登陆台风变性过程的诊断研究

本文对一个登陆台风(Freda)的衰减阶段和变性阶段进行了涡度及角动量收支的诊断分析,主要结果表明:相对涡度和相对角动量都是反映低压变化的重要指标。衰减阶段,次网格尺度效应及摩擦作用是台风衰减的主要因子,变性阶段,次网格尺度效应对于涡度和角动量在系统内部的重新分布起了重要作用;涡度的侧边界输送和散度制造对于整个过程都是重要的。台风低压是一个角动量汇区,系统角动量主要来源于侧边界平均输送,横向质量环流对于角动量过程起着关键性作用。     

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。      

台风Dan(9914)的水汽输送特征

利用ECMWF 2.5°×2.5°的再分析资料,用大尺度水汽通量流函数和速度势以及水汽收支对台风Dan(9914)在形成、加强和减弱过程中的水汽输送和收支进行了诊断分析。结果表明:台风Dan西行期的水汽主要从西边界和东边界流入台风,水汽主要是来自于副热带高压南侧偏东气流对水汽的输送;转向北移后则以西边界流入的水汽占主导作用,水汽主要是来自南海。台风Dan的水汽输送主要集中在对流层中低层,一般在925 hPa有最大的水汽总收支。在Dan发生发展的不同时期,由大尺度水汽通量流函数和速度势表示的水汽通量输送和辐合也有明显的变化,表明水汽输送和辐合在Dan的发生发展及消亡过程中有一定作用。     

中国北方冬季特冷月和特暖月的定常涡旋与瞬变涡旋的热量和角动量输送

定常涡旋与解变涡旋的热量和角动量输送对局地的大尺度运动的维持与变化起重要作用。Ho-lopainen对时间平均环流的涡度和涡度拟能的维持的诊断分析结果表明瞬变涡旋对时间平均气流的作用包括热量输送和角动量输送。对局地热量收支的贡献,定常涡旋的作用大于瞬变涡旋的作用。然而,Green对造成英国1976年夏季罕见干旱的500 hPa高压脊的形成做了分析,认为瞬变涡旋的动量输送是重要的。     

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.     

陕西4次台风远距离暴雨过程的水汽条件对比

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对比分析了陕西省4次台风远距离暴雨过程期间的水汽输送、水汽收支和水汽含量特征。结果表明：远距离台风用直接和间接2种方式影响热带低纬地区水汽向陕西方向的输送,中高纬度地区西风槽与高压系统直接参与暴雨区附近水汽的输送与再分配过程。远距离台风出现时,暴雨区南边界始终存在水汽的输入,占净输入的68%,西边界多为水汽的输出方,东边界上水汽收支变化趋势与台风移动路径密切相关。川东地区西南涡维持、发展并向东北向移动时,陕西水汽总收支成倍增大。台风远距离暴雨出现前12 h左右,暴雨中心低层比湿出现极大值,对应的风场辐合中心一般出现在比湿增加之后。     

平均经圈环流在大气角动量和感热收支中的作用

本文研究相对座标系中近地表角动量的制造和自由大气中角动量的辐散之间的平衡机制,并与绝对参考系中的机制进行比较。 对1982年元月全球角动量和感热的收支分析证明,被激发的平均经圈环流具有下述特征:其下部水平支施加于大气的惯性矩与近地表角动量的制造相平衡,上部水平支反号的惯性矩与涡动角动量通量的辐合(散)相平衡;而其垂直支的绝热加热效应则平衡着自由大气中热通量的辐散和/或大气的非绝热加热。因而,无论动力上还是热力上,平均经圈环流在大气总环流中都起着重要的作用。     

1980年夏季华北干旱时期东亚阻塞形势的位涡分析

本文用准地转位涡对1980年夏季（7月1日—9月10日）华北干旱时期东亚阻塞形势的平均特征及其维持机制进行了诊断分析。发现东亚阻塞高压是一个具有异常低位涡的深厚暖性反气旋系统。它的维持一方面与上游乌拉尔长波槽的涡旋强迫输送有关，另一方面，更为重要的与来自青藏高原上空的低位涡空气输送有关。准地转位涡的收支计算表明，涡动强迫作用与平均气流的平流作用基本上相平衡，因而涡动对位涡的输送是使阻塞区维持异常低的平均位涡，阻止阻塞高压向下游平流的重要机制。     

西风角动量输送的气候特征及其与急流关系研究

利用1958～1997年NCEP/NCAR一日四次的风场再分析资料,系统地分析了季节平均西风角动量（即u角动量）经向、垂直输送通量及其三个分量（平均经圈环流、定常波、瞬变涡输送通量）的气候特征,特别是讨论了12～2月、6～8月它们与东、西风带、副热带西风急流、极夜急流之间的联系。结果表明:（1）包含纬度因子的角动量通量与动量通量在高纬地区存在显著差别,高纬对流层上部的强动量输送中心在角动量通量中不明显。而u角动量强经向输送主要在中低纬对流层顶附近和冬半球高纬平流层顶附近,副热带西风急流和极夜西风急流均位于u角动量强向极输送中心及其高纬一侧的辐合区中。（2）发现三个输送分量对急流维持的作用随纬度、季节不同。北半球冬季（夏季）的副热带西风急流主要由平均经圈环流（强度相当的定常波和瞬变涡）强经向输送及辐合维持;南半球西风急流全年均由平均经圈环流和瞬变涡旋输送及辐合维持;冬半球中平流层极夜急流主要由定常波、瞬变涡旋输送及其辐合共同维持。（3）热带东风区是牵连角动量（即Ω角动量）的高值区,它主要由平均经圈环流向对流层上部输送;冬半球副热带及中纬西风区存在u角动量垂直输送的切变区,它主要由平均经圈环流和瞬变涡旋完成;热带对流层顶附近有u角动量的定常波弱向下输送。     

A NUMERICAL SIMULATION OF TYPHOON GENERATION

By using a two-dimensional axisymmetrical PEM in which two physical processes (the Ekman pumping and the vertical transportation of cumulus momentum) are included, the genesis and development of typhoons have been simulated. The results of numerical simulation show that the generation and structure of the typhoon simulated by the model involving both the physical processes are much close to a real one in the atmosphere as compared with that involving either the Ekman pumping or the cumulus momentum transport. Therefore, it can be suggested that the cumulus momentum transport and Ekman pumping together play an important role in the genesis and development of typhoons through the CISK mechanism.     

A Study on a Heavy Rainfall Event Triggered by an Inverted Typhoon Trough in Shandong Province

A heavy rainfall event that occurred in Shandong Province in 26 28 August 2004 was caused mainly by Typhoon Acre and cold air activities related to a westerly trough. The event was triggered by an inverted typhoon trough, which was closely associated with the intensification of the low-level southeasterly flow and the northward transport of heat and momentum in the periphery of the typhoon low. A numerical simulation of this event is performed using the nonhydrostatic mesoscale model MM5 with two-way interactive and triply-nested grids, and the structure of the inverted typhoon trough is studied. Furthermore, the formation and development mechanism of the inverted typhoon trough and a mesoscale vortex are discussed through a vorticity budget analysis. The results show that the heavy rainfall was induced by the strong convergence between the strong and weak winds within the inverted typhoon trough. Dynamic effects of the low-level jet and the diabatic heating of precipitation played an important role in the development of the inverted typhoon trough and the formation of the mesoscale vortex. The vorticity budget analysis suggests that the divergence term in the low troposphere, the horizontal advection term, and the convection term in the middle troposphere were main contributors to positive vorticity. Nonetheless, at the same pressure level, the effect of the divergence term and that of the adveetion term were opposite to each other. In the middle troposphere, the vertical transport term made a positive contribution while the tilting term made a negative contribution, and the total vorticity tendency was the net result of their counteractions. It is found that the change tendency of the relative vorticity was not uniform horizontally. A strong positive vorticity tendency occurred in the southeast of the mesoscale vortex, which is why the heavy rainfall was concentrated there. The increase of positive vorticity in the low （upper） troposphere was caused by horizontal convergence （upward transport of vorticity from the lower troposphere）. Therefore, the development of the inverted typhoon trough and the formation of the mesoscale vortex were mainly attributed to the vorticity generated in the low troposphere, and also the vertical transport of vorticity from the low and middle troposphere.     

台风的数值模拟研究——积云动量输送作用

本文用一个考虑积云动量垂直输送作用的二维轴对称原始方程模式,模拟了台风的生成和发展过程。数值试验所得到的“模式台风”比考虑Ekman抽吸作用所得结果在其结构上更接近实际台风。因此,同Ekman抽吸一样,积云动量垂直输送作用也可以激发第二类条件不稳定(CISK),促使台风的生成和发展。而且,积云动量垂直输送作用,在台风的形成和维持中可能比Ekman抽吸更为重要。     

The Role of diabatic heating, torques and stabilities in forcing the radial- vertical circulation within cyclones part iii: case study of lee-side cyclones

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄ“ｏｂｓｅｒｖｅｄ”ａｚｉｍｕｔｈａｌｙ－ａｖｅｒａｇｅｄｍａｓ－ｗｅｉｇｈｔｅｄｒａｄｉａｌｍｏｔｉｏｎｓｈａｓｂｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｔｈｅＯ...     

2005年7月4—11日淮河流域强降水过程的水汽收支分析

通过对水汽通量向量的势函数和流函数分解以及水汽方程的诊断计算，分析了2005年7月4-11日淮河流域强降水过程水汽收支情况。结果表明，此次强降水过程主要水汽来源于菲律宾经南海向北转向流入我国中东部地区的较强盛的水汽输送带。这条水汽输送带由两部分组成：起重要作用的是强中心位于太平洋上，沿热带赤道以南地区一致向西到达菲律宾的水汽流，另一部分是沿赤道南侧的东风气流，在非洲东岸索马里附近越赤道向东北方向经孟加拉湾北部到达菲律宾的水汽流；水汽汇合区内，淮河流域附近存在东南与西北水汽汇集辐合，这可能是造成淮河流域持续出现强降水重要原因之一；水汽强辐合区域与强降水发生的区域相对应，降水发生区域的总体水汽收支和平均面降雨量的变化趋势相吻合，随着水汽收入的增加，降水量开始加大；中低层的水汽垂直输送与降水过程的平均面降雨量的变化具有较好的对应关系。     

超强台风桑美（2006）登陆前后低层风廓线数值模拟分析

利用ARW-WRF模式,以垂直方向40个模式层（对低层加密）、水平方向最高1 km的分辨率,对台风桑美（2006）进行数值模拟,模拟结果与实况基本一致。基于台风桑美（2006）1 km分辨率的模拟结果,对台风低层（海面或地表以上1500 m以下）风场结构进行了分析。结果表明,在台风登陆前,其最大风速半径附近存在水平风速在垂直方向有很强变化的风廓线,该类型风廓线的最大风速高度有明显变化,表现出类似急流的特征;而台风登陆后,其水平风速垂直变化明显减弱,即风廓线类型发生较大变化;另有一种水平风速在高层少变的风廓线类型在台风中是普遍存在的。还根据高层和低层两个切变因子,将台风登陆前的风廓线分为急流型、普通型和过渡型,并进一步分析各类风廓线在台风中出现的位置和急流高度。对急流型风廓线的形成原因也进行了初步探讨,结果表明,超/次梯度风在垂直方向上的变化是形成急流型风廓线的原因,而外围绝对角动量的输送在其中起关键作用。     

Numerical simulation of tropical cyclones by an axisymmetric nonhydrostatic model

Summary As an approach to study the mesoscale processes within a typhoon, an axisymmetric nonhydrostatic numerical model is developed without the use of convective parameterization. Many simulated characteristics are consistent with radar and aircraft observations, such as the maximum of vertical and tangential wind, the inflow concentrated near the surface, the outward slope of the eyewall updraft, etc. The model duplicates not only the outward propagation of mesoscale convective systems, but also the inward movement of convective rings, the rate of which coincides with the observation. Besides, the model gives good simulations of the life cycle of convective rings, and indicates that the convective rings far from the eyewall play important roles in the fluctuation of typhoon intensity. Numerical results also exhibit the existence of coupling between outer and inner core structure.Analyses of the simulations show that convective momentum transport generates local maximum absolute angular momentum in the middle and upper troposphere. The momentum anomaly results in symmetric instability, which provides the environment to form convective rings. While the momentum anomaly moves outward with the outflow in the middle and upper troposphere, it initiates a series of convective rings with aid of other direct factors, which explains the outward propagation of convective systems.The simulations exhibit the life cycle of a typical convective ring in terms of three stages, or the developing, mature and dissipating stage. Analysis shows that the symmetric instability and the convective instability promote each other, and their cooperation makes the life of convective rings longer.With 8 Figures