一次台风变性并入东北冷涡过程的动力诊断分析

台风北移变性并入东北冷涡是造成东北地区夏季大范围暴雨的主要形式之一, 但其中的热动力结构变化特征及其物理机制尚不清晰。本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料对一次台风变性并入东北冷涡过程进行动力诊断分析, 分析结果显示:冷涡冷空气的不断侵入以及台风移动形成的相对冷平流使得台风暖心结构消亡, 其低层低压辐合和高层高压辐散结构消失, 变性并入东北冷涡后气旋整层偏冷, 低层出现冷中心。台风变性并入东北冷涡过程中, 冷涡中心附近高空急流南侧的反气旋切变抑制气旋直接往高空发展, 而急流轴左侧的热动力分布特征有利于垂直涡度的发展, 变性后的气旋环流向冷涡的移近有利于急流轴维持倾斜, 从而促进气旋向高空冷涡倾斜发展。同时, 冷空气在气旋低层附近堆积导致等假相当位温线发生倾斜, 造成垂直涡度在气旋中层倾斜发展。台风变性并入东北冷涡后, 高空冷涡槽底的正垂直涡度平流促进气旋由中层直接向高层发展, 而高空冷涡槽底急流促进正垂直涡度平流的维持。气旋高空环流的发展反过来削弱了东北冷涡的高层环流, 导致高空冷涡中心出现北撤。     

东北冷涡诱发的一次连续强风暴环境条件分析

从深对流发展必须满足的对流层低层有足够强的湿层、层结不稳定和足够强的触发机制出发,对2002年7月11～15日由东北冷涡诱发的一次连续强风暴生成的环境条件进行了诊断分析。结果表明:低层暖湿条件是冷涡强对流预报的关键,强大的冷涡由于冷性层结深厚难以诱发强的对流性天气,而其分裂的次涡度中心或弱的冷性低涡配合低层暖湿气流常常产生突发性强对流性天气;强的风垂直切变引发的斜压不稳定和垂直运动是强对流触发和维持的重要条件,风暴发生前边界层到500 hPa风向随高度顺转超过90°,随着对流性天气的发展,850 hPa以上风垂直切变逐渐减小,而850 hPa以下可能受低层冷丘产生中高压的影响,切变有增大的趋势;冷涡诱发的强对流性天气常常位于高空急流出口区左侧,但在实际预报业务中需要配合散度场来进行综合判断。     

南海热带气旋发展各阶段某些物理量综合场分析

本文试用综合研究方法探讨南海热带气旋发展各阶段的基本结构及其演变特征。 综合场分析表明:南海热带气旋的流场大体呈圆形分布。热带气旋的半径在地面图上约为4纬距左右,属天气尺度,垂直伸展范围一般可达300mb左右,涡度轴的方向从低压阶段至风暴阶段变化较大,而且是层和低层轴向不一致,强风暴阶段涡度轴方向基本垂直,径向流入层主要位于500mb以下,流入层达到的高度较西太平洋台风为低。温度场结构方面,各阶段气旋中心温度较周围高出2—6℃;强风暴阶段暖核出现在300mb附近,200mb附近为一冷中心;冷暖中心的数值和出现高度均小于西太平洋台风,此外各阶段的温湿分布清楚地表明,为热带气旋发展供应热量、水汽的暖湿空气,主要来自低层的中心以南地区。 文中还简单讨论了中、低空环境流场,热带气旋的暖心结构与垂直运动,稳定度等等影响南海台风发展加强的一些因子。      

近海热带气旋强度突变的垂直结构特征分析

应用1949～2003年共55年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料以及NCEP/NCAR再分析资料, 给出热带气旋强度突变标准, 对中国近海突然增强和突然减弱的两组热带气旋进行合成分析和对比分析。结果表明, 近海热带气旋强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系; 环境风垂直切变小于5 m/s是南海近海热带气旋突然增强的必要条件, 热带气旋强度突变对环境风垂直切变变化的响应时间为18～36 h; 热带气旋中心附近存在数值在 -6～6 m/s之间纬向分布的环境风垂直切变密集带, 在热带气旋突然增强时刻, 中心附近环境风垂直切变经向梯度最大; 风垂直切变在热带气旋突然增强过程中逐渐减弱, 而在热带气旋突然减弱过程中逐渐增强; 热带气旋中心附近是高低层相对涡度垂直切变的强负值区, 在热带气旋突然增强过程中相对涡度垂直切变逐渐减小, 在突然增强时刻最小。     

引发北方沙尘暴天气快速发展气旋的数值模拟研究

使用非静力中尺度模式,对2000年4月5～7日引发北方沙尘暴大风天气的蒙古气旋快速发生发展过程做了48 h的预报试验,发现含全物理过程时,该模式基本可再现出大尺度背景场演变和蒙古气旋快速发展的过程;气旋发展前期冷暖空气相当活跃,有很强的斜压性,锋生函数辐散项对气旋的发展作用最大;对流层高层的位涡大值区在向下向东传递过程中,中低层出现气旋快速发展,气旋达最强盛时,对流层中形成一个上下贯通的垂直涡柱;对流层顶"下陷",高层位涡大值区(即高空冷涡低槽的发展)与低层锋区出现相互作用,这可能是导致斜压扰动发展及气旋初始生成的重要机制;潜热释放在本次气旋发生发展过程中作用不显著.这与梅雨锋上低压(扰动)等系统的情况有很大差别.     

热带一次致灾龙卷形成物理过程研究

2016年6月5日海南出现了一个弱风垂直切变背景下的EF2级致灾龙卷。利用海口多普勒天气雷达观测资料、10 min间隔的地面自动气象站观测资料以及风廓线资料,研究了该龙卷风暴的结构、龙卷风暴与龙卷形成的可能物理过程。初始风暴在文昌附近向西传播,而同时海口风暴亦由海风锋触发并向东移动,两风暴下沉气流导致的出流相遇在海风锋辐合线上,触发了龙卷母云体。龙卷初始涡旋在低层两风暴出流相遇的切变辐合线上形成,当初始涡旋与其上方深厚且强烈的上升气流叠置时,拉伸作用加强了垂直涡度,使得龙卷形成。深厚的强上升气流有3个来源:对流风暴的出流边界相遇形成的辐合抬升,环境正浮力造成的对流单体内强上升气流,还可能与中高层强中气旋强迫的扰动低压有关。龙卷形成过程中,中高层强中气旋位于6—9 km高空并向上发展,龙卷初始涡旋先于龙卷母云体出现且比一般微气旋尺度大,伸展至更高的高度,属于非典型中气旋龙卷（或非典型超级单体龙卷）。此次热带强龙卷出现在弱的大尺度系统强迫的天气背景下,水平风垂直切变弱,海风锋、出流边界等边界层β中尺度辐合线边界在龙卷形成过程中可能起决定性作用。      

北部湾热带低压发展成台风的结构演变和动能收支的诊断分析

本文对1985年8月下旬北部湾热带低压发展为台风的演变过程作了诊断分析。发现在台风的生成和加强的过程中,涡旋动能出现显著的加强和向下转移,最大涡度层和无辐散层明显下降.与此同时,暖心结构也逐步形成。这一过程与低层西南季风的增强北进,卷入台风环流中的过程密切相关。涡旋动能收支的计算表明,低压由于处在强的水平切变和垂直切变基流中,风场和温度场的不对称和暖心结构的形成,使台风获得正压和斜压不稳定能量,加之以积云对流为代表的次网格过程向涡旋运动输送能量,从而使低压发展为台风。台风的衰亡是由于登陆后低层偏冷气流的入侵和下部暖心结构的破坏,使台风只有纬向平均气流取得能量,不足以补偿摩擦耗散和位能通量的辐散,因而减弱为低压的。      

初始涡旋结构对热带气旋强度变化影响的数值研究

本文利用中尺度WRF模式,通过构造3个位于不同高度上强度相同的初始涡旋暖心中心(分别称为Low试验、Mid试验和High试验),认识暖心垂直结构对热带气旋发展的影响。理想数值试验发现,在积分6 h后在Low试验和Mid试验中最大风速半径开始收缩,眼墙内对流发展,高层暖心发展明显比High试验强,强度增加明显快于High试验,达到快速增强的标准。进一步诊断发现,暖心偏低的试验中初始CAPE值较大,低层风垂直切变较强,有利于眼墙内对流发展,非绝热加热在高层暖心形成过程中起重要作用,最大风速半径收缩比High试验快,热带气旋强度快速增加。本研究清楚表明,数值预报模式中构造初始涡旋的暖心高度对模拟热带气旋的强度发展有重要影响。     

台风榴莲（2001）生成初期中尺度涡旋合并过程研究

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生、发展的复杂性,热带气旋生成机制研究领域至今仍然存在很多未解之谜。已有的观测和模拟研究证明,中尺度涡旋合并过程对于热带气旋的生成可能有触发作用,但尚未见到南海季风槽内热带气旋生成过程中中尺度涡旋合并现象的实例模拟研究。利用新一代中尺度天气研究与预报模式WRF对南海热带气旋榴莲(2001)生成过程中的中尺度涡旋合并过程进行了高分辨率(4 km)数值模拟,并与观测资料进行对比,利用模式输出结果重点分析两个中尺度涡旋合并过程中的主要动力学和热力学特征,并在此基础上进一步分析了合并过程中系统中心附近涡度方程中各项涡度收支的演变情况,最后通过两个敏感性试验与控制试验结果的对比,初步探讨中尺度涡旋合并过程对于热带气旋榴莲生成的作用。结果表明,南海季风槽中的新生中层中尺度涡旋V2,是榴莲生成过程中的主导涡旋,预先存在的东部低层的中尺度涡旋V1对于台风榴莲的生成则起到了辅助作用,两个不同高度的涡旋合并叠加促使涡度的辐合、辐散项率先在低层引起涡度的快速增长,随后垂直输送项在对流层中层对涡度的增长起主要作用。两个涡旋的最终合并,使热带气旋系统正绝对涡度在垂直方向上从低层到中层得以贯通,进而触发榴莲的生成。     

发生在中国大陆的台风变性加强过程分析

通过对登陆台风Winnie(1997)的演变过程分析，发现登陆后的台风经历三个阶段：衰减阶段、变性阶段、重新加强阶段。其变性过程类似于Sekioka等人提出的复合型，变性后逐渐演变为Shapiro—Keyser气旋模型。通过对物理量的诊断分析发现，对流层中高层冷空气的下沉入侵以及对流层低层的暖平流是热带气旋变性的原因。冷空气的入侵使具有暖心结构的热带气旋演变为斜压结构的温带气旋。变性后气旋得到了重新发展，低层维持的较明显暖平流以及与高空急流相对应的散度区和高空涡度平流是导致气旋重新发展的重要物理因子。     

气旋快速发展的机制分析

本文主要分析爆发性气旋的形成机制。通过对一个爆发性气旋生成的个例分析表明,高空急流核的东传及高空强风动量的下传加强了低层强风带及气旋性涡度切变;涡度及位涡垂直分布显示,以对流层中高层的强涡度为背景,气旋在中低层得以爆发性发展,使得强盛期的气旋发展成为一个上下一致的垂直涡度柱;低空强风带的加强一方面由于高空急流的动力强迫作用,另一方面来源于低纬空气质点对强风动量的输送作用。另外,本文还利用拉格朗日方法进行空气质点的轨迹积分,以分析高空纬向气流及低层强风带的变化及输送作用。     

预报南海热带气旋发展的业务流程

前言半个多世纪以来，许多气象工作者对台风（泛指≥风暴级强度的热带气旋，下同）发生发展的条件进行了大量的研究。一致认为台风形成的物理过程是一个冷中心扰动低压逐渐转变为暖中心热带气旋的过程。Palmen[1]和Riehl[2]很早就指出台风的形成有五个条件：①要有足够广阔的洋面，海水温度高于26或27℃；②离赤道3～8度以外的海洋上形成；③低层先有一个扰动低压存在；④扰动区整个对流层风垂直切变较小；⑤扰动低压上空有辐散场存在。Gray认为高空辐散是低层辐合的结果[3]。上述条件是台风形成的必要条件，气象业务部门结合本地区具体情…     

AMSU-A温度反演及其对南海热带低压暖心的分析

采用NOAA极轨卫星先进微波探测器AMSU-A L1B的观测资料,经过卫星天线模式校正和临边调整,然后采用线性回归及水平方向上逐步订正法得到水平分辨率0.5 °×0.5 °垂直方向1 000 ~ 0.1 hPa共40层的反演温度资料。通过个例分析发现,反演的温度资料可以揭示热带气旋暖心的细致结构。之后,选取了由中高层向下(“自上而下”)发展而来的发展和不发展的南海热带低压,对这些热带低压暖心结构的演变进行了对比分析。结果表明:由中高层向下发展而来的南海热带低压,都有暖心结构从中高层向下发展到近海面的过程;发展的南海热带低压在暖心向下发展到近海面时,高层暖心突然增强,使得热带低压的暖心在高层和低层同时出现显著增强;而不发展的南海热带低压的暖心结构并没有出现这种现象。因此,通过监测热带低压暖心结构的变化,可能对判别热带低压是否发展有一定的帮助。      

冷涡背景下一次微型超级单体龙卷的雷达特征和物理过程探究

2019年8月16日渤海北部沿岸出现了一次冷涡背景下的EF1级龙卷。利用营口S波段双偏振多普勒天气雷达探测资料、5 min间隔的地面自动气象站观测资料、盘锦风廓线雷达探测资料及ERA5再分析资料,研究了该龙卷风暴产生的环境条件、龙卷风暴结构特征及龙卷形成的可能物理过程。结果表明:此次龙卷过程发生在500 hPa冷涡主体控制下,低空位于“利奇马”台风残涡西侧水汽输送带内,环境条件表现为弱的风垂直切变和强低层热力不稳定。营口双偏振雷达位于距龙卷发生地15 km处,探测到产生龙卷的微型超级单体钩状回波、下沉反射率核心（DRC）、弱回波洞（WEH）、龙卷残片特征（TDS）等结构。处于消亡阶段雷暴的阵风锋出流向西传播,而营口附近海风锋缓慢东移,两条边界层辐合线相遇加强,在水平切变不稳定的作用下,辐合线上有γ中尺度涡旋形成。辐合线相遇造成的辐合抬升、低层强热力不稳定导致的环境正浮力以及中层中气旋扰动低压共同作用产生强上升气流,γ中尺度涡旋与上升气流叠置,强拉伸作用增强了垂直涡度,可能是低层微尺度气旋形成的关键机制。微尺度气旋直径收缩至最小伴随旋转速度达到最大时刻,对应龙卷生成,中层中气旋与微尺度气旋分离导致龙卷消亡。      

2012年11月10日辽西地区冷涡暴雪的动力条件分析

文章利用NCEP/NCAR每6h间隔1°×1°再分析资料和常规气象观测资料,对2012年11月10日傍晚到11日下午发生在辽西地区的一次暴雪天气的动力条件进行分析,结果表明:高空冷涡是此次暴雪过程的主要影响系统,强降雪出现在冷涡中心前部、中层暖式切变线南侧,发生在垂直方向上高低空正涡度中心向下传的过程中,高空涡度中心下方强烈的上升运动,对暴雪的增幅起到了很大作用;强降雪位于500hPa的湿位涡负值中心附近,在湿位涡中心向下发展、向东移动的过程中,风的垂直切变和大气湿斜压性引起低层的涡度显著增加,导致上升运动的增强。     

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...     

苏尼特左旗春季一次大雨天气诊断分析

应用常规气象资料、卫星云图,对2009年4月23日苏尼特左旗对流性大雨天气的成因进行了诊断。分析了产生大雨的天气系统特征,大气垂直稳定度,产生大雨的水汽条件和动力触发机制。给出了产生大雨的对流云团演变特征。研究结果表明：对流性大雨是由高空冷涡、蒙古气旋共同影响产生的。低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,把水汽源源不断地向大雨区输送。低涡槽结构和低层增温增湿气流侧向汇合,垂直涡度增大,辐合上升运动增强,对流不稳定能量释放,继而产生对流性大雨天气。     

台风“莫拉非”非对称环流与强度变化的关系

利用热带气旋定位资料和NCEP同化资料,通过动态合成方法分析0906号台风"莫拉非"的非对称环流特征,探讨非对称环流与"莫拉非"强度变化的联系。结果表明:"莫拉非"的环境风场水平切变以对流层低层经向风水平切变最显著,且超前于"莫拉非"的强度变化;热带气旋中心附近-6~6m.s-1的纬向风垂直切变密集带和北侧东风切变的南移,是"莫拉非"逐渐增强的有利条件;"莫拉非"中心附近存在高低层相对涡度垂直切变正值中心,其在热带气旋发展成台风时达到极大值。     

季风涡旋对热带气旋生成影响的理想试验研究

利用新一代非静力平衡中尺度数值模式WRF_ARW（3.3.1版本）模拟季风涡旋中热带气旋生成的过程,从动力和热力作用两方面分析大尺度季风涡旋对热带气旋生成的影响。结果表明:从动力学角度来看,能提供较大环境场涡度的季风涡旋不利于扰动涡旋快速发展成热带气旋。初始阶段,由于季风涡旋尺度大,垂直涡度径向梯度弱。而垂直涡度径向梯度的强弱可以通过“涡度隔离”效应影响对流单体向涡旋中心的聚集合并过程。随着扰动的组织化,径向入流对涡度的平流作用越来越重要。对流单体相对最大风速半径的位置对热带气旋生成作用明显,当其集中在最大风速半径附近时涡旋容易快速发展。此外,环境场相对涡度与热带气旋的尺度存在显著正相关。初始尺度大的涡旋最终具有较大的外围尺度,其涡度的分布范围也更广。从热力学角度来说,较大的环境场相对湿度有利于热带气旋的生成。虽然较大的环境场湿度能够诱发较强的外围对流,但同时也会使最大风速半径以内存在丰富的对流,后者能够提供充分的内区非绝热加热,降低中心气压,促进涡旋发展。      

南海热带气旋迅速加强环境场因子的影响分析

使用中国气象局上海台风研究所整理的热带气旋最佳路径资料,对1979-2012年间南海海域热带气旋迅速加强的时空分布特征进行分析。结果表明,南海热带气旋迅速加强主要出现在夏秋两季,其中9月频数最高,空间分布主要集中在海南岛东南侧以及南海中部远离大陆的海域。基于ERA-Interim再分析资料,确定了一种环境因子的新阈值计算方法,计算出风垂直切变、高(低)层散度、低层垂直涡度、低层水汽通量散度、对流层中层相对湿度、海表面温度和海洋热含量8种环境场因子有利于迅速加强的阈值条件,结果表明风垂直切变、低层辐合、低层水汽辐合是影响迅速加强的主要因子。强台风以下级别的南海热带气旋级别越高迅速加强概率越大,迅速加强时满足阈值的因子个数也越多。除海洋热含量以外的7个因子中,满足阈值的因子个数为6个(热带风暴级别)或5个(强热带风暴级别、台风和强台风级别)时迅速加强概率最大。这些对提高南海热带气旋强度突变的预报有一定指导意义。