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。     

一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

950227渤海气旋过程的诊断分析

本文利用对流层中下层资料，对１９９５年２月发生在渤海地区的一次气旋过程进行了诊断分析。结果表明：８５０－５００ｈＰａ上的暖平流是地面低压迅速发展的决定性因子；从低层西北部进入低压中心的冷平流是地面低压生成气旋的启动条件；５００ｈｐａ的正涡度平流对气旋的维持和发展起主要作用。同时，揭示了气旋向暖平流和正涡度平流区移动的特点。     

2002年海南一次非热带气旋暴雨成因分析

利用常规地面观测资料和NCEP逐日每6 h水平分辨率为1°×1°的再分析资料,分析海南2002年9月18—21日暴雨天气过程的成因。结果表明:暴雨与南海辐合带活动密切相关,华南沿海的低空急流为暴雨提供有利的水汽条件;对流层中层差动涡度平流破坏海南及邻近地区的准地转平衡,该处的上升运动得到加强;暴雨产生在能量锋附近低层气旋性涡度发展、高层辐散显著的区域;较强的差动假相当位温平流促使大气层结向对流不稳定发展,导致局地暴雨增强。     

一次北上江南气旋的结构特征与演变机理分析

利用常规的高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了一次北上的江南气旋降水分布、生成环境、结构特征及气旋发展和移动的成因。结果表明:(1)气压场形状和强降水落区的演变类似于Shapiro-Keyser气旋模型。(2)江南气旋发生并向北发展,表现为250 hPa高空辐散,500 hPa西北槽与高原东部槽东移合并、下游脊加强环流的背景。(3)这次气旋虽然没有出现Shapiro-Keyser气旋模型中明显的暖锋后弯现象,但在低压中心附近存在弱的暖核,该核主要位于850 hPa以下层次。(4)当正相对涡度区随高度向西倾斜、地面气旋中心西侧的冷锋锋区增强、高层相对涡度值增大时,气旋处于快速加深过程中;当高低层正相对涡度中心几乎垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋缓慢发展。(5)暖湿气流向北发展和垂直于暖锋的次级环流加强使得暖锋附近的降水增强。(6)用准地转ω运动方程诊断得到,在气旋的初生阶段,地面气旋上空垂直上升速度几乎为0,气旋基本不发展;但其下游暖平流和高低层涡度平流差值大,有利于气旋快速向东北方向移动。在气旋发展阶段,地面气旋上空垂直上升速度加大,气旋快速发展,但其下游暖平流和高低层涡度平流差值减小使得气旋移速缓慢。在气旋发展停滞阶段,地面气旋上空垂直上升速度微弱,气旋发展趋于停止,且其下游暖平流和高低层涡度平流差值继续减小,气旋移速进一步变缓。     

引发黄渤海大风的黄河气旋诊断研究

利用NCEP/NCAR1°×1°的再分析资料、常规观测资料和风云2E卫星云图资料,分析研究2011年4月26-27日突发性黄河气旋造成黄渤海大风的物理变化过程及诊断黄河气旋发生、发展的物理机制.结果表明:这次大风是在欧亚中高纬环流发生调整,高纬不稳定小槽东移发展及东亚大槽重建的过程中发生的.突发性强烈发展的黄河气旋使黄渤海产生强偏北大风.在气旋发展初期涡度平流起了主要作用,而在气旋发展中温度平流又起了主要作用;冷锋上的斜压性对于气旋发生发展起着重要作用,斜压性有利于有效位能的释放、动能制造及气旋加强;气旋始终位于Q矢量散度梯度最大区域,有利的动力和热力条件使得能量积累,促使气旋前期发展、后期维持.高空偏西急流和低空偏南急流的相互耦合,低空暖湿气流的热力强迫,使得低层大气产生强上升运动,黄河气旋强烈发展.变压梯度、气压梯度、高空风动量下传和超低空急流的偏差风辐散的共同作用,形成黄渤海强风.     

北方一次强沙尘暴过程的诊断分析和数值模拟

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和中尺度数值模式MM5V3,对2009年4月22-24日强沙尘暴过程的近地面气象要素变化特征进行了分析和数值模拟.结果表明,沙尘暴发生前后温、压和风速均出现了剧烈变化;蒙古气旋和冷锋是这次强沙尘暴过程的主要影响系统.温度平流、涡度平流、垂直速度及位涡在气旋发展、演变过程中起重要作用.模拟的地面环流形势显示,模式对地面气旋的演变特征及地面大风模拟的较好,并指出地面大风区与沙尘暴有较好的对应关系.     

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

基于ＳＶＤ分解的太平洋及印度洋海温与华北旱涝的诊断

2010年3月19日夜间到20日上午,大同地区遭受了长达十几个小时的大风灾害。本文利用常规探测资料、地面加密观测资料及NCEP／NCAR再分析资料从天气形势、物理量特征进行了诊断分析,结果表明：①高空强锋区和强冷平流是引发大风的主要影响系统。②地面热低压的稳定少动及冷锋前后强气压梯度区的建立是形成大风的关键。③地面冷锋前的上升运动与高空急流人口区次级环流上升气流的叠加,为深对流的发展提供了深厚的垂直环流发展条件;高空急流的动量下传加大了地面风速。④高空正涡度平流促进了地面气旋的发展。     

一次爆发性气旋的发展与湿位涡关系的研究

通过对一次陆地爆发性气旋的数值模拟与湿位涡的诊断分析发现，气旋的爆发与湿位涡的平流关系密切，气旋的发展并不是在湿位涡中心位于气旋上空时才开始，而是当湿位涡中心位于气旋的后部，并在200hPa对下有明显的倒圆锥形下伸区时，才有利于气旋的发展。当湿位涡中心位于气旋上空时，气旋发展开始减慢。湿位涡局地变化的大小与水平方向位涡梯度的大小有关。湿斜压位涡负值区的上下贯通与气旋发展也有明显的关系。     

2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度爆发气旋的数值模拟和分片位涡反演分析

基于NCEP 6 h一次,0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的GFS（Global Forecasting System）再分析数据,利用数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）,对2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度的爆发气旋事件进行了模拟。在成功复制爆发气旋主要特征的基础上,较详细的分析了本次爆发气旋快速发展的有利环境条件,并利用分片位涡反演的方法,对此次爆发气旋的快速发展过程进行了研究,主要结论如下:（1）本次爆发气旋的爆发性发展阶段维持了约27 h,其最大加深率约为3.98 Bergeron（气旋加深率单位）,最低中心气压约为919.2 hPa。（2）爆发气旋的快速发展与对流层高层高空急流对热量的输送,对流层中层西风带短波槽槽前暖平流和正涡度平流的有利准地转强迫,以及对流层低层暖锋伴随的暖平流过程密切相关。（3）分片位涡反演的结果表明,对流层顶皱褶对应的平流层大值位涡下传和降水凝结潜热过程造成的正位涡异常是本次爆发气旋快速发展的主导因子,而对流层低层的斜压过程贡献相对较小。在气旋爆发期的前期和强盛期,降水凝结潜热释放是爆发气旋发展的最重要因子,而在爆发期后期,随着降水的减弱和爆发气旋的东北向移动,对流层顶皱褶作用所造成的正位涡异常成为维持气旋快速发展的最有利因子。     

我国北方地区一次沙尘暴天气特征分析

使用美国大气中心6h一次的NCEP再分析格点资料(1.0°×1.0°)对2002年3月18—22日发生在我国北方的大范围沙尘暴天气成因进行分析。从环流形势、物理量诊断、高空急流等方面进行研究分析,结果表明:蒙古气旋是这次沙尘暴天气的主要影响系统,这次气旋发生发展在斜压区,气旋的发展阶段温度平流作用明显。沙尘暴过程主要是由气旋冷锋及锋后地面大风触发的,地面大风的形成与气旋发展、锋后冷平流及高空急流动量下传有关。     

一次台风变性并入东北冷涡过程的动力诊断分析

台风北移变性并入东北冷涡是造成东北地区夏季大范围暴雨的主要形式之一, 但其中的热动力结构变化特征及其物理机制尚不清晰。本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料对一次台风变性并入东北冷涡过程进行动力诊断分析, 分析结果显示:冷涡冷空气的不断侵入以及台风移动形成的相对冷平流使得台风暖心结构消亡, 其低层低压辐合和高层高压辐散结构消失, 变性并入东北冷涡后气旋整层偏冷, 低层出现冷中心。台风变性并入东北冷涡过程中, 冷涡中心附近高空急流南侧的反气旋切变抑制气旋直接往高空发展, 而急流轴左侧的热动力分布特征有利于垂直涡度的发展, 变性后的气旋环流向冷涡的移近有利于急流轴维持倾斜, 从而促进气旋向高空冷涡倾斜发展。同时, 冷空气在气旋低层附近堆积导致等假相当位温线发生倾斜, 造成垂直涡度在气旋中层倾斜发展。台风变性并入东北冷涡后, 高空冷涡槽底的正垂直涡度平流促进气旋由中层直接向高层发展, 而高空冷涡槽底急流促进正垂直涡度平流的维持。气旋高空环流的发展反过来削弱了东北冷涡的高层环流, 导致高空冷涡中心出现北撤。     

2010年4月27日莱州湾大风过程诊断分析

利用NCEP资料对2010年4月27日莱州湾大风过程进行了诊断分析。结果表明,气旋的爆发性发展导致气旋冷锋后部的锋生加强引发的变压梯度加大是造成此次莱州湾地区大风过程的直接原因。通过大尺度环境场分析,以及温度平流、涡度平流、高空急流、高层位涡异常的诊断分析,认为强的大气斜压性和其所伴随的冷、暖平流使高空槽发展;高低层涡度平流差异是地面气旋发展初期的主要因子;高空槽前急流轴向极一侧的非地转分量所引起的辐散有助于气旋发展;高层高值位涡下传激发了气旋性环流,造成地面气旋爆发性发展。     

安徽一次大范围暴雨和大风过程的成因分析

对2010年6月8日08时—9日08时发生在安徽麦收区的一次大范围暴雨和大风过程进行天气学分析,分析结果表明:在低层辐合、高层辐散的有利环流配置条件下,高压的阻挡、低空西南急流和低空东风急流是形成这次暴雨的最主要原因。高压阻挡使降雨维持的时间较长,两支低空急流不仅为暴雨区提供了充沛的水汽,而且两者之间的相互作用使得降雨进一步增强。通过对低空东风急流的作用做深入分析发现:低空东风急流的存在不仅使低空西南急流输送的水汽在其左侧累积,而且低空东风急流上的正涡度平流也迫使江淮气旋向麦收区方向缓慢移动,并使其不断发展,进一步加大了江淮气旋移动前方的气压梯度,使风力加大,东风急流进一步加强,形成正反馈机制。另外东风急流的动量下传又使得地面出现偏东大风。     

台风Matsa(2005)和Wipha(2007)变性过程对比分析

利用日本气象厅热带气旋年鉴资料和JRA-25再分析资料,对0509号台风Matsa和0712号台风Wipha变性过程进行了对比分析。结果表明,台风Matsa和Wipha均是在我国登陆后转向东北方向运动过程中发生变性,但Matsa嵌入中纬度高空锋区,变性为温带气旋后有再加强过程,而Wipha仅外围环流与锋区接触,变性为温带气旋后无再加强过程。通过等熵面位涡分析进一步表明,Matsa变性加强表现为高层正位涡与低层暖平流的耦合,以及高层正位涡下传至中低层;Wipha的变性过程中,高层正位涡并未与低层暖平流耦合,高层正位涡无明显的下传。     

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。     

黄渤海一次强风天气成因分析

利用常规气象观测资料和NECP/NCAR1°×1°再分析资料,对2012年12月5—6日山东黄渤海强风天气过程进行了天气动力学分析。结果表明:较强冷空气与地面气旋相互影响造成大的气压梯度是造成此次海上强风的直接原因。变压梯度使得强风爆发初期风速迅速加大。单站3h变压越大,变压梯度越大,风速的变化就越大。当地面盛行北风时,正变压梯度方向与风向一致,变压梯度对北风风速的增幅作用就越明显。中高层冷平流的补充下传作用和低层冷平流的扩散均对此次强风过程具有重要影响。