论江淮气旋的两类发展过程

根据天气分析经验和理论研究结果,我们认为江淮气旋有两种发展类型:A类气旋是指西南低涡沿江淮切变线东移,地面静止锋上产生的气旋波,它发生在付热带急流上的南支低槽越过青藏高原东移的形势下,其主要发展因子是暖平流输送和暴雨产生的潜热加热作用,由于高空涡度平流和冷平流都很弱,气旋一般不发展;B类气旋是指北支槽与西南涡结合,河西冷锋进入地面倒槽与暖锋相接而产生的气旋,它发生在极锋上的北支槽与南支槽合併东移的形势下,高空涡度平流、对流层下部的温度平流和潜热释放对气旋发展都有较大贡献,因此,气旋经常强烈发展。本文结合实例分析论述这两类气旋的发展过程。     

一次高原低涡与高原切变线演变过程与机理分析

对一次东移高原低涡减弱、高原切变线生成并在有利的环流背景下东南移,进而引发川渝强降水的高原切变线生成机制以及演变过程进行了初步分析。首先引入描写热带气旋的Okubo-Weiss（OW）参数（V_OW）来定量表达低涡、切变气流中旋转和变形的相对大小,确定高原切变线的潜在生成区域和发展状况。得出在高原切变线生成阶段,500 hPa等压面上V_OW值由正转负,V_OW负值带可以很好地指示高原切变线的潜在生成区域。V_OW负值强度与高原切变线强度有很好的相关性。高原切变线上以V_OW负值中心为主,但也会存在正值中心,说明在切变线上也会有气旋性涡度。此个例高原切变线以伸缩变形为主,高原切变线沿变形场的拉伸轴分布。然后通过涡度方程和总变形方程进一步分析了高原低涡减弱、高原切变线生成的动力机制。高原低涡的减弱、消失主要受散度项的影响,时间演变分析表明系统由强气旋性涡度的高原低涡演变为强辐合性的高原切变线。总变形方程中的扭转项对高原切变线的生成贡献最大,其次为水平气压梯度项,散度项最小;当高原切变线上以拉伸变形为主时,不利于其上高原低涡的发展,切变线可能是影响低涡发展的背景流场。     

MCC转为带状MCSs过程中水平涡度的变化与暴雨的关系

利用实况资料和WRF中尺度数值模式对2010年6月18—19日的一次MCC转带状MCSs的暴雨过程进行数值模拟与诊断分析。结果表明:850 hPa西南涡和切变线的形成与维持是影响此次暴雨产生的中尺度系统,前期MCC的形成到成熟以低涡降水为主,后期的圆形MCC转为带状MCSs主要为切变线降水。在雨区附近,u、v的垂直切变所形成的强水平涡度造成的旋转,对应垂直环流的上升支可触发暴雨产生,垂直方向上u、v不同的分布可形成不同的垂直环流。低涡与切变线附近的水平涡度有明显差异,这种差异导致暴雨形成的原因不同,低涡暴雨主要由v的垂直切变造成,切变线暴雨主要由u、v的垂直切变共同作用,本次过程中v的垂直切变构成了沿切变线的东西向雨带,u的垂直切变沿纬向的不均匀性引起的垂直运动与切变线上MCSs的生成、发展和多雨团的形成关系密切。低涡、切变线降水中心附近的正倾侧项（水平涡度向垂直正涡度转换）也有类似的差异,低涡的转换主要由?v/?p<0决定,切变线的转换主要由-?u/?p>0决定。水平涡度向垂直涡度的转换尺度较小,易在平均状态下被忽略。倾侧项主要有利于暴雨的加强,但对西南涡、切变线的发展贡献较小。      

近30a山东首场暴雨的气候特征及环流形势

利用1985~2014年山东122个国家气象观测站降水资料及1999~2014年天气图资料,统计分析近30 a山东首场暴雨的气候特征,归纳分析了山东首场暴雨的影响系统及环流形势。结果表明:山东首场暴雨多发生在4~5月,以局地暴雨为主,大范围暴雨次之。降水具有明显的日变化特征,夜间和清晨大、白天小。鲁西南和半岛地区是首场暴雨的易发区,但2区域的暴雨分布特征截然不同:首场暴雨在半岛地区出现频次较高,但最大日雨量和小时雨量并不大;鲁西南地区出现频次高,且最大日雨量和小时雨量也大。山东首场暴雨的影响系统有温带气旋和低涡切变线2类。温带气旋影响下以局地暴雨和大范围暴雨为主,低涡切变线影响下以区域暴雨为主。其中,半岛和鲁南地区较易受江淮气旋影响产生暴雨,鲁西北和鲁中地区则受低涡切变线影响较多。地面气旋位置是预报气旋类暴雨落区的重要指标,暴雨多出现在地面气旋倒槽顶端;850 h Pa形势场是预报低涡切变线类暴雨落区的重要指标,暴雨多出现在850 h Pa低涡切变线与地面倒槽顶端东南气流(暖区)中。气旋影响下的首场暴雨,其动力和水汽条件占主导,而低涡切变线影响下的热力条件是导致暴雨的主要因素。西南暖湿气流带来的充足水汽是首场暴雨发生的必要条件,冷空气侵入或冷暖空气交汇是暴雨形成的重要原因。     

热带气旋影响山东有无暴雨的对比分析

选取登陆前后路径基本相似,登陆减弱后北伸倒槽也基本相似,而对山东省造成的降水却差异较大的两个热带气旋,利用实况观测、T213和MICAPS分析资料,主要从天气学、能量学及水汽输送等方面进行对此分析,探讨了热带气旋倒槽造成北方暴雨的机制。结果表明：两次过程的热带气旋倒槽均北伸到鲁西南和鲁中地区,无论是位置还是凤场都基本一致,但各自与上层500hPa副热带高压系统的配置存在较大差异。分析发现,在低空东南急流都建立的情况下,急流轴上风向变化的差异,水汽通量散度的不同,可为今后的天气预报提供一点参考;两次热带气旋的能量场分布也存在不同,但高能轴与强降水的分布基本一致,这对预报热带气旋倒槽暴雨落区具有重要指示意义。     

西北太平洋热带气旋快速增强阶段的风速分布特征

利用联合台风预警中心的最优路径（best-track）资料,筛选出西北太平洋地区快速增强和非快速增强两类热带气旋样本。利用美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的多平台热带气旋表面风分析资料,对比分析了两类样本的风速和涡度的分布特征。结果显示,快速增强的热带气旋样本通常结构更紧凑,最大风速较大,最大风速半径较小,台风内区的风速较大。在涡度上表现为快速增强热带气旋样本内区的涡度和涡度梯度较大。对两类样本进行t检验,结果显示两类样本内区的切向风差异明显,说明热带气旋的内区风速分布与其发展之间存在密切联系。其物理机制可能是:当存在较大的内区涡度梯度时,涡度隔离机制有利于对流单体向涡旋中心汇聚,此外较大的涡度意味着较大的惯性稳定度,有利于非绝热加热向热带气旋动能的转换,二者共同作用有利于热带气旋的快速发展。      

华南前汛期一次大暴雨过程的扰动位涡反演与数值研究

利用NCEP 1°×1° 6h再分析资料、位涡反演和数值试验方法,分离与不同物理过程有关的扰动位涡进行反演诊断．在此基础上移除模式初始场中包含的与不同物理过程有关的扰动位涡反演的平衡场进行敏感性试验．对2006年5月21—22日一次热带扰动系统北上在广东珠江三角洲地区引发的大暴雨天气过程进行了探讨。结果发现：对流层中低层与潜热释放有关的正扰动位涡是影响热带扰动形成、维持及发展的主要因子之一;与潜热释放无关的扰动位涡对副热带高压的形成和维持有重要作用,影响热带扰动系统的移动路径;边界层内的扰动位涡有利于南海热带洋面北上气旋性扰动的发生、发展与维持;中高层扰动位涡对气旋性扰动系统的直接影响很小;下边界扰动位温不利于气旋性扰动系统的形成、维持与发展。数值敏感性试验表明,初始场中包含的与不同物理过程有关的扰动位涡在暴雨数值模拟中有重要作用,它们不同程度地影响热带扰动的强度、活动路径的模拟．并影响暴雨强度和落区;与非绝热物理过程有关的扰动位涡很大程度上影响暴雨强度,而与非绝热物理过程无关的扰动位涡很大程度上决定暴雨落区。     

长江中游一次中β低涡暴雨的数值模拟分析

利用AREM中尺度暴雨数值模式对2002年7月22~23日发生在长江中游的一次强暴雨过程进行了数值模拟分析,结果表明,模式对此次强暴雨过程的雨带分布及雨团活动的模拟是比较成功的。通过对强暴雨过程中β尺度低压和气旋发展的数值模拟,认为西南低空急流的发展变化是造成这次过程的重要原因,急流中心轴线向北、向上的推进加强了其北侧的风速梯度和切变,从而使涡度场发生剧烈变化,强正涡度柱的发展和维持最终导致了中β尺度低压和气旋自下而上的发展,并沿着切变线东移。雨团的移动路径更接近中β尺度低压的移动路径。     

一次春季江淮气旋形成发展特征及暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料,对2013年5月25-27日一次江淮气旋的形成发展及其引发的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:高空明显的正涡度平流、低层暖平流以及与辐合辐散区相对应的垂直运动是导致气旋发展的重要物理因子。气旋发展过程和湿位涡正压项及斜压项有很好的对应关系,气旋的增强阶段伴随对流层低层mpv_1的增大及mpv_2值的减小;高层湿位涡下传;使近地面大气斜压性增强,从而在低层诱生出气旋性环流。气旋的形成发展过程与对流层正涡度柱的形成相对应,与湿位涡的空间结构及其演变有密切的联系。气旋引发的暴雨位于气旋移动路径的左前方(东北象限),该区域低层强辐合中心和正涡度中心的耦合,加剧水汽和能量的辐合,为暴雨维持提供了条件。     

江淮暴雨一次过程的中分析

一、暴雨过程的天气系统1969年7月11日08时700毫巴图上在江淮之间有一条切变线,在切变线的西端四川盆地有一个西南低涡,11日20时西南低涡东移到宜昌,低涡南侧的西南气流增强,西南急流明显,大于20米/秒的风速中心轴线自芷江经汉口到上海,预示着低涡将东移,12日08时低涡中心移到蚌埠,相应地面图在江淮之间有气旋波产生,造成一次暴雨天气过程。从天气系统来看,这次暴雨是由于西南低涡沿切变线东移所造成。     

Effect of Baroclinicity on Vortex Axisymmetrization.Part Ⅱ：Baroclinic Basic Vortex

The effect of baroclinicity on vortex axisymmetrization is examined within a two-layer dynamical model.Three basic state vortices are constructed with varying degrees of baroclinicity：（i） barotropic,（ii） weak baroclinic,and （iii） strong baroclinic.The linear and nonlinear evolution of wavenumber-2 baroclinic disturbances are examined in each of the three basic state vortices.The results show that the radial propagating speed of the vortex Rossby wave at the lower level is larger with the stronger baroclinicity,resulting in a faster linear axisymmetrization process in the stronger baroclinic vortex.It is found that the nonlinear axisymmetrization process takes the longest time in the strongest baroclinic vortex among the three different basic vortices due to the weaker kinetic energy transfer from asymmetric to symmetric circulations at the lower level.A major finding in this study is that the same initial asymmetric perturbation can have different effects on symmetric vortices depending on the initial vortex baroclinicity.In numerical weather prediction models,this implies that there exists a sensitivity of the subsequent structural and intensity change solely due to the specification of the initial vertical shear of the tropical cyclone vortex.     

东北冷涡诱发的一次MCS结构特征数值模拟

应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴进行了数值模拟,较成功地模拟出了MCS强对流风暴结构。东北冷涡南部锋区斜压扰动及有利的潜在不稳定层结为MCS产生提供了环境条件。MCS在发展阶段,天气尺度抬升使不稳定能量积累,低层中尺度能量锋区及中尺度气旋性环流加强使中尺度辐合加强,产生中尺度强上升气流冲破中层稳定层结,倾斜上升逐渐发展为垂直上升。MCS强风暴成熟阶段地面气压场表现为强的雷暴高压,并有弱的前导低压和尾随低压配合。对应于雷暴高压的边界层冷丘与南部的暖湿气流形成的θe不连续线加强了低层气流的辐合抬升。前导低压与800~700hPa暖心低压扰动合并在一起,是由地面辐合、上升气流抽吸、潜热增温共同形成的低压扰动,对对流系统的维持和移动有重要作用。     

登陆热带气旋研究的进展

随着大气探测技术的发展 ,登陆热带气旋研究已经成为热带气旋研究中一个新的领域。新的探测技术能初步揭示出热带气旋登陆过程中发生的多种改变。近年来 ,国内外科学家实施了一系列外场科学试验 (Fieldscientificexperi ments) ,对登陆热带气旋进行探测和研究 ,旨在提高预报的准确率。登陆热带气旋研究内容包括 :海岸和内陆山脉地形影响 ,结构和强度变化 ,登陆热带气旋的暴雨强度和分布 ,大风强度和分布 ,风暴潮强度和范围 ,登陆热带气旋在陆上的维持机制 ,陆地涡旋的路径和入海加强 ,边界层结构 ,陆面过程和能量交换 ,变性过程等。研究采用外场科学试验与数值模拟相结合的方法。模拟或预报模式中使用同化资料尤其是卫星同化资料来构造初值场 ,取得较好结果。登陆热带气旋的研究目前正在展开 ,并取得了一些重要结果。研究表明 ,潜热释放和斜压位能释放是近海或登陆热带气旋加强或维持的两种主要能源。这两种能量可分别从水汽输送和热带气旋与中纬度环流的相互作用中获得。另外 ,陆面饱和湿地或水面的潜热输送、热带气旋与中尺度涡旋或热带云团的合并以及高空流出气流强辐散也对其加强和维持有利。世界气象组织的热带气象研究计划 (TMRP)正在组织对这一领域的总结和下一步的研究计划。这项研究将对预报和     

登陆热带气旋的大暴雨天气与一般暴雨对比分析及其雨强增幅原因的初探

本文以９０１５号热带气旋登陆后造成的省淮以南大暴雨天气为例，与８闪一般暴雨天气的热力动力条件进行对比，分析它们之间的异同点，并利用二维点尺度力学模式对地面中尺度锋区引起民环流进行模拟试验，结果表明，在热带气旋伸向东北部一条辐合线的偏北旗帜的中尺度锋区驱动扰动涡旋，在涡旋的上升部位可对大暴雨有增幅作用。     

Interaction between an eddy and a zonal jet : Part II. Two-and-a-half-layer model

In a two-and-a-half-layer quasi-geostrophic model, a process study is conducted on the interaction between a vortex and a zonal jet, both with constant potential vorticity. The vortex is a stable anticyclone, initially located north of the eastward jet. The potential vorticity of the jet is allowed to have various vertical structures, while the vortex is concentrated in only one layer. The flow parameters are set to values characteristic of the Azores region.First, the jet is stable. Weak vortices steadily drift north of the jet without crossing it while strong vortices can cross the jet and tear off a cyclone with which they pair as a heton (baroclinic dipole). This heton often breaks later in the shear exerted by the jet; the two vortices finally drift apart. When crossed by deep anticyclones, the jet develops meanders with 375 km wavelength. These results exhibit a noticeable similarity with the one-and-a-half-layer case studied in Part I.Secondly, the jet is allowed to be linearly unstable. In the absence of the vortex, it develops meanders with 175 km wavelength and 25-day e-folding time on the β-plane. For various vertical structures of the jet, baroclinic instability is shown to barely affect jet–vortex interaction if the linear growth rate of unstable waves is smaller than 1/(14 days). Further simulations with a linearly unstable, nonlinearly equilibrated jet evidence its strong temporal variability when crossed by a deep vortex on the β-plane. In particular, long waves can dominate the spectrum for a few months after jet crossing by the vortex. Again in this process, the deep vortex couples with a surface cyclone and both drift southwestward.     

风暴-低涡影响下青藏高原一次强降水过程北大核心CSCD

利用联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)最佳路径资料、逐小时降水资料和ERA5再分析资料,研究2017年5月26—31日孟加拉湾风暴与高原低涡共同影响下青藏高原一次强降水过程,结果表明:风暴和南支槽共同作用下建立的孟加拉湾至青藏高原的水汽输送带为高原低涡-切变线区域的降水提供水汽。南支槽后冷气流在青藏高原南部陡坡下沉形成冷垫,孟加拉湾偏南暖湿气流首先沿冷垫向北抬升,爬上青藏高原后向北在高原切变线附近再次抬升,增加降水区地表至对流层高层大气中的可降水量。风暴偏南风暖湿气流与青藏高原北部干冷空气交汇产生锋生,大气湿斜压性显著增长,湿等熵线密集陡立导致垂直涡度剧烈发展,有利于高原低涡加强。风暴北上过程中其高层反气旋式出流加强青藏高原槽前西南风高空急流,辐散增强有利于低层切变线发展和高原低涡东移,产生大范围强降水。高原低涡切变线与风暴水汽输送的正反馈作用,为降水区提供持续视热源和视水汽汇,有利于青藏高原降水系统的维持和发展。     

Dynamical effects of environmental vertical wind shear on tropical cyclone motion, structure, and intensity

Summary A series of numerical experiments on an f plane are conducted using the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model, version 3 (MM5) to investigate how environmental vertical wind shear affects the motion, structure, and intensity of a tropical cyclone. The results show that a tropical cyclone has a motion component perpendicular to the vertical shear vector, first to the right of the shear and then to the left. An initially axisymmetric, upright tropical cyclone vortex develops a downshear tilt and wavenumber-one asymmetry when embedded in environmental vertical wind shear. In both small-moderate shears, a storm weakens slightly compared to that in a quiescent environment. The circulation centers between 300 hPa and the surface varies from 20 km to over 80 km. The secondary circulation becomes quite asymmetric about the surface cyclone center. As a result, convection on the upshear-right quadrant diminishes, limiting the upward heat transport in the eyewall and thus lowering the warm core and leading to a weakening of the storm. In strong vertical shear (above 12 m s⁻¹), the vertical tilt exceeds 160 km in 48 h of simulation and the secondary circulation on the upshear side is completely destroyed with low-level outflow. The axisymmetric component of eyewall convection weakens remarkably and becomes much less penetrative. As a result, the warm core becomes weak and appears at lower levels and the storm weakens rapidly accordingly. This up-down weakening mechanism discussed in this study is different from those previously discussed. It emphasizes the penetrative role of eyewall convection in transporting heat from the ocean to the mid-upper troposphere, maintaining the warm core structure of the tropical cyclone. The vertical shear is found negative to eyewall penetrative convection.     

高原低涡移出高原的观测事实分析

应用天气学、统计学原理,结合TRMM资料,分析了1998—2004年5—9月移出高原的低涡的活动特征。结果指出:6—8月是高原低涡移出高原影响中国东部天气的主要时段,它与高原低涡在高原上的活动特征及西南低涡移出高原特征均不同;移出高原的高原低涡的涡源主要在曲麻莱附近、德格附近,这与高原上产生低涡的涡源不同;移出高原的高原低涡的移动路径多数是随低槽的活动而向东、向东南移动,这与高原低涡在高原上多数是沿切变线移向东北不同,高原低涡移出高原后,不仅影响中国的范围广,还可能影响到朝鲜半岛、日本;高原低涡移出高原后涡的强度、性质会有变化,在高原以东活动时间长(≥36 h)的高原低涡,移出高原前多数为暖性低涡,移出高原后多数为斜压性低涡,低涡加强、多数可产生暴雨、大暴雨;高原低涡移出高原后移到海洋上,往往因下垫面不同而变化,出海后都有降水加强、多数位势高度下降的现象;移出高原后的高原低涡因东面海上热带气旋活动而少动,与其南面热带气旋活动相向而行,因季风低压少动而少动的现象。     

On the vorticity and energy budgets of the cold vortex in Northeast China: a case study

This study examines the vorticity budgets, turbulent extended exergy and kinetic energy evolution equations to investigate the major dynamical and energy conversion processes contributing to the initiation and intensification of the cold vortex over Northeast China that occurred during June 19–22, 2009. The results show that the cyclonic vorticity was initiated in the lower troposphere due to the intense convergence of horizontal winds. The growth of cyclonic vorticity in the middle troposphere is mainly due to the vertical transportation of the vorticity, yet the increase of cyclonic vorticity in the upper troposphere primarily results from the horizontal advection of vorticity. Of special interest in this study is the evaluation of the role of thermal advections in the baroclinic development of the cold vortex. The results indicate that the rising of the air over relatively warm areas and the sinking of the air in relatively cold regions are favorable for releasing turbulent extended exergy $ \left( {e_{\text{t}} } \right) $ , which is later converted to turbulent kinetic energy $ \left( {k_{\text{t}} } \right) $ , and this process occurs during the initiation and intensification of the cold vortex. In addition, barotropic energy conversion is another important process that contributes to the growth of k _t, and it strengthens gradually after the initiation of the cold vortex. Other than frictional consumption, the flux of k _t in the vertical direction also depletes some of k _t. The fluxes of e _t, baroclinic energy conversions and diabatic generations are favorable factors for the growth of e _t, whereas it decreases with time as a result of a large amount of e _t that is released. Most of the energy conversion processes, including the baroclinic and the barotropic energy transformations and the energy conversions from e _t to k _t, as well as the fluxes of e _t, are stronger in the lower troposphere than the other areas during the formation of the cold vortex. This accounts for the initiation of the cyclonic vorticity in the lower troposphere. Finally, the fact that the turbulent extended exergy releases primarily in the middle troposphere through the vertical thermal circulation is consistent with our understanding based on the vorticity budget analyses.