夏季陆地爆发性气旋的模拟与诊断分析

利用观测资料、FY-2C卫星云图和NCEP再分析资料，对2003年6月22—23日黄河下游的气旋爆发性发展过程进行天气学分析和中尺度数值模拟与诊断，研究这次爆发性气旋的发展特征。结果表明：河套高空槽东移与山东南部的切变线合并产生这次爆发性气旋。MM5数值模式可以很好地模拟夏季陆地爆发性气旋发展过程。夏季陆地爆发性气旋发生在与高度场气旋性弯曲相重合的高空急流出口区，气旋从急流出口区右侧向左侧行进的过程中爆发性发展。气旋爆发性发展需要高空有急流，低空有西南和东南风急流为其提供强的暖平流和水汽通道。气旋的爆发性发展伴随着上升运动强烈发展，上升运动区高层强辐散、低层强辐舍。气旋爆发性发展在高能场中，大气具有强对流性不稳定。     

预报爆发性气旋的一个综合判据

根据ECMWF数值预报产品的气旋加深率、卫星云图特征、高空槽和高空急流等四个因子对气旋发展的贡献确定发展指数，以发展指数作为预报西北太平洋温带气旋爆发性发展的综合判据。对1991年1—6月西北太平洋的温带气旋进行试报，预报准确率比单纯的数值预报提高约25%。     

2014年3月大西洋上一个爆发性气旋的研究

利用美国国家环境预报中心（NCEP,National Centers for Environmental Prediction）提供的FNL（Final Analysis）格点资料和CIMSS（Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies）提供的红外云图,对2014年3月25—28日发生在大西洋上的一个爆发性气旋进行了研究。分析了该气旋的移动路径和中心气压的变化,并对其演变过程中的天气形势和爆发过程中的气旋中心特征进行了分析。该爆发性气旋在2014年3月25日受美国东南部上空的槽影响而生成,之后两天在北美洲东部沿岸向东北方向移动的过程中快速发展,于28日在加拿大东南部的海面上空衰亡。分析发现,气旋中心气压降低率不断升高的过程中,气旋西部一直有相当强的冷平流输送,同时相对湿度较大,较强的潜热加热、高位涡能量下传可能是气旋发生爆发性发展的原因。     

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。     

东亚和西太平洋爆发性温带气旋发生的气候学研究

本文利用历史天气图资料,对1973—1988年中国东部和沿海地区的温带气旋及其爆发性发展情况进行了统计,共有1014个温带气旋发生,其中有1/5达到了爆发性发展的强度,构成了西太平洋爆发性海洋气旋的一部分.它占整个西太平洋爆发性气旋总频数(包括不同来源)的51％.进而对这类爆发性气旋的活动规律进行了分析,概括出了它们的气候学特征.比较亚洲大陆、中国近海及西太平洋地区的爆发性温带气旋表明,西太平洋地区不仅频繁而且强烈.而东、西太平洋地区发生海洋爆发性气旋的对比表明,二者存在着明显的差异.同时也指出,东太平洋地区爆发性气旋的发生并不是一种少见的现象.     

爆发性气旋研究的回顾

爆发性气旋又称“气象炸弹”,定义为在考虑地转调整到60°N时气旋中心气压加深率大于1 hPa/h的快速发展的气旋,具有中心气压急剧降低、强度急剧增大的特点,多发于洋面上,对海上航行安全及沿岸人民生产生活具有重要的影响。近几十年来,众多学者对爆发性气旋开展了广泛而深入的研究,在爆发性气旋的气候学特征、结构特征和发展机制等方面取得了较大的进展,但同时还有许多亟待解决的问题。本文结合前人对爆发性气旋的研究工作,系统地回顾和总结了爆发性气旋的研究进展,希望能够为将来对爆发性气旋的研究工作带来一些启发和思考。     

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。     

爆发性气旋的合成诊断及形成机制研究

该文对发生在太平洋和大西洋的16个爆发性气旋作了合成分折, 对强弱爆发性气旋作了对比及诊断.研究发现, 基本场上存在不少明显的差异.分析得出, 强爆发性气旋的形成与高空急流的非纬向性以及反气旋性弯曲密切相关.非纬向高空急流为爆发性气旋提供了强的辐散、斜压性、斜压不稳定场.高层强爆发性气旋前部的反气旋曲率易造成重力惯性波在能量北传时发展, 促使气旋快速加深.暖平流及非绝热加热可使反气旋曲率加强.一般情况下, 当气旋西部位涡的大值区与北部位涡的大值区叠加下沉时, 有利于气旋爆发性发展.     

东北太平洋一次强爆发性气旋发展的机制分析

使用FNL Analysis全球格点资料,对东北太平洋一次强爆发性气旋的特殊性进行了分析,发现气旋对其西北部低压系统的吸收合并是其爆发性发展过程中的典型特征,斜压强迫对其快速发展的作用较弱,与西北太平洋爆发性气旋的发展过程存在显著差异。同时,使用Zwack-Okossi诊断方程,从影响爆发性发展的动力和热力因子方面,对其发展机制作了深入的探讨。研究表明,正涡度平流、暖平流和非绝热加热的共同作用使气旋开始爆发性发展,由潜热释放导致的非绝热加热的贡献最大,非绝热加热是其快速发展的主导因子,其中正涡度平流贡献主要来自于中高层,暖平流的贡献主要来自于中低层和高层,而非绝热加热主要发生在中低层,这为东北太平洋爆发性气旋的发展机制提供了一个新的认识。     

西北太平洋地区一次爆发性气旋的诊断分析

采用NCEP 2.5°×2.5°每6 h再分析格点资料,对1979年1月9—12日西北太平洋地区一次爆发性气旋进行了诊断分析,重点讨论了气旋爆发的天气学特征和动力因子。结果表明：爆发性气旋的发展具有明显的非地转特性,高低空急流的耦合作用、涡度平流和凝结潜热的释放是气旋爆发性发展的主要强迫因子;爆发性气旋处于高空急流之下的对流层锋区,大气的斜压性很强,斜压能量是气旋初期生成和发展动能的主要来源。     

夏季北印度洋海温异常对西北太平洋低层反气旋异常的影响

采用1957—2002年850 hPa风场的ERA-40再分析资料,分析得知西北太平洋低层环流存在着明显的年际变化。这种年际变化表征了西北太平洋夏季风的年际变化,并且会影响东亚夏季风的变化。用Hadley海表面气压以及海表温度资料诊断得到,这种夏季西北太平洋反气旋异常（WPAC,northwest Pacific anomalous anticyclone）的年际变化与北印度洋同期海表温度变化存在很好的相关。用偏相关方法消除N ino3.4信号的同期线性影响,这种同期相关更加显著,而西南热带印度洋的同期海温与WPAC的相关并不显著。数值试验结果表明,北印度洋存在正海温异常时,北印度洋降水偏多,同时伴随着西北太平洋反气旋异常。当只有西南热带印度洋有正海温异常时,北印度洋会出现东风异常且降水减少,而西北太平洋有弱的气旋异常。数值模式结果与观测数据的诊断结果相吻合,说明当夏季北印度洋海表温度为正异常时,可能会产生西北太平洋反气旋异常。     

A comparison of satellite winds and surface buoy winds in the northeast Pacific: Research note

Abstract

Cloud‐motion winds measured from organized and disorganized cumulus cloud fields are compared with winds measured at collocated buoys in the northeast Pacific Ocean. Findings suggest that an automated tracking algorithm using GOES satellite imagery can measure cloud‐level winds at these latitudes. Comparisons with buoy wind measurements show that the influence of boundary‐layer stability should be included in estimates of surface winds from cloud‐motion data.     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

2015/2016超强El Nio对中国南方冬春季降水的影响分析

利用1981—2016年的中国160站降水资料、OISST海温资料和NCEP/NCAR大气环流资料,对比分析了中等强度El Nio和2015/2016超强El Nio对中国东南部、江淮流域和西南地区冬春季降水影响的异同。结果表明:在中等强度El Nio的冬季,偏暖的赤道中东太平洋海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)所激发的西北太平洋和日本附近的异常反气旋环流,其异常的西南风会加强南海—西北太平洋的水汽向中国东部输送,造成中国东南部和江淮流域的降水一致偏多。2015/2016超强El Nio的冬季,赤道中东太平洋SST的强度异常偏强,中国东部异常偏冷的表面气温和对流层低层温度加强大陆冷高压,长江流域及其以北地区受异常强的北风控制,从而造成中国东南部降水增多、江淮流域降水减少。在2015/2016超强El Nio事件衰减位相的春季,中国东南部和西南部降水的增加主要归因于异常偏暖的西北印度洋和东南印度洋SST的作用。经CAM5模式试验证明,西北印度洋异常偏暖的SST引起了北印度洋的异常西南风,激发了孟加拉湾—西北太平洋的异常反气旋,加强了印度洋和南海—西北太平洋的水汽向中国西南和东南部输送。此外,东南印度洋异常偏暖的SST还会激发局地异常上升运动,通过经向垂直环流加强南海—西北太平洋异常下沉运动,诱使中国东南部的上升运动加强,导致降水增多。     

华南集中强降水的年代际变化及环流特征

本文利用中国气象局提供的华南65个站点的逐日观测以及NCEP再分析数据,对华南夏季降水的年代际转变及其集中强降水的环流特点进行了分析,主要结论如下：华南降水在1991/1992有明显的年代际变化,相关的大气环流场也发生了显著的转变。东亚上空的副热带西风急流减弱偏北,西北太平洋副热带高压位置偏西,华南上空低层辐合、高层辐散、垂直运动以及水汽输送的辐合也发生了明显变化。年代际上降水偏多时,西北太平洋和印度洋的水汽输送比平均情况更强。当集中强降水事件发生时,增加的水汽输送主要源于西北太平洋和中国南海。进一步分析表明1991/1992年之后印度洋的水汽输送增加,但是西北太平洋的水汽输送减少。这一发现很好的说明了自1991/1992年以来华南集中强降水事件的重要变化。     

Boreal summer quasi-monthly oscillation in the global tropics

The boreal summer intraseasonal oscillation (ISO) in the global tropics is documented here using a 7-year suite (1998–2004) of satellite measurements. A composite scenario was made of 28 selected events with reference to the oscillation in the eastern equatorial Indian Ocean (EIO), where the oscillation is most regular and its intensity is indicative of the strength of the subsequent northward propagation. The average oscillation period is about 32 days, and this quasi-monthly oscillation (QMO) is primarily confined to the tropical Indian and Pacific Oceans. Topics that were investigated are the partition of convective versus stratiform clouds, the vertical structure of precipitation rates, and the evolution of cloud types during the initial organization and the development of intraseasonal convective anomalies in the central Indian Ocean. During the initiation of the convective anomalies, the stratiform and convective rains have comparable rates; the prevailing cloud type experiences a trimodal evolution from shallow to deep convection, and finally to anvil and extended stratiform clouds. A major northwest/southeast-slanted rainband forms as the equatorial rainfall anomalies reach Sumatra, and the rainband subsequently propagates northeastward into the west Pacific Ocean. The enhanced precipitation in the west Pacific then rapidly traverses the Pacific along the Intertropical Convergence Zone, meanwhile migrating northward to the Philippine Sea. A seesaw teleconnection in rainfall anomalies is found between the southern Bay of Bengal (5–15°N, 80–100°E) and the eastern Pacific (5–15°N, 85–105°W). Local sea-surface temperature (SST)-rainfall anomalies display a negative simultaneous correlation in the off-equatorial regions but a zero correlation (quadrature phase relationship) near the equator. We propose that atmosphere–ocean interaction and the vertical monsoon easterly shear are important contributors to the northeastward propagation component of the intraseasonal rainband. The observed evidence presented here provides critical information for validating the numerical models, and it supports the self-induction mechanism theory for maintenance of the boreal summer ISO.     

Large-scale moisture exchange in the tropical atmosphere during the extreme El Niño-Southern oscillation events

The generalization of scenarios of the development of large-scale moisture exchange is carried out separately for the warm and cold phases of the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) event using the NCEP/NCAR and GPCP reanalysis data. Obtained are the composition models of the integral water vapor transport for the monsoon and trade-wind regions of the Pacific and Indian oceans. It is demonstrated that the monsoon circulation is suppressed during the El Niño and is replaced by the trade wind in the Indian Ocean and the trade wind is suppressed and replaced by the monsoon circulation in the Pacific Ocean. During the La Niña, the opposite picture is observed: the monsoon circulation intensifies in the Indian Ocean and the trade wind, in the Pacific Ocean. It is revealed that the South Pacific convergence zone is the main object of large-scale moisture exchange during ENSO: it moves unprecedentedly to the east of the Pacific Ocean during the warm phase and maximally approaches the northeast of Australia and Indonesia during the cold phase. The intensification of the convergence zone in the mentioned regions is accompanied by the active tropical cyclogenesis, intensive cloud formation, and heavy rains.     

海表温度对台风移动的影响

运用１９９０－１９９１年西北太平洋上气象卫星的高分辨率ＳＳＴ，天然图和台风路径图，分析了１７个台风移动与ＳＳＴ的关系，发现它们相关密切，即在无较强天然系统引导的情况下，台风沿着前期ＳＳＴ暖区外围的等ＳＳＴ线并与暖轴平行或者沿着暖轴移动，同时避开行进前方的冷ＳＳＴ区。对西行，西北移，北上和抛物线型４种常见台风路径，选取了５个有代表性的台风和相应的ＳＳＴ场，分别较     

1978年4月西南太平洋天气尺度云带的流场特征

西南太平洋经常存在着一支天气尺度云带。国外的研究成果以及我们根据1976—1978年三年卫星云图资料统计的结果表明,4月份这支云带频率的最高值在斐济群岛南部经所罗门群岛到伊里安岛西部一线(图略)。这支云带的南北跨度很大,最北可达5°S以北,最南可达40°S以南。云带活跃时可造成大范围的强烈降水和大风等灾害性天气现象。因而,对于这支云带的活动是应该进行研究的。但由于云带附近的资料较少,目前国内外对于这支云带的专题论述尚少。为了增强对它的了解,我们利用1978年热带天气图、卫星云图、卫星测风以及飞机报等资料对