一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

利用热成风适应原理对暖性西南低涡生成机制的再分析

本文采用σ-p混合坐标系,根据非绝热和地形影响下的热成风适应原理,探讨了暖性西南低涡生成的机制。分析表明:正的非热成风涡度是低涡生成的一个重要指标;对流层中低层的暖平流中心,地面的可感加热,低层的暖空气与场面气压p~*的负变压中心配合,或与它的负平流中心相配合,将产生正的非热成风涡度;场面气压的梯度(?)p~*,高低压中心的空间分布(?)~2p~*,场面气压的变压(?)p~*/(?)t和平流(-(?)_h·(?)p_*)等都与垂直运动直接有关。地形还影响热成风适应特征尺度(或变形半径)L~o。在一般条件下,地形和潜热的作用使L_o比不考虑两者作用时的L_o变小,易使L>L_o条件满足,更有利于流场向温度场适应。     

用测风资料预报强降水的一种方法

(式中ω、f、g、p、v、ξ、z分别表示垂直速度、地转参数、重力加速度、气压、水平速度矢量、相对涡度、高度,下同。)可以看出,在绝热、准地转条件下,大气中产生垂直运动的因子有两个:(1)涡度平流随高度的变化,(2)温度平流的水平分布。     

一次温带气旋涡度场演变特征及气旋发生发展机制分析

气旋是涡旋运动,因此相对涡度(以下简称涡度)是确切表征气旋中心位置和强度的物理量,分析气旋发生发展过程就是分析涡度的变化机理。文中采用1000 hPa地转风涡度表征地面气旋,利用常规地面观测、6 h一次的NCEP 1°×1°再分析场等资料,对2014年6月一次具有螺旋式回转路径的北方温带气旋过程进行了诊断分析。利用Petterssen地面气旋发展公式,再结合300 hPa涡度平流、散度场与850 hPa热力场的配置关系,考察了对流层中低层温度平流、500 hPa涡度平流以及300 hPa涡度平流引起的辐散对地面气旋发展的贡献。结果表明:(1)这次气旋过程中500、300 hPa存在两个正涡度区及涡度中心的替换:即在地面气旋发生发展阶段,第一个涡度中心为主要的涡度中心;在气旋减弱阶段,第二个涡度中心成为主要的涡度中心。(2)地面和高空涡度中心均以逆时针螺旋式路径移动。在地面气旋初生和发展阶段,高低层涡度中心及正涡度区呈后倾结构;当高低层涡度中心及正涡度区几乎垂直重合时,地面气旋停止发展。(3)温度平流项在气旋初生阶段起主要作用;500 hPa涡度平流决定了地面气旋的发展。(4)当300 hPa正涡度平流引起的辐散区叠加在对流层低层850 hPa斜压锋区上时,地面气旋发展。     

1998年南海夏季风爆发过程中副热带高压减弱的诊断分析

1998年南海夏季风爆发于5月21日。利用NCEP再分析资料,用Zwack-Okossi涡度方程诊断分析引起季风爆发前后南海-西太平洋副热带反气旋脊迅速减弱的物理因子,结果表明:在夏季风爆发前,华东-华南沿岸附近高空槽前的正涡度平流区随高空槽的东南移动向南海和菲律宾中部附近地区推进;正涡度平流是引起上述地区850 hPa气旋性涡度增大的最主要的物理因子,其次是暖平流。在夏季风爆发后,潜热加热项的作用迅速增大至与正涡度平流项大小相当,这两项是引起区域平均气旋性涡度增加的最主要的物理因子;它们和暖平流项一起抵偿了辐散项和绝热项的负贡献,令季风区的气旋性涡度得以发展/维持。因此,正涡度平流是直接导致南海-西太平洋副热带反气旋脊迅速减弱最重要的物理因子。     

辽宁地区一次暴雪过程低涡增强机制分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2015年2月15—17日辽宁省东北部地区一次暴雪天气过程的低涡增强机制进行了分析。结果表明:辽宁地区此次暴雪过程中850 h Pa低涡增强最明显,绝对涡度平流项是高层正涡度变率的主要强迫项,散度项则是低层正涡度变率的主要强迫项;500 h Pa冷平流增强强迫高层正涡度变率发展,造成涡度在垂直方向上分布不均匀,差动涡度平流增大,垂直上升运动加强,低层辐合加强,使低层涡度增强,低层低涡系统发展,低层低涡系统发展使干冷的西北气流、东北气流和来自黄海北部的东南暖湿气流在辽宁中部地区汇合,降雪加强。     

影响东北的两个罕见气旋发展机制对比

2007年3月3—5日和2016年5月2—3日有两个气旋（简称C304和C502）在江淮流域生成后,以相似路径影响东北地区,但发展强度不同。利用常规观测资料和NCEP FNL分析资料,通过对涡度平流、温度平流、湿位势涡度及锋生函数等物理量进行诊断并结合高、低空环流形势对两个气旋发展动力机制进行对比分析,结果表明:C304低空温度平流在气旋发展初期起主要作用,高空正涡度平流为地面气旋发展提供高空辐散场,地面气旋中心上空垂直上升运动增强,对流层低层斜压性明显,气旋性涡度增加主要在对流层下层,低空斜压强迫是主要发展机制;C502低空温度平流弱,斜压性不明显,高空正涡度平流促使高空闭合环流发展,对流层上层有高湿位涡舌发展下垂并与对流层下层正湿位涡柱耦合贯通,垂直上升运动分布在地面气旋中心两侧,高空位涡下传是主要发展机制。两个气旋发生发展在对流层上层两支急流共存、急流非纬向性反气旋性弯曲环流形势下,对流层低层为气旋式环流背景。     

移出与未移出高原的两类低涡环流特征的对比分析

利用NECP再分析资料,采用对比分析方法,对2000-2004年汛期(6-9月)的高原低涡活动过程进行普查,并对移出高原低涡与未移出高原低涡在其生成时刻的环流特征场,以及移出高原低涡的移出高原时刻与未移出高原低涡的强盛时刻的环流特征场进行对比分析。分析表明:500 hPa上,移出高原低涡背景环流中巴尔喀什湖低槽、东亚大槽比未移出高原低涡深,蒙古高压脊更强,背景环流经向度大,而且副热带高压比未移出高原低涡西伸明显;暖平流对高原低涡的生成很重要,而涡后新疆冷平流有利于高原低涡移出高原主体;青藏高原上的正涡度平流有利于高原低涡的生成和加深,河套地区正涡度平流带的存在有利于高原低涡的移出。在200 hPa上,南亚高压的存在有利于高原低涡的生成,移出高原低涡上空的南亚高压强度要强于未移出高原低涡;青藏高原东北部、四川盆地到陕西一带位于高空急流入口区南侧时有利于高原低涡东移。找出高原低涡移出与未移出高原主体的环流场、温度平流场、涡度平流场的异同特征,为高原低涡能否东移出高原主体提供科学依据。     

青藏高原地表位涡密度强迫对2008年1月中国南方降水过程的影响Ⅰ:资料分析

位涡外部源汇是驱动大气环流的原动力。文中详细介绍了地表位涡制造和位涡密度强迫的联系,讨论了不同坐标系中位涡密度方程的特点及其在应用中应当注意的问题。还以2008年初南方低温雨雪冰冻灾害为例,探讨了青藏高原地表位涡密度强迫及东传对下游地区对流性天气发生的影响,拟由此揭示青藏高原位涡密度强迫激发中国东部激烈天气发生的一种新机制。伴随着青藏高原地表正位涡密度的东传,下游地区对流层中高层出现纬向正绝对涡度平流,气旋性环流增强,从而促使低空南风发展,为南方地区提供充沛的水汽条件。另外,南风的增强有利于低空经向负绝对涡度平流的加强,从而使南方地区高、低空形成绝对涡度平流随高度增大的大尺度环流背景,有利于上升运动的发展。上升运动的加强又促进低空南风气流的增强,使高、低空绝对涡度平流随高度增大的环流背景进一步增强,最终导致降水的产生。      

两次引发辽宁暴雪过程低涡的动力发展机制

应用NCEP FNL分析资料,从动力学角度对2015年初辽宁地区两次低涡暴雪过程(简称"2.16"和"2.25"过程)的形成机制进行分析。结果表明:两次过程共同特点是850 hPa附近有低涡生成或加强,低涡是暴雪引发的直接原因。两次过程促使低涡生成的正涡度变率增大原因存在差异,"2.16"、"2.25"过程中对正涡度变率贡献最大的强迫项分别是散度项和涡度垂直输送项。500 hPa低涡东移,冷平流使得涡底部高空槽加深,槽前正涡度平流加强,差动涡度平流增大使得上升运动发展,导致850 hPa高度附近辐合增强是"2.16"过程正涡度变率增长、低涡生成的动力机制。强烈上升运动,对低层正涡度垂直输送,则是"2.25"过程850 hPa附近低涡形成和加强的动力机制。     

暴雨和低层流场的位涡

利用1977年7月26、27日两天特大暴雨过程的资料计算了暴雨区的位涡变化,发现位涡和暴雨的发展是比较一致的,为此计算了位势涡度方程的平衡,主要结果是:位势涡度的局地变率主要决定于网格尺度的平流过程和次网格尺度质量通量引起的位涡的辐合过程,因此暴雨过程具有明显的中小尺度过程特征,并且平流过程在暴雨发展中起着重要作用.     

双热带气旋相互作用的机制分析及数值研究(一)——物理机制的分析

本文对正压情况下双热带气旋的相互作用进行了机制分析.通过对两个理想涡旋间非线性涡度平流过程的分析,揭示了双涡气旋性互旋及其中心间距变化的涡度平流机制.分析表明,一个涡旋的切向风场对另一涡旋涡度场的平流相互作用可造成两者气旋性互旋;而一个涡旋的切向风场与另一涡旋涡度梯度间的相互作用所引起的次级环流可造成双涡中心间距的增大或减小(定义为排斥或吸引),由此提出了双涡相互作用的临界距离效应概念.对几类常用的理想热带气旋及合成热带气旋的分析证实,双热带气旋的相互作用存在这种临界距离效应,且临界距离平均在6—7个纬距     

2010年4月27日莱州湾大风过程诊断分析

利用NCEP资料对2010年4月27日莱州湾大风过程进行了诊断分析。结果表明,气旋的爆发性发展导致气旋冷锋后部的锋生加强引发的变压梯度加大是造成此次莱州湾地区大风过程的直接原因。通过大尺度环境场分析,以及温度平流、涡度平流、高空急流、高层位涡异常的诊断分析,认为强的大气斜压性和其所伴随的冷、暖平流使高空槽发展;高低层涡度平流差异是地面气旋发展初期的主要因子;高空槽前急流轴向极一侧的非地转分量所引起的辐散有助于气旋发展;高层高值位涡下传激发了气旋性环流,造成地面气旋爆发性发展。     

950227渤海气旋过程的诊断分析

本文利用对流层中下层资料，对１９９５年２月发生在渤海地区的一次气旋过程进行了诊断分析。结果表明：８５０－５００ｈＰａ上的暖平流是地面低压迅速发展的决定性因子；从低层西北部进入低压中心的冷平流是地面低压生成气旋的启动条件；５００ｈｐａ的正涡度平流对气旋的维持和发展起主要作用。同时，揭示了气旋向暖平流和正涡度平流区移动的特点。     

一次登陆北上热带气旋不连续北跳的成因分析

利用常规及加密观测资料,对９７１１号台风倒槽及诱生低压的发生发展进行了诊断分析,探讨了登陆北上热带气旋不连续北跳的成因。指出：热带气旋中心逼近山东时,高空西风槽前正涡度平流和低空东南急流前部暖平流同时榆送到山东上空,以及积云以对流潜热反馈和背风坡地形的共同影响,引起鲁中风区北侧地面气压持续下降,是造成诱生低压发生发展和热带气旋中心连续北跳的主要原因。     

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。     

天山山区及邻近地区夏季降水的环境场特征与涡度平衡

本文对天山山区及其邻近地区夏季降水过程的环境场特征、水热收支和涡度平衡做了诊断分析。结果表明，降水发生前的环境场有利于降水系统的发展。Ｑ１，Ｑ２和涡度平衡在降水发生前与降水期有一定的差异，降水期水热收支中起主作用的是水平平流项潜热和热基本上被冷平流所平衡；水汽的水平输送为降水的主要水汽来源，垂直输送也起一定的作用，涡度平衡中主要是水平平流累积的正涡度与散度项制造的负涡度相平衡，与副热带锋区上急流相     

2008-2011年湖北省暖干类暴雨特征分析

选取2008-2011年湖北省7个暖干类暴雨个例,利用GFS 0.5°×0.5°再分析资料进行合成分析。结果表明：湖北省暖干类暴雨过程中,正涡度平流不是大范围出现,而是以正涡度平流核的形式出现并随着风场流转,使暴雨区各层涡度平流的配置快速发生变化,容易引起上升运动的突然加强;暖平流从中高层扩展至整层,强暖平流中心出现在临近暴雨发生时的边界层,热力强迫导致低层强辐合,950 hPa上下强暖平流中心与暴雨点位置较一致,对暖干类暴雨的预报有较好的指示意义;中层干空气和低层暖湿空气的侵入是暴雨区对流不稳定增长的主要影响因子,均与副热带高压的西伸发展有关。     

"98.7"突发性特大暴雨中尺度切变线低涡发展的涡源诊断

1998年7月20～23日(简称“98．7”)发生在武汉周边地区的特大暴雨过程与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS及MβCS直接关联。利用MM5模拟提供的高空间分辨(20km)输出资料，对这次突发性特大暴雨中尺度切变线低涡发展的动力学机制进行了诊断。涡度分析指出，高、低空正涡度中心在武汉周边地区上空的叠加和耦合是该低涡切变线持续发展的主要物理机制之一。总涡源的诊断揭示，在突发性暴雨强烈发生发展期，武汉周边地区上空从低层到高层有一近乎垂直的涡源高值区生成和维持，其垂直结构的发展演变与涡度场垂直结构的发展演变相一致。这一结果表明，大气总涡源对该中尺度低涡切变线的生成和发展起着决定性作用，也是该暴雨中尺度系统持续发展的重要动力学机制。对贡献于总涡源的诸分量计算表明，在650hPa以下，散度项对大气总涡源的正贡献最大，但在此层以上至200hPa之间，垂直涡度平流项的贡献要比散度项大，同时水平平流项也为正贡献；在整个对流层，扭转项对总涡源为负贡献，散度项只在450～250hPa之间为负贡献。在近地层，垂直涡度平流项和水平平流项基本对总涡源不作任何贡献。时间平均涡源和纯扰动涡源对低涡切变线的生成很重要；在强烈发展期，相互作用涡源作用最大，纯扰动涡源贡献次之；随着非线性相互作用涡源贡献的减小，低涡切变线东移减弱。在该期间时间平均涡源和纯扰动涡源仍为正贡献。     

山地背风坡气旋生成初始阶段的急流动力学与地转适应过程

本文通过数值实验,探讨了高层位势涡度平流与背风坡气旋生成的关系。使用等熵坐标原始方程模式,模拟了曾产生“母体气旋”的冷锋上波扰动的发展。研究了山地阻挡冷锋前进时对扰动发展速度的影响,以及高层急流增强时对挑动发展速度的影响。急流的增强是通过山地强迫抬升气流改变地转位势涡度和求解相应的质量场及速度场来实现的。实验指出,冲击山脉的急流强度和背风坡的气压下降是密切联系的。