一次“北涡南槽”型广西强降水过程的数值模拟与诊断分析

利用一次台风的模拟资料,对台风内部的中尺度波动进行诊断。通过分析中尺度波的结构发现,台风内的中尺度波动具有重力惯性波和涡旋Rossby波的混合特征。一方面,波动的扰动高压对应于负的涡度扰动和反气旋性环流,扰动低压对应于正的涡度扰动和气旋性环流,波动的最大振幅出现在最大风速半径附近。另一方面,波动展示了强烈的辐合辐散和非地转特性。并提出了台风多边形眼墙和中尺度波动之间的联系机制模型。     

热带风暴中波动特征的研究进展和问题

在分析热带风暴眼壁和螺旋雨带中尺度波动特征最新研究的基础上，指出这些研究所忽略的问题，其中包括重力惯性波和涡旋Rossby波波解存在的前提条件和约束、理论分析与观测研究存在的差异等。提出一种基于准平衡动力条件下，热带风暴内中尺度扰动涡散运动共存时，区别于标准模混合的不可分的混合涡旋Rossby-重力惯性波，并讨论了位涡守恒条件下这一类不可分混合波的可能成波机制。利用高分辨率的模式大气资料，采用非对称波分量的分解方法分析了Bonnie飓风中的中尺度波动特征，结果表明，热带风暴中1波型扰动既具有涡旋波性质，但也存在散度扰动的变化，而2波型扰动则体现了明显的不可分混合波的特性。     

台风涡旋系统的波动性质及其数值模拟

本文使用柱坐标系下的正压浅水方程组以及斜压扰动方程组,分析得出台风涡旋系统中的涡旋Rossby波划分为两种类型。由于切向基本气流的二阶径向水平切变或者基本气流的垂直涡度在径向方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于切向基本气流是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。当基本流场垂直涡度-ζz沿着径向r方向增大时,第一类涡旋Rossby波是沿着切向圆周方向逆时针方向传播的;反之则是沿着切向圆周方向顺时针方向传播。如果考虑切向基流的二次垂直切变时,可以得到台风涡旋系统中第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是切向基本流场风速的二次垂直切变或者基本流场径向r方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于切向基本气流也是单向传播的,当-ζr沿着空间z方向上增大时,第二类涡旋Rossby波就是相对于基本气流-V0是顺时针方向传播的;反之则是相对于基本气流逆时针方向传播。在基本流场的风速-V存在二次径向水平切变或者垂直切变时,台风中的波动可能是混合的涡旋Rossby波——重力波;而当基本流场的风速-V仅仅存在线性切变,不存在二次切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,台风系统中的波动则仅仅是重力惯性波。最后,采用WRF模式对“云娜”台风进行了数值模拟,验证了上述结论。     

台风螺旋雨带——涡旋Rossby波

台风中的螺旋云雨带是由多种探测手段被观测到的现象,是为大家所共识的不争事实.但是,对它的形成、维持的理论解释,虽有多种学说,一直以来人们都倾向于重力惯性波说.而重力惯性波说有一个致命的弱点,即波的相速理论值为101m/s量级,它要比螺旋云雨带实测移速只有100m/s几乎大一个量级.于是从前几年开始,人们又回到30多年前提出的涡旋Rossby波说那里去寻找合适的解释.经典的Rossby波是β=(df/dy)作用的大尺度波动,而适用于台风中螺旋云雨带的涡旋——Rossby波乃是f平面(β=0)上的中尺度波动.那末,对这两类尺度不同和成波机理不同的波动,何以均冠予Rossby波一词?本文试图从动力学等价原理上,对此作统一联系的说明.其结果是:台风基本气流的涡度ζ随径向(r)变化的梯度dζ/dr=(1/r)(∂/∂r)(rvλ),在动力学上等价于科氏参数f随纬度变化的梯度即β=df/dy;或者说它们在绝对涡度守恒的前提下,作为波扰动的成波机理是等价的.     

高原低涡中涡旋波动特征的初步分析

将青藏高原低涡(下称高原低涡)视为受加热强迫的边界层内涡旋,分别研究了直角坐标系正压模型和柱坐标系正压模型中高原低涡所含的波动,揭示了高原低涡中各类波动的频散关系及其基本特征,对比分析了两种模型下所得结果的异同,讨论了高原低涡中的波动与流场特征的联系。本研究认为高原低涡既含有涡旋Rossby波又含有惯性重力外波,这对于...     

1822号台风“山竹”的涡旋Rossby波特征分析

采用WRF中尺度模式对2018年22号台风“山竹”进行高分辨率的数值模拟,在此基础上,分析台风的精细动力结构和雨带特征。分析结果发现,台风“山竹”的眼墙处具有低层辐合流入、高层辐散流出的动力配置;台风眼墙附近存在切向风速的高值区和明显的垂直上升区,并且随着高度逐渐向外侧倾斜,同时该处的雷达回波也较强,对流系统较为深厚。然后利用尺度分离方法得到涡旋罗斯贝(Rossby）波的扰动场,进一步分析了台风“山竹”内部的涡旋Rossby波特征。研究发现：1）1波和2波会同时沿着切向和径向方向传播,2波的振幅明显小于1波;1波和2波的正涡度扰动大值区基本覆盖强的雷达回波区域,同时伴有较强的对流活动。2）垂直方向上,降水区的涡度扰动呈现出上层为正、下层为负的动力配置时,同时散度扰动的垂直方向也有类似配置时,则会加强对流系统的发展,有利于降水的增强。由此可见,1波和2波扰动的上层辐散下层辐合的动力配置会促使对流系统的加强,同时也会对台风降水的强度和分布有一定的作用。     

台风“海棠”的螺旋雨带结构及特征

利用中尺度数值模式WRF对2005年7月19—20日台风＂海棠＂登陆前后螺旋雨带的结构及特征进行了模拟和诊断分析。结果表明,本次台风造成的沿海暴雨与主次两条雨带活动有关。主雨带是涡旋Rossby波激发的螺旋雨带,与850 hPa正涡度带有很好的对应关系,降水强度大,辐合层次低,处在温度和切向风速梯度最大处。次雨带辐合层次相对较高,最大温度梯度和相当位温梯度发生在700 hPa以上,无明显切向风梯度配合,其发展主要与台风中心附近的阶梯状相当位温锋区有关。当台风中雨带合并时,易造成降水增幅。台风登陆前后存在螺旋雨带的断裂现象,台风中心西侧及西北侧的中低层的辐散流场使高层的气旋性流场出现和加强,台风在高层的气旋性环流与西部低压结合,使台风西部产生辐合,引起螺旋雨带的断裂,当高层的低压形成明显的气旋式切变时,也可使切变下方螺旋雨带断裂。     

地形对涡量传播和台风切向风速变化的参数敏感性

设计了一个高分辨率的浅水模式，以研究地形参数和纬向基流在涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化中的作用。结果表明，无纬向基流条件下，岛屿地形的水平尺度对涡旋Rossby波传播的影响表现在：随地形水平方向尺度的增大，扰动涡度场环绕地形顺时针方向旋转的趋势增强，局域风速增幅减小，增强了平均风速的减弱。纬向东风基流条件下，热带气旋的局域风速及其平均切向风速的演变受台风与地形间距的改变以及地形作用时间长短的影响：当台风逐渐靠近地形时，局域风速增幅增强，平均风速逐渐减小；当台风逐渐远离地形时，出现相反的变化。     

基于WRF的高原低涡内波动特征及空心结构的初步研究

本文采用美国新一代非静力中尺度数值模式WRFV3．1．1版本对2006年8月14日的1次高原低涡过程进行了3重嵌套的数值模拟,分析模拟输出的高时空分辨率资料,发现涡度散度在各层次上均存在着正负值区域的相临交替分布,体现出一定的波动性,并随时间的变化而旋转,由此对高原低涡中的涡旋波的产生和发展进行详细分析,发现高原低涡中同时具有产生涡旋Rossby波与惯性重力波的条件,进一步粗略计算了涡旋波切向的移速介于涡旋Rossby波与惯性重力波的理论移速之间。由分析结果得出结论认为,在低涡中心区域,由于较高的涡度径向梯度,同时有较强的辐合辐散,波动表现出以涡旋Rossby波与惯性重力波混合的特性为主;低涡外围区域中涡度径向梯度大大减弱,失去了产生涡旋Rossby的条件,显现为惯性重力波的特性。同时高原低涡生命期相对较短,波动在圆周上的传播条件不均匀,这说明可能大多高原低涡螺旋形态的发展并不均匀或并不完整,较难形成如同海上热带气旋般比较均匀和完整的螺旋云带。另外,模拟也发现,在低涡成熟阶段,低涡呈现暖心结构,中心区域垂直运动较弱,表现为相对平静的眼区域。     

THE RELATIONSHIP BETWEEN SCS SUMMER MONSOON INTENSITY AND OCEANIC THERMODYNAMIC VARIABLES AT DIFFERENT TIME SCALE

The oscillation characteristics of 1948 - 2003 South China Sea (SCS) summer monsoon intensity (SCSSMI) is analyzed by wavelet transform and the relationship between SCSSMI filtered by Lanczos filter at different time scale and oceanic thermal conditions is studied. The results show that SCSSMI exhibits dominant interannual (about 4 a), decadal (about 9 a) and interdecadal (about 38 a) oscillation periods. The interannual variation is the strongest and the interdecadal variation the weakest. The region of significant correlation between SCS summer monsoon intensity and oceanic thermodynamic variables at different time scale is greatly different. Significant correlation area of interannual variation of SCSSMI is concentrated in near equatorial region. Corresponding correlation displays quasi-biannual variability. If positive anomalies of SST and the depth of thermocline happen in eastern equatorial Indian Ocean and western equatorial Pacific, and negative anomalies of SST and the depth of thermocline happen in western equatorial Indian Ocean and eastern equatorial Pacific in previous autumn and winter, the interannual variation of SCSSMI will enhance. If the condition is contrary, interannual variation of SCSSMI will weaken. The interannual variation of SCSSMI will influence SST. The region surrounding SCS and east of Australia shows significantly negative correlation in autumn, and significantly positive correlation exhibits in west equatorial Indian Ocean, eastern equatorial Pacific and equatorial Atlantic in winter. The decadal variation of SCSSMI is modulated by PDO. Interdecadal variation of SCSSMI is relevant to the global warming and PDO.     

THE MESOSCALE WAVES AND THE FORMATION OF POLYGONAL EYE WALL IN TYPHOONS

Mesoscale waves in typhoons were diagnosed by using a simulated typhoon data in this paper. Through analyzing the structure of the waves in typhoons, we found that the waves possess the mixed features of gravity inertial waves and vortex Rossby waves. On the one hand, positive geopotential height perturbation is corresponding to negative vorticity perturbation and anticyclonic circulation. At the same time, negative geopotential height perturbation is corresponding to positive vorticity perturbation and cyclonic circulation. The maximum perturbation occurs near the radius of the maximum wind in the typhoon. On the other hand, the mesoscale waves possess the features of strong convergence and divergence and ageostrophic wind. Finally, the authors presented a concept model to explain a linkage mechanism between the mesoscale waves and the formation of polygonal eye wall in the typhoon.     

NUMERICAL SIMULATION EXPERIMENTS OF THE IMPACTS OF LOCAL LAND-SEA THERMODYNAMIC CONTRASTS ON THE SCS SUMMER MONSOON ONSET

1INTRODUCTIONAmongdrivingfactorsfortheEastAsianmonsoonareplanetary-scaleland-seathermodynamiccontrast(e.g.betweentheEurasiancontinentandthePacificOcean)andsub-planetary-scaleone(e.g.betweentheIndochinaandtheSouthChinaSea).ItisovertheSouthChinaSea(SCS)andadjoiningareasthattheEastAsiansummermonsoonfirstbreaksout.ItthenadvancestotheregionsofEastAsiaandSouthAsia.ItisthereforenaturaltofindlocalgeographicandtopographiceffectsoftheSCSregionevidentlyshownontheonsetoftheSCSsummermonsoon…     

局地海陆热力对比对南海夏季风爆发影响的数值试验

使用P-σ区域气候模式，通过两组海温异常下的数值试验和2个理想试验来初步探讨南海与中南半岛局地海陆热力对比对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬春季南海海温增暖使南海高低空均呈现出有利于季风环流形成的形势，促进南海夏季风的爆发；冬春季南海海温变冷的作用则基本相反。南海地区局地海陆热力对比是南海夏季风爆发的可能原因之一，这种局地的海陆热力差异叠加在大尺度的海陆热力差异作用之上，对南海季风在南海地区突发性爆发特征的形成起了一定的促进作用。     

NUMERICAL EXPERIMENTS ON THE FORMATION OF THE EASTERN PACIFIC SUMMER MONSOON

In this paper,we use a two-dimensional primary equation model which contains (1) heating ofradiation,(2) heating of condensation,and (3) transfers of sensible and latent heat between air andthe underlying surface.To investigate the causes for the formation of the eastern North Pacific sum-mer monsoon,the data at 110°W are obtained and winds at underlying surface and at 200 hPa aremodified under the conditions (1) removing topography and (2) changing meridional sea surface tem-perature (SST) gradient.In the numerical modification,we find that by removing the topography,the center's location ofthe eastern North Pacific summer monsoon does not change,but the intensity of the summer monsoonis weakened.Also the onset of the summer monsoon is delayed to the end of May.The tropical east-erly jet is weakened obviously,even changes to westerly wind.On the other hand,we find that theSST gradient along 110°W influences the eastern North Pacific summer monsoon distinctly.If theSST gradient is decreased,the center of the southwest wind near 12°N does not exist any more.theintensity of the whole summer monsoon becomes very weak and the circulation pattern of the summermonsoon also changes a lot.Finally,we indicate that both topography and meridional SST gradient play important roles inthe occurrence of the eastern North Pacific summer monsoon.The meridional SST gradient is themost important factor that triggers the summer monsoon and the topography along 110°W influencesthe intensity and the onset time of the summer monsoon there mostly.     

亚洲热带夏季风的首发地区和机理研究

文中分析了多年逐候平均 85 0hPa风场和黑体辐射温度等物理量的时空演变 ,结果表明 ,90°E以东的孟加拉湾、中南半岛和南海是亚洲热带夏季风首先爆发的地区 ,爆发时间在 2 7～ 2 8候 ,具有突发性和同时性。 90°E以西的印度半岛和阿拉伯海是热带夏季风爆发较晚的地区 ,季风首先在该区 10°N以南爆发 ,时间约在 30～ 31候 ,然后向北推进 ,6月末在全区建立 ,爆发过程具有渐进性。机制分析表明 ,由于 110～ 12 0°E的中高纬东亚大陆在春季和初夏地面感热通量、温度和气压的迅速变化 ,使热带低压带首先在该处冲破高压带 ,生成大陆低压 ,并引导西南气流在 90°E以东地区首先建立。在 90°E以西的印度半岛地区 ,地面感热通量在 4～ 5月间几乎没有明显变化 ,因而印度季风比南海季风晚爆发约 1个月。由此得出 ,90°E是东亚夏季风和南亚夏季风的分界线。此外 ,还着重探讨了南亚高压的季节变化与亚洲热带夏季风爆发的时间联系。发现南亚高压中心位置与亚洲热带夏季风爆发时间有较好的对应关系。南亚高压中心跳过 2 0°N时 ,南海夏季风爆发 ,跳过 2 5°N时 ,印度夏季风在其南部爆发。将用上述方法确定的爆发时间与用其他方法确定的爆发时间相比较 ,发现它们在南海地区有较好的一致性 ,在印度地区略有差异。     

南海夏季风演变的气候学特征

本文总结南海北部地区夏季风演变的气候学特征，发现南海地区５月第３候对流层高层东风和北风爆发，对流层低层西风第１次跃升，东亚经向季风环流圈开始形成，这可以成为南海地区夏季风爆发的标志。对流层低层西风在６月中旬开始的第２次连续跃升对应江淮地区的梅雨爆发期。类似地，中国大陆夏季对流层低层５月初和６月初有两次爆发性增暖过程，第２次比第１次强烈得多。南海北部地区对流层低层纬向风速、比湿盛夏呈双峰型，纬向风速峰值分别出现在６月第５候和８月第４候，比湿峰值分别出现在６月第６候和８月第５候。比湿突升对应纬向风速突升，但略落后于风速峰值出现的时间。南海北部地区季风爆发前，温度是波动式上升的，南海季风爆发后，温度是波动式下降的。中国大陆东部及南海地区夏季对流层低层比湿分布有３次突变，即４月中旬南海北部比湿突增，并开始出现高比湿中心，而南海南部为最大比湿中心；５月中旬最大比湿中心已从南海南部跳到了南海北部－华南并向江淮流域扩展；６月中旬江淮流域比湿突增并一直维持到８月，同时南海南部高比湿带消失。而５月中旬ＯＬＲ有一次突变，ＯＬＲ低值区爆发性向北扩张，这对应于南海地区夏季风的爆发。而孟加拉湾地区夏季风演变的气候学特征与南海地区有较     

1998年南海夏季风建立前后的突变特征及爆发过程

利用南海季风试验所得到的最新资料分析了１９９８年南海夏季风建立前后的突变特征及其爆发过程,初步认定１９９８年亚洲夏季风最早（５月２３日）在南海地区建立,它是亚洲冬季风形势向夏季风形势转换的最早体现。副高从南海地区连续东撤是南海地区夏季风建立的直接过程,它的撤出有利于不稳定能量的释放,形成南海夏季风的爆发性。提出赤道印度洋地区的西风和降水向中南半岛地区扩展、华南静止锋活跃南压,这种形式的中低纬相互作     

ANALYSIS OF LOW-FREQUENCY OSCILLATIONS FOR THE SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON IN 1998

1INTRODUCTIONLocatingatthesoutheasternpartofAsia,theSouthChinaSea(SCS)linkstheIndianOceanandwesternPacificandimmediatelyborderswiththeSouthAsiamonsoonregion.ItisanimportantlocationinwhichtheEastAsiamonsoonsysteminteractswiththeIndianOceanoneandamostdirectsourceofmoistureforthesubtropicalmonsoonsysteminEastAsia.TheSCSmonsoonanomaliescandirectlyaffectonthetemporal-spatialdistributionofprecipitationinthesouthofChinaandtheChangjiangRivervalleysothatseriousfloods/droughtsarecaused.Com…     

南海夏季风爆发的大气热源特征及其爆发迟早原因的探讨

利用ECMWF(1979～1993年)的再分析资料分析了南海夏季风爆发前后的大气热源演变特征,并由此确定了南海夏季风爆发的大气热源判据。将该判据应用于1979~1993年总共15年的平均场,可判定南海夏季风平均于28候(5月第4候)爆发。而且,对于逐年南海夏季风爆发,该判据也有较好的指示意义。本文还发现,南海夏季风爆发的迟早与4月份40 S纬圈平均的大气热源垂直积分有着非常密切的联系,由此得到的南海夏季风爆发时间的前期判定指标能较好地判断南海夏季风的爆发时间。南海夏季风爆发迟早的原因,及其与4月份40 S纬圈平均之间的联系,可以通过南北半球哈得莱环流的变化得到解释。