一次引发华北和北京沙尘暴天气的快速发展气旋的诊断研究

对造成2000年4月5～7日华北大范围严重沙尘天气、产生大风的蒙古气旋快速发展过程进行了研究.气旋发展初期和发展成熟期温度平流均为气旋发展的主要因子,涡度平流也起了作用,但较温度平流作用弱且随气旋的发展而减弱.斜压作用开始出现在低层且位于气旋的后部,气旋发展开始时气旋区高低空并没有很强的锋生,但到气旋发展到最强时,对流层高空锋生区叠加在低层锋区上气旋周围的斜压作用增强,这对于有效位能的释放、动能的制造及气旋的加深有很大作用.此外,斜压强迫诱发出强烈的非地转风;对流层顶出现较深的"下陷",显示出冷空气的快速下沉及高低空系统之间存在明显的相互作用;水汽和潜热释放的作用不明显;揭示出该气旋发生发展机制不但与挪威学派的温带气旋模型有较大差别,而且与Petterssen的A、B类气旋发展、我国夏半年降水的江淮气旋和西南涡等低压系统亦不相同.     

影响东北的两个罕见气旋发展机制对比

2007年3月3—5日和2016年5月2—3日有两个气旋（简称C304和C502）在江淮流域生成后,以相似路径影响东北地区,但发展强度不同。利用常规观测资料和NCEP FNL分析资料,通过对涡度平流、温度平流、湿位势涡度及锋生函数等物理量进行诊断并结合高、低空环流形势对两个气旋发展动力机制进行对比分析,结果表明:C304低空温度平流在气旋发展初期起主要作用,高空正涡度平流为地面气旋发展提供高空辐散场,地面气旋中心上空垂直上升运动增强,对流层低层斜压性明显,气旋性涡度增加主要在对流层下层,低空斜压强迫是主要发展机制;C502低空温度平流弱,斜压性不明显,高空正涡度平流促使高空闭合环流发展,对流层上层有高湿位涡舌发展下垂并与对流层下层正湿位涡柱耦合贯通,垂直上升运动分布在地面气旋中心两侧,高空位涡下传是主要发展机制。两个气旋发生发展在对流层上层两支急流共存、急流非纬向性反气旋性弯曲环流形势下,对流层低层为气旋式环流背景。     

论江淮气旋的两类发展过程

根据天气分析经验和理论研究结果,我们认为江淮气旋有两种发展类型:A类气旋是指西南低涡沿江淮切变线东移,地面静止锋上产生的气旋波,它发生在付热带急流上的南支低槽越过青藏高原东移的形势下,其主要发展因子是暖平流输送和暴雨产生的潜热加热作用,由于高空涡度平流和冷平流都很弱,气旋一般不发展;B类气旋是指北支槽与西南涡结合,河西冷锋进入地面倒槽与暖锋相接而产生的气旋,它发生在极锋上的北支槽与南支槽合併东移的形势下,高空涡度平流、对流层下部的温度平流和潜热释放对气旋发展都有较大贡献,因此,气旋经常强烈发展。本文结合实例分析论述这两类气旋的发展过程。     

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。     

一次东海气旋爆发性发展数值模拟

在2006年6月1日发生在东海的爆发性气旋的天气学分析基础上,进行数值模拟,以进一步认识其爆发性发展的物理机制。结果表明:这次东海气旋的地面系统来自台湾岛附近的海上倒槽,在浙北沿海遇到高空比较深厚的低槽,大尺度高空槽通过槽前正涡度输送和槽前后冷暖平流对斜压不稳定的加强作用为气旋发展和维持提供有利的环境。同时,高空急流也通过其出口区的辐散和暖平流为气旋发展和维持提供有利的环境。中低层在舟山海域的强涡度平流的抬升作用产生降水,并通过水汽凝结引起潜热释放,进一步造成地面气旋系统的发展,此时气旋和降水形成正反馈机制。潜热释放被高空槽前斜压不稳定和急流出口区右侧辐散共同引起的上升运动激发后,对气旋的发展起着重要作用。     

一次黄渤海入海气旋强烈发展的诊断分析

针对2007年3月造成黄渤海地区特大风暴潮的一次人海气旋发生与发展过程,采用NCEP资料并利用涡度倾向方程对其进行诊断分析与研究。结果表明,气旋的发展过程主要分为三个阶段：初期的气旋发展由低层开始,对流层低层具有明显的锋区和斜压性;当气旋入海时,高空槽移动到低层低值系统之上,涡度平流加强,高低层涡度平流差异成为气旋快速发展的主要动力;气旋发展的第三阶段是南北两支西风槽合并加强,使对流层中层的气旋性涡度增加,导致对流层中下层垂直上升运动增强,潜热释放增强,气旋发展达到最强。     

一次江淮气旋发生发展动力因素的计算分析

本文对一次江淮气旋的发生发展过程计算了500mb等压面上的涡度平流,对流层下部的温度平流、大气层结稳定度、大气加热率等各项动力因素对其发生发展所起的作用。计算结果发现,在江淮气旋的发生期,大气加热率所起的作用占主要地位;在江淮气旋强烈发展时期,500mb上的涡度平流、对流层下部的温度平流、大气加热率都有重要作用,但以对流层下部的温度平流作用最大。 大气的加热场采用从温度场与流场倒算的方法。计算所得的加热场与降水场有较好的对应,故可认为该大气的加热作用主要是由水汽凝结潜热的释放所致。 计算分析得到如下结论:江淮气旋的发生时期,水气凝结潜热的释放对气旋的发生起着主要的动力作用;而在江淮气旋进一步猛烈发展时期,温度平流对气旋发展的贡献最大,也即大气本身的斜压性是它进一步发展的重要因素。     

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。     

华北地区一次黄河气旋发生发展时所引起的暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料和GMS红外黑体亮度温度 (T_BB) 资料等, 对1991年6月9—11日的一次黄河气旋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:黄河气旋的发生发展是大气斜压性强烈发展的结果, 强的高空辐散与正涡度平流共同作用形成了黄河气旋, 对流层低层的暖平流促进了黄河气旋的进一步发展, 并对其移动方向有引导作用; 暴雨出现在黄河气旋的初生、发展阶段, 产生于气旋前部暖区的盾状云系中; 暴雨的水汽有西南和东南两个来源, 其中西南水汽通量大于东南; 暴雨区上空大气具有很强的对流不稳定性, 中尺度对流云团的发生发展, 造成了气旋降水分布的不均匀性和强降水中心; 降水造成的凝结潜热释放对气旋的发展有正反馈作用。     

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。     

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。     

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。     

用Zwack-Okossi方程对一次爆发性气旋的诊断分析

利用ＥＣＭＷＦ资料作初始场,ＭＭ４模式输出的结果和Ｚｗ ａｃｋ－ Ｏｋｏｓｓｉ方程作诊断工具,对１９８１年１２月２０～２１日生成在西北太平洋的一次爆发性气旋进行了数值试验和诊断分析。得到：气旋的爆发性发展主要是由正涡度平流和非地转场激发,其中涡度平流对气旋发展贡献最大,温度平流的影响则较小,两者主要是在对流层高层起作用,而非地转场则在对流层低层起主要作用。由水汽造成的非绝热加热对本次爆发性气旋的生成影响不大,积云对流潜热的反馈作用更小。另外次天气尺度系统对爆发性气旋形成贡献较小     

东北低压爆发性发展过程的诊断分析

本文对一次东北低压的快速强烈发展过程做了扰动动能、扰动有效位能及涡度收支平衡分析。结果表明:1.气旋爆发性发展前后,扰动动能的产生项变化剧烈,是主要的扰动动能源。气旋爆发性发展前期,以斜压过程为主,而在爆发期,由正压过程制造的扰动动能也有大量增加,同样是不可忽视的,且这时扰动动能通过系统边界与外界的交换很小。2.扰动有效位能在气旋强烈发展前有大幅度增长,由潜热释放造成的扰动有效位能的产生数值很小,平均有效位能向扰动有效位能的转换是扰动有效位能的主要来源。3.在气旋的爆发期,对流层中层及上层的涡度变化最为显著,涡度平衡中,散度项对对流层中下层正涡度的增长贡献最大,而网格尺度及次网格尺度的垂直输送项和涡度平流项对中上层正涡度的迅速增加有着重要意义。     

Numerical simulation of the structure and evolution of a polar mesocyclone over the Kara Sea. Part 1. Model validation and estimation of instability mechanisms

Numerical experiments based on the WRF model were conducted to analyze the structure and evolution of the polar mesoscale cyclone developed over the Kara Sea on September 29-30, 2008. It was found that baroclinic instability in the lower troposphere and convective instability (including that due to the wind-induced surface heat exchange) did not play a significant role. Significant contribution was made by the downward advection of potential vorticity from the upper troposphere and by the conditional instability of second kind. It is demonstrated that if water phase transitions are not taken into account, the mesocyclone intensity is reduced by 7-20% and the time of its development increases by 4 hours. The advection of potential vorticity was not the only process causing the intensification of the lower potential vorticity anomaly associated with cyclonic circulation.     

A CASE STUDY OF FRONTAL CYCLOGENESIS AND ITS SENSITIVITY TO COASTAL INITIAL CONDITIONS*

In this study,the predictability and physical processes leading to the rapid frontal cyclogenesis,that took place in the east coast of the U.S.during 3-4 October 1987,are examined using a nestedgrid.mesoscale model with a fine-mesh grid size of 25km.It is shown that the model reproduces reasonably well the cyclogenesis in a coastal baroclinic zone.its subsequent deepening and movement as well as the pertinent precipitation.It is found that the frontal cyclogenesis occurs in a favorable large-scale environment with pronounced thermal advection in the lower troposphere and marked potential vorticity(PV) concentration aloft associated with the tropopause depression.The transport of warm and moist air from the marine boundary layer by the low-level in-shore flow provides the necessary energy source for the observed heavy precipitation and a variety of weather phenomena reported in the cold sector.Several 24-h sensitivity simulations are performed to examine the relative importance of diabatic heating,adiabatic dynamics and various initial conditions in the frontal cyclogenesis.It is found that latent heat release,even though quite intense,accounts for only 25% of the cyclone's total deepening in this case:the weak impact seems due to the occurrence of latent heating in the cold sector and the upward lifting of the dynamical tropopause by diabatic updrafts.Vorticity budgets show that the lowlevel thermal advection dominates the incipient stage,whereas the vorticity advection determines the rapid deepening rate at the mature stage.The results reveal that the predictability of the present storm is closely related to the vertical coupling between the surface cyclone and the upper-level PV core,which is in turn determined by initial offshore perturbations in the lower troposphere.     

地形影响蒙古气旋发展的观测和模拟研究

针对2001年4月上旬一次蒙古气旋发展过程中的地形因素进行了观测和模拟研究, 结果表明:依据低层冷空气是否越过阿尔泰—萨彦岭山地产生气旋冷锋, 蒙古气旋的发生发展过程可以划分为触发和发展两个阶段。在气旋的发展阶段, 斜压不稳定是其主要强迫机制。伴随地形对低层冷空气阻滞程度的变化, 蒙古气旋经历了从缓慢发展到剧烈加强的过程。阿尔泰—萨彦岭山地通过对低层冷空气的阻滞使山地上空等熵面更为陡立, 加强了对流层低层的斜压强迫, 从而使斜压强迫的涡度增长向低层聚集, 导致气旋发展强度增强。阿尔泰—萨彦岭山地及其南侧形成的峡谷地形对低空急流的位置、范围、强度及演变过程具有较重要影响。另外, 对流层高层位涡平流也是气旋发展的一个强迫因素, 但其影响较小。