惯性波的对流不稳定和台风形成初期阶段的物理分析

本文主要讨论在低纬度,当大气中水汽供给充分,并满足γ>γm的条件不稳定状态时所发生的热成风适应过程。这时适应过程的特点和文献[11]中所讨论的完全不同。在起始时,如果流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,当扰动的水平尺度小于适应的特征尺度L_0时,可引起惯性波的对流不稳定。这种不稳定的作用,可在较短的时间内(约24小时)造成上层是反气旋、下层是气旋和中心为暖中心的猛烈的涡旋形成。此外,本文还讨论了台风形成启动机制的动力学本质。指出:在热成风破坏方面,假如存在着造成流场上热成风涡度大于温度场热成风涡度的非热成风产生的机制,即可构成台风形成的启动机制。     

暖性西南低涡生成的一种可能机制

本文根据非绝热、有摩擦情况下的热成风适应原理，探讨暖性西南低涡生成的机制，并对两次暖性西南涡过程进行分析。结果表明:暖性西南低涡生成前12小时，在低涡源地附近存在较大的正值非热成风涡度，地面感热加热和暖平流对于产生正值非热成风涡度有重要贡献。由于西南低涡在生成初期为一浅薄系统,υ值较大时，L＞L0的条件可以满足，适应的结果在低层形成暖性西南低涡。     

超强台风“桑美”(2006)能量发展的物理因子

应用非线性动力系统的研究方法, 基于NCEP/NCAR再分析资料, 以超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的突然增强和突然减弱过程为例, 从动能角度分析热带气旋能量发展的条件, 将分析结果转化为可用于分析预测热带气旋强度变化的实用指标, 如非热成风涡度、 热成风偏差及其垂直变化。结果表明: 热带气旋中心附近存在非热成风涡度负值中心, 有利于近海热带气旋突然增强; 非热成风涡度的变化与热带气旋中心气压变化有较好的一致性。当扰动自下向上传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差为正值, 而在减弱阶段为负值; 当外围波扰向内核传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差垂直变化为负值, 而在减弱阶段为正值, 热成风偏差及其垂直变化的这种变化在对流层中低层更明显。当扰动自下向上、 自外围向内核传播时, 在热带气旋增强阶段非热成风涡度为负值、 热成风偏差为正值、 热成风偏差垂直变化为负值; 减弱阶段则相反。     

基于CISK理论对环境流场影响台风发生发展的分析

本文用一基于第二类条件性不稳定机制(CISK)的简单数值模式研究了由于非热成风的存在和环境风场垂直切变的水平变化对台风低压发生发展的影响。结果表明,环境风场的涡度分布在对流层低层为气旋性涡度随高度增加,而在对流层高层为反气旋性涡度随高度增加时有利于台风低压的发生发展;非热成风存在且与热成风符号相反时有利于台风低压的发生发展。      

簡单斜压大气中热成风的建立和破坏(一)

本文第一部分利用两层模式討論了热成风的适应問題.如果起始非热成风流場的热成风涡度大于溫度場的热成风涡度时,促使上升运动加强,反之,促使下沉运动加强。对于250—750毫巴之間的斜压系統,适应的特征尺度L_0,是决定流場向溫度場調整,还是溫度場向流場調整的临界水平尺度。 第二部分根据溫度場和流場的平流作用,分析了非热成风产生的机制.并由热成风适应速率和破坏速率的对比,討論了准地轉运动和非地轉运动的形成。 最后,用热成风不断破坏和建立的观点和方法,分析了长波斜压不稳定发展的过程,并进一步揭示了它的物理本貭。     

0606号台风暴雨的物理量诊断分析

用常规高空和地面资料分析0606号台风"派比安"造成暴雨的环境形势场,并利用美国NCEP全球冉分析网格资料,分别从暴雨产生的水汽和动力条件等方面,探讨了暴雨的形成机制.结果表明:①当台风登陆粤西向偏西方向移动时,如果从低层到高层整层湿度明显增大时,或500 hPa层的q＞5g/kg时,均有利于暴雨的产生.②暴雨落区与水汽辐合区有较好的对应关系,降水的主要时段、暴雨强度和暴雨落区基本上能从水汽通量散度中反映出来.③在暖湿气流中,低层辐合与高层辐散相配合,有利于降水的产生和维持.④500 hPa正涡度平流对大气形成的扰动,为暴雨的发生提供了良好的触发机制.     

影响"05.06.25"长江流域暴雨的西南低涡特征

利用NCEP逐日再分析值资料,分析了影响2005年6月25日长江流域暴雨过程的西南低涡结构特征及其移动发展机制。结果表明:25日移出川东影响长江中游的西南低涡是一个显著不对称的斜压系统,其发展过程中始终伴随着强盛的西南低空急流;低涡移动过程中非地转平衡性很强,高层正涡度平流和低层暖平流的共同作用,是低涡移动过程中周围大气维持较大的非热成风涡度,从而造成低涡区域上空强上升运动的重要原因。     

台风“浣熊”诱发粤东南2008年首场大暴雨

运用天气学原理,利用常规资料和数值预报产品,分析0801号台风“浣熊”登陆粤西,最强降水中心却落在粤东南,给该地区带来了暴雨到特大暴雨的强降水过程的原因：多个天气系统相互作用,500hPa上明显的南支槽发展东移,槽前正涡度热成风平流使低层西南低涡发展;台风减弱后的低压并入低涡向东北伸展和东海变性冷高形成对峙的形势,使低涡前暖湿西南气流和东路冷高压后部的东南气流在粤东南形成小范围急流并辐合抬升;深厚的湿层及水汽的持续积累共同造成了粤东南特大暴雨的发生。各层次的散度变化、水汽通量分布等物理量跟强降水中心有很好的对应关系。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明：台风进入中纬度以后,0421号台风“海马”位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风“麦莎”与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

台风登陆前后雨带断裂与非对称降水的成因分析

利用美国WRF(Weather Research Forecast)模式对“海棠”台风(0505)登陆前后的雨带变化进行分析和模拟试验。结果显示：台风登陆前后其雨带会产生断裂,这种现象可发生在陆地和海上,使非对称降水更加明显。分析得出雨带断裂不仅与地形有关,而且与高层台风环流和中纬度系统的相互作用有关：台风登陆前后,200 hPa南亚高压和台风外围的辐散气流结合形成在台风西北方向的弱倒槽,台风中心西侧及西北侧的中低层辐散流场稳定维持,使高层气旋性流场加强,与气旋性流场相伴的正涡度一部分随气流逆时针旋转,并逐步平流至台风中心附近的正涡度区形成一个沿22～25 °N的正涡度输送带并延伸至台风中心东部,而中心东部高层的正涡度带中有下沉运动,不利于降水发展而导致雨带断裂是非对称降水的主要原因。高层台风的带状涡度向外围的传播可导致中纬度气旋性环流的进一步加强和正涡度向台风输送的加强,使雨带断裂更加明显。     

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。     

台风"云娜"降水云区中单站大暴雨诊断分析和预报

在台风降水云区中,有的站点出现大暴雨,有的站点不出现大暴雨,这给单站预报带来难度。为了提高台风降水云区中单站大暴雨预报准确率,利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对2004年第14号强台风“云娜”在西进途中的多站点进行水汽来源、不稳定层结维持以及次生中尺度辐合等研究,并探讨单站大暴雨发生发展机制和不发生大暴雨的原因。研究表明:单站大暴雨发生的主要原因是有次级环流出现;站点200hPa为明显的负温度平流,850hPa为明显的正温度平流;站点高低层均为正涡度中心,且低层正值大于高层正值;站点散度场高低层都为负值中心,或高层为正值中心、低层为负值中心;站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa·s-1以下。另外,站点有源源不断的水汽供给与辐合;台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素值时大暴雨容易发生。     

三类物理过程对台风强度影响的研究

文中设计了一个极坐标系的准地转正压模式 ,一个直角坐标系定常台风环流条件下的准地转正压模式和一个直角坐标系非定常台风环流的准地转正压模式 ,其径向或水平格距均为 2km ,以研究三类物理过程对台风强度的影响 ,即沿方位角方向的线性平流 ,沿径向的线性平流以及非线性平流对中尺度涡旋涡量内传和台风强度变化的影响。结果指出 :沿方位角方向的线性平流可导致螺旋状涡带的形成 ;沿径向的线性平流在一定的参数集合可使涡量内传 ,台风略有增强 ;定常台风环流条件下扰动涡量的非线性平流可使内传涡量明显增加 ,台风明显增强 ;非定常台风环流条件下非线性平流的作用具有两重性 ,一方面可使内传涡量增多 ,有利于台风的增强 ,另一方面 ,在涡量内传过程中 ,原先呈同心圆轴对称的台风基流结构受到破坏 ,形成复杂流型 ,这又使台风趋于减弱。最后讨论了这些结果在台风强度预测方面的可能应用。     

“7·22”长江中游暴雨中尺度系统的数值模拟与分析

利用中尺度暴雨模式较成功地模拟了2002年7月22～23日发生在长江中游的暴雨中尺度天气系统，结合地面加密和常规观测资料对暴雨中尺度天气系统进行了较为详细的分析。结果表明：(1)大别山西侧的暴雨由中α尺度切变线上中β尺度低涡造成，湘鄂交界地带的暴雨由切变线上气旋性扰动造成。(2)高空槽前的正涡度平流为暴雨中尺度系统形成提供了启动机制：在正涡度平流的作用下，对流层中低层降压产生变压风辐合造成上升运动，低层暖湿气流抬升促使对流不稳定能量爆发形成局地对流产生暴雨。     

由台风低压倒槽引发的山东暴雨过程研究

2004年8月26-28日发生在山东省的大到暴雨过程主要是由"艾莉"台风减弱的低压和西风带冷空气远距离相互作用造成的,台风倒槽的发展与低空东南气流的加强及台风低压外围热量和动量的向北输送密切相关.采用双向三重嵌套网格非静力模式MM5对这一过程进行了数值模拟,研究了台风倒槽的中尺度结构特征,并通过涡度收支探讨了台风倒槽及中尺度低涡发生发展的物理过程.结果表明,强降水是在台风倒槽顶部强风中心与弱风中心之间的强辐合作用下触发的,台风倒槽的增强和中尺度低涡的形成是低空急流及其动力作用的结果,降水的非绝热加热也起着重要作用.涡度方程的收支诊断表明,对流层低层的散度项、对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者,在同一等压面上散度项和水平平流项的作用是相反的.对流层中层铅直输送项的贡献为正,扭转项为负贡献,涡度变化的总趋势是它们相互作用的净结果.等压面上相对涡度的变化趋势并不是均匀的,中尺度低涡的东南象限相对涡度局地变化较强,这是强降水发生在此的重要原因.低层正涡度的增加是由水平辐合引起的,而高层正涡度的增加是涡度由低层向高层垂直输送的结果.因此台风倒槽的发展和中尺度低涡的形成主要是由于低层的涡度制造,另一方面来自中低层涡度的垂直输送.     

副热带高压对登陆台风等熵面位涡演变影响的数值模拟研究

选取1997年第11号台风“温妮”为研究个例, 通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、 变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis et al.(1996) 提出的片段位涡反演方法, 提取具有副热带高压物理意义的位涡扰动, 采用片段位涡反演的方法, 改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度, 并引入Ertel等熵面位涡收支方程, 深入分析不同强度的副热带高压环流系统在登陆台风结构演变的过程中等熵面位涡的守恒性, 以及守恒性与非守恒性相对作用的大小。研究表明: 台风北上深入内陆的过程中, 高空槽大值位涡源源不断的输送使得对流层低层西北侧位涡增长, 台风中心上空的辐散形势有利于台风强度的再次增强。由于摩擦和非绝热加热的存在, 对流层位涡局地变化主要决定于位涡的水平平流 (守恒项)、 位涡的垂直平流、 加热的垂直微分 (非守恒项) 的分布。台风经历变性及再增强的过程中, 其影响范围内位涡守恒性经历了先减弱后增强的过程, 非守恒项中位涡的垂直平流能较好地描述对流层中层位涡局地变化趋势, 而加热的垂直微分则在对流层低层和高层表现良好。副高强度的加强使台风加速北上, 加快了台风变性速度, 高层位涡的向下输送明显提前且强度增强, 位涡守恒性的破坏、 重建也相应提前, 位涡垂直平流的整层负值减小, 加热垂直微分对对流层低层位涡增长的正贡献加强, 且持续时间更长。     

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。     

高层冷涡的不同结构对台风运动的影响

通过对不同水平和垂直结构的高层冷涡在台风移动中的作用的对比试验，发现高层冷涡的水平和垂直结构变化会影响台风的运动。对总涡度倾向分布和强度的比较分析，发现正压过程主导台风运动的方向，而斜压过程在某些情况下对台风移速有很大影响。通过各动力项对总涡度倾向贡献的讨论，发现涡度平流对总涡度倾向正中心的贡献主要来自引导气流对非对称涡度场的平流。散度场贡献主要来自行星涡度和非对称散度相关场。最后还得到预报性的结论:台风朝对流层上层的辐合中心或对流层中下层辐散中心方向移动。     

台风降水云区中单站强降水诊断分析和预报

实际工作表明,在台风降水云区中,有的站点有大暴雨、有的站点无大暴雨发生。这给单站预报带来较大难度。为了提高降水云区中单站大暴雨预报准确率,本文利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对登陆台风“云娜”在西进途中多站点进行水汽来源、不稳定层结的维持以及次生中尺度辐合等方面的研究,探讨单站大暴雨发生、发展机制和不发生大暴雨的成因。结果表明:单站有大暴雨发生的主要成因是有次级环流出现,如:站点上空∑θse(5 7 8)≥230℃。站点200 hPa为明显的负温度平流,850 hPa为明显的正温度平流。站点高低层均为正涡度中心,且低层的正值大于高层的正值。高低层散度都为负值中心;或高层为正值中心、低层为负值中心。站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa/s以下。站点需要有源源不断的充足水汽的供给和辐合。台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素时大暴雨易发生。     

东海转向和登陆热带气旋特征合成分析

进入东海的热带气旋（TC）每年有3.2个,转向或者登陆将造成不同的影响。通过对这两类TC登陆或转向前后,形势场和物理量场的合成分析得到：转向类TC,副热带高压(以下简称副高)弱,东侧呈块状;西风带强,离TC近;中高层西风急流明显,急流在向东移动过程中有增强趋势;TC东北方高层辐散增强,在中低层有正涡度平流,涡度平流中心清晰。而登陆类TC,副高强,呈宽带状;西风带弱,离TC远;西风急流不明显,没有增强,高层急流中心位于TC的西北方和北方;TC东北方高层没有明显的辐散流出,中低层正涡度平流位于TC的西北方和北侧,涡度平流中心不清晰。转向或登陆前72 h各特点已有显示,前48 h其特征更加明显。