台风“摩羯”和“利奇马”经渤海强度变化特征分析

利用FY 4水汽云图、NCEP/FNL资料、自动站资料和ERA Interim海温资料,分析入海增强台风“摩羯”（1814）和入海减弱台风“利奇马”（1909）经过渤海强度变化特征。结论如下：台风“摩羯”中心入海增强过程伴随着中高层冷空气侵入,冷空气深入“摩羯”云系中心,台风强度减弱并逐渐消亡。台风“利奇马”入海前冷空气已经侵入台风中心,台风入海后强度减弱,暖心结构变得不对称,低层有清晰的斜压特征。“摩羯”入海前渤海上空为强辐散区,“利奇马”入海前渤海上空为弱辐合场,北上前进方向出现高空辐散有利于台风加强。台风登陆前垂直风切变与台风强度反位相分布,北上后台风垂直风切变与台风强度同位相分布。“摩羯”入海后水汽通道出现断裂,其入海增强更多依赖于热力条件和动力条件。“利奇马”水汽通量和水汽通量散度源于自身环流的贡献。台风“摩羯”入海后潜热加热率激增,“利奇马”低层维持弱潜热加热直至台风消亡。     

台风Chanchu(0601)变性过程中的强度变化及环境场分析

利用非静力中尺度WRF模式模拟的台风Chanchu(0601)的输出资料,探讨了Chanchu减弱变性过程的强度及结构变化。分析结果表明:在台风Chanchu北移过程中,高层的暖心被破坏,强度快速减弱,眼壁对流发展高度降低,眼壁对流由对称结构演变为非对称,内核对流减弱。此减弱变性过程与惯性稳定度减小、垂直风切变增强、低层锋生等环境要素有关。惯性稳定度与台风强度变化一致,随着惯性稳定度降低,最大切向风减弱并不断外扩,Rossby变形半径增大从而潜热释放不集中难以维持台风强度,台风减弱;同时,内核区的高层暖心更易径向频散,从而高层暖心难以维持;环境的垂直风切变增强使台风的斜压性增强,台风垂直结构的倾斜度增大,对流发展高度降低;低层冷空气侵入台风中心趋于填塞,也利于台风强度减弱;台风登陆以后冷暖空气对比导致的锋生使得不稳定能量释放从而重新加强了Chanchu环流内的中低层对流活动,但较台风最强时刻而言对流强度减弱。总体减少的对流和降低的对流高度,导致潜热能释放减小,其向心输送也减少,不足以维持强暖心结构,最终使得台风减弱并变性。      

9617号热带风暴Tom变性过程数值模拟分析

利用中尺度模式MM5对西北太平洋9617号热带风暴Tom转变温带气旋的变性过程进行了模拟.通过对其变性过程的模拟分析发现:热带风暴Tom与西风槽相互作用,风暴东侧低层暖湿气流与槽前正涡度平流发生耦合有利于气旋发展;槽前暖平流与槽后冷平流使风暴形成具有西冷东暖的热力分布结构,诱使风暴向斜压转变;高空急流入口处右侧的气旋式切变及出口处右侧的反气旋式切变有利于风暴右侧气流上升和左侧气流下沉运动,有利于风暴由正压向斜压性转变;来自风暴西北侧的干冷空气自700hPa附近向风暴中心侵入,使风暴中心暖柱体发生自低层向高层的西北一东南向的倾斜,其暖性特征遭到破坏;由于干冷空气的侵入,低层700hPa分为南北两个暖中心,北侧暖中心北侧出现了明显的暖锋锋生,西南侧另一个暖心附近有冷锋锋生迹象;平流层高值PV异常下传有利于变性后的热带风暴的再次加强.     

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。     

2019年台风利奇马引发山东特大暴雨成因分析

利用地面观测资料、雷达资料、FY-2G卫星云图资料及欧洲中心细网格资料,对台风利奇马登陆北上引发山东特大暴雨的成因进行分析。发现:利奇马登陆北上过程中,冷空气先后从台风的西部、西南部与南部侵入至台风中心内部,使其暖心结构逐渐减弱,其变性时段发生在10日20:00至11日08:00。山东的特大暴雨主要出现在台风变性前12h至台风变性后6h。变性之前的暴雨主要是由于台风螺旋云带与高空槽尾部云系相叠加造成的,变性之后的暴雨则是由于冷空气侵入致使台风外围云系演变成强对流复合体造成的。变性之前,对流层内800～500hPa风速小,500～250hPa风速大,气层内有暖平流,整层的上升运动,降水以暖区对流降水为主;变性之后800～500hPa风速大,500～250hPa风速小,500hPa至地面是上升运动,以上为下沉运动,降水以斜压锋区附近的对流降水为主。当500hPa至地面气层内出现冷平流时,湿层变薄,降水趋于减弱。特大暴雨区出现在台风中心西北方向,与850hPa假相当位温锋区与水汽通量散度辐合大值区相吻合。     

热带气旋温湿非对称结构的比较研究

利用NCEP的CFSR 0.5 °再分析资料和日本东京台风中心的最佳路径集,对西北太平洋和南海海域1979—2010年间的热带气旋温湿水平非对称和垂直非均匀结构等进行了合成和对比分析。(1) 热带气旋流场的非对称随着气旋增强逐渐趋于轴对称化,而外包区及外围区比湿场的非对称性逐渐增强。(2) 热带气旋普遍具有“双暖心”的垂直非均匀分布结构特征;弱热带气旋的低层暖心相对较强而TY及以上强度的热带气旋高层暖心相对较强。(3) “暖心”的水平范围和形态随气旋的增强而扩大并更趋于轴对称,200 hPa高度场上较弱的热带气旋暖心附近为弱高压中心、较强热带气旋暖心附近为一低压中心。(4) 热带气旋的“湿心”主要位于700～850 hPa的低层,湿心强度随着气旋强度等级增加而增强,0.8 g/kg的比湿距平范围随TC强度增强而不断向高层延伸。(5) 气旋不同区域的各个层次假相当位温随气旋增强而增加,且各个强度级别的气旋不同区域增温速率均为内核区最大、外包区次之和外围区最小。      

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。     

源自东风波台风“灿都”发展过程的结构特征分析

对源自东风波的台风“灿都”结构变化特征进行了分析,结果表明:(1) 引发“灿都”发展的东风波振动强度主要表现在对流层中层,其触发的南海季风区低层对流发展偏于东风波的东北-西南向波轴的西南端。(2) “灿都”中心结构耦合过程经历了中心附近上升运动从不对称向准对称的发展过程;“灿都”中心附近上升运动趋于准对称时也是“灿都”结构调整趋于完成,强度获得快速加强的时段。这可能是东风波加强成热带气旋发展演变的动力特征之一。(3) “灿都”在热带低压阶段的暖心不明显,对流层高层出现东风波暖心特征;由热带低压加强到热带风暴强度阶段,东风波暖心特征趋于消失,低层暖中心区发展;热带风暴到台风阶段的暖中心区由对流层中低层发展至高层,但暖心位置偏于“灿都”中心东侧。      

一次源于高原东侧低涡的江淮气旋形成及结构分析

利用常规天气图和T639分析资料,对2010年5月一次江淮气旋的形成及结构进行详细研究。结果表明,本次江淮气旋形成前,在青藏高原东侧的川、黔地区活动着准静止短波系统(500 hPa短波槽、700 hPa和850 hPa气旋性辐合环流)。当青藏高原北支槽从500 hPa输送正涡度、干冷空气,南支槽从700 hPa和850 hPa输送正涡度、暖湿空气进入导致准静止短波系统活跃并发展东移至长江下游时,向下伸展至地面向上伸展至高空,最终形成庞大深厚的温带气旋。其减弱过程与发展过程正好相反,先从高空开始减弱,然后地面减弱,最后低空低压环流消失。江淮气旋的形成阶段,中心垂线倾斜度≥60 °;在发展过程中上下层低压中心逐渐靠近,成熟阶段垂线倾斜度缩小至≤80 °。分析地面～200 hPa江淮气旋环流特征还发现,其外围直径是地面和低空大而高层小。水平风速则是低空大而地面和高层小。本个例的形成过程与已有研究的主要区别在于:经典模式温带气旋形成于一条温度或密度的不连续的锋面上,Petterssen模式由低层向高层自下而上发展,而本例最先形成于低空,然后向地面和上空伸展。      

低纬高原地区一次大暴雨过程MβCS的数值模拟

利用MM5(V3.6)模式对2003年6月低纬高原地区一次大暴雨过程进行了数值模拟和地形敏感性试验.分析表明:产生低纬高原暴雨的水汽在不同的层次来源不同,低层辐合和高层弱辐散是本次MβCS暴雨的触发因子;700～500 hPa强相当位温梯度产生强不稳定能量的积累并迅速释放,高层增暖形成暖中心使高层等压面升高和500 hPa有β中尺度气旋性扰动生成,从而导致低层辐合和高层辐散进一步加强;低纬高原地区MβCS的暖心结构维持时间较高原下游地区短,是MβCS生命史相对短,降水突发性强、强度大、历时短的主要原因.     

一次典型梅雨锋锋面结构分析

1999年梅雨期在长江中下游维持着一条典型的梅雨锋 ,锋面和梅雨雨带呈东西走向 ,从中国的四川省一直延伸到日本。锋面两侧的温度及湿度对比明显 ,并且其上有数个中间尺度的低涡沿梅雨锋依次向东移动发展 ,在长江中下游造成严重的梅雨暴雨和洪涝。文中分析了 1999年这次典型梅雨锋的锋面结构。结果表明 ,从温度场看 ,由于梅雨区对流和降水的显著发展 ,梅雨锋的低层温度对比几近消失 ,其中上部仍具有典型的上宽下窄的锋面结构 ,锋面随高度向北倾斜。在低层经向温度场呈现复杂的暖 -冷 -暖的结构 ,即北部华北平原为地面感热加热造成的相对较暖的变性极地大陆气团 ,中间为冷空气南下和降水冷却造成的相对较冷的梅雨区 ,南部是相对较暖的热带海洋气团。在这种温度场下 ,由北部低层变性暖气团与梅雨区偏冷空气形成了明显的温度对比区 ,文中定义这个区域为梅雨赤道锋。因而 ,在低层东亚梅雨区的锋区结构由梅雨赤道锋和减弱的梅雨锋构成。在 6 0 0hPa以上前者消失 ,只有单一的极锋型的梅雨锋结构。在此分析的基础上文中给出了东亚梅雨期锋面结构模型图。另外还指出 ,从假相当位温场分析 ,主要表现出梅雨区的深厚对流。降雨引起了高θse带及其南北高θse梯度区 ,其北侧高θse梯度区大致相当于梅雨锋 ,而南侧高θs     

Chaba (0417) 台风变性前后热力结构特征

运用美国NOAA-15极轨气象卫星高分辨率的AMSU探测资料, 结合NCEP/NCAR再分析资料和GMS-5气象卫星红外云顶亮温(TBB)资料, 对2004年Chaba(0417)台风(TC)变性前后的热力结构特征进行分析。发现变性前TC暖核结构呈对称分布, 在高空存在一强暖心; 变性后原TC对称暖心结构消失, 存在于温带气旋上空的相对暖区呈现出倾斜的非对称分布, 在高、低层各形成一弱的暖区中心, 锋面的斜压特性显著。通过热力结构对比, 进一步揭示出TC在向高纬度方向移动时, 与中纬度系统相互作用发生变性, 实质上是两个相继过程, 即热带气旋的消亡和温带气旋的生成发展。TC西侧高空干冷空气的入侵下沉, 破坏了其发展所需的水汽条件, 造成TC对称暖核结构的削弱和损毁。与此同时, 在TC残留区域, 由于空气较暖且存在气旋式环流, 暖空气在东侧呈气旋式上升, 与西侧高空入侵下沉的干冷空气形成偶极, TC暖气团与冷空气相交发展形成斜压的结果, 则为温带气旋的生成和发展创造了有利条件。     

我国热带气旋研究十年进展

使用中国气象局热带气旋年鉴、FY-2云顶亮温资料、常规观测资料及NCEP/NCAR再分析资料,对两个路径相似北上深入内陆,发生变性并直击黑龙江省的1215号超强台风“Bolaven（布拉万）”和1913号超强台风“玲玲（Lingling）”特征和降水差异进行对比分析。结果表明：（1）两次台风暴雨过程均与中尺度锋生有关。较强冷空气侵入促使“布拉万”西北侧锋区强烈锋生,深厚的上升运动形成中尺度对流区,降水强度大,使其变性快,移动慢。（2）“玲玲”北上到相同纬度时具有更大的强度,更深厚的湿层和低层更大的比湿,但由于仅有扩散南下的弱冷空气侵入台风环流,使其变性慢,移动快,台风中心北侧锋生作用弱,降水强度和范围均较小。（3）对流结构和降水强度有较大差异,“布拉万”云系东侧减弱消散,西侧和北侧与冷空气相互作用触发对流;“玲玲”云系结构基本维持不变,中尺度对流云团出现在台风中心及中心北部。（4）“布拉万”过程,大气具有强对流不稳定性,暴雨区域内对流活跃,强降水持续时间长。“玲玲”北上时,仅在低层有弱对流不稳定,对流较弱,强降水持续时间较短。暴雨区低层对流不稳定、中层湿对称不稳定,有利于强降水的维持和发展。

     

2018年1月北大西洋上一个具有“T”型锋面结构的超强爆发性气旋的分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的0.5°×0.5° ERA-Interim再分析资料，麦迪逊-威斯康星大学气象卫星研究所（CIMSS）提供的地球静止环境业务卫星（GOES-EAST）红外卫星云图和天气预报模式（WRF）的模拟结果，对2018年1月3—6日发生在北大西洋上的一个具有“T”型（T-bone）锋面结构的超强爆发性气旋进行分析。该爆发性气旋在较暖的湾流上空生成，沿海表面温度大值区向东北方向快速移动，生成后6 h内爆发性发展，24 h中心气压降低48.7 hPa。高空槽加深、涡度平流加强和低层较强的大气斜压性为气旋快速发展提供了有利的环流背景场。由于气旋发展迅速，低层相对涡度急剧增大，低压中心南部来自西北方向的干冷空气随气旋式环流快速向东推进，与东南暖湿气流汇合，锋生作用较强。较暖的洋面对西北冷空气的加热作用使得交汇的冷、暖空气温度梯度较小。减弱东移的冷锋与暖锋逐渐形成近似垂直的“T”型结构。用Zwack-Okossi方程诊断分析表明，非绝热加热、温度平流和正涡度平流是该爆发性气旋发展的主要影响因子。气旋初始爆发阶段，西北冷空气进入温暖的洋面，海洋对上层大气感热输送和潜热释放较强，非绝热加热对气旋快速发展有较大贡献。气旋进一步发展，“T”型锋面结构显著，温度平流净贡献较大，对气旋的发展和维持起重要作用。      

贵州高原北侧锢囚锋上一次低涡形成过程

利用常规观测资料、地面加密自动站降水资料、多普勒天气雷达资料以及NCEP1°×1°再分析资料对2017年5月22—25日一次偏北路径冷空气影响下贵州高原北侧低涡的形成机制进行探讨。结果表明:(1)地形导致冷空气回流形成地形锢囚,锢囚锋上有低涡产生,位于地面至850 h Pa的大气低层,属于暖性浅薄中-β尺度系统;(2)低涡维持2 d,降水产生在低涡中心附近,雨强不大;(3)中高层波动强迫低层涡度发展而使低涡维持;当中高层转为西北气流时,涡度发展受抑制且冷空气侵入低涡而使其减弱消亡;(4)低涡形成过程可分为地形回流、锢囚发展和减弱消亡3个阶段,与西南低涡及锋面气旋在形成机制、降水落区和强度等方面存在明显差异。     

低纬高原地区一次大暴雨过程MβCS的数值模拟

利用MM5(V3.6)模式对2003年6月低纬高原地区一次大暴雨过程进行了数值模拟和地形敏感性试验。分析表明:产生低纬高原暴雨的水汽在不同的层次来源不同,低层辐合和高层弱辐散是本次M_βCS暴雨的触发因子;700~500hPa强相当位温梯度产生强不稳定能量的积累并迅速释放,高层增暖形成暖中心使高层等压面升高和500hPa有β中尺度气旋性扰动生成,从而导致低层辐合和高层辐散进一步加强;低纬高原地区M_βCS的暖心结构维持时间较高原下游地区短,是M_βCS生命史相对短,降水突发性强、强度大、历时短的主要原因。     

梅雨锋上气旋发展的反演诊断

本文采用位涡反演诊断模式,对梅雨锋上气旋的发生,发展机制进行分析研究,利用扰动位涡,反演出气旋发生,发展阶段的扰动位热场,扰动流函数,结果表明,梅雨锋气旋发展阶段,500hPa以上的高层槽脊系统对中低层气旋的发展没有直接贡献,850hPa以下的低层系统（低层锋区）,能够反演出气旋及其周围系统的发展,但强度较弱,气旋区,中层位涡扰动与总位涡扰动所反演的结果的基本一致,即中层系统对梅雨锋气旋的发展起到主要作用,气旋发生阶段,850hPa 以下的低层系统对中低层气旋的加强起主要作用。     

长江中下游地区夏季强降水前期的三维环流结构特征分析

利用1959～2013年台站逐日降水观测资料和JRA-55逐6小时再分析资料,分析了长江中下游地区夏季强降水对应的前期三维环流结构。通过对长江中下游地区373个强降水样本的大气环流场合成分析发现,在长江中下游地区对流层中上层存在暖异常,暖中心位于300 hPa。在静力平衡和准地转平衡的作用下,高层暖异常上层存在反气旋式环流,下层存在气旋式环流。一方面,暖异常通过高层的反气旋式环流异常,使得其北侧的200 hPa西风增强,并促使高层急流东伸、南移到长江中下游地区北侧附近,增强了长江中下游地区高空辐散;另一方面,暖异常通过低层的气旋式环流异常,加强了吹向长江中下游地区的西南风,使低层水汽输送及辐合增强。暖异常所引起的高低空环流异常的有利配置,对长江中下游地区夏季强降水形成有重要作用。300 hPa 暖异常在降水前48小时已经存在于青藏高原东部的400～300 hPa 高空,700 hPa 气旋式环流提前24小时出现在四川盆地中低层。高低层的环流要素相互配合并随时间东移,暖异常率先到达长江中下游地区,并配合低层气旋式环流和水汽辐合区,导致了长江中下游地区的强降水。     

2020年内蒙古东南部一次特大暴雪伴冻雨灾害天气特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP逐6 h和逐日再分析资料、FY 2G卫星云图资料,从环流形势、水汽条件、动力条件及层结特征方面对2020年11月18—19日内蒙古自治区东南部罕见的特大暴雪伴冻雨过程进行分析。结果表明：①大气环流异常是造成此次灾害性天气的主要环流背景,500 hPa西风槽和南支槽、700 hPa西南低空急流及切变线、850 hPa以下东北急流、地面气旋是此次过程的主要影响系统,具有回流暴雪的天气特征;②低空偏南和偏东急流两支水汽输送路径及水汽强烈辐合为极端暴雪提供了充足的水汽,850 hPa和700 hPa比湿最大分别为5 g〖DK〗·kg-1 和4 g〖DK〗·kg-1;③低空偏南急流代表的暖空气与北方的冷空气剧烈交汇,暖湿空气在低层“冷垫”上爬升,加剧上升运动的发展,导致该区域降雪迅速加强;④非绝热加热项〖WTBX〗F〖WTBZ〗3对锋面生消作用最小,水平运动项〖WTBX〗F〖WTBZ〗1是锋生函数变化的主要贡献项,锋生函数〖WTBX〗F〖WTBZ〗变化与降水强度变化一致,在〖WTBX〗F〖WTBZ〗＞10的较强锋生区都出现暴雪,因此锋面的强迫抬升对暴雪的增幅作用不容忽视;⑤锋区的维持使得低层维持低温天气,锋上逆温,暖湿空气沿锋面抬升,900 hPa 以下“冷垫”与之上的“暖盖”长时间存在,导致暴雪发生并持续;⑥锋上逆温且逆温区存在融化层,这种垂直结构变化有利于降水相态转化,高层和低层为低于0 ℃的冷层,中间形成温度高于0 ℃的暖层,符合融化类冻雨的层结特征。     

2003年高温高峰期与缓和期天气形势及物理量诊断对比分析

利用1°×1°的T213分析资料和实时常规探测资料,对2003年高温高峰期与缓和期的天气形势和物理量进行对比分析,结果发现:高温高峰期副高强盛和稳定,低层有暖中心和反气旋环流对应,500hPa及以上表现为更明显的负涡度、下沉运动,以及低层相对湿度≤60%,且层结特别稳定;而在高温缓和期,500hPa副高不稳定,且对应低层辐合、冷空气活动频繁,700hPa及以下表现为正涡度、上升运动和水汽辐合。另外,分析还发现,高温高峰期到缓和期天气突变的主要原因是贝加尔湖及东北地区低压明显发展,并替代了前期的脊区;中心位于中国东北地区的低压维持,并不断分裂低槽东移,引导低层冷空气南下,使副高不稳定,强度减弱,低层的暖性结构发生了变化。