海洋温带气旋发生发展的研究

本文综合地评述了近年来海洋温带气旋发生、发展的研究成果,讨论了海洋温带气旋爆发性发展的气候特征、天气形势、各种物理机制及数值模拟的结果,并进一步指出了有待解决的问题。     

爆发性气旋的前世今生

温带气旋是中纬度地区每日天气舞台上最重要的“演员”。在秋冬季节的中高纬度海洋上有一类快速发展的温带气旋——“爆发性气旋”,尚未受到公众的广泛关注。文章围绕这一主题,首先回顾了温带气旋研究的历史,介绍了“爆发性气旋”这一术语产生的渊源,并对多位学者给出的爆发性气旋定义进行了系统梳理,重点介绍了一个考虑风速影响的、修正的爆发性气旋定义,还总结了爆发性气旋的研究现状,最后对其未来数十年的研究前景进行了阐述展望。     

不同垂直加热率对爆发性气旋发展的影响

文章着眼于海洋温带气旋爆发性发展热力结构的影响效应问题。通过数值试验的结果表明，温带气旋发展状况对于垂直加热廓线分布具有突出的敏感性，若将垂直加热廓线“形变”，则可能导致海洋气旋的爆发性发展，并构成类似观测到的“气象炸弹”动力，热力结构，即“上干下湿”，“上冷下暖”的不稳定层结或“抽吸”结构，急流轴“断裂”形成的非地转偏差特征。从而揭示了垂直加热廓线特征在海洋气旋发展诸影响因子中的关键作用以及潜热释放分布与海洋气旋动力、热力结构形成的机理。     

东亚及西太平洋锋面气旋的统计研究

用1958到1989年共32年资料对东亚及西太平洋地区的锋面气旋做了统计研究,气旋生成有两个主要的集中区,蒙古生成区次数最多,沿海生成区次之并还可以分为两个分区。各生成区中心位置和中心数值随季节有不同的变化。 气旋中心气压24小时变化值呈负偏态分布,海洋地区气旋的负偏度更大,爆发性气旋主要出现在海洋上,沿海地区也时有发生。有明显年际、月际变化,主要发生在冬季,次为春季.文中还对爆发性气旋各种特征参数做了详细统计。 用计算气旋活动的相对变率方法,定出了四季气旋主要活动路径。     

2010-2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋成因分析

利用常规和加密气象观测、NCEP再分析、云图等资料,对2010—2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋造成的极端天气的物理机制进行分析。结果表明：春季进入到渤海、黄海北部的气旋平均每月2.4个;气旋一般先进入黄海,进入黄海和经渤海进入黄海的温带气旋总计有84.5%进入黄海北部,且春季进入黄渤海的气旋73%会给大连地区带来大风或降水天气,影响大连东部沿海的几率远高于其他地区;产生较强灾害性天气的爆发性气旋多发生在春季,路径基本都是由西南向东北方向移动。爆发性气旋主要是因为温带气旋经过黄渤海后短时间快速降压,到大连陆地发生爆发性发展,这种温带气旋的发展一般从低层开始,具有较强的锋区和斜压性,爆发阶段位于正涡度平流最大的高空急流出口区,对应低空位于低空急流左前方辐合区。较强的冷、暖温度平流是造成极端降水和大风天气的主要因素,暴雨的形成主要是温带气旋带来的暖湿气流持续输送,并伴有较强上升运动促使的水汽垂直输送,整层水汽充沛;当低空急流发展和冷、暖空气交绥时,出现了在高湿、高温的湿斜压锋区上的强降水;而北路强冷空气与黄、渤海上爆发性发展的温带气旋形成极强气压梯度,是出现极端大风的主要原因。     

爆发性与非爆发性海洋温带气旋

本文选取分别代表爆发性发展(1983年3月)和非爆发性发展(1982年3月)的两个海洋温带气旋个例,对它们进行了比较研究。结果表明,无论是在基本要素场,还是诊断出的物理量场,两者都表现出明显的差异。其中,涡度、位势涡度、扰动动能和总动能之间的差别更大。在爆发阶段,前3项的增加量爆发性气旋是非爆发性气旋的2—4倍,而总动能的增大值两者悬殊更大,比值为13.6:1。     

一次入海气旋快速发展的动力和热力学特征分析

利用扩展Zwack-Okossi方程(扩展Z-O方程)对2007年3月3-5日黄、渤海海上快速发展的温带气旋进行了诊断分析。结果表明,潜热释放和暖平流在气旋发展初期起主要作用,潜热释放是气旋接近爆发性发展的最主要强迫项,这与以往研究的主要受涡度平流强迫的中国沿海温带气旋不同,说明在中国近海快速发展的一部分温带气旋主要是由潜热释放项强迫的。绝对涡度平流在气旋发展后期才成为主要强迫项。进一步利用MM5模式模拟了潜热释放的作用以及其他一些影响气旋发展的因素,海表面热通量、水汽通量以及气旋路径上的地形对这次气旋的发展有积极贡献,但作用相对潜热释放较小。由于这种在中国近海接近爆发性发展的温带气旋容易造成风暴潮,因此利用动能方程对气旋发展中期的渤海大风进行了诊断分析。结果表明,动能水平平流是动能增加的主要作用项,但动能达到最大值后渤海海域的动能主要由有效位能转换和动量下传提供。     

异常东亚冬季风对赤道西太平洋纬向风异常的影响

ENSO由于经常带来大范围的气候异常而倍受关注,赤道西太平洋的纬向风异常对ENSO的发生起着重要作用.首先对赤道西太平洋纬向风异常的发生进行研究,其结果清楚地表明它同东亚冬季风的异常有密切关系.异常强(弱)的东亚冬季风不仅能激发产生赤道西太平洋的西(东)风异常,而且还将在菲律宾以东的西太平洋上导致一个气旋性(反气旋性)环流的形成.研究还表明,上述异常流型产生的物理过程是异常东亚冬季风所造成的气压形势的动力影响,因为在强(弱)东亚冬季风影响下,赤道西太平洋地区会形成向西(东)的气压梯度,即( )p/( )x＜0(( )p/( )x＞0)的异常气压形势.通过赤道太平洋的海-气相互作用,赤道西太平洋的持续西(东)风异常则将进一步导致El Nino(La Ni(n)a)事件的发生.     

云图模型与数值产品结合预报海洋气旋

分析了西北太平洋温带气旋爆发性发展前期的云图特征,概括了气旋爆发过程的5类云图模型。通过实例揭示了物理参数与云系的发展有很好的对应关系,最后给出了使用卫星云图和数值产品做气旋爆发性发展的短期预报思路和判断爆发性气旋生成的方法。     

海洋温带气旋爆发性发展数值试验

利用 Ｐ Ｓ Ｕ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ Ｍ Ｍ ４ 对５ 个西北太平洋温带气旋的爆发性发展进行了一系列数值模拟和敏感性试验,并对重要的物理过程进行了分析和诊断。采用相同物理过程及边界条件的控制试验成功地模拟出了主要的爆发性气旋加深率,为海洋爆发性气旋的业务数值预报提供了可能。敏感性试验获得了湿物理过程、能量频散、 Ｓ Ｓ Ｔ 和海面能通量、日本岛地形及初、边值条件等影响气旋加深率的定量认识,分析表明水的微物理过程,特别是网格尺度的水汽凝结、未饱和层的云滴和雨滴蒸发,是气旋爆发性发展中最重要的物理过程;在高空 ２００～３００ｈ Ｐａ 层的云滴蒸发效应可能是形成相应层气旋中心非绝热冷却峰值的主要原因;由内在热力动力学过程所决定的潜热释放比对流参数化任意规定的加热分布更接近实际并能产生更好的模拟结果;没有能量频散效应时可减小模拟加深的 ３０％ ;海面能通量在初始时刻比在爆发性发展时更重要,不计初始时海面能通量将影响模拟加深约 ２５％ ,而不计爆发性发展时的海面能通量,这种影响不及前者的一半;爆发性发展时的海面能通量呈不均匀分布并能诱导反锋面热力环流在局部抑制气旋的加深;大气模式对海气边界层能通量交换的变化和海洋增暖产生了显著的热力学响     

Cyclones and Northern Hemispheric temperature

Summary The relationships between cyclone characteristics and Northern Hemispheric (NH) temperature during the period 1958–1987 are examined by an empirical procedure. The results tend to indicate an increase in the frequency of cyclogenesis in the NW Pacific region but a decrease over the East Asia continent during the period of NH warming. The number of intense and explosive cyclones over northwestern Pacific and shows a similar behaviour. These different responses of cyclone activities may be due to the different trend of the north-south temperature contrast over land and sea in the warm period. On the other hand, the increase of cyclone activities over NW Pacific was also related to the ENSO events, while ENSO has a substantial contribution to the atmospheric warming.With 5 Figures     

Climatology of deep cyclones over Asia and the Northwest Pacific

Summary A frequency analysis of deep cyclones with central pressure less than or equal to 990 hPa over Asia and the Northwest Pacific in the period 1958–1989 is presented. The most active areas of deep cyclones are: 1) Western Siberia, east of the Ural Mountains; 2) Northeastern China, east of the Mongolia Plateau and, 3) South-west of the Kamchatka Peninsula. The first most active area is related to European cyclones (Schinke, 1993) and starts in the lee of the Ural Mountains; the second is related to cyclones in the lee of Altai-Sayan and the third to East Asian coastal cyclones. After zonal averaging, two frequency maxima of deep cyclones emerged, one between 62.5–67.5° N and the other between 47.5–52.55° N. This is different from the European and North Atlantic regions where only one maximum occurs. The seasonal frequency deep cyclones in Northeastern China reaches maximum in spring and summer while in western Siberia and the Northwest Pacific deep cyclones are more frequent in winter. The annual trend of deep cyclones over the Northwest Pacific shows an increase from the sixties to the eighties while deep cyclones over East Asia decreased during this period. In the 1980's, more deep cyclones occurred over the Northwest Pacific and less deep cyclones over main land Asia which may be associated with the northern hemisphere warming. The monthly number of oceanic deep cyclones in December and January appeared to be positively correlated with the August and September sea surface temperatures over the East Pacific (El Nino regions 1 + 2).With 7 Figures     

东半球500hPa闭合低压系统的统计分析

通过分析５００ｈＰａ东半球闭合低压系统，研究其气候规律。低压活动次数有年际、月际、季际变化。低压活动于中高纬度带，主要集中于两大地区，第一区是西太平洋及大陆东岸，第二区是东欧地区。第一区中心夏季向西移到大陆上，强度增大，对中国气候有重要作用。低压中心高度值的频数分布是双峰型。低压生命期比阻塞高压还长些。强低压主要出现在大陆高纬地带和西太平洋。强发展的低压多数出现在西太平洋。亚洲低压移动路径有两条，一条从西西伯利亚北部到库页岛，一条从咸海东移到库页岛     

南亚夏季风期间OLR的准40天振荡和准双周振荡

文中采用时间域的带通滤波方法和合成分析技术,通过对1981年夏季月份OLR资料的准40天和准双周振荡的对比分析得到:(1)南亚季风区普遍存在准40天和准双周振荡,季风的活跃和中断要受其影响。(2)江淮流域到日本地区和南海到西太平洋地区OLR的分布是反位相的,它表明只有当南海季风槽断裂时,热带西南季风才能进入东亚大陆,这时大陆的季风雨较强。(3)OLR的分布表明,东亚大陆和印度北部平原季风雨的活跃与中断,对准40天振荡是同步的,而对准双周振荡是反位相的。(4)东亚大陆季风雨活跃与中断位相的转变,准40天振荡是从南海扰动中分裂出一块向北移动引起,而准双周振荡则是来自印度北部平原的季风扰动有规律的向东移动引起。      

A Climatology of Extratropical Cyclones over East Asia During 1958–2001

A climatology of extratropical cyclones (ECs) over East Asia (20 -75 N, 60 -160 E) is analyzed by applying an improved objective detection and tracking algorithm to the 4-time daily sea level pressure fields from the European Centre for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis data. A total of 12914 EC processes for the period of 1958-2001 are identified, with an EC database integrated and EC activities reanalyzed using the objective algorithm. The results reveal that there are three major cyclogenesis regions: West Siberian Plain, Mongolia (to the south of Lake Baikal), and the coastal region of East China; whereas significant cyclolysis regions are observed in Siberia north of 60 N, Northeast China, and Okhotsk Sea-Northwest Pacific. It is found that the EC lifetime is largely 1-7 days while winter ECs have the shortest lifespan. The ECs are the weakest in summer among the four seasons. Strong ECs often appear in West Siberia, Northeast China, and Okhotsk Sea-Northwest Pacific. Statistical analysis based on k-means clustering has identified 6 dominating trajectories in the area south of 55 N and east of 80 E, among which 4 tracks have important impacts on weather/climate in China. ECs occurring in spring (summer) tend to travel the longest (shortest). They move the fastest in winter, and the slowest in summer. In winter, cyclones move fast in Northeast China, some areas of the Yangtze-Huaihe River region, and the south of Japan, with speed greater than 15 m s 1 . Explosively-deepening cyclones are found to occur frequently along the east coast of China, Japan, and Northwest Pacific, but very few storms occur over the inland area. Bombs prefer to occur in winter, spring, and autumn. Their annual number and intensity in 1990 and 1992 in East Asia (EA) are smaller and weaker than their counterparts in North America.     

东亚地区加热场对西太平洋副高东西进退影响的数值试验

用混合坐标系五层原始方程模式模拟了热带辐合带异常加热及江淮流域季风雨带异常加热激发的异常环流特征,进而分析了两个加热带对西太平洋副热带高压东西进退的影响。试验表明,两个加热带独立存在或共同作用都有利于引导西太平洋副热带高压西进,而上述两个地区异常冷却则促使西太平洋副热带高压退出东亚大陆。      

热带季节内振荡与影响广西的热带气旋生成发展的联系

利用1978-2013年美国NOAA逐候MJO指数和中国气象局上海台风研究所热带气旋资料,研究了MJO与影响广西热带气旋发生发展的联系。结果表明,当MJO处于非洲大陆和西印度洋时,热带气旋生成区域上空为异常东风带;而当MJO处于西太平洋时,热带气旋生成区域北侧为东风异常带、南侧为西风异常带,有利于季风槽或气旋性环流加强,导致影响广西热带气旋频数偏多。当MJO处于东印度洋时,南海上空风场存在明显的向南分量,热带气旋生成数少、位置偏南;而当MJO处于东太平洋时,热带西太平洋对流受到抑制,导致影响广西热带气旋偏少。     

ENSO 循环各阶段东亚夏季风特征的诊断研究

利用NCEP／NCAR再分析资料和NCAR海温资料及中国测站地温资料，对ENSO循环不同阶段东亚夏季风强弱变化进行了分析．并从此期间的海陆热力差异和季风低压变化来探讨海温异常对东亚夏季风的影响，结果表明：东亚夏季风指数有明显的年际变化和年代际变化，且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系，其中又以与三个月前的海温变化关系最好．在Ninol 2区为冷、暖水之后的三个月中，冷水期对应的东亚夏季风指数大于暖水期对应的东亚夏季风指数，东亚夏季风比暖水期强。赤道东太平洋SST变化期间亚洲大陆的地面温度和地面气压也有明显变化，这是引起ENSO不同阶段东亚夏季风变化的主要原因。     

台风在我国登陆地点的年际变化及其与夏季东亚/太平洋型遥相关的关系

本文利用1979～2007年日本气象厅JRA-25风场和高度场再分析资料和美国JTWC热带气旋的观测资料分析了7～9月份西北太平洋台风和热带气旋 (TC) 在我国登陆地点的年际变化及其与北半球夏季大气环流异常的东亚/太平洋型 (即EAP型) 遥相关的关系, 特别是分析了7～9月份在厦门以北登陆台风和TC数量的年际变化与夏季 (6～8月) EAP指数的相关。分析结果表明: 当夏季 (6～8月) EAP指数为高指数时, 则7～9月份在东亚和西北太平洋上空500 hPa高度场异常将出现 “－, +, －” EAP型遥相关的波列分布, 这时西太平洋副热带高压的位置偏北、 偏东。在这种情况下, 西北太平洋上较多的台风和TC的移动路径偏北, 这引起了7～9月份在我国厦门以北沿海登陆的台风和TC数量偏多。反之, 当夏季 (6～8月) EAP指数为低指数时, 在东亚和西北太平洋上空500 hPa高度场异常为 “+, －, +” 的 EAP型遥相关的波列分布, 这时西太平洋副热带高压的位置偏南、 偏西。在这种情况下, 西北太平洋上较多的台风和TC移动路径偏南, 这引起了7～9月份在我国厦门以北沿海登陆的台风和TC数量偏少, 较多的台风和TC在厦门以南的华南沿海登陆。