一次变性台风再增强过程的敏感性试验

采用位涡反演技术与数值模拟相结合的方法,通过初值敏感性试验和物理量场的诊断分析,对台风变性后再度增强的影响因子和物理机制进行了深入的分析和研究。结果表明:台风低压由变性减弱转为发展增强主要是由于台风低压环流与西风带斜压锋区之间的相互作用所造成的,随着高空冷涡低槽的加深南下和台风低压的继续北上,两个系统之间的距离逐渐减小,西风带高空槽与台风低压之间相互作用的正反馈机制逐步成为台风变性后强烈加深发展的主要原因。     

承德市一次由快速发展气旋诱发的大风天气分析

利用常规观测资料和NCEP/NCAR(1°×1°)逐6 h再分析资料,对承德市2017年5月5—6日大风天气的环流形势和物理量进行分析,结果表明气旋的快速发展(气旋加深率0.84 B)导致锋生加强,引发气压和变压梯度加大是导致大风的直接原因。500 hPa高压脊东移迫使冷空气向南堆积,高空槽不断发展成为冷涡,温度平流为地面气旋的发展提供热力条件,高低层涡度平流的差异,也是地面气旋快速发展的重要原因;当1.5 PVU位涡面伸展至对流层低层时,局地位涡异常在气旋的发展过程中不可忽视;高空急流出口区发生质量调整,出口区左侧的辐散强度达10×10~(-5) s~(-1),使低层大气减压,有利于气旋发展。     

广东高空槽后暴雨的多尺度天气特征及概念模型

2010年5月6—7日广东出现了罕见的高空槽后大暴雨过程。利用华南区域气象观测站、加密自动站和NCEP分析资料等,从大尺度环流背景、天气系统特征和雷达回波特征等方面进行分析,并利用局地经向环流模式和尺度分析技术诊断探讨其可能形成机制。结果表明,南亚高压西移配合高空急流北退为大暴雨的发生提供高层辐散条件。在前倾槽形势下(500 hPa高空槽移出广东、低层切变线和地面冷锋仍在南岭附近),低层暖湿不稳定配合高空槽后干冷空气的下传,对广东上空不稳定能量释放起到增强作用,强降水主要发生在锋区南侧。数值诊断结果进一步表明,激发暴雨过程的主要物理因子为潜热加热和温度平流。潜热加热是暴雨的正贡献和反馈最直接因子,而北方冷空气一方面通过温度平流直接激发广东地区的上升运动,同时通过促进水汽辐合抬升区南移并释放潜热,是暴雨过程的重要触发机制。此外,空间滤波分析表明,弱冷空气越过南岭后扩散南下和形成的中小尺度天气系统对强降水落区和增幅起关键作用,暴雨业务预报对此类弱冷空气在地形作用下扩散南下的影响需要更加关注。     

西风带高空槽对登陆我国变性热带气旋的影响及其机理研究

应用日本气象厅1979~2008年的热带气旋资料以及日本25年 (JRA-25) 再分析资料, 本文首先对登陆我国变性加强和变性减弱的两类热带气旋进行了合成对比分析, 发现热带气旋变性后的强度变化与相应的西风带高空槽的强弱有很好的对应关系。然后, 我们选取了2004年登陆我国的热带气旋Haima为研究对象, 通过中尺度模式模拟再现了其登陆后变性演变过程, 采用片段位涡反演方法改变了模式初始高空槽的强度, 研究了高空槽强度的变化对Haima变性过程的影响。研究表明: (1) 高空槽加强 (减弱) 后, Haima移速明显加快 (减慢), 此外深 (浅) 槽对应的Haima变性加强过程中心气压降幅较大 (小); (2) 不同强度的高空槽与Haima相互作用的过程中, 深槽对应的高空急流范围较大, 强度更强, 相应的高空强辐散有利于Haima明显的再发展; (3) 另外深槽对应着较强的高层正位涡带, 正位涡向下伸展诱发低层Haima正位涡明显增长, 从而导致低层锋区的强烈发展和低层气旋的明显加强。     

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.     

高空冷涡影响台风Meranti(1010)北翘路径的集合预报分析

路径突变是台风路径预报中的一个难题。2010年第10号台风Meranti（1010）在台湾岛南部海域西移过程中突然北折,而欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报对其北翘路径存在较大分歧。选取预报成功与不成功两组集合成员各8例,对比分析台风Meranti路径变化的主要原因。结果表明:（1）一个来自热带对流层上部槽的切断高空冷涡（UTCL）是该台风路径变化的一个重要影响系统。Meranti北翘路径跟它与UTCL的南北向耦合有关;（2）UTCL通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流。在UTCL移至台风北部过程中,台风的偏南风引导气流明显加强,有利于其路径北翘;（3）UTCL对台风Meranti北翘路径的影响还与其自身结构有关。水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的UTCL对台风路径变化影响更明显;（4）位涡倾向方程的诊断分析表明,在TC与UTCL南北向耦合过程中,台风北部的正位涡水平平流项输送显著,有利于台风向北运动,且UTCL影响下产生的非对称风场在其中起主要作用。     

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。     

高空急流对青藏高原切变线影响的数值试验与动力诊断

利用NCEP 1°×1° FNL分析资料和中尺度数值模式WRF对一次青藏高原（简称高原）切变线过程进行了数值试验,主要研究高空急流强度对高原切变线的影响,并结合ω方程分析了影响高原切变线上垂直上升运动的若干因子。研究得出高空急流的强度对低层风场有重要影响,急流增强会使高原切变线上的风切变增大,切变线变长,同时高空急流强度的增强也有利于高原切变线上水汽的辐合。高空急流可通过影响高层辐散、低层辐合的散度场垂直配置对高原切变线上的正涡度柱与辐合上升运动产生作用。ω方程的诊断分析表明,温度平流的拉普拉斯项对高原切变线上的垂直上升运动起主导作用,低层暖平流有利于切变线上产生上升运动。高空急流强度的变化对差动涡度平流项的影响要大于温度平流拉普拉斯项,高空急流强度的增强会放大差动涡度平流项和温度平流项的正贡献,从而更加有利于上升运动及高原切变线的维持。      

局地海表温度异常影响热带气旋路径的模拟研究

本文以热带气旋"鲇鱼"(2010)为例,利用WRF模式和"鲇鱼"移动路径上不同的局地海表温度(SST)强迫进行了敏感性数值模拟。控制试验(CTRL)采用NCEP的SST强迫,敏感性试验分别在"鲇鱼"登陆菲律宾前的路径上增加(EXP1)和减小(EXP2)SST。结果表明:CTRL试验模拟的热带气旋路径与实况非常一致,EXP1试验模拟的热带气旋路径提前转向,移动路径偏东,EXP2试验模拟的热带气旋路径转向滞后,且移动路径偏西。对SST异常导致热带气旋路径出现差异的原因分析发现,热带气旋在吕宋岛东侧经过异常暖SST海面时,热带气旋强度增强,产生异常的正涡度平流,且500 h Pa以上凝结潜热释放增强副热带高压敏感区出现温度场的正异常,500h Pa以下水凝物的混合和蒸发作用增强造成副热带高压敏感区温度场的负异常,加之正的异常涡度平流和异常的上暖下冷温度场配置使得500 h Pa位势高度降低,副热带高压强度减弱,副热带高压西伸范围减小,导致热带气旋提前向北转向,移动路径偏东。反之,当热带气旋在吕宋岛东侧经过异常冷SST海面时,副热带高压西伸范围扩大,导致热带气旋向北转向滞后,路径偏西。     

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。     

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。     

大陆高压对强热带风暴碧利斯内陆强降水影响

强热带风暴碧利斯 (0604)(简称碧利斯) 登陆后造成极其严重的灾害。对该次强降水过程诊断分析发现,除强盛的西南季风外,深厚的大陆高压也起着重要作用。自高层向低层逐渐加强的大陆高压,其东南侧深厚的偏东北气流,与碧利斯登陆后西北象限的东北风相叠加,配合强盛的西南季风,使得碧利斯残涡以及槽区得以长时间维持。涡度收支表明:长时间维持的台风槽,其低层强烈的辐合效应,对暴雨区低涡发展作用显著,致使中尺度对流系统不断发展而造成内陆连续强降水。数值试验表明:在强盛西南季风背景下,大陆高压的增强东伸,不仅能够提供高空强辐散,而且能增强碧利斯西北象限东北风,使得登陆后减弱的碧利斯残涡和台风槽得以长时间维持,致使内陆暴雨区各层涡度增加而导致暴雨维持与增幅。     

高空槽对两类热带气旋变性阶段强度变化影响的数值模拟研究

选取9711号台风"Winnie"和0713号台风"Wipha"分别作为变性加强和变性减弱类台风个例进行数值模拟,而后利用模式结果对大尺度场及涡度收支场进行诊断分析。结果表明:台风"Winnie"变性过程中,其西北侧高空槽呈西北—东南走向,南亚高压强度弱,对高空槽东移阻塞作用小。变性前期阶段主要是锋面系统和斜压性起关键作用,变性完成后,"Winnie"在斜压、高层辐散及涡度平流的共同作用下再次加强。台风"Wipha"变性过程受强大的南亚高压和副高影响,其西北侧高空槽稳定少动且呈东北—西南走向,冷空气入侵不明显,斜压区面积和强度都受到了限制。另外高层辐散场和涡度平流场均未能为"Wipha"提供有利的环境使其再加强。     

台风"莫拉克"路径诊断分析和模拟

利用客观分析资料和数值模拟方法分析了0908号台风"莫拉克"穿越台湾岛前后在路径上出现的北翘、西折现象以及进入台湾海峡后移动异常缓慢的原因.结果表明:①台风靠近台湾岛后西太平洋副高减弱东撤,引导气流明显减弱,台风减速;台风进入台湾海峡后,北侧高压带的断裂和随后的重新连接加强是其路径偏北转向和移动缓慢的主因.②"莫拉克"...     

The role of oceanic fluxes and initial data in the numerical prediction of an intense coastal storm

On 18–19 February 1979, an intense cyclone developed along the east coast of the United States and produced heavy snowfall accumulations from Virginia to southeast New York. A series of forecast experiments was conducted to assess the accuracy of the GLA model's prediction of this storm and the importance of oceanic heat and moisture fluxes and initial data to the cyclogenesis. The GLA model forecast from the GLA NOSAT analysis at 0000 GMT 18 February correctly predicted that intense coastal cyclogenesis and heavy precipitation would occur, even though important subsynoptic details of the development were underestimated or not forecast. A repetition of this forecast with surface heat and moisture fluxes eliminated failed to predict any cyclogenesis while a similar forecast with only the surface moisture flux excluded showed only very weak cyclonic development. An extended-range forecast from 0000 GMT 16 February as well as forecasts from the GLA FGGE analysis or the NMC analysis at 0000 GMT 18 February interpolated to the GLA grid predicted weaker coastal low development than the forecast from the NOSAT analysis.Detailed examination of these forecasts shows that diabatic heating resulting from oceanic fluxes increased low-level baroclinicity, decreased static stability and significantly contributed both to the generation of low-level cyclonic vorticity, and to the intensification and slow rate of movement of an upper-level ridge over the western Atlantic. As an upper-level short-wave trough approached this ridge, the diabatic heating associated with the release of latent heat intensified and the gradient of vorticity, vorticity advection and upper-level divergence in advance of the trough were increased, which provided strong forcing for the surface cyclogenesis.An examination of the NMC and GLA analyses indicated that a weaker representation of the upper-level trough in the interpolated NMC analysis was primarily responsible for the resulting forecast differences. Comparison of the GLA FGGE and NOSAT initial analyses showed that the FGGE analysis of cloud-track wind data probably underestimated the maximum wind speeds associated with an upper-level jet streak near the east coast. This diminished the effect of the oceanic fluxes in the forecast from the FGGE analysis and resulted in weaker cyclogenesis.     

冬季风爆发前西伯利亚高压的演变

本文是一次个例的诊断分析,应用FGGE-Ⅲ_b资料分析了1979年11月12—17日的东亚寒潮过程,着重讨论冷空气爆发前,位于两伯利亚的冷堆的增强过程,运用准拉格朗日坐标系的热量方程和涡度方程诊断了500hPa冷中心的温度变化和地面冷高压上空涡度演变的物理过程,分析结果说明,冷堆的增强与高空槽后急流中心前方出口附近的侧向环流有密切关系,开始时500hPa冷中心就位于此侧向环流的上升支附近,绝热冷却是冷堆加强的主要因子,即动力因子是主要的,冷高压上空的涡度变化与相对的涡度平流关系密切,它也与高空急流的相对位置有关,在地面高压加强的后期,散度项和平流项对于温度变化的贡献相反,但它们的垂直分布都有利于下沉运动加剧.因此,在分析预报中要密切注意忽流的动态. 本文的分析结果将有助于进一步理解冷空气增强的物理机制,也为寒潮过程的分析预报提供一定的参考.     

0509号台风麦莎的结构与外围暴雨分布特征

利用地面加密观测资料、FY-2C卫星TBB资料和NCEP再分析资料，对2005年8月6～8日0509号台风麦莎登陆后环流结构及暴雨分布特征进行了综合分析。结果表明：台风麦莎具有明显不对称结构，台风东侧和北侧的积云对流较为旺盛；台风环流地面正涡度中心位于台风东侧，并随着台风北上移向台风东北象限并加强。地面强辐合区随着倒槽发展向偏北方向伸展；850hPa台风环流场表现为东侧和北侧的环流强盛，偏东风低空急流在台风北上过程中从东南风急流转为东北风急流；台风东侧暖，西侧冷，其东北侧有强暖平流输送。200hPa高空急流发展，急流入口区右侧强辐散有利于台风登陆后长时间维持。500hPa强上升运动区与台风外围暴雨区有较好对应关系。     

高层冷涡对台风路径影响的数值模拟和动力分析

通过六层斜压干模式模拟了高层冷涡对台风运动的影响，并用涡度方程各动力项的诊断分析，证实了高层冷涡对台风运动的影响主要是通过改变台风中心周围的环流结构而达到的。分析还指出了总涡度倾向和台风运动的直接联系以及这种联系的持续稳定性。同时也发现总涡度倾向主要来自于涡度水平平流和散度场的贡献。说明台风运动主要由正压性动力因子控制。     

两例爆发性东北低压的对比诊断分析

该文选择了发展变化机制有一定差异的两例春季爆发性东北低压（分别是1983年4月25～26日气旋（简称A例）和1983年4月28～29日气旋（简称B例）），进行了对比诊断分析。结果表明:（1）非绝热加热和局地斜压不稳定对A例气旋发展来说是十分关键的因子，而空正IPV平流的显著增强及其与低层IPV分布中两个局地最大值的垂直耦合是B例气旋增强的一个重要原因；（2）两个风暴最大不同点在于非绝热加热效应在影响气旋增强的程度上有所不同。另外，B例事件中对流层中部产生的较强高空锋生可以在低压范围内导致深厚的上升运动并使高空锋向下游的正涡度平流得以加强，这对系统的发展是十分有利的。     

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.