东北冷涡加强减弱过程的涡度收支和动能诊断

对东北冷涡加强和减弱阶段的涡度和动能的收支进行诊断分析。结果表明：无论在加强还是减弱阶段,冷涡区域范围整层的涡度变化均很明显;涡度平衡方程中,散度项、水平平流项及余项均是主要项,正涡度的增长和减弱对冷涡加强和减弱有重要贡献;动能收支方程中的各项也有明显差异,且在对流层中上层均有较强的能量交换过程。     

东北冷涡发展过程的位涡收支分析

从位涡收支的角度对一次东北冷涡发展过程进行了诊断分析,研究了位涡趋势方程中各趋势项对冷涡发展的贡献。结果表明,在对流层低层东北冷涡的发展过程中,非绝热加热率、水平平流位涡以及非平流的位涡趋势对低层位涡的增强做正贡献,有利于低层冷涡的发展,也充分说明了非绝热加热对低层冷涡的发展所起的重要作用;而垂直平流位涡刚好相反,对低层位涡的增强做负贡献,不利于低层冷涡的发展。从垂直结构看,水平平流位涡主要是在对流层低层和高层对位涡发展有正贡献;而垂直平流位涡是在中层促使位涡增强;非平流引起的位涡变化主要是在低层;由平流和非平流引起的总位涡趋势增大,促使冷涡加强发展。     

东北冷涡的位涡动力诊断模型及应用

对一次较典型的东北冷涡过程，利用自然坐标系下的Ertel位涡守恒原理，分析曲率位涡和切变位涡之间的转换及分布特征，得出了涡旋加强或减弱的位涡动力诊断模型，并通过实例计算提出了预报东北冷涡过程的一种方法。     

东北冷涡加强和减弱的短期预报方程

在数值预报产品诊断分析的基础上，计算东北冷涡强度的加强和减弱与物理量，温压场同时刻的相关关系，采用逐步判别方法，制作未来２４小时，４８小时冷涡强度变化的完全预报方程。检验结果表明，该方程对东北冷涡短期强度变化有较强的预报能力，可为客观预报提供依据。     

东北冷涡的Q^→矢量诊断分析

应用准地转Ｑ矢量论，将８０年以来出现的９次东北冷涡进行了诊断分析，逐个计算了不同时次和层次的Ｑ矢量散度，旋度并分析了它们与冷涡强度演变的时空配置关系。结果表明，Ｑ矢量散度和旋度对东北冷涡的加强和减弱有着指示意义。     

东北冷涡发展减弱的温度条件诊断分析

对２０例低涡的温压场进行了分析，并计算了其中９例的７００ｈＰａ温度平流、温度及其平流的空间分布。经比较发现，冷涡减弱与强烈发展阶段的不同点是，发展的低涡前期在７００ｈＰａ涡中心附近有一对冷暖平流中心，而将要减弱的涡没有这种特征；有利于涡发展的冷、暖平流强度分别为－１２×１０－５～－１６×１０－５℃／ｓ。低涡强烈发展时要经历强冷空气向东南方向爆发，建立一支强锋区，即斜压带，它纵向穿过涡中心；温度场空间变化反映发展的涡中心位于３００ｈＰａ以下的锋区上；涡随高层暖平流大幅度加强而快速发展。     

东北冷涡的矢量诊断分析

应用准地转Ｑ矢量理论，将８０年代以来出现的９次东北冷涡进行了诊断分析。逐个计算了不同时次和层次的Ｑ矢量散度、旋度并分析了它们与冷涡强度演变的时空配置关系。结果表明，Ｑ矢量散度和旋度对东北冷涡的加强和减弱有着指示意义。     

一次引发强降水的东北冷涡的演变机理及能量特征研究

采用NCEP CFS 0.5°×0.5°的再分析资料,中国气象局常规地面观测资料和FY 2E卫星TBB资料对2013年7月上旬的一次引发强降水过程的东北冷涡典型个例进行了深入分析和诊断,研究表明:（1）本例冷涡的发展期是其降水和对流活动的最活跃时期,其对应的最小TBB在-60℃以下,最强6 h降水可达124 mm,南海、黄海和日本海是冷涡降水的主要水汽源地。（2）本例东北冷涡是一个深厚的斜压涡旋系统,其最强斜压区和动能大值区主要位于涡旋外围;冷涡的冷心结构主要位于对流层中高层和对流层低层。（3）涡度收支表明,与对流活动密切相关的垂直涡度平流是本次冷涡产生的主导因子;涡度垂直输送和辐合作用是冷涡快速发展的主导因子;而辐散作用则最终导致了冷涡的消亡。（4）能量收支表明,旋转风动能制造是冷涡生成过程中动能的主要产生方式,而冷涡发展期,旋转风动能输送是冷涡动能维持的主导因子。     

东北冷涡过程的能量学分析

对一次较典型的东北冷涡过程作了能量学分析。结果表明，冷涡涡动动能的主要收入来自涡动位能的转换（Ａｅ→Ｋｅ）。在冷涡发展期，由外边界强气流入侵所产生的动能输入也十分重要。涡动动能的支出主要是转换为纬向气流的动能，即Ｋｅ→Ｋｚ，其次是消耗项和成熟期以后的边界动能输出。冷涡过程涡动动能变化的绝对值以中、高空为大，但相对变率却远小于低空。Ａｅ→Ｋｅ主要发生在７００—３００ｈＰａ中空，高空则为Ｋｅ→Ａｅ的转换     

一次东北冷涡过程的数值模拟与降水分析

本文利用WRF模式对2007年7月8日至12日的东北冷涡过程进行模拟。通过分析天气尺度背景场可知, 在对流层中高层出现干侵入过程, 干空气主要来源于我国内蒙古西部和东北冷涡的西北部, 随着东北冷涡一起呈涡旋状运动, 在对流层中层的干侵入更加明显; 东北冷涡的东部为水汽通量辐合区, 说明此处水汽丰沛, 该处的暖湿空气与干冷空气相汇, 有利于降水的生成。通过分析中尺度对流系统的地面和对流层中下层的风场结构可知, 中尺度对流系统易发生在东北冷涡东南侧和东北侧的气旋性曲率最大处, 此处的对流层低层易形成强辐合区, 而风场的水平辐合运动激发出垂直上升运动, 在对流不稳定区配合着强上升运动, 有利于对流系统发展而产生降水, 因此在低压系统东南侧及东北侧的 “气旋曲度” 区易形成降水。从对流涡度矢量的垂直分量可知, 在东北冷涡中的东南侧和东北侧, 对流涡度矢量的垂直分量对于中尺度系统的发生位置和降水区域有很好的指示作用。     

一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析

对2005年7月25～29日引发较大范围持续性暴雨的东北低涡的结构、涡度和水汽收支进行了分析研究,结果表明:1)东北低涡是一个较深厚的冷性涡旋.初期,气旋性涡度出现在对流层中层,然后向中低层及高层伸展.而低涡加强阶段,气旋性涡度在对流层高层增加得最快,并逐渐向中低层传播,诱发地面气旋的发展;由于高低空锋生的相互作用,在低涡南部形成了深厚的近乎垂直的低层略前倾的"弓形"锋区.2)对涡度收支的计算表明,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展、加强起到最主要的作用.但在不同阶段,这两项的作用和大小各不相同.3) 对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播,有利于低涡的发展加强,与低涡暴雨的落区位置较为接近.此外对卫星云顶亮度温度(TBB)的分析,发现低涡暴雨典型的涡旋云带中对流活动旺盛的地区与局地暴雨的位置对应.4) 低涡暴雨的水汽初期主要来自北部,随着低纬地区西南季风的增强,沿副高西侧从低纬到中高纬建立起一条较强的水汽输送带,东北地区水汽收支以南北向的辐合为主.5)将2005年和1998年夏季6～8月的东北低涡暴雨个例的天气形势配置进行逐月比较,发现持续的较大范围的低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有密切的关系.     

东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系

利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR分析资料,多普勒雷达观测资料等,对2016年7月25日一次东北冷涡下的飑线过程进行数值模拟,研究了飑线形成和维持与水平涡度的关系及飑线过程中中尺度对流涡旋(MCV)的形成机制,分析发现,高低层水平涡度逆时针旋转对本次飑线的形成和维持有很好的指示意义。(1)飑线发生前,高层渤海湾西侧出现水平涡度的逆时针旋转中心,并有较强的辐散配合,低层水平涡度为逆时针弯曲,为飑线产生提供了有利的上升运动条件。随后高层多个对流单体的水平涡度气旋式涡旋合并形成较大范围的气旋式涡旋结构,触发低层的上升运动,同时低层对流区前部形成一致的气旋式弯曲使得对流单体组织成带状结构,形成飑线。(2)飑线成熟时期高层水平涡度表现为统一大范围气旋式涡旋结构,低层则呈现典型的S型弯曲结构,水平涡度x方向的分量沿对流带从南至北表现为正负正,y方向的分量始终为正,并由对流带的中心向两侧减小,显示出水平涡度矢量旋转的方向对飑线影响的重要性。(3)由垂直涡度方程的分析得出,在飑线发展中期,MCV形成前,雷达反射率回波在500 hPa左右表现出明显的旋转,此时主要与500 hPa以上强的正涡度水平平流项及中层倾侧项和水平散度项有关,之后,在这几项的作用下使得中层风场产生气旋式旋转,形成MCV。      

中国夏季东北冷涡强度的定量化分析

本文利用NCEP/NCAR发布的1981~2010年全球日平均再分析位势高度场资料对东北冷涡进行检索并提取其平均态, 在此基础上定义东北冷涡的偏离指数, 并探讨其对东北冷涡强度特征的描述。结果表明: (1) 东北冷涡500 hPa闭合中心位势高度的概率分布近似为高斯分布, 以其期望值提取的东北冷涡平均态具有东北冷涡的共性, 表现出明显的大气斜压性及有利于系统维持和发展的温压配置关系特征; (2) 基于东北冷涡平均态定义的东北冷涡偏离指数不仅能够表征东北冷涡偏离平均态的程度, 还包含了低压面积的信息, 即能够直观地显示东北冷涡的强弱特征。     

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。     

干侵入对一次东北冷涡过程的作用分析

以2006年7月20~24日一次东北冷涡过程为研究对象,利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星资料及常规气象观测资料,通过卫星水汽图像和大气动力场相结合的方法揭示东北冷涡过程中干侵入的特征及其对冷涡发生、发展的作用机制。结果表明,此次东北冷涡过程中干侵入特征明显,卫星水汽图像上的干侵入暗区与对流层高层的下沉运动、高值位涡、高空急流以及干冷区相对应;因干冷空气叠加在暖湿气流之上,在低层冷涡中心上空出现了对流不稳定层结,为冷涡的增强创造了有利的条件;同时,沿冷涡中心的经向垂直剖面中,高空急流入口区北侧产生的下沉运动对对流层高层低湿、高位涡的干冷空气起动力下传的作用;500 hPa绝对涡度的演变与同时刻水汽图像上干侵入区的走向、范围、强度变化相一致,由于干侵入使得冷涡中心绝对涡度增大,冷涡加强发展,因此干侵入是激发冷涡发生、发展的动力条件之一;而等熵面上各要素场的演变也能够反映出干侵入的活动特征及其对冷涡的作用。     

一次东北冷涡暴雨过程成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6h的再分析资料和FY-2E红外云图、TBB等资料,对2014年7月7—8日由东北冷涡引发内蒙古东北部的暴雨过程形成原因进行了天气学诊断分析,结果表明:1低空急流是主要水汽来源,不同地区出现暴雨的机制不同,兴安盟东部、呼伦贝尔市东南部由于槽前、切变南缘地面暖锋附近,中低空急流汇合处,强辐合抬升触发不稳定能量释放导致强天气的发生,而呼伦贝尔市西南部暴雨跟中上层冷涡的生成发展与对应的地面低压逐步耦合的动力作用相关;2湿位涡的分布对暴雨的发生、落区有较强的指示性作用,700hPa正负值区过度带的配置是暴雨发生发展的有利潜势,暴雨发生在700hPa等值线密集带和850hPa MPV2大于等于0的叠加区域内,700hPa正负过渡带附近,偏向于正值一侧;3最大降水量的雨强落后于云团TBB最低值1~2h,并不是强TBB与最强降水同步出现。     

一次东北冷涡降水过程的结构特征与影响因子分析

利用加密观测资料和NCEP再分析资料,对2006年7月20～24日一次东北冷涡降水过程的发生、发展及结构特征进行了分析,并利用MM5模式对此次冷涡过程进行了数值模拟。结果表明,冷涡发展阶段,对流层顶存在两条急流带,一条为南伸的高纬高空急流带,另一条为副热带西风急流带,两条急流带在东北地区汇合,强副热带西风动量的输送增强...     

东北冷涡的位涡动力诊断模型及应用

近几十年的研究普遍认为,纬向平均气流的偏差所引起的热量和动量输送在大气环流维持中起着决定作用,而且产生这些偏差的涡动,基本上是与瞬变天气波动相联系的。有人认为,Rossby波的基本流型、急流、锋面、切变线、斜压波和切断环流的结构和演变均可由涡旋向量(切变与曲率)的分布加以分析和说明。     

超强台风SANBA发展演变过程中涡度及环流收支的诊断分析

台风的增强过程与气旋性涡度的急剧发展相伴。使用滑动平均的空间滤波方法对WRF模式的模拟结果进行尺度分离, 进而诊断分析台风SANBA突然增强过程中垂直涡度及环流的发展演变特征。结果表明, 台风突然增强的过程中, 眼壁区上升速度增大, 暖心结构增强, 同时垂直涡度迅速增强。当SANBA从热带风暴发展为强热带风暴时, 对流层低层辐散辐合及垂直速度分布的不均匀对台风涡旋结构的增强强度相当, 在台风内部以增强区域为主同时与减弱区域交错分布; 当SANBA发展增强为强台风时, 对流层低层的散度项与倾斜项在台风中心附近均表现为强的正中心, 台风低层径向入流的增强导致低层辐合加强对台风的增强起到主要作用。台风中心区域平均环流强度随台风的不断增强而不断增大, 且从900 hPa高度不断向高层发展, 其中环流方程中的EED/EET项的发展变化可以表征台风发展初期散度项和倾斜项的主要变化。