高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。     

96.6.13风雹的中尺度分析

用常规天气资料及ＭＭ４模拟分析结果对１９９６年６月影响山东的一次冰雹过程进行诊断分析，结果表明强对流的发生与对流层中低层的温度分布、垂直风切变密切相关，强调指出了中尺度散度场，涡度场及海陆分布差异的重要作用。     

高层冷涡的不同结构对台风运动的影响

通过对不同水平和垂直结构的高层冷涡在台风移动中的作用的对比试验，发现高层冷涡的水平和垂直结构变化会影响台风的运动。对总涡度倾向分布和强度的比较分析，发现正压过程主导台风运动的方向，而斜压过程在某些情况下对台风移速有很大影响。通过各动力项对总涡度倾向贡献的讨论，发现涡度平流对总涡度倾向正中心的贡献主要来自引导气流对非对称涡度场的平流。散度场贡献主要来自行星涡度和非对称散度相关场。最后还得到预报性的结论:台风朝对流层上层的辐合中心或对流层中下层辐散中心方向移动。     

台风“莫拉克”登陆前后的动力诊断分析

利用NCEP 0.5°×0.5°每日4次的全球预报场分析资料GFS(Global Forecast System)、日本MTSAT静止红外卫星云图,对2009年第8号台风"莫拉克"在台湾登陆前后的演变特征进行了动力学诊断分析。结果表明:(1)由于近台风中心附近对流层中低层存在切向风大值区中心,使得水平位涡通量散度项在其内侧分布密集。(2)近台风中心低层的负水平位涡通量散度项指向正水平位涡通量散度项,可以很好地示踪台风在海上的移动。(3)p坐标系下的负垂直位涡通量散度密集区可作为分析台风移动的一个重要参考指标。通过涡度方程讨论了决定台风对流层中低层气旋性涡度变化的主要因子,指出南海、华南沿海地区夏季西南气流与台风的耦合对台风结构、路径产生了重要的影响。     

地面热源强迫对青藏高原低涡作用的动力学分析

将一类暖性青藏高原低涡考虑为受加热和摩擦强迫作用并满足热成风平衡的轴对称涡旋系统，给定符合高原地面加热特点的加热分布函数，通过求解简化后的柱坐标系中的涡旋模式，得到了低涡对应的流函数、水平流场、水平散度场和垂直运动场的解析解，分析了地面热源对高原低涡流场结构的作用，给出了高原低涡眼壁内、外侧以及不同高度上的水平流场、水平散度场和垂直流场的结构特征，对影响低涡生成的主要因子进行了讨论。研究结果揭示了地面热源强迫对高原低涡的形成及结构特征的重要作用。     

高层冷涡对台风路径影响的数值模拟和动力分析

通过六层斜压干模式模拟了高层冷涡对台风运动的影响，并用涡度方程各动力项的诊断分析，证实了高层冷涡对台风运动的影响主要是通过改变台风中心周围的环流结构而达到的。分析还指出了总涡度倾向和台风运动的直接联系以及这种联系的持续稳定性。同时也发现总涡度倾向主要来自于涡度水平平流和散度场的贡献。说明台风运动主要由正压性动力因子控制。     

2001年台风“榴莲”生成前期对流“热塔”的数值模拟

积云对流热塔(hot tower)对台风生成具有重要意义,但以往对热塔的认识一直停留在概念性语言描述上。采用PSU-NCAR MM5模式对2001年台风“榴莲”在正压环境条件下的生成过程,进行了成功的高分辨率(6 km)显式数值模拟。利用模式输出的高时空分辨率资料,对与台风“榴莲”生成相关的对流热塔进行了比较细致的考察,分析了成熟热塔的结构图像,并通过实例证实了Montgomery(2006)提出的热塔偶极涡度对概念模型。其主要特征包括：(1) 热塔内部垂直上升运动强烈,从边界层开始,直达甚至穿透对流层顶,最大上升速度中心位于对流层中上层;(2) 在地面到200 hPa之间,具有强雷达回波特征的对流云塔垂直耸立,边界光滑;(3) 热塔的侧边界相当位温面十分陡立,基本呈中心对称分布;(4) 热塔远比周围环境空气温度高,高温扰动中心可达4 K以上,位于最大上升速度中心上方附近;(5) 所有热塔都伴随有偶极涡度对,在垂直剖面图上偶极涡度对呈现多样性,以单偶极和双偶极为主要形式,有时也存在三偶极的形式;(6) 偶极涡度对进一步与偶极涡旋对对应;(7) 垂直速度和正涡度柱在对流层中上层基本不重合;(8) 热塔内水平风速剧烈地向垂直方向扭转。另外,初步分析了偶极涡度对的形成机制,偶极涡度对的产生归因于水平涡管向垂直涡管的剧烈扭转。     

积云对流对涡度场和散度场的反馈作用

在涡度和散度方程简要讨论的基础上,计算得出长江中下游地区暴雨过程中涡度和散度收支各项的水平和垂直分布。结果表明,雨带附近对流层高层是源、低层是汇,尤其以散度场的不平衡更为显著,可见积云对流垂直输送涡度和散度是重要过程。     

风场对高原涡在河套地区打转影响的初步分析

利用NCEP/NCAR 2000,2002和2005年7-8月的再分析资料,对伴有热带低压向北活动的在河套地区打转的3个高原低涡个例,在不同活动阶段的对流层中层风场与涡度收支进行分析。结果表明,热带低压活动可影响持续高原涡的环境风场,环境风场改变了持续高原涡的风场结构,使低涡风场成非对称结构;持续高原涡在河套地区打转活动所伴的正涡度的维持与发展的动力机制主要取决于总涡度变率正值的发生与发展的各贡献项;处在低槽与横向、纵向不同分布的切变环境场中的低涡对涡区正总涡度变率贡献机制是不同的,在低槽与横向切变环境场中活动的低涡的维持与发展的动力机制主要是与辐合流场维持及发展对正涡度变率的贡献密切相关,在纵向切变环境场中活动的低涡的维持与发展的动力机制与环境场中低涡东、西两旁分别为偏南、北气流造成的水平绝对涡度平流输送项对正涡度变率的贡献密切相关;在切变环境场这一较弱的天气系统中的低涡是移向正总涡度变率中心区的。     

水平涡度与夏季风环流变化

在斜压涡度发展理论的基础上，讨论了大尺度大气运动中水平涡度向垂直涡度转化的情况，并用以刻划夏季风变动。将声坐标中涡度方程的有关项在2坐标中分离出水平涡度向垂直涡度转化的主要项，经尺度分析得出，在对流层中、高层，这些转化项中的水平分量是大尺度大气斜压性涡度发展的主要因子。通过对1998年4—8月的GAME(GEWEX Asian Monsoon Experiment，全球能量和水分循环试验(GEWEX)的子试验：亚洲季风试验，简称GAME)再分析资料进行实际计算发现，转化项在东亚夏季风上升支的600 hPa及以上层次对P坐标垂直涡度的局地变化贡献很大，不能忽略。同时发现水平涡度向垂直涡度的转化对南海季风爆发和江淮梅雨入梅及其发展过程均有指示性意义。南海季风爆发以后，在中国东南部地区，转化项的大小与夏季风的活跃和中断等活动吻合，转化项的变化反映了西太平洋副高在中国大陆的活动规律。     

登陆台风莫拉克(2009)的涡度拟能收支分析

利用涡度拟能、散度平方项(简记为散度能量)和总变形平方项(简记为变形能量)来表征涡度、散度和变形的强度,并推导这3个物理量的倾向方程。这些方程中既包含代表这些物理量相互转化的符号相反项,也含有代表共同强迫的符号相同项,其中,涡度拟能局地变化主要由涡度拟能与变形能量的共同强迫项、涡度拟能与变形能量的转化项以及涡度拟能与散度能量的转化项组成。针对2009年第8号台风莫拉克,利用美国全球预报系统分析场资料计算这些方程中的强迫项,分析涡度拟能及其收支特征,以此来探讨影响台风莫拉克涡度拟能局地变化的主要物理因素。结果表明,在莫拉克发展和衰减阶段,涡度拟能与变形能量的共同强迫项(涡-形相同项)和涡度拟能与散度能量的转化项(涡-散转化项)是影响涡度拟能局地变化的重要强迫项。涡度拟能与变形能量转化项(涡-形转化项)的贡献相对来说弱一些。影响位涡拟能局地变化的重要物理因素是涡-形相同项和涡-形转化项中的平流输送项和散度耦合项,以及涡-散转化项中散度耦合项。变形能量一方面通过涡-形转化项向涡度拟能转化,直接促进涡度拟能增长;另一方面通过散-形转化项向散度能量转化,再通过涡-散转化项散度能量向涡度拟能转化,间接促进涡度拟能增长。     

青藏高原对西北干旱气候形成的作用

本文利用1960—1969年10年平均高空风资料,对青藏高原及其邻近地区1、4、7、10月的平均流场、涡度场、散度场及垂直速度场进行了计算。文中还讨论了高原边界层内摩擦作用对这些物理量分布的影响;发现垂直速度与降水量分布配合得很好。作者初步认为青藏高原的动力作用对西北干旱气候的形成有重要影响。     

“15·8”川东西南涡暴雨的Q矢量分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规地面观测资料,应用非地转湿Q矢量(Q*)的理论,对2015年8月16~18日一次川东地区持续性暴雨进行了分析。500h Pa高空槽、700h Pa西南低涡(SWV)和850h Pa低空急流为造成此次持续性暴雨的主要系统。结果表明:(1)Q*散度的辐合区与未来6小时雨带相对应,能较好地诊断未来6小时雨带的分布,西南涡中心位于辐合区西偏南侧,强降水中心位于辐合区中心南部;(2)西南涡中心和未来6小时雨带分别位于Q*正涡度区东南侧和西侧,但Q*涡度诊断能力不如Q*散度;(3)在西南涡发展阶段,大尺度强迫占主导地位,在西南涡成熟阶段则是中小尺度强迫占主导地位;(4)Q*散度垂直分布能较好地反映出西南涡的垂直结构,西南涡位于Q*矢量散度辐合垂直带的西南侧。     

一次河北大暴雨的华北低涡结构和涡度收支分析

利用Micaps系统下常规资料、云图资料和NCEP全球再分析资料,对2004年7月11-12日发生在河北省中南部的一次局地大暴雨个例进行了诊断分析。结果表明：200hPa西风槽、500hPa华北低涡和中低层偏东风,是这场暴雨的直接影响系统,该过程中的华北低涡为低层冷心、高层暖心结构,具有随高度向西北倾斜的特征,涡度场特征明显。暴雨区对应着深厚的正涡度区,散度场结构零乱,非高层辐散、低层辐合的配置,暴雨区上空上升运动较强。冷空气来源于500hPa以下的东北地区,水汽的源地来自渤海,低层偏东风可能是暴雨区所需水汽的主要携带者。水平涡度平流项和水平涡度辐散项作用相反,水平涡度辐散项对总涡度起直接作用且为正贡献,而垂直平流项对总涡度贡献比较小。     

海陆对比和地形分布对气候影响的数值模拟

本文利用ｐ－σ混合座标系球带模式，模拟了海陆对比和地形分布对气候特征的影响。文中首先讨论了模式模拟场的统计特征，表明模式的性能稳定，在相同的海陆对比和地形分布时，７个月平均气候态彼此接近，其方差比初始场的还要小。然后，着重讨论了气候模拟场中海陆对比和地形分布的作用，指出海陆对比和地形分布主要通过热力作用影响大气，并且前者比后者对大尺度气候模拟场的影响更大。     

强台风“纳沙”的路径和降水诊断分析

利用1°×1°的NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站等资料,综合分析环流背景对强台风"纳沙"的路径和降水变化的影响,并对"纳沙"影响过程的物理量特征进行诊断分析。结果表明:(1)台风路径稳定西北偏西行的主要原因是500hPa副高为带状分布,副高南侧边缘偏东和东南引导气流加强;(2)"纳沙"活动区域较高的海表温度、弱的环境风垂直切变与"纳沙"的增强有着密切的关系,这些要素可以作为台风强度预报的重要参考因子;(3)"纳沙"在西北偏西移动过程中其涡度、垂直运动、水汽通量散度等各物理量场均表现出有利于降水加大的特征。     

梅雨锋上引发暴雨的低压动力学研究

对1998年"二度梅"结束前后长江中下游地区准静止锋上一次气旋发生发展过程进行了涡度收支的诊断分析.结果表明:(1)风场(尤其是辐散风场)对该气旋发生发展有重要影响;(2)低层辐合场是直接决定气旋发生发展的动力因子,它导致低层正涡度制造,对气旋的发展起直接作用;(3)涡度平流上正下负的配置和水汽凝结潜热释放,通过影响上升运动及低层辐合对地面气旋的发展起间接作用.在系列研究工作的基础上,提出了梅雨锋上第二类气旋(低压)的概念模型.     

一次华北暴雨过程的湿位涡诊断分析

为了探讨暴雨与湿位涡场分布特征之间的关系,利用NCEP 1°×1°间隔6 h的再分析资料,通过计算湿位涡(MPV)的垂直分量(MPV1)和水平分量(MPV2),对华北一次暴雨过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:此次暴雨发生在对流层低层等θse线密集带内,降水前对流层低层MPV10、MPV20,暴雨区存在对流不稳定和斜压不稳定;暴雨区位于对流层低层MPV1、MPV2正负过渡带的等值线密集带内,有利于水汽辐合和垂直涡度的加强;主要降水期间,850 h Pa层MPV1起主导作用,MPV1负值增大、MPV2正值减小,降水后期,MPV10、MPV2几乎为0,大气层结接近对流稳定。低层湿位涡中心的时空分布与暴雨的发生和落区有很好的对应关系。     

时间平均流场对风场振动的优势选择作用

本文根据谐谱展开的水平动量方程，在一定的假设下导出了集时间平均场的涡、散性质于一体的诊断关系式——大气振动频率的优势选择判据，并据此讨论了基本?场的水平不均匀对大气振动的影响。通过这个关系式，利用１９８２年ＥＣＭ?ＷＦ资料对优势频率进行了计算，给出了对流层高、中、低各层的全球分布。?从而指出在实际大气中存在着基本场对某频率上的振动有选择放大作用。     

海陆纬向非均匀热力结构与跨赤道气流和温带西风急流分布的关系

用数值模拟方法,研究海陆热力结构季节变化对经圈环流、南北半球西风轴以及急流中心的影响。数值试验得到如下结果:(1)海陆纬向非均匀加热结构不仅有利于跨赤道气流的加强,而且形成跨赤道气流高、低层反向特征;(2)海陆纬向非均匀结构使模拟到的北半球西风急流更接近实况。说明南北半球海陆热力强迫不仅是全球跨赤道气流通道形成的重要原因,而且影响北半球西风急流的强度和分布。