垂直风切变对热带气旋强度及结构的影响

利用一个非静力、原始方程热带气旋模式(TCM4),通过对f平面不同强度的垂直风切变下理想热带气旋的模拟后发现:29.15°C的海温下理想热带气旋最大可能强度(MPI)接近910hPa,近中心最大风力可达到76 m·s-1左右。在理想条件下,能抑制热带气旋强度甚至减弱的垂直风切变临界值在8～10m·s-1。由于切变造成涡度平流随高度变化,使得在顺切变前部以及左侧边界层附近产生辐合,伴随着空气的气旋式螺旋上升,外流层对应区域产生辐散,从而使得强对流和强降水发生在顺切变左侧。     

Buoyancy of convective-scale updrafts in the outer cores of sheared tropical cyclones

通常认为局地浮力与对流活动息息相关。本文统计分析了不同强度垂直风切变影响下热带气旋外核区对流尺度上升运动的浮力特征。研究发现,弱至中等强度的垂直风切变环境下,顺切变象限的浮力大于逆切变象限的浮力,顺切变象限的总浮力随风切变的增大而减小。而在极端强度的风切变影响下,大部分总浮力为负值。热力浮力、动力浮力与上升运动垂直质量输送没有明显相关性,因此总浮力和垂直质量输送也无显著相关性。上述结果加深了我们对热带气旋外核区对流发生发展过程的物理认识。     

Revisiting the response of western North Pacific tropical cyclone intensity change to vertical wind shear in different directions

不同方向垂直风切变对热带气旋强度变化的影响存在明显差异,但对热带气旋无维强度变化的影响却差异较小.研究发现不同方向垂直风切变对无维强度变化的影响的细微差异与热带气旋周围的高层西风槽,倒槽,低层季风槽等天气系统配置有关.这一结果表明,在研究不同方向切变对热带气旋强度变化的影响时,除了下垫面热力作用外,还应考虑与切变相关的天气尺度系统的热,动力作用.     

近海热带气旋强度突变的垂直结构特征分析

应用1949～2003年共55年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料以及NCEP/NCAR再分析资料, 给出热带气旋强度突变标准, 对中国近海突然增强和突然减弱的两组热带气旋进行合成分析和对比分析。结果表明, 近海热带气旋强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系; 环境风垂直切变小于5 m/s是南海近海热带气旋突然增强的必要条件, 热带气旋强度突变对环境风垂直切变变化的响应时间为18～36 h; 热带气旋中心附近存在数值在 -6～6 m/s之间纬向分布的环境风垂直切变密集带, 在热带气旋突然增强时刻, 中心附近环境风垂直切变经向梯度最大; 风垂直切变在热带气旋突然增强过程中逐渐减弱, 而在热带气旋突然减弱过程中逐渐增强; 热带气旋中心附近是高低层相对涡度垂直切变的强负值区, 在热带气旋突然增强过程中相对涡度垂直切变逐渐减小, 在突然增强时刻最小。     

西北太平洋环境风垂直切变和热带气旋移动对涡旋内对流非对称分布影响的特征分析

热带气旋（TC）预报特别是强度预报是当今大气科学研究和业务预报的重点、难点问题,TC环流内部的对流系统对气旋的结构和强度变化有着十分重要的影响。利用FY-2C/2E黑体亮温（TBB）资料和NCEP分析资料,研究了2005-2012年西北太平洋热带气旋外雨带区的对流非对称分布特征,及其与环境风垂直切变和TC移动的关系。分析发现,整层风垂直切变的方向与TBB一波非对称大值区关于方位角的分布有很好的对应关系。在弱整层风垂直切变条件下（<5 m/s）,TC移动引起的非对称摩擦效应会使对流易出现在移动方向的右前象限。在中强整层风垂直切变条件下（>5 m/s）,风切变成为影响对流非对称分布的主要因子,TC外螺旋雨带区的对流集中于顺风切方向及其左侧,对流偏离顺切变左侧的程度一方面受到TC内逆时针环流的影响,另一方面与风垂直切变的强度有关：对于发展阶段的TC,当风垂直切变增强时,一波非对称分布更加显著,切变越强,TC强度越大,外雨带区的对流越偏离顺风切左侧;对于消亡阶段的TC,风垂直切变的影响作用并不明显。     

西北太平洋热带气旋强度与环境气流切变关系的气候分析

采用NCEP/NCAR再分析资料和JTwC(美国关岛联合台风警报中心)资料,对1974～2004年5～10月西北太平洋热带气旋(TC)强度和环境风垂直切变进行了趋势特征、振荡周期和空间结构分析.结果表明:西北太平洋热带风暴强度以上TC的最大风速和环境风垂直切变在时间上有相反的变化趋势,弱的环境风垂直切变有利于TC强度的增大;前12 h的环境风垂直切变对TC强度的发展影响最大.环境风垂直切变在两北太平洋TC最强的年份表现为环境风切变值小,TC发生密集;最弱的年份表现为环境风切变值大,TC发生稀疏.     

浙东海岛两次强对流天气对比分析

对比分析了2004年发生在舟山的两次相似的强对流天气过程,不同在于一次过程强降水特别突出,一次过程强风特别突出。通过对两次过程反射率因子、径向速度以及一些二次产品的对比分析,找出了一些相同点和不同点。组织结构性好的强回波、速度产品中的大风区、垂直风切变、较高的顶高和大的VIL值等是产生雷雨大风和短时强降水天气的共同特征。回波移速较慢的易产生强降水,回波移速快的易产生强风。强风天气的回波强度、顶高和VIL等产品都有更强的表现。低层水平风的辐合、中气旋、垂直风向切变等可以产生强降水,中高层的中气旋、垂直风切变可以产生下击暴流、冰雹等强对流天气。     

台风“莫拉非”非对称环流与强度变化的关系

利用热带气旋定位资料和NCEP同化资料,通过动态合成方法分析0906号台风"莫拉非"的非对称环流特征,探讨非对称环流与"莫拉非"强度变化的联系。结果表明:"莫拉非"的环境风场水平切变以对流层低层经向风水平切变最显著,且超前于"莫拉非"的强度变化;热带气旋中心附近-6~6m.s-1的纬向风垂直切变密集带和北侧东风切变的南移,是"莫拉非"逐渐增强的有利条件;"莫拉非"中心附近存在高低层相对涡度垂直切变正值中心,其在热带气旋发展成台风时达到极大值。     

2003—2005年西北太平洋台风眼生成特征分析

利用UW/CIMSS(University of Wisconsin-Madison/Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies)的AODT(Advanced Objective Dvorak Technique)资料和TRMM等卫星反演的每日海温资料,对西北太平洋2003—2005年热带气旋出眼规律及出眼条件进行了分析,包括有热带气旋成眼时的发展阶段、时间分布特征;热带气旋成眼时大尺度环境场条件(海温、垂直风切变)进行了统计研究,结果表明2003—2005年西北太平洋这40个热带气旋绝大多数(90%)在加强阶段开始出眼,只有4个热带气旋在成熟期才开始成眼;近92.5%的热带气旋发展到台风以上级别才开始出眼,也有一小部分的热带气旋在强热带风暴阶段出眼;热带气旋出眼的时间存在日变化,晚上出眼的热带气旋远少于白天出眼的热带气旋。80%的热带气旋出眼时所在位置的海表面温度在28 ℃以上。65%的热带气旋出眼时的垂直风切变是在6 m/s以下,只有4个热带气旋出眼时垂直风切变超过了10 m/s。综合以上结果表明只有能够发展为台风或已经发展成为台风的热带气旋才会有眼,且较高的海温和较弱的水平风场垂直切变非常有利于台风眼的形成。      

青海省三江源机场低空风切变的初步分析

本文使用三江源机场4个声雷达和10个侧向风观测点风向风速资料,分析了三江源机场风的基本气候特征和低空风切变。结果表明:三江源机场主导风向以偏西风为主,跑道周围风速平均值在2.3~3.1m/s之间;水平风速的水平切变主要出现在跑道东头,侧向风切变要明显大于顺风(顺跑道)切变,侧向风切变跑道两头大于中部,东头大于西头;顺风切变跑道北边出现几率和强度明显大于南边。在285m~315m高度出现严重、强烈水平风速的垂直切变的频率最高,水平风速的垂直切变强度较大,出现严重、强烈风切变频率较高;平均而言15m~195m高度和275m~465m高度表现为上升气流,而在195m~265m高度多表现为下沉气流。在雷暴、阵雪、大风等强对流天气下,风速的水平和垂直切变强度均有明显的加强现象。     

大尺度环境场对热带气旋影响的动力分析

文中基于正压大气运动的基本方程组 ,把大气运动场分解为大尺度环境场和热带气旋环流 ,采用动力分析的方法 ,分析了有 /无大尺度环境场作用的热带气旋运动特征。结果表明 :无环境场时 ,热带气旋的运动遵循位涡守恒原理、热带气旋的定常运动满足相当地转风平衡关系 (f 平面近似 ) ,其等位涡线和等压能线均与流线重合 ;有环境场时 ,热带气旋的运动不再遵循位涡守恒原理、其定常运动的等位涡线和等压能线也均与流线不再重合 ,但热带气旋的定常运动满足准相当地转风平衡关系 (f 平面近似 )、等相当压能线与流线重合。最后还能过建立有 /无大尺度环境场作用的热带气旋强度变化及移动速度的方程式 ,定性地分析了大尺度环境场对热带气旋强度变化及移动的影响。     

感热加热和垂直风切变对温带CISK扰动的影响

第二类条件不稳定(CISK)是热带气旋发展的重要机制,Rasmussen(1979)在研究所谓极地低压时首先指出了温带CISK扰动的存在和性质。但对于温带扰动的发展,除了积云对流凝结的反馈外,下垫面的感热和对流层低层风的垂直切变有相当重要的作用。因此,感热加热和垂直风切变对温带CISK扰动的影响是一个有意义的研究课题。 将下垫面感热加热和对流层低层风的垂直切变分别引入温带CISK模式,其结果表明:下地面感热加热可以明显地加速温带CISK扰动的发展,这可能是一些温带小气旋急速发展(例如美国的炸弹气旋等)的原因之一;对流层低层的垂直风切变既可以加强也可以削弱温带CISK扰动,其影响依赖于垂直风切变的类型;下垫面感热加热和垂直风切变的共同作用则反映了复杂而有意义的性质。一般情况下,对流层低层垂直风切变对CISK扰动的发展有抑制作用。     

热带气旋眼墙非对称结构的研究综述

热带气旋的眼墙非对称结构与其发展过程密切相关。在热带气旋移动过程中,非对称风场伴随着边界层内非对称摩擦而引起的辐合,影响着热带气旋眼墙内的对流分布。此外,风垂直切变作为影响热带气旋强度的重要因子,将上层暖心吹离表层环流,引起眼墙垂直运动的非对称,导致云、降水在方位角方向的非均匀分布。当存在平均涡度的径向梯度时,罗斯贝类型的波动可以存在于涡旋内核区域,影响眼墙非对称结构。海洋为热带气旋提供潜热和感热形式的能量,是热带气旋发展的重要能量来源,关于海洋如何影响热带气旋眼墙非对称结构的相关研究较少。文中着重回顾了热带气旋与海洋相互作用的研究成果,并提出海洋影响热带气旋眼墙非对称结构的机制。海洋对热带气旋最显著的响应特征是冷尾效应,该效应通过降低海表温度,减少海洋向大气输送的潜热和感热,从而影响热带气旋眼墙非对称结构。此外,海浪改变海表粗糙度,通过边界层影响移动热带气旋的眼墙结构。     

闽南地区酸雨特征与其影响天气系统的统计分析

使用WRF有限区域模式对2002年第5号台风(Rammasun)减弱后在长白山脉诱生新涡旋产生复合系统的过程进行了60h的模拟。通过对模拟结果的倾斜涡度发展分析,揭示了当减弱的热带气旋移近较高大山脉时,通过与环境场的相互作用可以使空气产生沿倾斜等熵面的下滑运动。在此基础上,热带气旋减弱引起的风的垂直切变的改变可以引起垂直涡度的发展从而诱生新的涡旋中心。     

热带气旋强度变化研究进展

自20世纪90年代后期以来,热带气旋强度变化研究越来越受到人们的重视,随着研究的不断深入,热带气旋强度变化研究取得了可喜的进展,文中总结近年来热带气旋强度变化的主要研究成果,主要包括(1)热带气旋的发生、发展和最大可能强度的研究;(2)行星涡度梯度、环境均匀流、环境流场垂直切变以及热带气旋外流与环境流的相互作用对热带气旋强度的影响及物理机制;(3)热带气旋结构与强度的变化关系,着重总结环境流场导致的非对称结构变化而引起的热带气旋强度变化以及对涡旋倾斜发展理论验证,分析了涡旋Rossby波的最新研究;(4)海洋热状况变化以及海洋飞沫对热带气旋强度的影响研究成果。分析指出,今后进一步开展用现代化卫星探测资料研究热带气旋强度变化外,还应加强热带气旋外流与环境流场的相互作用,海-气交界面的参数化问题,热带气旋结构变化与TC强度变化关系以及这种关系的物理本质的研究,通过深入研究,认识热带气旋强度变化的物理机制,提高热带气旋强度变化的预报能力。     

风垂直切变对飓风波尼（1998）结构与强度的影响

利用大西洋飓风波尼(1998)的MM5模拟资料(格点距4 km),对在风的垂直切变影响下,波尼的结构和强度变化进行了分析.在风的垂直切变影响下,波尼的垂直速度和降水场表现出了明显的1波非对称结构,这种结构与风的垂直切变的强度呈正比;逆切变一侧9-12 km高度上通风作用强烈,在破坏波尼暖心的同时,也导致了边界层中低相当位温对波尼核心的入侵,与低层通风路径相比,中层通风对波尼的破坏作用更甚,鉴于在分析时间段内,波尼所经海域平均海温变化不大,可以认为风的垂直切变主导了波尼强度变化;对波尼强度突变现象的分析发现,强度突变源于通风破坏作用的积累,当边界层中低相当位温侵入热带气旋中心的程度超过某一阈值时,气旋强度会突然减弱;其结果显示风的垂直切变造成的动力和热力效应对热带气旋强度的影响都十分重要,而后者更为直接.     

登陆的0915号热带气旋“巨爵”降水分布及其中尺度结构的分析

利用自动气象站、雷达和TRMM卫星的观测资料,对2009年广东登陆热带气旋(TC)“巨爵”(0915)的降水分布进行了分析。结果表明:登陆TC“巨爵”的降水具有明显的非对称性和中尺度特征,TC降水主要位于移动路径的左侧。通过对海表温度(SST)、水汽通量、Q矢量和环境风垂直切变等分析发现,SST分布、水汽辐合、低层对流上升运动和垂直切变都有利于在TC移动路径的左侧产生降水。通过Barnes带通滤波对中尺度结构进行分离发现,登陆TC“巨爵”的降水存在明显的围绕TC中心的中尺度螺旋结构,呈带状或块状形式;登陆TC“巨爵”的局地强降水主要与中尺度螺旋结构的降水有关。      

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。     

强垂直风切变环境下对流单体对飓风强度的影响

利用高分辨率模式输出资料,诊断分析强垂直风切变环境下飓风Bonnie(1998)中风暴相对螺旋度的分布特征,再现了Molinari等(2008)利用下投式探空仪获得的该飓风内部风暴相对螺旋度的离散观测结果。通过对比不同垂直风切变环境下,不同区域风暴的相对螺旋度、对流有效位能及风速的水平分布,揭示出与高值风暴相对螺旋度相联系的强对流单体的分布与环境垂直风切变的密切联系。基于风暴相对螺旋度和对流有效位能的配置分析,研究强环境垂直风切变时段,眼壁附近的深厚涡旋对流以及螺旋雨带中的小型对流单体的三维结构和演变特征。分析表明,环境垂直风切变较强时,在眼壁附近的顺切变区存在典型的深厚涡旋对流系统,这类深厚涡旋系统能够激发二级垂直环流,有利于旋转上升运动的维持,并在近眼心区域引发补偿性的干暖下沉气流,有助于飓风暖心的维持和加强;同时,螺旋雨带中也存在以涡度为特征的小型对流单体,这些对流单体随着平流不断移入飓风中心,使得飓风中心垂直涡度增加,最终导致飓风强度的增强。      

海温及海浪对台风眼墙中尺度涡的影响

本文利用包括海气耦合、气浪耦合及浪流耦合的完全耦合系统,着重研究了2006年“格美”(Kaemi)台风眼墙内的中尺度涡结构。中尺度涡作为影响台风眼墙非对称结构的内部因子,与风垂直切变密切相关,其发展过程受台风下垫面海洋状况的影响。在顺切变右侧,垂直气流逐渐增强,在顺切变左侧达到最大后逐渐减弱。当不考虑海表温度的冷涌反馈作用时,海气间的热通量输送较大,由此引起眼墙内的中尺度对流加强,但集中爆发区仍然位于顺切变方向,不受热通量输送变化的影响。当不考虑海浪对海表粗糙度的影响时,在较小的海表粗糙度条件下,眼墙非对称性减弱,使得中尺度对流涡在切向方向上的分布较为均匀。