2003年夏季梅雨期强弱江淮气旋成因对比分析

在位涡框架下,利用位涡反演方法,对2003年夏季梅雨期间沿梅雨锋东移的一次弱江淮气旋的形成和维持过程进行了分析,并与强气旋的结果进行了对比。结果表明:对流层中高层的扰动在低层气旋中心位势高度降低或地面低压减压中起主要作用,而中低层的扰动起反作用,低层热力异常呈现一个弱的周期性作用。但在强江淮气旋的形成和发展过程中,中高层强迫对低层气旋发展期间的加深或地面低压的减压几乎没有贡献,中低层的非绝热加热是低层气旋加深或地面低压下降的主要贡献者。     

准静止梅雨锋连续暴雨个例的位涡反演诊断

2006年6月5—8日,受准静止的梅雨锋系统影响,福建北部地区发生了连续4 d的暴雨天气,引发了严重的洪涝灾害。文中利用1°×1°NCEP再分析资料、位涡诊断和位涡反演的方法,详细分析了梅雨锋演变过程中主要天气系统的变化,位涡和位涡扰动(位涡异常)与梅雨锋及梅雨锋带上强降水之间的关系,并通过分离位涡扰动的方法探讨了与不同物理过程有关的位涡扰动在梅雨锋发生发展中的作用。结果发现:对流层低层锋面南北两侧高压系统的稳定维持是准东西向梅雨锋形成和维持的主要原因。满足非线性平衡方程的平衡流很大程度上代表了实际气流,它的演变基本上反映了梅雨锋流场的演变。非平衡流形成了梅雨锋辐合带,它主要来自梅雨锋北侧的高压系统。与潜热释放有关的对流层中低层的正位涡扰动是梅雨锋发生发展中有主要影响的因子之一。边界层的位涡扰动一定程度上有利于梅雨锋的形成和维持。总体而言,下边界位温扰动并不利于梅雨锋的形成和维持,但它具有一定的日变化。高层位涡扰动对梅雨锋形成和维持的作用相对其他位涡扰动要弱的多,且不利于梅雨锋的形成和维持,但在梅雨锋后期南压阶段作用增强。对流层中低层与潜热释放无关的其他位涡扰动对梅雨锋的南压起到了一定作用。     

爆发性气旋的锋生位涡反演诊断

本文采用基于埃特尔位涡反演诊断和锋生函数诊断的锋生位涡反演诊断方法,对一次发生在西太平洋地区的爆发性气旋过程进行了诊断分析和机制研究。本文主要从锋生演变的角度,定量诊断了与对流层顶折迭现象相联系的高层位涡扰动,由凝结潜热释放造成的中层位涡扰动,与低层锋区扰动相联系的低层位涡扰动以及以低层水平辐合辐散为主要成份的非平衡风场在气旋发生发展的不同阶段所起的作用和影响,并对以上各物理过程相互作用,造成气旋爆发性发展的机制进行了分析讨论。     

一次梅雨锋结构及锋区强度对锋面结构影响的数值模拟

利用中尺度模式MM5对1999年6月下旬发生在长江中下游地区的一次锋上西南低涡发展的梅雨锋暴雨过程进行了研究。通过敏感性试验, 探讨了低涡对锋强、 锋生的敏感性, 锋生、 锋消与低涡发展演变的时间空间上的联系等问题\.结果表明, 低涡对中层锋面强度的变化敏感, 中层锋强发生改变会导致整层涡度发生同位相的变化。中层系统对梅雨锋气旋的发展起主要作用, 中层锋面对低涡发展的影响比边界层锋更关键。中层锋面强度改变会激发出中低层的垂直次级环流, 低层的辐合上升运动发生改变, 最终影响到低涡强度的发展。敏感性试验证明, 锋面强度变化对低涡发展造成的影响有超前性, 中层锋面先发生变化, 6 h左右以后低涡强度发生改变。锋区强度和低涡强度发生变化的地理位置基本在同一经度上, 锋强变化的位置在涡强变化位置的北面。     

引发北方沙尘暴天气快速发展气旋的数值模拟研究

使用非静力中尺度模式,对2000年4月5～7日引发北方沙尘暴大风天气的蒙古气旋快速发生发展过程做了48 h的预报试验,发现含全物理过程时,该模式基本可再现出大尺度背景场演变和蒙古气旋快速发展的过程;气旋发展前期冷暖空气相当活跃,有很强的斜压性,锋生函数辐散项对气旋的发展作用最大;对流层高层的位涡大值区在向下向东传递过程中,中低层出现气旋快速发展,气旋达最强盛时,对流层中形成一个上下贯通的垂直涡柱;对流层顶"下陷",高层位涡大值区(即高空冷涡低槽的发展)与低层锋区出现相互作用,这可能是导致斜压扰动发展及气旋初始生成的重要机制;潜热释放在本次气旋发生发展过程中作用不显著.这与梅雨锋上低压(扰动)等系统的情况有很大差别.     

2003年夏季梅雨期一次强气旋发展的位涡诊断分析

通过位涡诊断和回推轨迹分析, 对2003年夏季梅雨期间一次强江淮气旋的发展过程进行了研究。结果表明: 气旋发展初期, 非绝热加热在气旋的低层发展中起了主要作用, 随后由于高层水平平流的增强, 通过垂直平流使高低层大值位涡耦合在一起, 从而使气旋迅速发展。从中、 高、 低层对位涡柱形成所起的作用来看, 低层主要是非绝热加热, 中层是垂直平流, 而高层主要是水平平流; 从构成气旋的气流来说, 在气旋迅速发展阶段, 低层主要以西南暖湿气流为主, 高层 (500 hPa以上) 主要以沿急流轴下降的高层干冷气流和对流层底层流向气旋东北部并迅速上升的暖湿气流为主。高低层冷暖空气的相互作用主要发生在600 hPa及以上层次, 因凝结加热引起的垂直运动通过垂直平流可能在冷暖气流相互作用和上下大位涡的垂直耦合中发挥了重要作用。     

梅雨锋结构的数值模拟

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的全程四维同化模拟结果,深入分析梅雨锋结构的时空不均匀变化特征及其与低涡降水强度的密切关系。结果表明,梅雨锋呈现明显的中层锋和边界层锋两段锋的特征,中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键,中层锋的加强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通,有利于梅雨锋降水的加强,强降水并不出现于中层锋区最强的时段,而是发生于大范围锋区强度达峰值之后约16—24 h。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。组成低空急流的中低层u,v分量呈现不同的分布和演变特征,强南风中心位于900—800 hPa,呈明显的低空急流状特征,贴近暴雨区还可能出现较小尺度的急流;而强西风中心出现于中层锋前700—500 hPa,表现为高空强西风区沿锋区上界的向下延伸;低空南风急流通常与总变形同时加强。强锋段的锋前饱和高湿高能气柱、锋前中低层急流状南风区和中层西风均匀大值区等要素场呈现高度组织化的特征。梅雨锋的低层特性,如辐合、锋区强度、总变形和南风分量及降水强度等要素呈现显著的中尺度扰动特征,有明显的日变化且受长江中下游中尺度地形影响,扰动特征有随时间上传的趋势。     

一次温带气旋涡度场演变特征及气旋发生发展机制分析

气旋是涡旋运动,因此相对涡度(以下简称涡度)是确切表征气旋中心位置和强度的物理量,分析气旋发生发展过程就是分析涡度的变化机理。文中采用1000 hPa地转风涡度表征地面气旋,利用常规地面观测、6 h一次的NCEP 1°×1°再分析场等资料,对2014年6月一次具有螺旋式回转路径的北方温带气旋过程进行了诊断分析。利用Petterssen地面气旋发展公式,再结合300 hPa涡度平流、散度场与850 hPa热力场的配置关系,考察了对流层中低层温度平流、500 hPa涡度平流以及300 hPa涡度平流引起的辐散对地面气旋发展的贡献。结果表明:(1)这次气旋过程中500、300 hPa存在两个正涡度区及涡度中心的替换:即在地面气旋发生发展阶段,第一个涡度中心为主要的涡度中心;在气旋减弱阶段,第二个涡度中心成为主要的涡度中心。(2)地面和高空涡度中心均以逆时针螺旋式路径移动。在地面气旋初生和发展阶段,高低层涡度中心及正涡度区呈后倾结构;当高低层涡度中心及正涡度区几乎垂直重合时,地面气旋停止发展。(3)温度平流项在气旋初生阶段起主要作用;500 hPa涡度平流决定了地面气旋的发展。(4)当300 hPa正涡度平流引起的辐散区叠加在对流层低层850 hPa斜压锋区上时,地面气旋发展。     

梅雨锋上三类暴雨特征的数值模拟比较研究

中国暴雨的地域性、时间性特征明显,尤其是暴雨多发区--长江流域,沿江不同地段暴雨成因各异.为综合研究长江不同地域暴雨特征和形成规律,利用我国新一代暴雨数值模式AREM对梅雨锋东端(116°E以东)初生气旋类暴雨、β中尺度深对流类暴雨和梅雨锋西端"北槽南涡"类暴雨的典型个例进行了数值模拟.通过诊断分析和比较研究,初步揭示了三类暴雨在结构和形成机制等方面的主要差异.结果表明:(1)梅雨锋上生成并发展的α中尺度气旋是造成梅雨锋东端初生气旋类暴雨的系统.强盛时,系统的垂直上升运动伸展不高,正涡度柱、辐合层以及最大加热和增湿均位于中低层.(2)β中尺度深对流类暴雨发生时梅雨锋区的南北温差很小.在低空辐合风场作用下,强位势不稳定能量的释放导致了β中尺度深对流系统的发生与发展.强盛时,系统的正涡度柱和上升运动柱贯穿对流层,深厚的辐合层达到了中层,最大加热出现在中高层.(3)"北槽南涡"类暴雨是在青藏高原大地形作用下高低空系统有利配置的结果."北槽南涡"的天气系统配置有利于低层辐合的加强和位势不稳定能量的释放,使低层涡旋向中高层强烈发展.强盛时,系统的正涡度柱贯穿对流层,积云对流发展强烈,最强上升运动和最大加热层都位于中层.     

气旋生成机制的位涡反演诊断

本文采用位涡反演方法,对一次西太平洋地区爆发性气旋的生成机制进行了诊断分析。结果表明：高层位涡扰动（即高空槽脊系统）所诱生的低层扰动风场特征为一支位于高空槽前下方的偏南气流,这支偏南气流是促使低层锋区扰动发展的主要动力因子：而低层位涡扰动（即低层锋区扰动）所诱生的低层扰动位势场和扰动风场是低层降压和气旋性环流生成的主要原因。     

中层涡旋诱生南海热带低压形成的位涡反演分析

利用NCEP 1°×1°最终分析资料FNL和位涡反演方法,对2006年8月下旬一次中层涡旋诱发南海热带低压的形成过程进行了分析。结果表明,在中层涡旋诱发南海热带低压形成时高层暖心结构经历了由上向下逐渐发展的过程,而中层气旋性环流经历了由上向下快速发展的过程。高层暖心结构的向下发展主要与中低层凝结潜热加热作用和干空气从高层侵入有关,而高层波动的影响不明显,暖心发展到达近海面需要有底层热力异常和中低层凝结潜热加热作用的共同配合。中层气旋性环流的向下发展主要与中低层凝结潜热加热作用有关,高层波动对中低层涡度的影响不明显,而底层热力异常主要在900 h Pa以下产生负涡度。综合分析表明,中低层凝结潜热加热对南海热带低压的生成和发展起关键作用。     

梅雨锋上引发暴雨的低压动力学研究

对1998年"二度梅"结束前后长江中下游地区准静止锋上一次气旋发生发展过程进行了涡度收支的诊断分析.结果表明:(1)风场(尤其是辐散风场)对该气旋发生发展有重要影响;(2)低层辐合场是直接决定气旋发生发展的动力因子,它导致低层正涡度制造,对气旋的发展起直接作用;(3)涡度平流上正下负的配置和水汽凝结潜热释放,通过影响上升运动及低层辐合对地面气旋的发展起间接作用.在系列研究工作的基础上,提出了梅雨锋上第二类气旋(低压)的概念模型.     

2015年梅雨期长江下游地区两次暴雨天气过程的成因对比分析

利用基本气象站观测资料、ECMWF ERA资料和NCEP FNL资料,通过对强降雨时刻的多种物理量场诊断,分析了2015年梅雨期发生在江苏省沿江地区的6月16—17日和27—29日两次大暴雨的形成原因。结果表明,两次大暴雨过程均发生在西太平洋副热带高压稳定维持、西南气流强盛、高层有冷空气不断入侵的大环流背景下,受中低层江淮切变线和西南急流共同影响,冷暖空气一直在沿江一带交汇,造成沿江地区持续强降水过程。两次大暴雨发生时32°N附近梅雨锋很明显,锋面随着高度的升高向北侧冷区倾斜,强降水主要位于梅雨锋南侧的暖区内。该侧700 hPa高度层以下湿位涡为负值表明大气为对流不稳定,且随着降水的发生,中层有弱冷空气入侵,使得大气的对流不稳定性进一步加强。强的降水区主要位于低空急流的左侧和高空急流的入口区右侧,高低空急流的这种配置带来了风场高层辐散、低层辐合,有利于垂直上升运动加强。同时低层暖平流和中高层正的相对涡度平流交汇于32°N附近,也有利于暴雨区的上升运动加强。暴雨区与850 hPa水汽通量散度负值中心相吻合,表明低层西南急流为暴雨区源源不断地提供水汽。     

1998梅雨锋的结构特征及形成与维持

应用1998年6月中旬的分析资料, 对1998年6月16~17日暴雨时段的梅雨锋结构及梅雨锋的形成与维持进行了诊断分析, 确认了暴雨发生时期梅雨锋结构的一些普遍特征, 如在对流层低层表现为θ_se锋而不是温度的强烈对比, 梅雨锋区是一个低层正涡度带以及风和水汽的辐合带等。同时揭示了1998年6月暴雨时期梅雨锋结构的典型特征:锋区从近地面可伸展到600 hPa层 (一般认为梅雨锋只存在于800 hPa以下), 近乎垂直、略向北倾; 锋区900 hPa以下是一个大气弱对流不稳定区, 向上气层变为潮湿中性直至400 hPa, 等θ_se线基本上呈垂直分布; 锋区斜压性相当弱等。研究表明, 出现强降水时的梅雨锋结构已经变性或者说它是介于温带锋面结构和ITCZ结构之间的副热带锋系结构。分析还认为, 在强盛的南海季风涌和频繁的西风带扰动组配的大尺度有利背景形势下, 低层空气的水平运动和地转偏差风对1998梅雨锋的形成和维持有明显的正贡献。     

2015年梅雨期长江下游地区两次暴雨天气过程的成因对比分析

利用基本气象站观测资料、ECMWF ERA资料和NCEP FNL资料,通过对强降雨时刻的多种物理量场诊断,分析了2015年梅雨期发生在江苏省沿江地区的6月16—17日和27—29日两次大暴雨的形成原因。结果表明,两次大暴雨过程均发生在西太平洋副热带高压稳定维持、西南气流强盛、高层有冷空气不断入侵的大环流背景下,受中低层江淮切变线和西南急流共同影响,冷暖空气一直在沿江一带交汇,造成沿江地区持续强降水过程。两次大暴雨发生时32°N附近梅雨锋很明显,锋面随着高度的升高向北侧冷区倾斜,强降水主要位于梅雨锋南侧的暖区内。该侧700 hPa高度层以下湿位涡为负值表明大气为对流不稳定,且随着降水的发生,中层有弱冷空气入侵,使得大气的对流不稳定性进一步加强。强的降水区主要位于低空急流的左侧和高空急流的入口区右侧,高低空急流的这种配置带来了风场高层辐散、低层辐合,有利于垂直上升运动加强。同时低层暖平流和中高层正的相对涡度平流交汇于32°N附近,也有利于暴雨区的上升运动加强。暴雨区与850 hPa水汽通量散度负值中心相吻合,表明低层西南急流为暴雨区源源不断地提供水汽。     

"03.7"梅雨锋暴雨的中尺度模拟和诊断分析

利用中尺度模式MM5研究了2003年7月4～5日(简称"03.7")的梅雨锋暴雨过程, 该模式对这次暴雨过程有很好的模拟能力.应用假相当位温密集区定义锋面, 梅雨锋锋生比暴雨早12 h出现.此次暴雨过程中, 急流发展比暴雨要早2 h左右.低空急流的增强, 负散度绝对值加大, 促使低层强烈辐合, 是本次暴雨的触发机制, 而涡度的增强则是系统发展的结果.暴雨期间, 对流层低层是平均湿位涡负值区, 湿对称不稳定.然而, 850 hPa上湿位涡的弱正值区随暴雨中心(雨量＞20 mm·h-1)同步东移, 说明其中心为湿对称弱中性.     

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。     

梅雨锋双雨带结构的湿位涡的诊断分析

利用１９８１年６月２７日梅雨锋暴雨过程的数值模拟结果，对梅雨锋上两条南北雨带的湿位涡及其变率进行了诊断，揭示了中β尺度雨团的发生发展与边界层湿位涡有密切的联系。在雨团发生发展期伴有负的湿位涡，而雨团发展强盛期后，它移向正的或负值很小的湿位涡区。这种梅雨锋暴雨低层具有的湿对称不稳定性，是由低层的辐合上升触发了不稳定能量的释放而产生的，南北雨带的强弱发展变化与影响梅雨锋雨带湿位涡变化的主要因子是湿位涡     

重庆"7.21"暴雨天气过程的初步诊断分析

利用1°×1°每6小时一次的NCEP再分析格点资料和自动站资料分析了2008年7月21～23日发生在重庆地区的暴雨.结果表明高原槽和西南低涡是此次暴雨过程的主要影响天气系统,850hPa水汽主要来自南海和孟加拉湾,而700hPa上的水汽则主要来自孟加拉湾.在低涡的发展演变过程中,中层一直伴有涡旋的存在.然而中层涡旋发展演变过程与西南低涡明显不同.中层涡旋的发展不像低层西南低涡那样单边持续地增长或衰减,中层涡旋的正涡度值呈现明显的增长-衰减-再增长的演变特征,其最大值增长时段和低层低涡的也并不一致.对湿位涡的分析表明,在暴雨发生前,低层水汽和不稳定能量不断累积,为这场暴雨的发生提供了必要条件,这可能是暴雨爆发的触发条件之一.     

浙江省梅雨锋强降水的锋生及环流特征分析

为了研究浙中西（浙江省中部和西部）梅雨锋强降水的锋生及环流特征,以2016年6月15日一次典型梅雨为代表,采用ERA-INTERIM（0.25°×0.25°）再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温和雷达资料,运用风场分解、合成分析等方法对锋生与强降水的对应关系及环流结构进行分析。结果表明:此次典型梅雨处于有利的天气尺度背景下,强降水区与中低层锋生区有较好对应。锋区维持时,强降水区伴随中层倾斜锋生和形变锋生;锋区南压时,强降水区伴随中层倾斜锋生和低层水平锋生。低层梅雨锋北侧为超地转偏西气流,南侧为非地转东南气流,它们分别影响了北侧非平衡偏北气流和南侧平衡西南气流的发展,从而影响锋生系统。在锋区存在低层地转偏差辐合、高层辐散的上升运动,形成次级环流上升支,锋后反之。此外,锋前低空纬向风为次地转,而锋后低空纬向风为超地转,高空纬向风为次地转,这进一步促进了次级环流的发展。合成场中,在200 hPa西风槽槽后及槽前分别存在西北气流和西南气流显著增强区;在700 hPa浙北（浙江北部）地区存在东北气流显著增强区。合成锋生各分解项的水平及垂直分布与典型个例较类似。低层锋生主要由散度项贡献,形变项次之,倾斜项则起负作用;中层锋生主要由倾斜项贡献,形变项次之;高层锋消主要由倾斜项贡献。