东亚和西太平洋爆发性温带气旋发生的气候学研究

本文利用历史天气图资料,对1973—1988年中国东部和沿海地区的温带气旋及其爆发性发展情况进行了统计,共有1014个温带气旋发生,其中有1/5达到了爆发性发展的强度,构成了西太平洋爆发性海洋气旋的一部分.它占整个西太平洋爆发性气旋总频数(包括不同来源)的51％.进而对这类爆发性气旋的活动规律进行了分析,概括出了它们的气候学特征.比较亚洲大陆、中国近海及西太平洋地区的爆发性温带气旋表明,西太平洋地区不仅频繁而且强烈.而东、西太平洋地区发生海洋爆发性气旋的对比表明,二者存在着明显的差异.同时也指出,东太平洋地区爆发性气旋的发生并不是一种少见的现象.     

不同垂直加热率对爆发性气旋发展的影响

文章着眼于海洋温带气旋爆发性发展热力结构的影响效应问题。通过数值试验的结果表明，温带气旋发展状况对于垂直加热廓线分布具有突出的敏感性，若将垂直加热廓线“形变”，则可能导致海洋气旋的爆发性发展，并构成类似观测到的“气象炸弹”动力，热力结构，即“上干下湿”，“上冷下暖”的不稳定层结或“抽吸”结构，急流轴“断裂”形成的非地转偏差特征。从而揭示了垂直加热廓线特征在海洋气旋发展诸影响因子中的关键作用以及潜热释放分布与海洋气旋动力、热力结构形成的机理。     

海洋温带气旋发生发展的研究

本文综合地评述了近年来海洋温带气旋发生、发展的研究成果,讨论了海洋温带气旋爆发性发展的气候特征、天气形势、各种物理机制及数值模拟的结果,并进一步指出了有待解决的问题。     

气旋波动研究进程及研究方法

较全面地回顾与阐述了气旋波动研究进程及研究方法, 其中包括Bjerknes气旋模式, 以及Bjerknes and Solherg (1922) 提出的温带气旋生命循环和Petterssen (1956) 对气旋温度结构的描述, 并指出凝结潜热及地形对气旋发展的作用。还较详细地介绍了Petterssen (1956) 气旋发展理论、倾斜涡度发展理论、来自准地转 方程及位涡思考的气旋生成理论, 以及高空超长波系统发展与高空急流加强有利于低层爆发性气旋发展的学术观点, 为气旋的研究提供了历史研究背景、研究思想及方法。     

爆发性气旋研究的回顾

爆发性气旋又称“气象炸弹”,定义为在考虑地转调整到60°N时气旋中心气压加深率大于1 hPa/h的快速发展的气旋,具有中心气压急剧降低、强度急剧增大的特点,多发于洋面上,对海上航行安全及沿岸人民生产生活具有重要的影响。近几十年来,众多学者对爆发性气旋开展了广泛而深入的研究,在爆发性气旋的气候学特征、结构特征和发展机制等方面取得了较大的进展,但同时还有许多亟待解决的问题。本文结合前人对爆发性气旋的研究工作,系统地回顾和总结了爆发性气旋的研究进展,希望能够为将来对爆发性气旋的研究工作带来一些启发和思考。     

2010-2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋成因分析

利用常规和加密气象观测、NCEP再分析、云图等资料,对2010—2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋造成的极端天气的物理机制进行分析。结果表明：春季进入到渤海、黄海北部的气旋平均每月2.4个;气旋一般先进入黄海,进入黄海和经渤海进入黄海的温带气旋总计有84.5%进入黄海北部,且春季进入黄渤海的气旋73%会给大连地区带来大风或降水天气,影响大连东部沿海的几率远高于其他地区;产生较强灾害性天气的爆发性气旋多发生在春季,路径基本都是由西南向东北方向移动。爆发性气旋主要是因为温带气旋经过黄渤海后短时间快速降压,到大连陆地发生爆发性发展,这种温带气旋的发展一般从低层开始,具有较强的锋区和斜压性,爆发阶段位于正涡度平流最大的高空急流出口区,对应低空位于低空急流左前方辐合区。较强的冷、暖温度平流是造成极端降水和大风天气的主要因素,暴雨的形成主要是温带气旋带来的暖湿气流持续输送,并伴有较强上升运动促使的水汽垂直输送,整层水汽充沛;当低空急流发展和冷、暖空气交绥时,出现了在高湿、高温的湿斜压锋区上的强降水;而北路强冷空气与黄、渤海上爆发性发展的温带气旋形成极强气压梯度,是出现极端大风的主要原因。     

云图模型与数值产品结合预报海洋气旋

分析了西北太平洋温带气旋爆发性发展前期的云图特征,概括了气旋爆发过程的5类云图模型。通过实例揭示了物理参数与云系的发展有很好的对应关系,最后给出了使用卫星云图和数值产品做气旋爆发性发展的短期预报思路和判断爆发性气旋生成的方法。     

一次入海气旋快速发展的动力和热力学特征分析

利用扩展Zwack-Okossi方程(扩展Z-O方程)对2007年3月3-5日黄、渤海海上快速发展的温带气旋进行了诊断分析。结果表明,潜热释放和暖平流在气旋发展初期起主要作用,潜热释放是气旋接近爆发性发展的最主要强迫项,这与以往研究的主要受涡度平流强迫的中国沿海温带气旋不同,说明在中国近海快速发展的一部分温带气旋主要是由潜热释放项强迫的。绝对涡度平流在气旋发展后期才成为主要强迫项。进一步利用MM5模式模拟了潜热释放的作用以及其他一些影响气旋发展的因素,海表面热通量、水汽通量以及气旋路径上的地形对这次气旋的发展有积极贡献,但作用相对潜热释放较小。由于这种在中国近海接近爆发性发展的温带气旋容易造成风暴潮,因此利用动能方程对气旋发展中期的渤海大风进行了诊断分析。结果表明,动能水平平流是动能增加的主要作用项,但动能达到最大值后渤海海域的动能主要由有效位能转换和动量下传提供。     

爆发性与非爆发性海洋温带气旋

本文选取分别代表爆发性发展(1983年3月)和非爆发性发展(1982年3月)的两个海洋温带气旋个例,对它们进行了比较研究。结果表明,无论是在基本要素场,还是诊断出的物理量场,两者都表现出明显的差异。其中,涡度、位势涡度、扰动动能和总动能之间的差别更大。在爆发阶段,前3项的增加量爆发性气旋是非爆发性气旋的2—4倍,而总动能的增大值两者悬殊更大,比值为13.6:1。     

预报爆发性气旋的一个综合判据

根据ECMWF数值预报产品的气旋加深率、卫星云图特征、高空槽和高空急流等四个因子对气旋发展的贡献确定发展指数，以发展指数作为预报西北太平洋温带气旋爆发性发展的综合判据。对1991年1—6月西北太平洋的温带气旋进行试报，预报准确率比单纯的数值预报提高约25%。     

Historic and Future Perspectives of Storm and Cyclone

In weather sciences, the two specific terms “storm” and “cyclone” frequently appear in literature and usually refer to the violent nature of a number of weather systems characterized by central low pressure, strong winds, large precipitation amounts in the form of rain, freezing rain, or snow, as well as thunder and lightning. But what is the connection between these two specific terms? In this paper, the historic evolutions of the terms “storm” and “cyclone” are reviewed from the perspective of...     

目标圆方法在船舶导航中的应用

根据多年指挥海上船舶绕避热带气旋的经验,提出了一种基于热带气旋预报目标圆的绕避热带气旋方法。文中给出了目标圆方法的基本原理、操作流程和关键技术,介绍了实际使用此方法成功指挥船舶绕避热带气旋的实例。统计结果表明,近年来此方法的使用效果和效益评估情况良好,具有较高的使用价值。这种绕避热带气旋的方法同样适用于船舶绕避爆发性气旋。     

影响靖宇地区温带气旋的统计分析

核电站因它不排放如二氧化碳这样的温室气体,核电对降低能源部门的碳密集作出了贡献,因此愈益受到人们的重视.在对核电站地区的天气、气候环境进行分析的基础上,对影响靖宇核电站地区的温带气旋作了研究.结果表明:1949-2007年期间影响靖宇地区的温带气旋计111个;受温带气旋影响的年数有41年(约2/3).影响靖宇地区且产生强降雨的温带气旋,主要发生在6、7、8月这3个月,并且一半以上出现在7月.影响靖宇地区的温带气旋大部分是东北气旋,占总数的65%;蒙古气旋与华北气旋次之.此外,对造成严重影响的温带气旋的个例也从天气学角度进行了分析.     

Variations in extratropical cyclone activity in northern East Asia

Based on an improved objective cyclone detection and tracking algorithm, decadal variations in extratropical cyclones in northern East Asia are studied by using the ECMWF 40 Year Reanalysis (ERA-40) sea-level pressure data during 1958-2001. The results reveal that extratropical cyclone activity has displayed clear seasonal, interannual, and decadal variability in northern East Asia. Spring is the season when cyclones occur most frequently. The spatial distribution of extratropical cyclones shows that cyclon...     

ENERGY DISPERSION EFFECTS ON EXPLOSIVE DEVELOPMENT OF MARINE CYCLONES

A dominant role played by energy dispersion in the explosive development of extratropicalmarine cyclones over the Northwest Pacific has been revealed based on both the eddy energyequations and the energy flux vectors of nonlinear wave packet.At the initial and explosive time.the eddy energy from neighboring upstream systems beyond the radius of Rossby deformation isdispersed into the eddy energy center associated with the cyclone via ageostrophic geopotentialfluxes,and results in the rapid increase of eddy kinetic energy and the occurrence of explosivecyclogenesis.When the cyclone begins to decay,its corresponding eddy energy is exporteddownstream and hence triggers the growth of new perturbation downstream.Through generalizingthe energy flux vectors of quasigeostrophic wave packets to the nonlinear forms and making use ofthe relationship between the energy flux vectors and the total eddy energy,the approximationexpressions of the total group velocity and relative group velocity are derived,and then they areused to compute an explosive case.The normalized ageostrophic geopotential fluxes by dividing thevolume integral of ageostrophic geopotential fluxes by the integral of the total eddy energydetermine the relative group velocity at which the eddy energy is spreading out,and they can beused to evaluate the position of next new disturbance.The nonlinear advective fluxes influenceprimarily the phase speed and translation of the cyclones.The results in this paper facilitate toexpanding the mechanism research on explosive cyclones and have great significance for predictingthe explosive intensification and downstream disturbance growth.     

冬季北太平洋爆发性气旋的天气气候特征

本文利用1975—1984年12—2月北太平洋爆发性温带气旋资料以及500 hPa天气图，概括出气旋爆发式加强前12小时五种环流型，即北美高压型（NAH）、东太平洋高压型（EPH）、中太平洋高压型（MPH）、白令海阻高型（BBH）、太平洋低压型（PL）。以NAH型和EPH型出现的机会最多，稳定时间最长，并且在这两种天气形势下气旋最易发展。另外本文还分析了气旋爆发后的路径趋势，指出在形势稳定期，气旋爆发后的路径亦稳定；在形势调整期，气旋后期路径随太平洋长波系统的演变而变化。     

亚洲内陆及其沿海地区爆发性气旋的统计特征

应用1965－1999年历史资料，对发生在亚洲及其沿海地区的爆发性气旋进行统计研究，得到了其时空分布、强度变化及其爆发时刻等各方面的若干统计特征。结果表明：35年中，爆发性气旋共出现136次，平均每年3.9次，且主要出现在冷季（10－3月）；其年际变化非常明显，最多的1987年出现11次。亚洲及其沿海地区的爆发性气旋的强度普遍较弱，无强爆发性气旋（≥2.0B）发生，且主要出现在沿海地区。平均来说，爆发性气旋在夜间发展强烈。这些结果对更进一步探索爆发性气旋的发展机制具有一定的意义。     

4—6月江淮流域不同尺度温带气旋发展率及移动特征

基于改进的温带气旋客观识别方法,统计分析1986—2015年4—6月不同空间尺度江淮流域温带气旋的发展率及移动特征。结果表明:1)整体气旋发展率呈先上升、后下降趋势,较大空间尺度气旋发展率呈显著上升趋势,中间尺度气旋发展率无明显变化趋势。2)较大尺度气旋源地集中在湖北、湖南交界处,中间尺度气旋源地位于安徽等江淮流域东部,各尺度气旋源地位于整层大气非绝热加热项大值区域内。3)气旋初生阶段,江淮流域存在风速切变线,淮北地区风速小于淮南地区,江淮流域上空对流层低层位势高度为负距平,中高层则为正距平,属浅薄低压系统。4)不论何种尺度气旋,均存在东移和东北移动路径,但较大尺度气旋东北移动路径的比例较大。     

A Modified Algorithm for Identifying and Tracking Extratropical Cyclones

In this study, a modified identification and tracking algorithm for extratropical cyclones is developed. This identification scheme is based on triangular-mesh contouring techniques combined with a connected-component labeling method in order to detect the outer boundaries and spatial domain characteristics of individual cyclones. A new tracking method allowing for the identification of cyclone merging and splitting events, as well as short-lived windstorms, is developed to reduce the uncertainty in the tracking of extratropical cyclones. I also show that this method excludes the tracks of open systems that would have been unnecessarily detected using conventional NCP methods. The climatological features of the distribution of cyclone frequencies are substantially larger over the traditional storm track regions compared to those seen in previous studies. Interestingly, a significant increase in the cyclone density in the Arctic occurs during all four seasons(up to 19%in summer) compared to that seen with a latitude–longitude gridded mesh analysis. I develop two new regional intensity indices(depth and vorticity) based on the cyclonic domain to better quantify the cyclonic activity in the Arctic region, and find that the interannual variabilities in these two indices are highly consistent. The results of this analysis may shed light on high-latitude cyclonic behavior studies via the newly detected 2D cyclone atlas derived from this cyclonic-domain-based algorithm.