东北冷涡加强减弱过程的涡度收支和支能诊断

对东北冷涡加强和减弱阶段的涡度和动能的收支进行诊断分析。结果表明：无论在加强还是减弱阶段,冷涡区域范围整层的涡度变化均很明显;涡度平衡方程中,散度项,水平平流项及余项均是主要项,正涡度的增长和减弱对冷涡加强和减弱有重要贡献;动能收支方程中的各项也有明显差异,且在对流层中上层均有较强的能量交换过程。     

一次华北冷涡动力热力结构及发展机制分析

通过对2008年6月22-30日产生强对流天气过程中的华北冷涡动力、热力结构和演变特征的分析,发现:此次冷涡发展深厚,300 hPa冷涡中心明显,冷涡还在地面诱发了锋面气旋.在冷涡发展直至初步减弱阶段对流层整层都为正涡度区,中高层正涡度逐渐向低层传播.冷涡发展加强阶段,冷涡南侧高空西风急流发展加强,东西两侧的经向风分布...     

一次引发强降水的东北冷涡的演变机理及能量特征研究

采用NCEP CFS 0.5°×0.5°的再分析资料,中国气象局常规地面观测资料和FY 2E卫星TBB资料对2013年7月上旬的一次引发强降水过程的东北冷涡典型个例进行了深入分析和诊断,研究表明:（1）本例冷涡的发展期是其降水和对流活动的最活跃时期,其对应的最小TBB在-60℃以下,最强6 h降水可达124 mm,南海、黄海和日本海是冷涡降水的主要水汽源地。（2）本例东北冷涡是一个深厚的斜压涡旋系统,其最强斜压区和动能大值区主要位于涡旋外围;冷涡的冷心结构主要位于对流层中高层和对流层低层。（3）涡度收支表明,与对流活动密切相关的垂直涡度平流是本次冷涡产生的主导因子;涡度垂直输送和辐合作用是冷涡快速发展的主导因子;而辐散作用则最终导致了冷涡的消亡。（4）能量收支表明,旋转风动能制造是冷涡生成过程中动能的主要产生方式,而冷涡发展期,旋转风动能输送是冷涡动能维持的主导因子。     

东北冷涡发展过程的位涡收支分析

从位涡收支的角度对一次东北冷涡发展过程进行了诊断分析,研究了位涡趋势方程中各趋势项对冷涡发展的贡献。结果表明,在对流层低层东北冷涡的发展过程中,非绝热加热率、水平平流位涡以及非平流的位涡趋势对低层位涡的增强做正贡献,有利于低层冷涡的发展,也充分说明了非绝热加热对低层冷涡的发展所起的重要作用;而垂直平流位涡刚好相反,对低层位涡的增强做负贡献,不利于低层冷涡的发展。从垂直结构看,水平平流位涡主要是在对流层低层和高层对位涡发展有正贡献;而垂直平流位涡是在中层促使位涡增强;非平流引起的位涡变化主要是在低层;由平流和非平流引起的总位涡趋势增大,促使冷涡加强发展。     

热带气旋登陆维持和迅速消亡的诊断研究

采用动态合成方法, 对登陆后长久维持热带气旋(LTC)和迅速衰亡热带气旋(STC)的涡度、动能、热量和水汽的收支平衡进行计算和对比分析.结果表明: (1)LTC在陆上长久维持过程中, 其低层正涡度衰减缓慢并保持一定强度.STC登陆后正涡度减弱较快.(2)热带气旋登陆后涡度的收支主要取决于水平散度项、平流项和剩余项.散度项使LTC低层正涡度增加, 高层减少, 平流项和剩余项则使其低层涡度减弱, 高层涡度增加.总体而言, LTC自高层获得正涡度的补充, STC则没有获得环境正涡度.(3)低层, 摩擦耗散使LTC动能减少, 但动能通量辐合可补充部分动能而减缓衰减.中高层, LTC登陆后36～60 h动能收大于支, 动能的增加一部分来自于斜压动能制造, 一部分来自于次网格尺度.STC有类似的动能耗散, 却无动能补充.(4)LTC登陆后保持一定强度, 并从外界获得热量和水汽补充来支持积云对流发展, 而积云对流对LTC的维持具有正反馈作用.STC登陆后没有这一过程.     

东亚寒潮高压的位涡诊断研究

用位势涡度方程对1980年1月26—30日东亚寒潮高压的演变做了诊断研究，表明高压中心地区低层是低值位涡区，位涡值随高压增强（减弱）而变小（变大）；随着高压的发展加强，位涡最小值由对流层中层降到近地面层，随着高压的减弱，最小值中心又上升；对流层高层的位涡值随着地面高压的增强而加大，反映高空冷槽、地面高压同时在发展。位涡收支方程各项对高压发展、减弱有着不同的作用。作用最大的是地转风水平平流项和地转偏差风的散度项，其次是地转偏差风的平流项和辐射项，扭转项和热成风偏差项均甚小，可忽略不计。     

东北冷涡持续活动的分析研究

本文首先分析了东北冷涡的持续性活动特征，然后讨论了东亚大气10～20天低频振荡及瞬变扰动对东北冷涡持续活动的影响。结果表明，准双周振荡在我国东北地区十分活跃，从时间连续的低频天气图上发现，该地区附近周期性循环出现的低频气旋同东北冷涡的形成和发展关系密切，并且其传播路径也较有规律。另外，本文还通过→E矢量分析以及月平均准地转位涡的收支计算，研究了东亚大气瞬变扰动对形成时间平均冷涡的影响，得出，在时间平均东亚阻高／东北冷涡偶极子系统控制的区域附近有瞬变扰动动能向时间平均气流动能转换，同时这里也存在有明显的→E矢量辐合，导致平均西风减弱，而有利于经向环流的发展。时间平均气流的位涡平流不利于阻高／冷涡偶极子系统的存在，且使偶极子系统高、低压中心的经向距离拉大，而瞬变扰动的位涡输送则有利于冷涡高位涡值和阻高低位涡值在原地维持，阻止它们向下游传播。     

2011年7月12—20日华北冷涡阶段性特征

利用常规天气、地面危险天气报、自动站加密、NCEP/NCAR再分析资料等,对2011年7月12—20日持续9 d的华北冷涡过程阶段性特征进行分析。结果表明:冷涡过程降水主要分布在内蒙古东北部、华北和东北南部,发展阶段对流性强,多雷暴大风和冰雹,水汽来源于西南和东南气流,850 hPa上有强暖温度脊,高空急流较完整;减弱阶段以短时强降水为主,水汽来源于偏东气流;两阶段700 hPa以下为斜压,上升运动区主要位于东侧;发展阶段500 hPa为干区,南侧存在干空气侵入和θ_e梯度;减弱阶段整层相对湿度较大,θ_e锋区及不稳定度减弱。中层冷平流及中高层正涡度平流随高度增强是冷涡发展的主要因子,冷涡减弱是由低层冷平流进入冷涡中心、中层冷平流及中高层正涡度平流减弱共同影响所致。     

一次东北冷涡发展过程中的能量学研究

对一次典型的东北冷涡过程做了能量学分析。结果表明,东北冷涡活动具有鲜明的阶段性能量学特征。东北冷涡发展之前,各种能量之间的转换很小,边界通量也处于正负相间的振荡状态。早期发展阶段,扰动动能边界通量作用是至关重要的。随着非绝热加热制造扰动有效位能和扰动有效位能向扰动动能转换的大幅度增长,以及外界扰动动能的大量输送和纬向平均动能向扰动动能转换的明显加强,导致了东北冷涡的强烈发展,即这一时期区域内部的能量过程也同样十分重要。东北冷涡的减弱是从有大量扰动动能转换成纬向平均动能开始的,随后加上扰动有效位能向扰动动能转换以及边界通量作用的减弱,使得冷涡逐渐衰亡。     

引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及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。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

On the vorticity and energy budgets of the cold vortex in Northeast China: a case study

This study examines the vorticity budgets, turbulent extended exergy and kinetic energy evolution equations to investigate the major dynamical and energy conversion processes contributing to the initiation and intensification of the cold vortex over Northeast China that occurred during June 19–22, 2009. The results show that the cyclonic vorticity was initiated in the lower troposphere due to the intense convergence of horizontal winds. The growth of cyclonic vorticity in the middle troposphere is mainly due to the vertical transportation of the vorticity, yet the increase of cyclonic vorticity in the upper troposphere primarily results from the horizontal advection of vorticity. Of special interest in this study is the evaluation of the role of thermal advections in the baroclinic development of the cold vortex. The results indicate that the rising of the air over relatively warm areas and the sinking of the air in relatively cold regions are favorable for releasing turbulent extended exergy $ \left( {e_{\text{t}} } \right) $ , which is later converted to turbulent kinetic energy $ \left( {k_{\text{t}} } \right) $ , and this process occurs during the initiation and intensification of the cold vortex. In addition, barotropic energy conversion is another important process that contributes to the growth of k _t, and it strengthens gradually after the initiation of the cold vortex. Other than frictional consumption, the flux of k _t in the vertical direction also depletes some of k _t. The fluxes of e _t, baroclinic energy conversions and diabatic generations are favorable factors for the growth of e _t, whereas it decreases with time as a result of a large amount of e _t that is released. Most of the energy conversion processes, including the baroclinic and the barotropic energy transformations and the energy conversions from e _t to k _t, as well as the fluxes of e _t, are stronger in the lower troposphere than the other areas during the formation of the cold vortex. This accounts for the initiation of the cyclonic vorticity in the lower troposphere. Finally, the fact that the turbulent extended exergy releases primarily in the middle troposphere through the vertical thermal circulation is consistent with our understanding based on the vorticity budget analyses.     

冷空气对夏季高原涡移出高原后长久与短期活动影响的对比分析

本文利用NCEP/NCAR-FNL再分析资料、历史天气图和青藏高原低涡切变线年鉴,通过分析1998~2016年高原涡活动情况,对在高原以东活动时间大于96 h的高原涡（长持续涡）和在高原以东活动时间不大于30 h的高原涡（短持续涡）,进行了环流与冷空气活动特征与位涡诊断的对比分析,得出了长、短持续涡的环境场、冷空气活动特征,揭示了冷空气活动、高空锋区对长、短持续涡的影响。结果表明:（1）长持续涡移出高原后是在受较明显冷空气影响情况下加强并持续的,短持续涡则没有明显受冷空气影响。长持续涡所处的低槽较深,槽后的冷温度槽较明显,副热带高压（简称副高）偏南;短持续涡处在分裂槽中,有冷舌,副高偏北;说明影响低涡活动的天气系统强,槽后的冷温度槽明显,副高偏南是低涡能较长时间持续的重要环流条件。（2）长持续涡不仅受到较强冷平流的影响,还处在有狭长的干冷与暖湿空气相遇的地带,使涡区极易产生对流不稳定和低涡扰动,利于低涡加强并持续,短持续涡则远不及长持续涡。（3）长持续涡移出高原后受两个不同方向冷空气影响,涡区内一般伴有两个高位涡中心区,而短持续涡的只有一个高位涡中心区,且位涡值比长持续涡小,长持续涡活动过程中的斜压性也比短持续涡强。另外,长持续涡活动过程中相应的高空急流较强,在增强、东伸、南压作用下,造成200 hPa高空有高位涡下传到低涡,而短持续涡所伴的西风急流平直、弱,造成了短持续涡只受到400 hPa高位涡下传的影响。（4）冷空气影响高原涡维持的作用有:使影响高原涡活动的天气系统加强;使高原涡斜压性增强、对流不稳定增强;使高空有高位涡下传至低涡附近层次,造成低涡区域正位涡异常,垂直涡度发展,低涡加强。     

冷空气对高原低涡移出青藏高原的影响

在对1998—2004年冷空气影响高原低涡移出青藏高原 (以下简称高原) 观测事实分析的基础上, 利用NCEP再分析资料对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原的位涡进行诊断分析, 并通过数值试验揭示了托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征和影响机理。结果表明:这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱, 从而使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 低涡24 h内西退, 在高原边缘徘徊。     

引发东北极端暴雪的黄渤海气旋爆发性发展机制

利用高分辨率观测资料和ERA5再分析资料, 分析造成2021年11月7—8日东北极端暴雪的温带气旋结构特征及爆发性发展机制, 结果表明:温带气旋发生在高空冷涡背景下, 地面气旋在黄海形成后出现爆发性快速增强并沿东北地区东部北上。地面降雪区主要分布在气旋西侧, 且降雪强度与气旋的发生发展密切相关;地面气旋在爆发性发展后由叶状云系演变为逗点涡旋云系, 并表现出明显的锋面断裂和暖锋包卷;其垂直结构也先后出现高空锋区断裂、干暖核形成和中性锢囚锋区加强;西伯利亚高压脊、华北高空槽和东北高压脊3个异常中心构成Rossby波列, 随着高度异常中心不断东移及波能量向下游地区频散, 华北高空槽区的波作用通量明显增大导致华北冷涡快速增强, 涡度因子的急剧增大有利于地面气旋爆发性发展;随着平流层位涡高值区沿等熵面不断向南发展和向下传播, 导致中层冷涡快速发展并向下伸展, 诱发地面气旋爆发性增强。     

“2002.6.30”滇中低涡暴雨的中尺度分析

利用MICAPS常规资料和GMS卫星云图，3830—C多普勒雷达观测资料，对2002年6月30日发生于滇中地区的暴雨天气过程进行诊断和分析，发现暴雨过程由中低层低涡切变造成，暴雨区与垂直速度及涡度所表现的强烈上升区对应，并伴有高能高湿条件；同时卫星云图上有中尺度低涡云团发展。多普勒雷达回波资料分析表明，暴雨过程中出现了明显的中尺度系统，如中尺度辐合线、中尺度气旋、逆风区等，具有典型的对流型特征。     

一次引发强沙尘天气的快速发展蒙古气旋的诊断分析

利用NCEP分析资料和常规气象观测资料对造成2006年3月9-10日华北大范围强沙尘天气,产生大风的蒙古气旋快速发展过程进行了分析。结果表明：气旋发展前期,高层反气旋性流场对波能量发展有正的贡献,有利于气旋的爆发性发展。在气旋发展过程中,温度平流和涡度平流均为气旋发展的主要因子,但涡度平流在气旋发展初期相对温度平流较弱。斜压作用出现在低层,并随着气旋后部的锋消作用以及前部的锋生而显著增强,这对于有效位能的释放、动能的产生以及气旋的发展有重要作用,同时,斜压强迫能够诱发出强烈的非地转风。此外,位涡分析表明,气旋的发展与冷空气活动的关系比较密切,并且存在明显的高低空系统之间的相互作用,而水汽和潜热释放产生的作用不明显。同时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总结的A、B类气旋、引起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。