IMPACTS OF UPPER-LEVEL COLD VORTEX ON THE RAPID CHANGE OF INTENSITY AND MOTION OF TYPHOON MERANTI (2010)

Typhoon Meranti originated over the western North Pacific off the south tip of the Taiwan Island in 2010.It moved westward entering the South China Sea,then abruptly turned north into the Taiwan Strait,got intensified on its way northward,and eventually made landfall on Fujian province.In its evolution,there was a northwest-moving cold vortex in upper troposphere to the south of the Subtropical High over the western North Pacific(hereafter referred to as the Subtropical High).In this paper,the possible impacts of this cold vortex on Meranti in terms of its track and intensity variation is investigated using typhoon best track data from China Meteorological Administration,analyses data of 0.5×0.5 degree provided by the global forecasting system of National Centers for Environmental Prediction,GMS satellite imagery and Taiwan radar data.Results show as follows:(1)The upper-level cold vortex was revolving around the typhoon anticlockwise from its east to its north.In the early stage,due to the blocking of the cold vortex,the role of the Subtropical High to steer Meranti was weakened,which results in the looping of the west-moving typhoon.However,when Meranti was coupled with the cold vortex in meridional direction,the northerly wind changed to the southerly at the upper level of the typhoon;at the same time the Subtropical High protruded westward and its southbound steering flow gained strength,and eventually created an environment in which the southerly winds in both upper and lower troposphere suddenly steered Meranti to the north;(2)The change of airflow direction above the typhoon led to a weak vertical wind shear,which in return facilitated the development of Meranti.Meanwhile,to the east of typhoon Meranti,the overlapped southwesterly jets in upper and lower atmosphere accelerated its tangential wind and contributed to its cyclonic development;(3)The cold vortex not only supplied positive vorticity to the typhoon,but also transported cold advection to its outer bands.In conjunction with the warm and moist air masses at the lower levels,the cold vortex increased the vertical instability in the atmosphere,which was favorable for convection development within the typhoon circulation,and its warmer center was enhanced through latent heat release;(4)Vertical vorticity budget averaged over the typhoon area further shows that the intensification of a typhoon vorticity column mainly depends on horizontal advection of its high-level vorticity,low-level convergence,uneven wind field distribution and its convective activities.     

高空槽对9711号台风变性加强影响的数值研究

9711号台风Winnie是一个在中国大陆长久维持(2—3 d)并产生强降水的热带气旋(TC),在其深入内陆过程中变性加强为一个温带气旋。用MM5V3对不同强度高空槽影响下Winnie的变性加强过程进行了数值研究。结果表明:(1)Winnie变性加强过程表现为强锋面侵入台风内部、冷空气包裹台风中心、一个温带气旋在近地层锋面上强烈发展的过程;(2)Winnie在陆上的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关。TC与不同强度高空槽相互作用过程中,较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散,从而有利于TC的维持和变性发展。数值试验中,高空槽越强,Winnie变性加强越明显,温带气旋的发展越快;(3)模拟结果的位涡分析表明,Winnie的温带变性发展与对流层高层正位涡下传、低层锋区和TC低压环流三者之间的相互作用有关。     

2014年8月西北太平洋和南海无TC生成之原因分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°的月平均再分析资料、NOAA卫星观测的OLR资料和中国气象局台风年鉴资料,对2014年8月西北太平洋和南海无TC生成的原因进行了诊断分析,结果表明：极地冷空气南侵,造成8月上中旬副热带高压偏东偏南,下旬冷空气减弱,副热带高压偏西偏南,致使副热带高压南侧偏东信风与赤道西风的汇合区位置异常偏南;马斯克林高压偏弱,导致索马里急流和东印度洋越赤道气流也弱,印度半岛中低层季风低压或季风槽极其不活跃。澳大利亚高压路径偏东或偏西和势力偏弱,则南海南部越赤道气流亦弱。8月上中旬台风主要源地的海表温度明显偏低,不能酿成低层高温高湿的大气;月内西北太平洋和南海大气的对流活动很弱,层结较稳定、风速垂直切变大,均不利于TC发生发展。在南海到菲律宾以东洋面低层为弱的正涡度区和负散度区,有辐合上升运动,但垂直速度很小,不能满足TC尺度的环流发生和发展;南亚高压和副高南侧东风扰动造成对流层高层为弱上升区,不能形成高空辐散机制,不利于上升气流维持和加强。故此,8月在异常偏南的ITCZ中生成的4个热带扰动最终均未能发展成台风。     

复杂地形下雷暴增强过程的个例研究

本文基于多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）反演的对流层低层热力和动力场,并结合多种稠密观测资料,对北京地区2009年7月22日一次弱天气尺度强迫下雷暴在山区和平原增强的机理进行了较深入的分析。研究结果表明：雷暴过程受大尺度天气系统影响不明显,对流前期地面弱冷锋,是此次雷暴新生的触发机制,高层冷平流、低层偏南暖湿气流的稳定维持和对流不稳定能量的聚集是本次雷暴增强的必要条件。雷暴从河北北部移进北京西北山区后,在下山和到达平原地区时,经历了两次明显的发展增强阶段。雷暴第一阶段下山增强,地形强迫起着主要作用,具体表现在三个方面：（1）地形斜坡使得雷暴冷池出流下山加速与稳定维持的偏南气流形成了强的辐合区;（2）地形抬升使得偏南暖湿入流强烈地上升,从而加剧了对流的发展;（3）地形抬高了冷池出流高度,使得出流与近地面偏南气流构成随高度顺转的低层垂直风切变,低层暖空气之上有冷平流叠加,使得雷暴前方的动力和热力不稳定增强。雷暴第二阶段在平原地区再次增强的主要原因是：组织完好的雷暴到达平原地区后,其冷池与低层暖舌在城区（朝阳地区）的对峙,产生了强的扰动温度梯度;强的冷池出流与势力相当的偏南暖湿气流相互作用产生了强的辐合上升气流,并与下沉气流在较长时间内共存;冷池出流形成的负涡度与低层切变产生的正涡度达到近似平衡状态。运用RKW理论,三者导致雷暴前方低层的辐合抬升最强,最有利于雷暴的维持发展。     

一次广州大暴雨的环境条件及中小尺度特征分析

基于常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和广州多普勒天气雷达资料,对2010年5月14—15日广州大暴雨的环境条件、散度涡度场和中小尺度特征等进行了分析。结果表明:大暴雨过程中低层辐合高层辐散,促进气旋式涡度增加,上升运动增强,反之亦然;中层波动使得中低层辐合和中高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动。粤西南暖湿气流北上受弱冷空气阻挡在广东省中北部地区堆积,为大暴雨提供水汽和能量。南下的弱冷空气和日变化共同形成地面强能量锋,与辐合线和低层切变线组成强有力的触发抬升机制。大暴雨期间多普勒天气雷达及时捕捉到逆风区、弱中气旋、中尺度辐合带和中层两次波动影响,分别对应两个强降水时段。     

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.     

2018年1月青岛市一次重度污染雾—霾天气成因分析

利用中国国家地面站逐小时气象观测资料、中国环境监测总站空气质量逐时监测数据、ECMWF 0.125°（纬度）×0.125°（经度）再分析资料及青岛市八关山自动站常规要素逐小时数据,对2018年1月15~22日青岛市一次重度污染雾—霾天气过程的特征及其影响因子进行分析。结果表明:PM10为首要污染物,污染过程中青岛市48 h 输入污染源前期主要为北方干冷气团与江淮湿空气在山东半岛北部汇聚堆积,后期则主要包括山东省内局地大气污染物排放。雾—霾期间,500 hPa中高纬地区受乌拉尔山阻塞高压和中西伯利亚冷低压控制,宽广的东亚横槽稳定维持,青岛上空以平直西风气流为主,地面等压线稀疏,风速小;随着横槽转竖,纬向型环流转为经向型,冷空气大举南下,风速急增,降雪发生,雾—霾迅速消散。在静稳的大气环流背景下,当近地逆温层内弱风或持续吹陆风,对流层低层上升和下沉运动较弱,水汽条件较好时,有利于雾—霾维持。综合分析雾—霾各阶段PM2.5浓度和相对湿度与能见度间的关系发现,霾阶段两因子影响力相当;雾阶段能见度主要受相对湿度的影响;静稳条件下PM2.5浓度累积增加是影响雾、霾混合阶段能见度的主要因子。     

Circulation conditions of the abnormally cold winter of 2005/06 over Siberia

Circulation conditions of the abnormally cold winter of 2005/06 in Eurasia, where the intensification of meridional flow was accompanied by frequent intrusions of cold air masses into midlatitudes and their subsidence in the lower troposphere, are studied. The development of deep upper-level cyclones over Siberia and the Urals was preceded by stratospheric warming and long-term blocking processes in the troposphere over Europe and Yakutia. Strong cyclonic wind shears and intensified jet streams were observed in the high-level convergence zone over Siberia. Generally the weakened westerly flow in the substantial atmosphere thickness, a reduced number of deep cyclones in the western Arctic sector, and stratospheric warming provide high predictability of short-term climate changes in Eurasia in the wintertime.     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

麦莎台风登陆后能量过程与水汽供应的诊断研究

对0509号台风"麦莎(Matsa)"登陆后长时间维持并轻度加强的过程进行了诊断研究,此过程涉及到多种因素.位涡分析表明,当中纬度西风槽东移,该槽底部分裂出的一个较小的正位涡中心与"麦莎"合并使"麦莎"的涡旋动能增强,而在9日之后"麦莎"与槽主体合并的阶段,槽区主要的正位涡中心与"麦莎"融合.动能收支分析发现,"麦莎"登陆北移过程中,高层的无辐散风穿越等高线将位能转换为动能这一过程较"麦莎"的整体加强为早,而辐散风是低层动能的主要来源.中低层天气尺度系统为积云对流的发展提供动能,而积云对流释放潜热又为高层动能的维持提供了帮助.将"麦莎"与北美"Agnes"飓风比较后发现,"麦莎"加强程度比"Agnes"较弱的原因之一,是高层的无辐散风把台风环流内的动能向环境输出,而"Agnes"飓风则是环境区有大量动能向台风环流区输送.分析水汽来源可知,在"麦莎"登陆期间及其后副热带和热带的两条水汽通道同时或分别为"麦莎"的积云对流提供了足够的水汽供应.     

2014年南京两次弱降雪过程的对比分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,结合多普勒雷达等资料,对2014年2月9—10日江苏大部分地区出现的两次弱降雪过程进行了成因分析。结果表明:9日的降雪是由中层西风槽东移影响,槽前西南暖湿气流在低层冷空气垫上爬升所致,是一次层状云降雪;10日的降雪则是低空冷空气主体偏北东移,内陆偏西地区低空风速随之明显减小,而东部沿海地区风速变化不大,从而使得辐合上升区西扩所致;10日低空上升运动带来的低云降雪,尺度小,且具有类似弱对流系统的特征。常规业务中使用的数值预报产品(如EC)并不能准确预报这两次弱降雪过程,特别是10日过程预报效果较差,而WRF模式则对10日过程把握较好。     

桂林市2019年“3.21”极端大风与“4.24”致灾冰雹过程特征对比分析

利用常规、非常规观测及NCEP再分析资料,对比分析广西壮族自治区桂林市中γ系统造成的极端大风和中β 系统造成的致灾冰雹过程。(1)高低空急流耦合为强对流天气提供有利背景条件,锋面及辐合线为触发系统。大风过程锋面、冰雹过程高空槽动力作用更强。(2) 均具有强的上干冷下暖湿不稳定层结、强下沉动能、CAPE及中低层垂直风切变,大风过程中层干层更显著,冰雹过程CAPE更大。(3) 冷池出流与环境风垂直切变维持平衡使上升速度区呈垂直状态,利于飑线发展。变压风与冷池共同影响使风暴发展并向变压低中心移动,大风过程冷池前沿与变压低中心在广西临桂迭加,表明强风暴造成的下击暴流与低层中气旋迭加导致极端大风。(4) 大风、冰雹均由镶嵌在飑线系统中的超级单体风暴造成,超级单体强回波中心达65 dBZ,具有弱回波区、三体散射。大风过程强风暴借助冷锋热力边界的斜压性形成低层中气旋,低层钩状回波更明显,并有明显的MARC及强回波核心下降特征;冰雹过程强回波质心高,VIL达55~65 kg/m2,并有跃升现象。(5) 均有中等强度中气旋。大风过程中气旋比冰雹过程低,半径明显减小。大风过程中气旋与龙卷涡旋特征同时出现,对极端大风有预警作用。      

2005年12月山东半岛暴雪成因及多尺度信息特征

利用常规天气资料、地面加密观测资料、卫星云图资料和多普勒雷达产品,对2005年12月山东半岛特大雪灾作了综合分析。研究表明,这次的冷流降雪归因于前期气温和海温偏高、冷空气势力偏强引起的海陆温差大、半岛北面临海的丘陵地形以及海岸锋等因素,地面自动站、雷达、卫星等多种尺度的特征信息清楚地揭示了其结构和演变。利用改进的简化伴随模式,对12月6日的烟台单站多普勒雷达资料进行了三维风场反演,结果表明,海陆热力差异和山脉对于向岸风的摩擦辐合作用形成了中尺度海岸锋,它引起了低层浅对流的产生。高空补充弱冷空气和降雪的潜热释放进一步激发了垂直上升运动,使对流活动发展加强,引起强降雪。当高空弱冷空气引起的系统性辐合上升运动与低层海岸线附近的海岸锋引起的中尺度辐合上升运动叠加时,降雪特别强烈。     

台风“彩虹”(1522)近海急剧加强的特征分析

采用多种大气和海洋资料对1522号台风"彩虹"近海急剧加强的特征进行了诊断分析。结果表明大气环流形势的变化、海洋环境的维持和台风内部结构的变化都有利于台风的近海加强。具体表现为:高层南亚高压西部型转东部型和中层西太平洋副热带高压加强西伸引起的环流形势的变化,使得台风区域高层辐散增强,中低层气旋性环流增强,低层台风东侧的水汽通量增强;低层北方弱冷空气侵入台风外围区域促进辐合抬升,环境风切变的减弱及弱切变的维持有利于台风加强,这些都是有利于台风增强的环流和动力条件。台风路径海域高海表温度和海洋暖涡的存在对台风急剧增强起了重要作用。此外,由于环流变化引起的潜热加热增大,导致了双中心位涡柱的形成和高层暖心的增加,台风内部结构的变化也有利于台风的进一步加强。     

2009年6月河南一次飑线过程的成因分析

利用地面观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和雷达探测资料,从能量、动力和触发机制等角度,对2009年6月3日发生在河南东部地区的一次飑线过程进行综合分析。结果表明:东北冷涡是此次飑线过程的主要影响系统,涡后冷空气南下与低层暖湿空气叠加造成对流不稳定,高层的干冷空气侵入增强了对流不稳定;低层辐合、高层辐散为飑线强对流天气的发生发展提供了强烈上升运动的动力条件,地面维持并加强的干线所激发的次级环流可能是这次飑线系统发生发展的重要机制之一;中低层的垂直风切变稳定维持、加强、迅速减小与飑线强对流天气发生发展前后对应较好,其演变特征对此次飑线过程有很好的指示意义。     

Structures and characteristics of the windy atmospheric boundary layer in the South China Sea region during cold surges

An observational analysis of the structures and characteristics of a windy atmospheric boundary layer during a cold air outbreak in the South China Sea region is reported in this paper. It is found that the main structures and characteristics are the same as during strong wind episodes with cold air outbreaks on land. The high frequency turbulent fluctuations(period<1 min) are nearly random and isotropic with weak coherency, but the gusty wind disturbances(1 min相似文献   

一次飑线过程雷达回波特征及环境条件分析

利用常规资料、NCEP/NCAR再分析资料及多普勒天气雷达资料等,对2014年3月30—31日广东一次飑线过程进行了分析。重点分析了飑线发生的环流背景、环境特征、不稳定条件、垂直风切变等及多普勒雷达回波演变过程。结果表明:(1)此次飑线过程发生在中高纬地区稳定的阻塞形势下,从四川盆地东移的高空槽和低涡切变线是造成广东强对流天气的主要影响系统。(2)低空急流水汽输送、低层强水汽辐合、强低空垂直风切变和上干下湿的水汽垂直分布为飑线的发生、发展提供了必要的热力和动力条件。(3)强盛阶段飑线具有明显的阵风锋和弱回波通道,速度图上飑线北端为强的气旋式切变,南端为弱的反气旋式切变,在"弓形"回波顶点处有强的速度辐合。飑线内部后侧为一支倾斜向下的冷空气入流,前沿是一支沿冷空气爬升的暖空气入流。(4)在"弓形"回波顶部后侧长时间维持着向后倾斜的后侧入流急流RIJ(Rear Inflow Jets),RIJ对"弓形"回波的形成、地面大风和飑线的维持和快速移动具有重要的作用。     

ANALYSIS OF THE COLD AIR EFFECT ON AN EXTREME PRECIPITATION EVENT TRIGGERED BY AN INVERTED TROUGH OF TYPHOON HAIKUI (1211)

Based on intensive automatic weather station data, satellite cloud imagery, NCEP reanalyzed data, and the simulation results from mesoscale numerical models, this study analyzes the characteristics and formation mechanisms of the mesoscale convection system (MCS) during the extreme precipitation event that was triggered by a weakened low-pressure inverted trough of Typhoon Haikui on August 10/2012. The results of this study show that cold air at the rear of a northeastern cold vortex creates thermodynamic conditions favorable to the development of extreme precipitation. The main body of the cold air is northward located so that the cold air invades only the middle layer of the periphery of the inverted trough. Thus, the cold air minimally affects the lower layer, which results in a vertically distributed structure of the temperature advection that augments the formation and development of convective instability stratification. In the middle troposphere, the cold air encounters the convergent, ascending, warm moist air from the low-pressure inverted trough, leading to frontogenesis. The frontogenesis enhances wind convergence which, in turn, further enhances the frontogenesis, and the positive feedback between these two forces augments the development of meso- and small-scale convection systems in the rainstorm region and its vicinity, which strengthens the upward transportation of water vapor from low layers and thickening of water vapor convergence and results in local heavy rains.     

台风“尤特”登陆后复杂路径的环境场特征

台风"尤特"(1311)2013年8月13—19日登陆减弱后直达桂东北并停留打转,其后又转向西南移动,"尤特"残涡在广西境内生存活动了112 h,造成了大范围强降雨。使用常规与非常规观测资料,研究了"尤特"登陆后的环境场与其长生命期及复杂移动路径的关系。结果发现:"尤特"登陆北上阶段主要受大尺度环境场的引导气流主导,后因引导气流转向减弱,与变压梯度力近似达到平衡导致停留打转;南下弱冷空气卷入与西南气流辐合形成负变压槽,负变压槽中风向气旋性切变产生正涡度效应向"尤特"残涡输送,与西南气流充沛的水汽输送共同作用使"尤特"残涡得以长时间维持。弱冷空气卷入使中尺度变压场中的正变压加强,在变压梯度力与引导气流共同作用下,"尤特"残涡沿负变压槽向西南移动。     

2011年“7·25”山东乳山特大暴雨成因分析

利用常规资料、地面加密资料、多普勒雷达资料和ＮＣＥＰ再分析资料等,对2011年7月25日发生在山东省乳山市一次超历史极值的特大暴雨过程进行分析。结果表明：本次特大暴雨是由高空西风槽、低层切变线与副热带高压边缘的低空急流共同影响所致;由低层前期强盛的低空偏南暖湿气流输送使半岛上空低层高温高湿,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结;近地面向岸风的侧向辐合产生气旋式切变线,是本次暴雨的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。此外,半岛上空超低空偏南急流的加强,使中尺度切变线北抬,进而受乳山倒喇叭口地形影响,发展成了中气旋,产生了强降水超级单体风暴。而强降水超级单体风暴造成的短时强降水,是本次暴雨致灾的重要原因。