温度场结构较对称外,冷涡在对流层高层对应低槽、暖中心和高空急流,在对流层低层对应倒槽、暖舌,冷中心不明显;冷涡的负涡度、主要辐合辐散和上升运动中心分布在冷涡东南部;在冷涡东南部,对流层中层自西北伸向东南的干冷平流叠加在自西南伸向东北的暖湿平流上,造成对流不稳定迅速增长,且午后晴空辐射增温进一步加强了对流不稳定;冷涡系统建立对流不稳定的同时,冷涡东南部的上升运动为对流有效位能的释放提供了有利条件。     

山东半岛东部中尺度大暴雨过程成因分析

使用常规气象资料、HLAFS资料、红外云图以及中尺度分离技术等对2002年7月24～25日出现在威海市的大暴雨过程进行了分析。结果显示这次大暴雨过程是在西风槽与副高西部边缘西南气流相互作用的大尺度背景下，上升运动区内新生的中尺度气旋引起的强烈的水汽辐合上升造成的，大暴雨区上空高层强烈的辐散对强降水的维持有重要作用。     

一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

山东省春季大暴雨天气的形成机制个例分析

应用T213数值预报产品的分析场和6h预报场资料对山东省春季一次暴雨天气的成因进行了分析,结果表明：这次春季暴雨主要是受850hPa低涡和地面气旋影响产生的,低涡中心和气旋中心北部的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放,产生暴雨。低空西南风急流为暴雨提供了充足的水汽和不稳定能量。暴雨区低层有较大的正螺旋度和非地转Q^*矢量辐合,说明暴雨区有中尺度和大尺度上升运动相叠加。与夏季暴雨的不同在于副热带系统较弱而西风带系统起主导作用,暴雨前后冷暖空气活动剧烈。     

南海热带气旋发展各阶段某些物理量综合场分析

本文试用综合研究方法探讨南海热带气旋发展各阶段的基本结构及其演变特征。 综合场分析表明:南海热带气旋的流场大体呈圆形分布。热带气旋的半径在地面图上约为4纬距左右,属天气尺度,垂直伸展范围一般可达300mb左右,涡度轴的方向从低压阶段至风暴阶段变化较大,而且是层和低层轴向不一致,强风暴阶段涡度轴方向基本垂直,径向流入层主要位于500mb以下,流入层达到的高度较西太平洋台风为低。温度场结构方面,各阶段气旋中心温度较周围高出2—6℃;强风暴阶段暖核出现在300mb附近,200mb附近为一冷中心;冷暖中心的数值和出现高度均小于西太平洋台风,此外各阶段的温湿分布清楚地表明,为热带气旋发展供应热量、水汽的暖湿空气,主要来自低层的中心以南地区。 文中还简单讨论了中、低空环境流场,热带气旋的暖心结构与垂直运动,稳定度等等影响南海台风发展加强的一些因子。      

初夏南海台风的结构分析

根据对8005号南海台风的结构分析,初步得到以下几点:1)南海台风各物理量的水平分布不对称。其湿度中心和暧中心分别位于700hPa和300—200hPa。垂直运动在台风迅速发展时达到极值。2)台风范围内的对流层高层和低层分别存在东北风和西南风大值区,U分量的垂直切变零线在台风发展阶级呈东西向穿过台风中心附近,随着台风加强切变加大。3)通过与西太平洋台风的比较,认为对流层高低层散度之差和涡度之差与南海台风发生发展的关系密切。4)积云对流造成的潜热释放是台风发展期的主要热源。      

On the multiple equilibrium of the development of tropical cyclone in nonlinear CISK model

By using non-static atmosphere equations including basic current, heating force and friction, we discuss the bal-ance amplitude of vertical motion in the conditions of constant heating force, linear and non-linear interaction be-tween large-scale ascending motion and diabatic heating force. In the non-linear condition, the multiple equilibrium feature of the tropical cyclone development is discussed and the reason of the sudden varying of tropical cyclone intensity is studied preliminarily.     

春季中国东部海域气旋急流在气旋发展中的作用研究

对2008—2014年中国东部海域春季海上发展气旋进行了统计与诊断分析。结果表明:1)这类气旋属于较浅薄的低值系统,垂直伸展高度多在600 h Pa以下,水平尺度多在1 500 km以内。伴随的强天气为大风、大浪与强降水,落区主要位于气旋东南部。2)气旋环流各层的大风急流区构成了气旋的东南部位,称为气旋急流。从高层到低层,气旋急流轴在垂直方向上呈逆时针旋转,形成气旋上大下小的漏斗形状。3)气旋急流左侧的气旋式切变有利于气旋中心强度的维持,上层气旋急流左侧对应下层气旋急流前部流速辐合区,有利于气旋式动力抽吸及在气旋东南部形成强的垂直上升运动区。各层气旋急流配置导致气旋的非对称结构,以及气旋要素的非对称分布。气旋急流向气旋中输入螺旋度以及充足的水汽,并在东南部强烈抬升,增强了凝结潜热释放,从热力和动力两方面促进气旋发展及强天气落区。4)春季下垫面温度分布(锋区)有利于气旋急流的增强,并通过西北部非绝热冷却和东南部非绝热加热,增强气旋斜压性。高空环境西风急流位于气旋右侧,形成了整层偏差风辐合,有效增强低层气旋急流。同时高空动量下传位于气旋西侧,首先增强气旋西北部的弱流部分(即气旋螺旋结构的下沉支),进而增强整个气旋的螺旋环流,促使气旋急流也从下层开始增强。     

热带气旋"蒲公英"两次登陆过程的灾害与结构特征

2004年7月1~3日,热带气旋“蒲公英”自生成到影响浙江沿海地区期间,不仅持续时间长、强度大,移动路径长、变化较复杂,而且创下了近3年来台湾风灾损失的最高纪录,同时也给浙江等沿海地区造成了一定的经济损失。作者主要利用卫星云图资料、NCEP再分析资料,从宏观上对热带气旋“蒲公英”两次登陆过程中的强度及其引发的风雨灾害进行了分析。结果表明,“蒲公英”登陆台湾期间,东亚环流形势呈典型的鞍形场分布,有利于处于两高之间热带气旋“蒲公英”的维持和北上转向。而在其登陆浙江沿海地区后,浙江沿海地区处于较强的偏东气流中,“蒲公英”中心处于高空槽后,气流下沉以及缺少水汽和能量充沛供应使得其减弱为热带风暴。无论是其登陆台湾还是浙江沿海地区,台风垂直方向始终呈深厚气旋性涡柱结构,但中心附近低层辐散,中层辐合,不利于中心附近的对流发展。相反,台风外围螺旋云带内不仅中低层辐合,高层辐散,辐合层较深厚,且存在高湿和强上升运动,因而有利于对流云团的发展。对流云团发展强度的不同使得“蒲公英”两次登陆期间引发的风雨灾害明显不同。     

EFFECT OF THE NONLINEAR TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent barotropic model with nobasic flow. The effect of nonlinear term on the movement and development of tropical cyclone isemphatically demonstrated. The advection of asymmetric vorticity by the symmetric flow (AAVS)produces the small-scale gyres (SSGs). The SSGs counterclockwise rotate around the tropicalcyclone center. The interaction of SSGs with the large-scale beta gyres (LSBGs) leads to theoscillation in translation speed and vacillation in translation direction for tropical cyclone. Theadvection of symmetric vorticity by the asymmetric flow (ASVA) steers the symmetric circulationof tropical cyclone. The ventilation flow vector determined by the asymmetric flow is closecorrelated with the motion vector of tropical cyclone. The nonlinear advection of relative vorticityis an order of magnitude greater than the linear advection of planetary vorticity, However, theasymmetric circulation created by the planetary vorticity advection provides a background conditionfor anomalous motions of the tropical cyclone. The combination of the linear and nonlinear effectsresults in accelerated, decelerated, changing direction and/or counterclockwise looping motions ofthe tropical cyclone.     

2011年5月11日内蒙古地区强沙尘暴天气过程分析

基于1°×1°NCEP资料、常规气象观测资料及地面加密观测资料,对2011年5月11日发生在锡林郭勒盟地区的强沙尘暴过程进行天气学分析和诊断,得出如下结论:(1)此次强沙尘暴过程特点是落区集中、强度大、强沙尘暴持续时间长、沙尘暴区与大风区(6级以上)非常一致。冷涡及强锋区、蒙古气旋和冷锋是触发这次强沙尘暴天气过程的重要天气系统,此次强沙尘暴天气过程则属于蒙古气旋和冷锋共同作用引起的类型;(2)高空急流左中和左后方的辐合区,及左前侧的高空辐散区均出现了沙尘暴,下沉只在动量下传中起到了重要作用。垂直螺旋度在东移的过程中正值中心与强沙尘暴区域对应较好,且具有典型的上负下正的垂直结构,构成了低空强辐合、高空强辐散的深厚上升运动区,这样螺旋度垂直分布是十分有利于沙尘暴发展的一种形式;(3)在沙尘暴发生前,具有不稳定特征。沙尘天气开始时,等位温线几乎垂直于横坐标,表明此时大气层结非常接近绝热状态(中性层结),由于中性层结能够减小抬升所需的能量,因而有利于干对流的产生。     

EFFECT OF THE NONLINEAR TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE*

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent barotropic model with no basic flow. The effect of nonlinear term on the movement and development of tropical cyclone is emphatically demonstrated. The advection of asymmetric vorticity by the symmetric flow(AAVS) produces the small-scale gyres(SSGs). The SSGs counterclockwise rotate around the tropical cyclone center. The interaction of SSGs with the large-scale beta gyres(LSBGs) leads to the oscillation in translation speed and vacillation in translation direction for tropical cyclone. The advection of symmetric vorticity by the asymmetric flow(ASVA) steers the symmetric circulation of tropical cyclone. The ventilation flow vector determined by the asymmetric flow is close correlated with the motion vector of tropical cyclone. The nonlinear advection of relative vorticity is an order of magnitude greater than the linear advection of planetary vorticity, However, the asymmetric circulation created by the planetary vorticity advection provides a background condition for anomalous motions of the tropical cyclone. The combination of the linear and nonlinear effects results in accelerated, decelerated, changing direction and/or counterclockwise looping motions of the tropical cyclone.