利用热成风适应原理对暖性西南低涡生成机制的再分析

本文采用σ-p混合坐标系,根据非绝热和地形影响下的热成风适应原理,探讨了暖性西南低涡生成的机制。分析表明:正的非热成风涡度是低涡生成的一个重要指标;对流层中低层的暖平流中心,地面的可感加热,低层的暖空气与场面气压p~*的负变压中心配合,或与它的负平流中心相配合,将产生正的非热成风涡度;场面气压的梯度(?)p~*,高低压中心的空间分布(?)~2p~*,场面气压的变压(?)p~*/(?)t和平流(-(?)_h·(?)p_*)等都与垂直运动直接有关。地形还影响热成风适应特征尺度(或变形半径)L~o。在一般条件下,地形和潜热的作用使L_o比不考虑两者作用时的L_o变小,易使L>L_o条件满足,更有利于流场向温度场适应。     

影响"05.06.25"长江流域暴雨的西南低涡特征

利用NCEP逐日再分析值资料,分析了影响2005年6月25日长江流域暴雨过程的西南低涡结构特征及其移动发展机制。结果表明:25日移出川东影响长江中游的西南低涡是一个显著不对称的斜压系统,其发展过程中始终伴随着强盛的西南低空急流;低涡移动过程中非地转平衡性很强,高层正涡度平流和低层暖平流的共同作用,是低涡移动过程中周围大气维持较大的非热成风涡度,从而造成低涡区域上空强上升运动的重要原因。     

大尺度运动对台风形成影响的天气分析

本文根据15个台风形成的实例分析,发现台风形成前200毫巴的流场形势基本上可分为三种类型。在这些类型中,台风形成前1—3天,高层都有显著的正涡度平流,并且这种正的气旋涡度平流常大于下层的,因而可造成上下层涡度平流差的正值区。这正值区迭置在地面扰动之上,而后这扰动就发展成台风。这和我们在文献[7]中所指出的台风形成启动机制的结论是一致的。也就是在热成风破坏和适应的统一中,在热成风破坏方面,如果存在有能够造成这样的非热成风的机制,使得流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,那么这种机制即为台风形成的启动机制,在我们所分析的例子中,高层和低层流场形势的特点,可以是多种多样的,但都包含这一共同的动力学本质。     

惯性波的对流不稳定和台风形成初期阶段的物理分析

本文主要讨论在低纬度,当大气中水汽供给充分,并满足γ>γm的条件不稳定状态时所发生的热成风适应过程。这时适应过程的特点和文献[11]中所讨论的完全不同。在起始时,如果流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,当扰动的水平尺度小于适应的特征尺度L_0时,可引起惯性波的对流不稳定。这种不稳定的作用,可在较短的时间内(约24小时)造成上层是反气旋、下层是气旋和中心为暖中心的猛烈的涡旋形成。此外,本文还讨论了台风形成启动机制的动力学本质。指出:在热成风破坏方面,假如存在着造成流场上热成风涡度大于温度场热成风涡度的非热成风产生的机制,即可构成台风形成的启动机制。     

超强台风“桑美”(2006)能量发展的物理因子

应用非线性动力系统的研究方法, 基于NCEP/NCAR再分析资料, 以超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的突然增强和突然减弱过程为例, 从动能角度分析热带气旋能量发展的条件, 将分析结果转化为可用于分析预测热带气旋强度变化的实用指标, 如非热成风涡度、 热成风偏差及其垂直变化。结果表明: 热带气旋中心附近存在非热成风涡度负值中心, 有利于近海热带气旋突然增强; 非热成风涡度的变化与热带气旋中心气压变化有较好的一致性。当扰动自下向上传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差为正值, 而在减弱阶段为负值; 当外围波扰向内核传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差垂直变化为负值, 而在减弱阶段为正值, 热成风偏差及其垂直变化的这种变化在对流层中低层更明显。当扰动自下向上、 自外围向内核传播时, 在热带气旋增强阶段非热成风涡度为负值、 热成风偏差为正值、 热成风偏差垂直变化为负值; 减弱阶段则相反。     

地面热源强迫对青藏高原低涡作用的动力学分析

将一类暖性青藏高原低涡考虑为受加热和摩擦强迫作用并满足热成风平衡的轴对称涡旋系统，给定符合高原地面加热特点的加热分布函数，通过求解简化后的柱坐标系中的涡旋模式，得到了低涡对应的流函数、水平流场、水平散度场和垂直运动场的解析解，分析了地面热源对高原低涡流场结构的作用，给出了高原低涡眼壁内、外侧以及不同高度上的水平流场、水平散度场和垂直流场的结构特征，对影响低涡生成的主要因子进行了讨论。研究结果揭示了地面热源强迫对高原低涡的形成及结构特征的重要作用。     

基于CISK理论对环境流场影响台风发生发展的分析

本文用一基于第二类条件性不稳定机制(CISK)的简单数值模式研究了由于非热成风的存在和环境风场垂直切变的水平变化对台风低压发生发展的影响。结果表明,环境风场的涡度分布在对流层低层为气旋性涡度随高度增加,而在对流层高层为反气旋性涡度随高度增加时有利于台风低压的发生发展;非热成风存在且与热成风符号相反时有利于台风低压的发生发展。      

簡单斜压大气中热成风的建立和破坏(一)

本文第一部分利用两层模式討論了热成风的适应問題.如果起始非热成风流場的热成风涡度大于溫度場的热成风涡度时,促使上升运动加强,反之,促使下沉运动加强。对于250—750毫巴之間的斜压系統,适应的特征尺度L_0,是决定流場向溫度場調整,还是溫度場向流場調整的临界水平尺度。 第二部分根据溫度場和流場的平流作用,分析了非热成风产生的机制.并由热成风适应速率和破坏速率的对比,討論了准地轉运动和非地轉运动的形成。 最后,用热成风不断破坏和建立的观点和方法,分析了长波斜压不稳定发展的过程,并进一步揭示了它的物理本貭。     

高原横切变线与高原低涡关系的初步研究

基于大气运动方程组及散度方程,对高原横切变线上扰动稳定性问题以及切变线诱发高原低涡的动力学机制进行了理论分析并用欧洲中心(ECMWF)ERA-interim再分析资料对其进行验证。得出高原横切变线是高原低涡产生的重要背景场,切变线以南的水汽输送与辐合对于低涡的诱发作用是大气处于不平衡状态而引起散度场调整的结果,辐合增强区有利于高原低涡生成,低涡中心对应非平衡正值中心,低涡外围为非平衡项负值区。非平衡项负值大值与水汽辐合带的重叠区对降水落区有较好的指示意义。当高原南部的西南风带向东或东北方向移动或当低涡下游出现非平衡项负值中心时,低涡亦同向移动。若高原出现气旋式环流并且环流中心与非平衡项正值中心对应时,有利于低涡生成;进一步,当低涡中心与非平衡项正值中心对应且正值中心数值不断增大时,低涡趋于发展加强。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。     

一次东北冷涡下槽后强风与飑线后向入流演变及成因分析

本文利用NCEP分析资料、多普勒雷达观测资料、常规气象观测资料以及数值模拟结果,对2016年7月30日发生在华北、辽宁附近的一次强飑线过程中后向入流的演变及成因进行研究。结果表明,此次飑线发生在中纬度新生冷涡槽前,低层有水汽辐合区和地面辐合线对应,且过程中伴有较强的对流有效位能释放。飑线后部中层(冷涡槽后)一直存在α中尺度西风大值带,此大风速带造成了上下层相反的水平涡度,并形成喇叭形环流结构,该结构不同于经典飑线结构。飑线后部水平方向上水平涡度分布不均匀,并形成水平涡度旋度上正下负的分布,即导致中层强风区上部上升运动、下部下沉运动,该下沉运动引发飑线中的后向入流和低层强风速带形成。在中层,飑线的后部边缘始终有较强的风速大值带伴随飑线的发展,该大值带的形成与对流强弱和非热成风涡度有关,对流过程中低层非热成风涡度为负,中上层非热成风涡度为正,导致飑线后部中层西风加速和低层西风减速,有利于后向入流的发展和飑线的维持,当对流减弱时,非热成风涡度与后向入流均减弱。文中给出了后向入流形成演变的概念模式。     

四层模式热成风适应

本文用四层模式分析了热成风适应。在适应过程中将发生四种波速不同的惯性波来调节流场和温度场的关系。它们的前阵面的速度分别为306米/秒,114米/秒,36.2米/秒,19.2米/秒。层次愈高,快速惯性波的作用愈大;惯性外波在750毫巴以下才有它的重要性。 计算指出:大气中辐合辐散以及垂直运动在垂直方向上互相迭置的现象,是一定条件下热成风适应的结果。本文计算了各种情况的初始条件下温度场和气压场的相互调整。例如375毫巴上单纯非地转风的流场的反气旋涡旋,适应后可建立起对流层暖性、平流层是冷性的高压系统。将初始非热成风的暖温度中心,放在对流层下层和放在对流层中层适应后的结果将不一样。前者只能在对流层下层形成一浅薄的热低压,而后者可在对流层上层建立起一个强大的反气旋,甚至一直影响到平流层。最后,结合气旋发展时所产生的非热成风的特点,讨论了它们的适应。     

一次桂北暴雨过程中低涡的发展维持机制

利用常规观测、卫星数据及ERA5再分析数据,从动力和热力角度对引发2020年5月24-25日广西北部暴雨过程的低涡发展维持机制进行了诊断分析。结果表明：低涡在滇黔桂交界一带生成,随后逐渐发展东移,对流云团及降水落区主要分布在低涡东侧及南侧。涡度方程诊断表明,低涡的发展维持主要受涡度平流项和水平散度项影响。水平风场对涡度的输送使得局地涡度减小,而水平风场的辐合效应使得局地涡度增大。将原始风场分解为地转风和非地转风分量后发现,非地转风分量主导了局地涡度的变化,非地转风水平散度项正贡献最大,扭转项次之,两者是造成低涡发展维持的主要原因。在热力作用方面,低涡发展移动过程中对流层中层附近的潜热加热正反馈也有利于低层低涡的发展维持。     

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。     

COMPARISON OF THE STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF DEVELOPED VERSUS UNDEVELOPED MID-LEVEL VORTEXES

Using the NCEP 1°×1°reanalysis data,several obvious differences of the structural characteristics of developed versus undeveloped mid-level vortexes are studied.First,the central vorticity of the developed mid-level vortex increases towards higher levels while the undeveloped one decreases.The low-level convergence structure maintains well in the developed mid-level vortex whereas the undeveloped one does badly.Second,on the one hand,according to the symmetric analysis,the horizontal wind field and wind vertical section of the developed mid-level vortex are well symmetric while those of the undeveloped one are less symmetric.Meanwhile,weak wind vertical shear help the developed mid-level vortex to establish a warm core in upper-and mid-levels of the troposphere.On the other hand,according to the balance analysis,better balance between wind and pressure is shown in the mid-and lower-levels of the troposphere of the developed mid-level vortex than in those of the undeveloped vortex.Third,positive anomaly of potential vorticity is enhanced and developed in the vertical direction of the developed vortex.However,the undeveloped vortex weakens with a weak positive anomaly.     

FORMATION AND STRUCTURAL EVOLUTION OF INITIAL DISTURBANCE OF TYPHOON FUNG-WONG (2008)

The formation of a tropical cyclone is the result of a process in which an initial disturbance evolves into a warm-core low-pressure system; however, the origin of the initial disturbance and the features of the initial fields are overlooked in most existing theories. In this study, based on FY-2C brightness temperature data and the Japan reanalysis dataset, the origin and evolution of the tropical disturbance that became Typhoon Fung-Wong (2008) were examined. The results demonstrated that the initial disturbance emerged within a saddle-type field with large vertical tropospheric wind shear. The vertical wind shear decreased with the adjustment of the upper circulation; moreover, accompanied by convection over the warm section around the upper cold vortex, it provided favorable thermal and dynamic conditions for the development of a tropical vortex. During its development, the zone of associated positive relative vorticity strengthened and descended from the mid-troposphere to lower levels. This rapid strengthening of lower-level vorticity was due to increasing convergence related to the intensification of the pressure gradient southwest of the subtropical high. This indicated that the upper cold vortex and West Pacific subtropical high played very important roles in this case.     

华北“7·19”暴雨中低涡系统演变及多尺度相互作用机制研究

为探究华北暴雨的维持及中尺度系统演变机制,利用NCEP/NCAR的GFS资料、地面自动站观测资料等,借助数值模拟、涡度收支分析和尺度分离等方法,对2016年7月19日前后一次华北暴雨过程进行了观测分析和模拟研究。(1)本次极端降水过程与东移低槽切断形成的深厚低涡密切相关。低涡与副高脊线形成“东高西低”形势且雨区始终处于高层辐散低层辐合的动力配置下,有利于对流维持。涡旋与低空急流的配合使来自西南侧和东侧的水汽在华北辐合,并使雨区处于能量锋区,对流层中低层形成深厚逆温层,为暴雨维持提供水汽和能量保障。(2)低涡系统总体呈增强趋势,中心涡度最高达55×10-5 s-1以上。成熟阶段呈现贯穿对流层的直立正涡度柱,但涡度变化集中在500 hPa以下,中心维持在850 hPa附近。涡度增长主要受正涡度区与辐合中心重合产生的拉伸效应以及干侵入等因素的促进作用。(3)低层辐合中心由三种不同尺度系统叠加而成,其中中尺度系统对中心的强度和位置影响最大,而大中尺度风场间的辐合也使辐合区更大、强度更强。低层涡旋增长与风场辐合加强之间形成正反馈调节,有利于低涡和降水的维持。      

一次广西暴雨过程的数值模拟及低涡系统分析

应用WRF中尺度数值模式对2008年6月12日广西地区的一次大暴雨过程进行了模拟,利用模式输出资料,对引发这次大暴雨的西南低涡的演变情况及其物理场特征进行了分析。结果表明,低涡暴雨的发生具有明显的不均匀性,暴雨主要出现在低涡东侧暖区切变线附近;暴雨过程中充沛的水汽主要来源于孟加拉湾和中国南海,水汽的辐合不仅是涡旋区降水的必要条件,还是低涡发展加强的一个有利因素;强降水与强上升运动及正涡度区有很好的对应关系,低涡低层有强不稳定能量积聚也是造成此次大暴雨的重要原因之一。