活跃涡与准静止涡能量场特征差异

对盛夏７,８两个月西南低涡个例θｓｅ能量场综合分析后发现：活跃类西南低涡（活跃涡）与准静止类西南低涡（准静止涡）能量场特征具有明显差别。     

西北涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料、NCEP格点资料以及中尺度MM5模式,对2000年7月4～5日发生在华北南部的一次西北涡大暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断和分析.结果表明,中尺度低涡暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡＂正负区叠加＂的配置是低涡暴雨发展的有利形势.强降雨区发生在对流层低层正压项的正值区南侧零线附近,斜压项的最大负值区对暴雨的落区和移动有指示作用.     

一次青藏高原低涡和西南涡同步变化过程北大核心CSCD

青藏高原低涡(简称高原低涡)和西南涡是影响我国降水的重要天气系统,两者同步变化是引发我国西南和东部地区强降水的重要方式,而两低涡同步变化的物理过程和机理目前尚不清晰。为探究高原低涡和西南涡同步变化的物理机制,选取2020年超强超长梅雨期间一次高原低涡与西南涡同步变化过程,利用ERA5逐小时再分析资料及降水观测资料,分析两涡共存时特殊时间节点所对应的强度、结构等演变特征及位涡收支。结果显示:水平位置不重叠的高原低涡和西南涡也可发生同步变化,即强度变化特征大致相似。两低涡在同步变化之前各自的演变机理不同,但同步变化时两者的演变机理基本一致。具体地,未发生同步变化时,高原低涡主要依靠加热场作用维持东移,西南涡则依靠水平位涡通量散度作用得以维持;两涡同步变化时,两者强度变化相似,演变机理一致,两涡维持主要依靠水平位涡通量散度作用,加热场作用次之。     

一次浅薄低涡暴雨过程数值模拟及发展机制分析

运用WRF中尺度数值模式对2009年7月27日长江下游地区的一次6 h累计降水226 mm的暴雨过程进行数值模拟,利用模式输出资料,对引发此次暴雨过程的浅薄低涡移动演变和动力结构、温湿特征进行分析,探讨低涡发展东移机制。结果表明:低涡位于500 hPa西风槽前,仅出现在对流层低层,动力与温湿特征均表现其浅薄结构。低涡暴雨降水主要发生在低涡东侧暖式切变线附近。水汽来源于中国南海和东海两地,水汽辐合层深厚,达600 hPa。此次低涡具有较强的斜压结构特征。通过涡度方程分析,辐合辐散流场的维持和发展为正涡度变化率作出主要贡献,三维风场倾斜扭转项作用与正涡度变化存在重要正相关。地形的动力作用使得背风坡更有利于低涡绕山后加强。高低空急流耦合中心和水汽凝结潜热释放区均有利于引导低涡以及低涡暴雨加强东移。湿等熵面呈垂直陡立状,指示低涡已发展到成熟期。预示暴雨即将减弱。倾斜涡度发展条件C_d0的连续增强,指示斜压性、稳定度和垂直风切变的综合作用也是这次低涡保持发展加强的重要原因。     

高原低涡与西南涡结伴而行的不同活动形式个例的环境场和位涡分析

本文利用NCEP/NCAR-FNL再分析资料、历史天气图、青藏高原低涡切变线年鉴,通过分析1998~2015年持续高原涡影响西南涡结伴而行（简称两涡伴行）过程的活动形式,并对不同活动形式的个例进行了环境场与位涡分析,得出了不同活动形式两涡伴行的环境场特征,揭示了冷空气活动、200 hPa急流对不同活动形式的两涡伴行的影响原因。结果表明:（1）两涡伴行有三种活动形式,它们是高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合以及同一天气系统下两涡,其中以高原涡诱发西南涡的活动形式占多数。（2）两涡伴行的500 hPa环境场主要是40°N以北东亚环流经向度不强,纬向气流主导,受500 hPa低槽、冷空气活动的影响;200 hPa环境场主要与200 hPa急流的强度、距急流核距离、在急流两侧的位置密切相关;不同活动形式的西南涡上空200 hPa、500 hPa环境场特征是有差别的。（3）受500 hPa低槽、冷空气影响的两涡伴行中的西南涡的生成是通过500 hPa高位涡空气伸入西南涡上空,造成西南涡上空斜压不稳定所至;在西南涡上空500 hPa斜压不稳定增强且具有较强的斜压不稳定时西南涡加强;200 hPa西南风急流影响高原涡诱发或耦合、加强西南涡是分别在高空高位涡下传影响到高原涡与西南涡上空、西南涡的情况下实现的,同一天气系统下,高空高位涡下传只影响高原涡,而未影响西南涡。     

准平直长路径与多折向路径东移高原涡的环境场特征

利用1998—2018年NCEP/NCAR 全球最终分析数据、大气观测资料、青藏高原低涡切变线年鉴,采用合成方法分析了准平直长路径和多折向路径东移高原低涡的环境场特征,探讨了低涡折向的主导因素。结果表明: 准平直长路径低涡、多折向路径低涡长时间活动的共同环境场特征是有明显影响低涡活动的天气系统, 副热带高压（简称副高）位于高原低涡东南方,高原低涡以北上空伴有东、西段急流;低涡有正涡度平流输入,高原低涡上空为辐散区,高空高位涡下传到低涡。同时,二者环境场特征存在明显差异,多折向路径低涡伴有较强的热带低压活动,是在副高、西风带天气系统、热带低压相互作用的环流背景下,高原涡东移受阻而折向; 准平直长路径低涡是在西风带天气系统为主导的环流背景下向东移动;准平直长路径低涡受冷空气、西南气流与高空锋区的影响比多折向路径低涡强,造成了准平直长路径低涡的正涡度平流、位涡、斜压性、高空辐散比多折向路径低涡强。多折向路径低涡折向的主导因素是环境场条件使低涡在减弱、东移受阻的情况下高空高位涡中心在低涡西部上空,高位涡下传使低涡加强的强正位涡异常区出现在低涡西部,低涡移向低涡加强的区域。      

一次河北大暴雨的华北低涡结构和涡度收支分析

利用Micaps系统下常规资料、云图资料和NCEP全球再分析资料,对2004年7月11-12日发生在河北省中南部的一次局地大暴雨个例进行了诊断分析。结果表明：200hPa西风槽、500hPa华北低涡和中低层偏东风,是这场暴雨的直接影响系统,该过程中的华北低涡为低层冷心、高层暖心结构,具有随高度向西北倾斜的特征,涡度场特征明显。暴雨区对应着深厚的正涡度区,散度场结构零乱,非高层辐散、低层辐合的配置,暴雨区上空上升运动较强。冷空气来源于500hPa以下的东北地区,水汽的源地来自渤海,低层偏东风可能是暴雨区所需水汽的主要携带者。水平涡度平流项和水平涡度辐散项作用相反,水平涡度辐散项对总涡度起直接作用且为正贡献,而垂直平流项对总涡度贡献比较小。     

中部区域两次西南涡天气过程增雨潜力区分析

西南涡天气降水是中部区域春、秋季飞机人工增雨最主要的三种作业天气类型之一。利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2008年4月8 9日和2009年4月18 19日两次典型西南涡降水天气过程对比分析发现,近圆形和椭圆形西南涡的动力场结构存在一定差异。对增雨条件分析发现:两次过程500 h Pa上都存在大气垂直上升运动,低层水汽条件良好;500 h Pa冰面过饱和水汽压正值区均在低涡形成并影响中部区域时开始出现,并随低涡移动发展。因此,选择500 h Pa冰面过饱和水汽压≥0 h Pa且垂直上升速度≤-0.1 Pa·s-1的区域作为增雨潜力区。其中,近圆形西南涡过程增雨潜力区出现在低涡中心前方附近和暖式切变线北侧、低涡闭合线处,椭圆形西南涡过程增雨潜力区位于辐合线北端及低涡闭合线东北方向一定距离处。     

一次东移高原低涡的天气动力学诊断分析

利用地面和高空常规观测资料、NCEP 1°× 1°再分析资料以及时空分辨率较高的 TBB 资料,对造成我国长江流域强降水的一次高原低涡东移过程进行了天气学和动力学诊断分析.主要分析了低涡移动、降水分布及水汽输送、假相当位温和湿位涡等物理量.分析表明此次高原低涡随其东部低槽移出高原,降水主要发生在低涡的东半侧并在低涡移出高原后增强.当低涡与热带气旋合并时,产生强降水,造成了长江流域的汛情.卫星 TBB 图与降水时段和落区对应较好.水汽通量散度场的分布较好地反映了水汽的集散情况,其辐合区与降水区相对应,强辐合中心与强降水中心一致,且强降水中心位于 850 hPa θse 等值线密集区和 500 hPa 的高能区.低涡降水的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡正负区的叠置是低涡暴雨发展的有利形势,强降雨区发生在对流层低层湿位涡正压项的正值区东北和东南侧零线附近,而湿位涡斜压项的负值区对暴雨的落区和移动有一定指示意义.     

1998年夏季两例青藏高原低涡结构特征的比较

利用1998年Micaps历史天气图、1998年第二次青藏高原科学试验资料和NCEP/NCAR 1°×1°分辨率的再分析资料,对该年夏季两例移出与未移出高原的低涡活动过程及特征进行了对比分析,结果表明,移出与未移出高原低涡的低涡结构特征差异显著:(1)移出高原低涡,低涡环流呈圆形,厚度有3000 m左右,降水区呈环状分布;未移出高原低涡,低涡环流呈椭圆形,厚度为1500 m左右,降水区在低涡的南、西南方。(2)移出高原低涡,低涡区内绝大部分为上升运动区,并且强度在加强、区域扩大;未移出低涡,涡区内上升运动在减弱,上升运动区在缩小。(3)移出高原低涡,涡区内斜压性强,比未移出的大近一倍。(4)移出高原低涡,涡区内500 hPa有高位涡沿东北方向向上输送位涡平流,未移出高原低涡的有次高位涡沿东南方向向下输送位涡平流。(5)移出高原低涡是下层‘正涡度、暖区’、上层‘负涡度、冷区’;未移出高原低涡是下层‘正涡度、冷区’、中层‘负涡度、弱暖区’、上层‘正涡度、冷区’。     

黄河上游丰、枯水年汛期及前期的环流特征分析

运用有关台站的水文气象观测资料,分析了近80余年来黄河上游径流的丰枯变化特征,并对典型丰、枯水年对应的500 hPa高度距平场、OLR场、亚洲阻高和南风输送等环流特征进行了研究。结果表明,丰水年,从后冬开始到汛期,极涡始终保持偏强的态势;同样,在位势高度的垂直分布上也早形成了有利于降水的上高下低的形势;强对流中心有一个东移、北抬、加强、扩大的发展趋势。夏季,我国青藏高原及西北地区东部的对流活动较强,容易造成降水。乌拉尔山、贝加尔湖阻高的建立,加强了亚洲经向环流,丰水年中多数年份有乌拉尔山阻高,而枯水年中多数年份却没有。水汽输送的明显差异直接导致黄河上游来水的丰、枯。丰水年,我国中西部80°~110°E范围内整层为南风控制,而枯水年基本为北风控制。     

梅雨锋中尺度切变线雨带的动力结构分析

利用密集的地面观测网资料以及中尺度数值预报模式输出产品 ,分析了 1 991年 7月 8～ 9日江淮地区梅雨锋中尺度切变线雨带的中尺度动力结构。发现沿切变线走向有一条中尺度涡管 ,位于对流层中低层 ,高度呈波状起伏。波峰处有较强经向环流 ,强降水位于波峰附近的经向垂直环流之下。降水强度与涡管强度密切相关 ,涡管增强时降水增强。涡管强度与中低空的条件性对称不稳定有关。     

梅雨锋结构特征及与锋上涡旋扰动关系的诊断分析

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的模拟结果以及野外实验的加密资料，对这次梅雨锋过程进行诊断分析， 发现梅雨锋主；要表现为中层锋面，强度比边界层锋强，低涡沿中层锋面南缘移动。中层锋强的演变对两类低涡（西南涡和局地涡）发展的影响程度不同。对于东移明显的西南涡，梅雨锋强度的加强比低涡提早6小时以上。而对于长江中游的局地涡，锋面最强与低涡最强出现的时间却比较接近。梅雨锋中层锋面发展最强的位置与低涡发展最强的位置在东西方向上基本重合，基本在同一经度上。因此，低涡暴雨扰动加强发展区的北侧正是前期持续锋生所在，并且锋生的位置在东西方向上基本不随时间发生位移。当低涡移经该地时，低涡强度最强， 随后低涡东移并且强度减弱，锋面大值带也减弱并随低涡向东传播。     

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。     

影响云南的西南低涡统计特征

利用1980—2008年逐日08:00(北京时,下同)和20:00 700hPa高空图和云南125个测站的逐日降水量资料,对影响云南的西南低涡移动路径、时间变化、维持时间和对应的降水特征进行了统计分析。结果表明,约1/8～1/7的西南低涡能够移出四川并影响到云南,但过去30年来其总趋势是减少的。影响云南的西南低涡初生涡源区主要集中在九龙和四川盆地,东南路径最多,西南和偏南路径次之,受地形影响西南低涡一般影响不到滇西边缘和滇西南地区。春末和夏季西南低涡移出影响云南的频数最多,秋末和冬季最少。西南低涡开始影响云南的时间表现出日变化特征,在白天的影响几率为61.54%,其生命史呈指数衰减,大多不超过1天。西南低涡移出源地后,约有13.5%的低涡会影响云南并出现全省性强降水过程。其中,偏南路径西南低涡造成的强降水主要分布在哀牢山以西地区,东南路径的主要暴雨中心位于滇中和滇东南,西南路径的强降水主要分布在滇东地区。西南路径大到暴雨的出现频率最高、强度最强,应引起足够的重视;东南路径虽然最多,但大到暴雨的出现频率和强度均低于平均值。     

Analysis of the structure of different Tibetan Plateau vortex types

Knowledge of the structure of the Tibetan Plateau vortex (TPV) is of considerable importance for understanding the generation and development mechanisms of this mesoscale system. However, our understanding of vortex structures and our ability to classify them on a physical basis is limited due to insufficient observations. The highresolution new-generation NCEP-CFSR (Climate Forecast System Reanalysis) dataset is used in the present paper to investigate the general structural features of various types of mature TPV through classification and composite structure analysis. Results indicate that the dynamic and thermodynamic structures show regional and seasonal dependency, as well as being influenced by attributes of translation, associated precipitation, and the South Asian high (SAH).The common precipitating TPV (type I), frequently occurring in the west–east-oriented zonal region between 33° and 36°N, is a notably low-level baroclinic and asymmetric system. It resides within a large-scale confluent zone and preferentially travels eastward, potentially moving out of the plateau. The heavy rain vortex (type II) corresponds to a deep vortex circulation occurring in midsummer. The low-level baroclinic sub-category (type IIa) is associated with a low-level jet and mainly originates in the area 32°–35°N, 86°–94°E, preferentially moving east of 90°E and even away from the plateau; meanwhile, the nearly upright sub-category (type IIb), which has a cold center at low levels and a warm center at mid–upper levels, is a quasi-stationary and quasi-symmetric system favorably occurring west of 92°E. A western-pattern SAH exists in the upper troposphere for these two sub-categories. The springtime dry vortex in the western plateau (type III) is warm and shallow (approximately 100 hPa deep), and zonal circulation dominates the large-scale environmental flows in the middle and upper troposphere. The precipitating vortex in the southern plateau occurring during July–August (type IV) is not affected by northerly flow at low levels. It is vertically aligned and controlled by a banded SAH.     

1979~2015年青藏高原低涡降水特征分析

为了研究青藏高原低涡降水长期特征,利用1979~2015年高原低涡数据集、依照高原低涡降水范围,匹配高原各站逐日降水信息,对高原低涡降水特征进行统计分析。结果表明,青藏高原低涡降水量呈上升趋势,大值中心位于西藏那曲地区,呈向东南凸出递减分布,并以夏季低涡降水为主,全年和夏季高原低涡降水量与总降水量均存在明显的正相关关系。安多站高原低涡降水呈下降趋势,但对年降水的平均贡献率高达三成;那曲站与托托河站高原低涡降水在总体上却呈上升趋势,递增率分别为0.2 mm/a和0.7 mm/a,其中那曲低涡频数与低涡降水强度的正相关系数达0.66,而托托河低涡降水占总降水的百分比却呈下降趋势。高原低涡日降水量等级主要以小雨为主,但中雨却是低涡降水量的主要贡献者。趋势分析发现高原低涡降水递增中心位于青海北部,递增率达到0.9 mm/a,次中心在西藏西南部雅鲁藏布江沿线地区;同时,高原低涡引发小雨降水基本呈全区一致增加趋势,中心位于西藏东北部和青海西南部地区;中雨降水上升趋势主要集中在西藏西南部、青海地区以及四川西部,其中青海南部存在较为明显上升中心区,下降趋势主要分布在西藏北部和东部。     

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。     

基于气象卫星的青藏高原低涡识别

利用长时间序列气象卫星及多源数据,研究青藏高原低涡综合识别方法,完成低涡数据集并与青藏高原低涡年鉴中低涡位置、路径和分布进行对比分析。研究表明:卫星识别多年平均低涡分布存在两个高值区,分别位于西藏的中北部和青海西南部及青藏高原西部,在有探空站的青藏高原东部（90°E以东）,卫星识别低涡高值区和年鉴数据吻合,冬半年,卫星识别低涡活动明显高于年鉴,主要为青藏高原西部低涡活动引起,逐年及2008年低涡路径对比也显示,有探空站区域卫星识别低涡和年鉴具有较好的一致性,表明卫星识别低涡在青藏高原东部地区的可信性;2015年青藏高原中西部新增3个探空站,年鉴中90°E以西低涡约占全年低涡总数量的22%,该区域卫星识别低涡和年鉴一致性较高,表明卫星识别低涡在高原中西部的可信性。因此,卫星识别低涡与年鉴低涡在有探空站区域有较好的一致性,可对年鉴中青藏高原东部低涡源地进行追踪,又可识别青藏高原中西部尤其是活跃于冬半年的低涡,是青藏高原年鉴低涡数据的有效补充。     

亚洲夏季风爆发与热源强迫下的热带大气Rossby波

对南海夏季风爆发前的风场和局地对流凝结加热强迫作用进行了合成分析, 表明南海夏季风爆发前局地对流凝结加热作用对与南海夏季风爆发密切相关的低频涡对的产生起着重要作用.然后, 从动力学的角度研究了带有外部热源强迫的赤道β平面上的Rossby波, 利用Gardner-Morikawa变换和摄动展开方法, 得到了热源强迫下描写赤道Rossby的mKdV方程, 进而得到了不同热源形式下切变气流中赤道非线性Rossby波的解析解.结果表明, 不同类型的热源对赤道Rossby波的结构起着非常重要的作用, 同时也为南海夏季风爆发前低频涡对的形成给出了一种动力学解释.