Winnie(1997)和Bilis(2000)变性过程的湿位涡分析

9711号台风Winnie和0010号台风Bills均在中国大陆发生变性,但前者变性后再度加强,而后者变性后减弱消亡。从湿位涡理论出发,对比分析两者的变性过程,结果表明：作为变性台风,Winnie和Bilis均在北上过程中与中纬度西风槽发生作用,但前者与高空槽发生耦合,后者仅接近高空槽底部,没有发生耦合;Winnie变性加强过程表现为一个温带气旋在低层锋区上的强烈发展过程,主要与高层正位涡扰动下传、低层锋区及热带气旋低压环流之间的相互作用有关。Pm湿斜压项增长引起的倾斜涡度发展是登陆热带气旋变性加强的主要因子。在Bills变性过程中,高层无明显的正位涡扰动下传,热带气旋低压环流内无锋区面出现,大气斜压性弱且变化不明显。     

西风带高空槽对登陆我国变性热带气旋的影响及其机理研究

应用日本气象厅1979~2008年的热带气旋资料以及日本25年 (JRA-25) 再分析资料, 本文首先对登陆我国变性加强和变性减弱的两类热带气旋进行了合成对比分析, 发现热带气旋变性后的强度变化与相应的西风带高空槽的强弱有很好的对应关系。然后, 我们选取了2004年登陆我国的热带气旋Haima为研究对象, 通过中尺度模式模拟再现了其登陆后变性演变过程, 采用片段位涡反演方法改变了模式初始高空槽的强度, 研究了高空槽强度的变化对Haima变性过程的影响。研究表明: (1) 高空槽加强 (减弱) 后, Haima移速明显加快 (减慢), 此外深 (浅) 槽对应的Haima变性加强过程中心气压降幅较大 (小); (2) 不同强度的高空槽与Haima相互作用的过程中, 深槽对应的高空急流范围较大, 强度更强, 相应的高空强辐散有利于Haima明显的再发展; (3) 另外深槽对应着较强的高层正位涡带, 正位涡向下伸展诱发低层Haima正位涡明显增长, 从而导致低层锋区的强烈发展和低层气旋的明显加强。     

北上变性热带气旋对辽东半岛降水的影响

9711(Winnie)和0509(Matsa)是两个登陆北上影响辽东半岛的变性台风,Matsa直接登陆辽东半岛,但降水量仅为穿过渤海间接影响辽东半岛的Winnie的一半.分析其变性过程与辽东半岛热带气旋降水的关系发现,Winnie和Matsa的降水差异与其北上期间与西风带系统的相互作用密切相关.Winnie变性北上期间被中纬度西风槽"捕获",发生耦合,高层正湿位涡扰动下传,西风带冷空气与热带气旋暖湿气流相互作用,有利于对流云团的生成、发展,在半岛地区产生大暴雨的降水雨带由多个β中尺度云团组成.Matsa在北上变性过程中,只是靠近高空槽底,没有发生耦合,高层正湿位涡扰动不强,没有与低层环流相互作用,冷空气偏南偏弱,变性过程中半岛地区只有1个β中尺度云团生成,降水量较小.     

引发黑龙江省暴雪爆发性气旋个例动力分析

利用气象站综合观测资料和NCEP FNL的1°×1°再分析资料,分析了2013年11月25日黑龙江省大暴雪的环流特征和气旋爆发性增长过程;在此基础上,对涡度平流、高低空急流的分布特征和垂直结构及湿位涡的正压项和斜压项对气旋爆发性增长的贡献进行了深入细致的研究,探索此次爆发性气旋发展的动力学机制.结果表明:此次黑龙江省暴雪过程地面气旋中心位于槽前最大正涡度平流区下方,正涡度平流使等压面降低,地面减压,气旋获得发展.地面气旋始终位于南支高空急流核左前方和北支高空急流核右后方,两支高空急流的动力作用均引起强辐散.高、低空急流耦合的区域,使高层强辐散和低层强辐合叠置,加强了气旋中心附近的上升运动,从而使气旋和降雪的强度得到加强.气旋在强斜压大气中获得爆发性增长,气旋的爆发与湿位涡的分布和演变关系密切,高层正湿位涡下传,使低层湿位涡增大,气旋获得发展;当高层ξmpv1线趋于准水平状态时,正湿位涡下传造成低层湿位涡发展结束,气旋发展停止并逐渐减弱.大气湿斜压性增加可引起垂直涡度的显著增加,促使气旋爆发性增长,垂直涡度的变化滞后于湿斜压性的变化.     

一次远距离台风影响下的对流性暴雨分析

用常规地面高空观测、中尺度自动气象站、卫星云图以及NCEP的1°×1°再分析资料,对2011年10月13—14日江西省南部出现的区域性暴雨过程进行分析。结果表明:(1)此次降水过程是中纬度西风槽与台风倒槽相互作用的结果,槽前正涡度平流与低层台风倒槽东侧正涡度平流同位相叠加,增强了中低层动力抬升条件,台风东侧的偏南气流将水汽输送到暴雨区;(2)高空槽携带干冷空气入侵与低层台风倒槽的暖湿气流叠加增强了大气的不稳定性,同时中高层有干空气侵入,高空位涡异常下传和低层位温异常利于气旋的发生和发展;(3)地面非均匀加热使得强暴雨区地面出现异常负变压中心,形成变压风辐合和地面中尺度涡旋,触发对流性强降水;(4)该过程共有3个云团产生,中尺度对流云团在地面能量锋区南侧发生,沿能量锋区东移合并,经过高能中心时得到强烈发展。     

台风Matsa(2005)和Wipha(2007)变性过程对比分析

利用日本气象厅热带气旋年鉴资料和JRA-25再分析资料,对0509号台风Matsa和0712号台风Wipha变性过程进行了对比分析。结果表明,台风Matsa和Wipha均是在我国登陆后转向东北方向运动过程中发生变性,但Matsa嵌入中纬度高空锋区,变性为温带气旋后有再加强过程,而Wipha仅外围环流与锋区接触,变性为温带气旋后无再加强过程。通过等熵面位涡分析进一步表明,Matsa变性加强表现为高层正位涡与低层暖平流的耦合,以及高层正位涡下传至中低层;Wipha的变性过程中,高层正位涡并未与低层暖平流耦合,高层正位涡无明显的下传。     

一次登陆北上热带气旋不连续北跳的成因分析

利用常规及加密观测资料,对９７１１号台风倒槽及诱生低压的发生发展进行了诊断分析,探讨了登陆北上热带气旋不连续北跳的成因。指出：热带气旋中心逼近山东时,高空西风槽前正涡度平流和低空东南急流前部暖平流同时榆送到山东上空,以及积云以对流潜热反馈和背风坡地形的共同影响,引起鲁中风区北侧地面气压持续下降,是造成诱生低压发生发展和热带气旋中心连续北跳的主要原因。     

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

登陆我国热带气旋变性加强与减弱的对比分析

利用日本气象厅1979—2008年的热带气旋年鉴资料和JRA-25资料(日本25年再分析资料),对登陆中国的变性加强(IET)和变性减弱(WET)两类热带气旋(TC)的环境场进行动态合成分析,并计算其动能收支项。分析表明:（1） IET(WET)在强(弱)的高空槽以及高空急流的影响下,高层辐散增强、低层辐合增强（减弱）,上升运动明显加强(微弱加强),相应的IET(WET)变性加强(减弱)。（2） 低层散度风动能制造的增加(减少)是IET(WET)变性后的低层气旋加强(减弱)的主要原因之一;低层散度风动能制造则与TC低层斜压锋区的发展密切相关。（3） IET(WET)受强(弱)的高空槽影响,高层旋转风动能制造相应增长(耗散),有利(不利)于其维持。      

西北太平洋热带气旋变性阶段强度变化的比较研究

选取西北太平洋上两个生命史中发生变性的热带气旋Yagi和Francisco,前者变性后有一个24小时的再增强过程,而后者则继续减弱直至消亡。利用日本气象厅提供的热带气旋资料和美国环境预报中心(NCEP)提供的FNL全球分析资料,对比分析两个TC在变性阶段的形势场,发现两者在高低层的环境场均具有明显的差异:Yagi在变性阶段其高空槽较强且在低层有一个与中纬度原先存在的温带气旋合并的过程;而Francisco在变性阶段其高空槽较弱,且变性后自行消亡。另外探讨了导致Yagi变性增强的原因,结果表明:(1)Yagi变性阶段与高空槽前的急流相互作用时,高空急流入口区左侧和出口区右侧的次级环流将产生高空辐散低空辐合的趋势,有利于低层TC低压的发展。同时,当Yagi在穿越急流的过程当中,垂直风切变的增加将导致斜压不稳定增强,低层锋区强烈发展,锋区内的斜压能量可能向TC动能转化,从而使得Yagi发展增强;(2)高空槽所对应的高层湿位涡下传可使得低层正涡度增长,从而在低层诱生出气旋性环流,有利于Yagi变性后重新发展;(3)Yagi与中纬度原先存在的温带气旋发生合并,温带气旋所带来的较高纬度冷空气的入侵增强了低层的水平温度梯度,使得低层锋区强烈发展,从Yagi以一个锋面气旋的形式而再度发展,促使其变性后进一步增强。而这些特征都是Francisco所不具备的。     

高空槽对9711号台风变性加强影响的数值研究

9711号台风Winnie是一个在中国大陆长久维持(2—3 d)并产生强降水的热带气旋(TC),在其深入内陆过程中变性加强为一个温带气旋。用MM5V3对不同强度高空槽影响下Winnie的变性加强过程进行了数值研究。结果表明:(1)Winnie变性加强过程表现为强锋面侵入台风内部、冷空气包裹台风中心、一个温带气旋在近地层锋面上强烈发展的过程;(2)Winnie在陆上的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关。TC与不同强度高空槽相互作用过程中,较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散,从而有利于TC的维持和变性发展。数值试验中,高空槽越强,Winnie变性加强越明显,温带气旋的发展越快;(3)模拟结果的位涡分析表明,Winnie的温带变性发展与对流层高层正位涡下传、低层锋区和TC低压环流三者之间的相互作用有关。     

台风“达维”对山东日照“08.03”暴雨天气过程的影响分析

利用2012年8月2~3日高空、地面常规资料以及FY-2D卫星云图,从环流形势、物理量场、卫星云图等方面探讨2012年10号台风"达维"对日照"08.03"暴雨天气过程的影响。结果表明:本次台风暴雨是由"达维"气旋性涡旋自身动力上升造成的。强降水主要发生在高能舌附近和台风移向的右前方;水汽通量中心区、水汽通量散度负值影响区、垂直速度强上升区对应强降水区;日照上空强烈的低层辐合和高层辐散十分有利于强降水的产生;台风"达维"的不对称结构是强降水出现在日照的重要原因,强降水云系位于台风移向的右前方,TBB、OLR低值中心对应强降水中心。     

干冷空气入侵台风"海棠"残余低压引发的华北地区大暴雨分析

利用地面逐小时观测资料、NCEP/NCAR (1°×1°)再分析资料、FY-2F卫星加密观测(6 min分辨率)的云顶亮温(TBB)和常规观测资料,对1710号台风"海棠"残余低压北上与冷空气结合导致华北东部大暴雨天气过程进行分析。结果表明:(1)该华北东部大暴雨过程分为两个主要时段,2017年8月1日23时—2日20时(北京时)华北东南部暴雨,由台风残余低压产生,8月2日20时—3日11时华北东北部暴雨,是由减弱变性的台风环流与西风槽东移带来的干冷空气结合进而导致新生气旋和低涡产生引起。(2) 8月2日20时,台风与冷空气逐渐结合,干冷空气从对流层中高层进入变性台风北部,造成位涡下传,进而导致对流层低层形成低涡、地面形成新生气旋,同时激发出中尺度对流系统,系统稳定发展并缓慢向东北方向移动,导致持续近5 h的短时强降雨。(3)暴雨水汽来源主要有两部分,一是台风本身携带来的由南风输送的水汽,二是来自黄渤海由东风输送的水汽,二者结合后从对流层低层将水汽带至华北东北部,且在燕山前形成了水汽强辐合,为该暴雨过程大提供充足的水汽条件。     

影响东北的北上温带气旋暴雪的统计特征

利用2000-2016年常规观测、台站降水资料和NCEP的1°×1°再分析资料,对影响东北的北上温带气旋暴雪进行了统计研究。根据500 hPa环流形势分为低涡型、浅槽型和深槽型暴雪,并对这三种类型暴雪的气旋路径、强度变化、降水分布、水汽输送和热动力特征进行了详细分析。结果表明:低涡型和深槽型暴雪气旋路径为东北路,浅槽型暴雪气旋路径偏东,各类暴雪的气旋强度变化和降水分布因路径不同而有所差异;降雪最强时,低涡型和深槽型暴雪700和850 hPa都有低涡,浅槽型暴雪700 hPa为低槽。低涡型和深槽型暴雪中水汽通量散度辐合区与低层低涡气旋性闭合环流引起的辐合密切相关。浅槽型暴雪的水汽辐合源于槽前辐合;低涡型和深槽型暴雪发生在假相当位温暖舌中,浅槽型暴雪发生在较平直的假相当位温场中,深槽型和浅槽型暴雪的锋区要强于低涡型暴雪。降雪最强时,低涡型暴雪有1支高空急流,深槽型暴雪有2支高空急流,浅槽型暴雪高空急流有1支或2支。三类暴雪中心都位于北支高空急流入口区右侧或南支高空急流出口区左侧的位置。综合统计结果提出影响东北的北上温带气旋暴雪概念模型。     

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。     

引发渤海风暴潮一次江淮气旋北上过程诊断分析

利用NCEP再分析资料、常规气象观测资料和自动气象站观测资料对2013年5月26—28日西南地区一次江淮气旋北上入海减弱的过程进行了动力及热力分析。结果表明:副热带高压西北侧较强暖平流与青藏高压东北部冷空气促使江淮气旋发展北上,气旋入海后受下游日本海高压阻挡移动缓慢,高空槽与气旋由后倾结构变为前倾结构,槽后负涡度平流和负温度平流是气旋入海后减弱的主要原因。由于气旋移动缓慢,长时间向岸风配合天文高潮位引发了渤海风暴潮。对流层中低层的正温度平流和正涡度平流为江淮气旋的发展提供了动力及热力条件,湿位涡可较好的体现江淮气旋在发展过程中绝对涡度和大气稳定度的作用。非绝热加热作用出现在江淮气旋发展和消亡的整个过程,主要发生在气旋的偏东象限,其对气旋的发展和维持具有一定的贡献。高空急流辐合和引导气流减弱是江淮气旋入海后减弱并缓慢移动的另一个原因。     

副高影响下遵义市区域性暴雨的天气系统特征研究

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2007—2016年6—8月8次副高影响下的区域性暴雨天气过程,采用统计学、天气学方法和合成技术进行分析,结果表明:在副高东退、引导高空槽东移的大尺度背景条件下,配合低层辐合系统是造成遵义市区域性暴雨过程的天气系统;暴雨过程有3种类型:低涡槽型、高空槽气旋旋转型和高空槽低涡切变型; 3种类型的天气系统进行合成分析后,找出了暴雨落区与高空系统、物理量配置之间的关系。     

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。     

台风“达维”不对称结构特征分析

利用地面加密观测资料、FY-2E卫星TBB和水汽图像资料、NCEP1°×1°再分析资料综合分析了2012 年第10 号台风“达维”的不对称结构特征及成因。结果表明：台风“达维”登陆后在云系结构、降水落区、高低层风场等都表现出不对称分布,其中暴雨主要分布在台风中心北到东北侧;通过FY-2E水汽图像分析清晰地揭示了这种不对称结构的演变,台风西侧干下沉暗区切断了西南侧水汽输送,使得台风中心西侧和南侧对流云系减弱消失,而东南侧一直存在一水汽羽伸入台风环流为其提供水汽和能量。同时,强高空辐散、弱垂直风切变以及明显的上升运动,有利于台风“达维”北到东北侧对流云系的发展维持,引发强降水;高空槽带来的冷空气侵入台风环流内部,破坏了它的暖心结构,使得台风“达维”在渤海海面填塞消失。     

一次高原涡东移引发江淮强降水的动热力机制分析

利用ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,TRMM卫星降水资料和FY-2E卫星黑体亮温（TBB）资料等,探讨了2017年7月7-9日的一次移出高原涡形成发展的环流背景和移动特征,以及引发江淮流域强降水的动热力机制,并应用HYSPLIT4模式追踪江淮流域强降水的水汽源地。结果表明：此次高原涡生成于高原中部,先向东南方移动,到达四川中部后转为东北向移动,生命史为39 h。200 hPa南亚高压和高空急流强度较强,低涡位于高空急流入口区右侧的辐散区,促使低涡形成和发展。500 hPa低涡前部的负变高中心以及西太平洋副热带高压边缘的西南气流引导低涡的东移和转向。低涡移出高原后处于高空槽前正涡度平流造成的减压区,加之大地形背风坡有利于气旋性涡度增强,低涡得以发展。低涡下高原后沿江淮切变线移动,槽后的冷空气与携带孟加拉湾和南海水汽的偏南气流汇合,在锋生作用下低涡发展为江淮气旋,降雨量迅速增强达到大暴雨标准。高低空急流的耦合和低层对流不稳定的发展加强了动力抬升作用,有利于江淮强降水的形成。强降水的水汽源地主要为南海和孟加拉湾,降水最强时段对应辐合上升运动最强,对流云发展旺盛使降水得以维...