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1h Pa/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。     

一个温带海洋气旋爆发性发展的动力学分析

本文对1982年3月11～16日出现在西北太平洋地区的一个强温带海洋气旋的爆发性发展过程进行了诊断分析。重点讨论了斜压不稳定和非绝热加热过程在气旋发展不同阶段的特点和相互作用。分析揭示,在气旋发展初期低层与高层扰动在垂直方向是分离的,尺度和移速都不同。由高低层等熵位涡扰动的相对位相分析发现,在发展初期斜压不稳定条件对发展是不利的,而在爆发阶段则非常有利。由湿位涡和水汽辐合,等熵运动和非地转运动分析指出,非绝热加热过程在前边两个阶段都很重要。在爆发阶段斜压不稳定与非绝热加热过程相互作用,产生正反馈,使气旋得到爆发性发展。     

近10年黄、渤海海域入海气旋的统计特征和加强原因分析

利用2008?2018年逐小时自动站资料、常规地面高空观测资料、NCEP-FNL资料,统计黄、渤海7级及以上气旋大风过程,围绕气旋加深率和气压梯度讨论气象因子与气旋强度和发展关系,根据Petterssen地面气旋发展公式讨论温度平流、涡度平流和非绝热加热在气旋中的作用。结果表明:(1) 70.5%气旋入海后加强,14.7%成为爆发性气旋,17.6%气旋入海过程强度不变,11.7%气旋入海后减弱。影响黄、渤海的温带气旋过程主要发生在秋季,春冬季次之,夏季一次也没有出现过。入海发展的气旋多位于200 hPa高空急流出口左侧或者分流辐散区,入海减弱的气旋多位于高空急流出口右侧。(2)影响黄、渤海域的气旋有3类:自西北向东南移动的蒙古气旋(17.6%);自西向东移动的黄河气旋(49%);自西南向东北移动的江(黄)淮气旋(33.4%)。江(黄)淮气旋在秋季容易发展为爆发性气旋。黄河气旋和蒙古气旋入海后最大风区域通常出现在气旋的西北象限(或偏西象限),江(黄)淮气旋最大风区域出现在气旋的东南象限。(3)温度平流是气旋入海发展最重要的物理量因子,温度平流对气旋入海发展比对气旋强度更敏感。5次爆发性气旋过程中温度平流和涡度平流均高于其他气旋过程。非绝热加热与气旋强度的相关性较强,与气旋发展相关性弱。(4)江(黄)淮气旋过程中温度平流和非绝热加热较强,黄河气旋过程中涡度平流较强,涡度平流和非绝热加热对蒙古气旋的作用较弱。     

变性台风LUPIT爆发性发展研究

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)提供的FNL(Final Analyses)资料和WRF模式(Weather Research Forecast Model)对2009年0920号超强台风LUPIT变性后再次爆发性发展的现象进行了研究,详细分析了潜热加热在热带气旋变性为温带爆发性气旋过程中的作用。研究发现:潜热释放是气旋快速发展阶段的重要影响因素,潜热通过影响环流促使气旋的爆发性发展,较为深厚的对流系统使潜热释放的位置发生在对流层的中高层。热量释放之后,地面气旋上空高空槽前的西南气流向槽前高压脊内输送热量,造成高层等压面坡度增大,涡度平流随高度增加,涡度平流的增加又进一步促进了上升运动加强,有利于更多水汽凝结,释放潜热,使得气旋海平面中心气压快速降低。天气尺度低压系统与对流活动相伴随的潜热释放之间的相互促进的正反馈过程类似于热带气旋的CISK机制,这可能是热带气旋变性后爆发性发展的一种重要机制。     

北太平洋爆发性气旋的统计特征

利用FNL(Final Analyses)全球格点资料,对2000—2015年冷季(10月至来年4月)发生于北太平洋(20°N~65°N,110°E~100°W)的爆发性气旋进行了分析研究。依据爆发性气旋的空间分布特征和高时间分辨率的资料,将爆发性气旋定义修订为海表面中心气压(地转调整到45o N)12h平均加深率达到1hPa/h以上的气旋。根据爆发性气旋最大加深率的大小,在强度上将其划分为4类:弱、中、强和超强。日本海、西北太平洋、中西太平洋、中东太平洋和东北太平洋为北太平洋爆发性气旋的5个多发区域,发生于各区域的爆发性气旋依次称之为:JOS(Japan-Okhotsk Sea)、NWP(Northwestern Pacific)、WCP(West-Central Pacific)、ECP(East-Central Pacific)和NEP(Northeastern Pacific)爆发性气旋。北太平洋爆发性气旋发生频数自西向东逐渐减少,呈现出"西多东少"的分布特征。爆发性气旋的统计特征因发生区域不同而呈现出较大差异,NWP爆发性气旋多发生于冬季和早春,而NEP爆发性气旋多发生于秋季和早春;相对于NEP爆发性气旋,NWP爆发性气旋发展较为剧烈,中心最低气压较低,爆发史长和发展史长较长。NWP爆发性气旋的移动路径多为西南-东北向,随着爆发强度的增强,其移动路径更趋于集中。NEP爆发性气旋的移动路径因生成位置的不同而呈现出较大差异,在中西太平洋和中太平洋海域生成的NEP爆发性气旋,其移动路径前期多为偏东向,后期折向西北;而在中东太平洋海域生成的NEP爆发性气旋,其移动路径多为西南-东北向。海洋暖流为NWP和NEP爆发性气旋的急剧发展提供了有利的海洋物理环境场。     

一次黄海入海气旋爆发性发展的诊断分析

对2013年11月一次黄海入海气旋的爆发性发展过程进行了诊断分析,结果显示:此次气旋入海发展过程中始终位于500 h Pa高空槽前,槽前正涡度平流和强烈暖平流是气旋爆发性发展的主要原因。对流层高层有明显正位涡下传至低层,引起地面气旋性涡度发展,对气旋爆发性发展有重要作用;气旋发展过程中始终位于高空急流出口区左侧,高空辐散、低空辐合以及强上升运动提供了气旋发展的动力条件;除了低空急流输送,海洋和大气之间耦合作用为气旋爆发性发展提供了必要的热量输送。     

2006年6月北大西洋上热带风暴Alberto变性后爆发性发展机理分析

本文利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的ERA5客观再分析资料、气象卫星合作研究所(Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies,CIMSS)提供的红外卫星云图资料,对2006年6月14~20日发生在北大西洋上的一个爆发性气旋进行分析。该气旋由热带风暴阿尔贝托(Tropical Storm Alberto)变性后发展而来,是2000—2016年的17个夏季(6、7和8月)发生在北大西洋上的中心气压加深率最大的爆发性气旋个例。该气旋的演变过程可划分为初始、发展、成熟和衰亡四个阶段。本文旨在分析气旋演变过程中的云系特点、气旋爆发前后的高低空环流形势和高低空相互作用。分析显示,低层强烈的温度平流导致的大气斜压性是利于气旋发展的重要环境条件;500 hPa槽前的正涡度平流可为气旋发展提供动力强迫;高层异常PV的下传对气旋发展有促进作用;潜热释放(Q2/CP)主要位于对流层的中低层,这有利于气旋发展。利用Zwack-Okossi方程进行诊断分析发现,在该气旋发展过程中绝对涡度平流项和非绝热项的贡献为正,且非绝热加热对气旋快速发展的贡献最大,而温度平流项和绝热项对气旋发展起阻碍作用。     

应用ω方程对爆发性气旋与非爆发性气旋的诊断对比分析

对发生在北太平洋西部中高纬度海洋上的两个爆发性气旋和一个非爆发性气旋进行了非地转ω方程诊断分析。认为强的温度平流、涡度平流、位涡平流和凝结潜热释放是使气旋爆发性发展的主要因子,爆发性气旋发展过程中是一特殊的斜压过程、存在着某种自我激发的机制。非爆发性气旋不但其发展因子（如涡度平流、温度平流、位涡平流、潜热释放等）在量的方面较爆发性气旋要小,自我激发性机制表现得也不明显。爆发性气旋与非爆发性气旋的发     

中国近海和西太平洋温带气旋的气候学研究

依据开展海洋气旋现场海洋调查任务的需要 ,利用历史天气图资料 ,对 1 990～1 998年 5～ 6月黄海和东海气旋进行了统计分析 ,概括出其气候学特征 ,并对 1 979～1 989年间冷季中国近海和西太平洋的海洋爆发性气旋活动的气候规律进行分析 ,与相关研究结果作了比较 .尤其指出 ,西太平洋爆发性气旋具有显著连续爆发的特性     

西北太平洋一个超强爆发性气旋的分析

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)提供的CFSv2(Climate Forecast System Version 2)资料和日本高知大学提供的MTSAT-1R(Multi-functional Transport Satellites-1R)卫星红外波段反照率资料,对2013年1月发生在西北太平洋上的一个超强爆发性气旋进行了研究,利用天气分析和诊断分析等方法,详细分析了该爆发性气旋的结构特征。发现该气旋在爆发性发展的后期位于高空急流的北侧,高空的强辐散有利于气旋的发展。气旋上空500hPa的低压槽在14日12UTC显著加深,槽前的正涡度平流有利于海平面气压降低。与气旋伴随的冷锋存在鼻状结构,在800hPa以下,假相当位温随高度降低,低层大气呈对流性不稳定状态。利用涡度方程对气旋进行诊断分析,发现平流项和拉伸项为气旋涡度变化的主要贡献项。设计了围绕气旋中心15(°)×15(°)的区域,发现不同时刻的沿区域四边积分的环流、区域内面积平均的非绝热加热、水汽通量散度和垂直速度4个物理量存在正反馈过程,即气旋爆发性发展的前期存在类似CISK的正反馈机制。     

冬季海上爆发性气旋成因的动力学研究

本文对１９７９年１月和４月发生于西北太平洋地区的两个爆发性气旋和一个非爆发性气旋,应用位势涡度和Ｅ－Ｐ通量等进行了诊断分析。分析揭示,爆发性气旋发生与发展,不同于普通气旋的动力机制,它是由于平流层底的涡度异常增大南侵和下旋对对流层扰动、上层冷空气下传表成的上下偶合垂直结构的发展性气旋。其动力主要来自上层强和下层的水汽输送产生的大量而集中的凝结潜热。     

爆发性温带气旋的定义标准初探

在北半球中高纬度洋面上,温带气旋移出陆地后常突然猛烈加强,中心气压24h下降十余甚至数十hPa.在北太平洋地区,当气旋移到日本北部到千岛群岛以东洋面时,几乎都有上述爆发性发展阶段,这一海域也是北太平洋地区爆发性气旋的多发区.然而气旋突发式加深的幅度相差是很悬殊的,哪些属爆发性发展,哪些不是,这要有一个统一的标准.     

西北太平洋爆发性气旋的气候特征和卫星云图分析

通过对西北太平洋最近九年爆发性气旋的分析表明:气旋的爆发性发展主要发生在冬半年的海洋上,集中在日本东南海域,且有明显的季节性。加深率以1.1贝吉龙居多。其发展过程的云形特征可归为四类:南北逗点云系迭加类;气旋锢囚性发展类;斜压叶状云系类和东西云系迭加类。     

北太平洋上一个爆发性气旋族的结构分析

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析格点资料和HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)模式对2012年1月1—10日发生在北太平洋的一个爆发性气旋族进行了研究,并对气旋族的两个主要成员Parent Low(气旋A)和Child Low(气旋B)的演变过程和时空结构进行了详细分析,发现在气旋A和气旋B的爆发性发展阶段,200hPa高空的辐散区向气旋输送正涡度平流,气旋处于500hPa大槽前部,系统轴线西倾,低层有强冷平流向气旋中心输送并与锋面结合,温度梯度较大。气旋西侧较强北风携带的冷空气与冷锋前来的暖湿空气相遇,为气旋的发展提供有利条件。从形势场上看,气旋B爆发性发展主要是依靠气旋A所提供的环流背景场。气旋A在高空为气旋B提供正涡度平流,在低空通过环流将冷平流输送到气旋B内部,使气旋B低层斜压性增加。在气旋A和气旋B的向东移动和"互旋"过程中,两者之间水汽输送通道逐步建立。东移过程中,气旋A不断向气旋B进行水汽输运,使得气旋B系统内部水汽含量增加,为气旋的发展提供能量。利用后向追踪法对气旋B中心附近的空气进行追踪发现,在1 000m以下,来自气旋A的空气占到总数的一半以上,可以认为气旋A是气旋B低层水汽来源的主要途径之一。     

南大洋夏季气旋的统计特征

为增加对南半球气旋及爆发性气旋的理解,利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)提供的1(°)×1(°)FNL格点资料对南大洋2004~2007年3个夏季(12,1,2月)热带地区以外的气旋及爆发性气旋的位置及路径等特征进行统计分析,发现1月份为南大洋夏季气旋与爆发性气旋发生发展的高峰月,55°S~70°S为气旋分布最大值区,较多的气旋生成于南美洲东部、南极半岛附近,而爆发性气旋则大多生成于澳大利亚大陆西南50°S~60°S内,南极半岛东北部以及20°E,60°E附近,并且随着夏季向秋季过渡,南大洋气旋位置分布逐渐向高纬度集中。南大洋夏季气旋及爆发性气旋路径走向大多为东-东南走向,个别为东北走向。南大洋夏季气旋生命周期平均为2~6 d,水平尺度平均约为1000 km,爆发性气旋一般维持在1周左右,水平尺度平均约为3000 km。特殊的地理环境使得南大洋气旋具有发生频率高、中心气压值低、水平尺度大等特点。     

中国近海温带气旋的时空变化特征

基于1979-2012年共34年的ECMWF逐日4次平均海平面气压的再分析资料,采用英国雷丁大学气旋客观追踪算法,对出现在我国近海的温带气旋(气旋生命史1d以上,移动距离大于500km)的时空分布特征进行统计分析。结论包括以下几点:(1)1979-2012年进入中国近海的温带气旋平均每年45个,气旋数量呈现春夏多而秋冬少的特点。20世纪90年代初至今,气旋数量呈增加趋势,其中北部海区气旋数量增加达到显著水平,东部海区气旋数量表现为不显著减少,故认为影响中国近海的气旋路径有北移的趋势。(2)进入我国近海的温带气旋主要有4个生成源地,按比例由高到低分别是江淮气旋(38.9%),东海气旋(25.2%),黄河气旋(24.3%)以及蒙古气旋(11.6%)。气旋入海后,当大气海洋条件适合时,可以爆发性增长,气旋爆发性增长的主要区域在朝鲜半岛及以东洋面以及日本以东洋面,在我国近海气旋爆发的比例较小。(3)气旋生命史主要为1~7d,但生命史为1~4d的气旋比例最大,平均占气旋总数的52%,其中夏季长生命史气旋(大于10d)的比例最大,为8%,冬季最少,接近3%。冬季气旋最强,气压分布区间大;夏季弱气旋多,中心气压分布集中。     

不稳定状态下惯性重力波对台风发生、发展和移动的作用

本文用波动不稳定理论,对台风和热带气旋的发生、发展进行了分析和研究。结果表明,在热带气旋和台风的发生、发展过程中,起主要作用的波动是不稳定状态下的惯性重力波。大气中存在深厚潮湿层和水气凝结加热可促使和加剧波动的不稳定,并有利于波动能量频散减小,因此有利于台风和热带气旋的发生、发展,而且又能使波动移动速度减慢。基本态比容随气压的变化小于绝热分布的情况,也可导致波动不稳定,因此,对台风和热带气旋的发生、发展也可起到一定的作用。     

一次黄海爆发性气旋的观测分析和数值模拟研究

本文利用再分析资料和WRFV3.9模式（Weather Research and Forecasting Model）对2020年7月22－24日发生在黄海海域的一次爆发性气旋进行了研究,并对其演变过程和发展机制进行了详细分析。该气旋22日12UTC在山东南部生成,入海后开始爆发性发展,最大加深率达到1.2 Bergeron,23日在黄海中部气压降至最低990 hPa左右,24日在韩国登陆。高空强辐散、低层的暖舌结构、水汽输送和下垫面热通量的变化增强了大气斜压性,使其迅速发展。使用WRF模式对气旋进行模拟,涡度的诊断分析表明,大气低层强斜压性主要通过涡度方程的散度项对气旋的发展起作用,对流项在涡度发展旺盛的时刻也有一定影响。海温的敏感性试验表明,海温变化对气旋移动路径和中心气压影响明显。     

不同深厚气旋入海发展中环境因子作用对比研究（英文）

利用FNL再分析资料,统计2008—2012年入海发展江淮气旋并根据气旋不同深厚程度及季节特征分为:暖季深厚型、暖季浅薄型、冬季浅薄型和春初底层型。各类气旋的统计及合成分析表明四类气旋入海基本特征为:入海路径可分为东路和东北路;冬季与初春气旋入海发展增强幅度大于暖季;不同深厚气旋入海后均有下垫面摩擦力减小近海面风力增强,大风区扩大且由气旋偏东位置向东南偏移;暖季气旋入海降水强度增幅明显,并与气旋深厚程度成正比,冬季及春初气旋入海后降水增幅小,春初气旋后部有零散强降水。对入海发展机制的合成诊断显示,气旋中凝结潜热释放对暖季气旋起重要作用,并与气旋深厚程度成正比,对冬季气旋也有正贡献,但对春初底层型气旋无明显作用。春初底层型对海面动力热力影响更敏感,入海后正涡度区的垂直伸展较其它型更显著。而有利于气旋加深的上空辐散中心位置高度与气旋的深厚程度成正比。气旋入海发展中环境因子分析显示,下垫面非绝热加热对冬季和初春气旋作用显著,对暖季气旋影响不明显。高空急流动量下传与下垫面摩擦减弱促使各类气旋增强。湿位涡对暖季气旋有重要正贡献,对深厚气旋作用更强。冬季和初春风场的惯性稳定度和切变稳定度的共同作用有利于气旋增强。1 000 h Pa上湿斜压项MPV2显示的气旋区域温湿锋区位置及强度与入海气旋雨区及雨强对应较好,具有显著指示性。     

水汽在9711号台风移动中的作用

本文通过对涡度、散度和水汽等物理量的计算及水气图像的分析，阐述了水汽分布在涡度发生、发展以及消失中起着重要的作用。涡度的发生、发展、消失与热带气旋（台风）移动有着密切的联系。所以，在水汽图像上热带气旋（台风）水汽走向趋势对未来24h的台风移动有着预报指示意义。