边缘区域扰动演变对台风结构的影响

在台风环流边缘区域给出不稳定模态的扰动四波分布作为初始场，用准地转正压模式实施四组数值积分，研究了边缘区域扰动演变及其对台风非对称结构及外区流型的影响。结果表明:线性平流对于外缘区域扰动的发展起主要作用。β项导致一个气旋—反气旋涡旋对和非对称结构的形成。非线性平流则使外缘区域较小尺度的涡旋破碎，形成更小尺度的涡旋。在线性平流、β项和非线性平流的共同作用下，台风结构与外区形成象螺旋云系的分布。外缘区域扰动引起的结构变化，进而能影响到台风的移动路径。     

热带气旋中β偶极涡的数值模拟

通过数值模拟来研究热带气旋中的β偶极涡环流，结果可见，在中层的偏差流场上，有清晰的β偶极涡环流，即涡旋中心以西为气旋性环流，以东为反气旋性涡旋，理论分析表明，该β偶极涡环流是由地转涡度平流造成的。     

非对称环流的细致结构与台风路径的摆动

应用准地转三层斜压模式数值模拟热带气旋的移动，详细分析热带气旋非对称环流的三度空间结构及其与热带气旋移动的关系。结果表明：非线性涡度平流与线性β项相结合不但可以产生大尺度β涡旋对，而且还可产生小尺度涡旋对；这两种不同尺度的非对称涡旋不断相互作用，导致热带旋移速的振荡和移向的摆动。     

β涡旋的垂直结构及其对热带气旋移动的影响

应用准地转斜压模式数值模拟热带气旋的移动，分析大尺度β涡旋的水平和垂直结构及其对热带气旋移动的。研究结果表明，两β涡旋之间的准均匀流（通风气流）仍然与热带气旋的运动相关。     

热带气旋逆时针打转物理机制的研究

应用一个无基本气流的准地转斜压模式数值模拟热带气旋逆时针打转运动。分析结果表明：对称气流对非对称涡度的平流引起非对称流场中的小尺度涡旋和通风气流逆时针旋转；旋转的通风气流引导热带气旋作逆时针打转运动。     

热带气旋强度影响其移动的物理机制

应用无基本气流的无辐射正压模式研究热带气旋强度影响其移动的物理机制，结果表明，（１）弱（强）热带气旋的大度尺β涡旋弱（强）通风气流速度小（大），因而其移速慢（快）（２）弱的与强的热带气旋的大尺度β涡旋的方位位相之差，通风气流方向之差都很小，因此其移向的差别也很小；（３）热带气旋移速振荡和移向摆动的周期与小尺度涡旋活动的周期相接近，在热带气旋内部区域；弱（强）热带气旋的切向风速小（大），小尺度涡旋活     

斜压涡旋中的通风气流与热带气旋移动的关系

应用准地转斜压模式数值模拟了热带气旋的移动。将热带气旋的流场分解为轴对称分量和非对称分量，研究非对称流场中的通风气流矢量与热带气旋移动矢量的关系。数值试验结果表明：（１）在热带气旋的非对称流场中，不但有大尺度β涡旋，而且还有小尺度涡旋。（２）小尺度涡旋与大尺度β涡旋之间的相互作用导致热带气旋移向的摆动和移速的振荡。（３）应用Ｆｉｏｒｉｎｏ和Ｅｌｓｂｅｒｒｙ的方法计算的通风气流矢量与热带气旋移动矢量有很大偏差。（４）应用改进的方法计算的通风气流矢量与热带气旋移动矢量相关密切。     

On the Forced Tangentially-Averaged Radial- Vertical Circulation within Vortices Part Ⅰ: Concepts and Equations

将Eliassen建立在平面等压柱坐标系中的径向环流强迫理论（用于研究在摩擦力和非绝热加热过程影响下的静止对称涡旋），推广应用到研究移动非对称气旋或反气旋的径向环流，导出了考虑地球曲面影响的准拉格朗日等压柱坐标系的切向平均径向环流诊断方程，并根据Eliassen的解析解所揭示的涡旋径向环流在涡旋演变中的作用，定 性地讨论了各种热力和动力的作用，这些热力和动力因子除了磨擦力和非绝热加热外，还有平均和涡动形式的惯性力，角动量平流（相当涡度平流），角动量的垂直对流，温度平流，温度的垂直对流（相当绝热加热）等。     

双热带气旋相互作用的研究

采用无基本气流的无辐散正压模式模拟了双热带气旋的运动。应用非对称理论研究了双热带气旋的相互作用。双热带气旋中的每个热带气旋主要由通过其中心的非对称气流（即通风气流）作用而移动。这股非对称气流是由其自身的线性和非线性效应产生的非对称涡旋与其配对热带气旋形成的非对称涡旋相叠加而引起的。     

一次黄海之滨中尺度对流复合体多尺度结构特征观测研究

2006年7月3日傍晚到4日凌晨,苏北到黄海的一个中尺度对流复合体(MCC)产生了系列龙卷、直线型对流大风和强降水,利用常规高空地面观测、区域自动气象站、卫星云图以及多普勒天气雷达资料,详细分析此次中尺度对流复合体的结构和产生的天气背景。主要结论如下:(1)该中尺度对流复合体高层为对应分离背景场的强辐散,中层在副热带高压西北侧和500 hPa东移的短波槽前,地面位于锋面气旋暖区内;该中尺度对流复合体发生在中等到强的对流有效位能、强的深层(0—6 km)和低层(0—1 km)风垂直切变环境下;(2)该中尺度对流复合体主要垂直环流特征为:近地层东南气流和其上的中低层西南暖湿气流从对流复合体南部流入到复合体中心,复合体后部对流层中低层和中层为较干冷的西北气流夹卷进入中尺度对流复合体,导致降水蒸发冷却形成强烈下沉气流,产生带有西北风动量的下沉气流,到地面形成β中尺度冷池,冷池与周边暖湿气流的交界处为β中尺度阵风锋,同时中尺度对流复合体位于对流层低层到地面部分形成深厚冷池导致的雷暴高压,阵风锋前部有β中尺度暖低压;中尺度对流复合体中高层由于水汽凝结潜热释放加热形成暖心结构,位于对流层中层的主要特征为β中尺度气旋性涡旋对应的中尺度低压,对流层高层存在β中尺度辐散反气旋环流;(3)多普勒天气雷达探测揭示该中尺度对流复合体成熟阶段主要呈现为线性结构,主要构成是一条尺度在150—200 km的活跃弓形飑线,还有数条较弱的呈气旋性弯曲的对流雨带,雨带旋入共同的涡旋中心,该涡旋中心与地面锋面气旋的中心相对应(重合),同时也是相应中尺度对流复合体的β中尺度气旋的中心,直径为40—60 km;(4)在上述活跃弓形飑线的前侧出现多个中尺度涡旋,4个EF2级龙卷和3个EF1级龙卷都发生在这些中尺度涡旋内,导致龙卷的中尺度涡旋水平尺度为4—5 km,旋转速度接近超级单体的强中气旋旋转速度,垂直伸展比超级单体中气旋浅薄,形成机制也与超级单体中气旋有明显差异;(5)该中尺度对流复合体成熟阶段的云系尺度为1000 km,其中低于220 K (-52℃)冷云盖的尺度在400 km左右,其内部结构的主要构成是一条150—200 km长的活跃弓形飑线,地面β中尺度冷池和阵风锋,沿着弓形飑线前侧出现多个尺度为4—5 km的中尺度涡旋,其中部分中尺度涡旋导致尺度只有几十至几百米的EF1和EF2级龙卷,呈现出明显的多尺度结构特征。      

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应II.边界约束及风场与层结稳定度的自适应

本文着重研究了线性模型中副热带环流对潜热加热的响应过程中影响高、低压系统中心位置的因子, 剖析出边界层中基本流的垂直切变影响低层环流的根本原因, 并且探讨了线性模式中基本流和静力稳定度自调整过程的重要作用。结果表明, 在β效应和f效应、基本流在经向和垂直方向的二阶切变、以及东、西风基本流作用的非对称性等因素的共同作用下, 高、低压中心位于热源北侧。结果还表明, 当近地面基本流的垂直切变为零或者当风速随高度减小时, 低层气旋和反气旋中心位于地面上, 当风速随高度增大具有类似亚洲季风区的结构时, 低层气旋和反气旋中心抬升离开地面; 进一步考虑热源区附近静力稳定度和基本流自调整过程的作用后, 反气旋中心继续抬升至中层, 证明对流降水对其东侧对流层中低层副高的形成有重要贡献。指出基于传统线性准地转模式来研究副热带高压形成的缺陷在于应用不适当的下边界条件以及缺乏静力稳定度的自调整机制和基本流对热源的反馈机制, 从而得到“潜热加热激发的低层反气旋中心位于洋面上”的不切实际的解。     

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应Ⅱ.边界约束及风场与层结稳定度的自适应

本文着重研究了线性模型中副热带环流对潜热加热的响应过程中影响高、低压系统中心位置的因子,剖析出边界层中基本流的垂直切变影响低层环流的根本原因,并且探讨了线性模式中基本流和静力稳定度自调整过程的重要作用.结果表明,在β效应和f效应、基本流在经向和垂直方向的二阶切变、以及东、西风基本流作用的非对称性等因素的共同作用下,高、低压中心位于热源北侧.结果还表明,当近地面基本流的垂直切变为零或者当风速随高度减小时,低层气旋和反气旋中心位于地面上,当风速随高度增大具有类似亚洲季风区的结构时,低层气旋和反气旋中心抬升离开地面;进一步考虑热源区附近静力稳定度和基本流自调整过程的作用后,反气旋中心继续抬升至中层,证明对流降水对其东侧对流层中低层副高的形成有重要贡献.指出基于传统线性准地转模式来研究副热带高压形成的缺陷在于应用不适当的下边界条件以及缺乏静力稳定度的自调整机制和基本流对热源的反馈机制,从而得到"潜热加热激发的低层反气旋中心位于洋面上"的不切实际的解.     

热带气旋生成过程的中尺度涡旋活动数值模拟

热带气旋生成过程中包含不同尺度环流及其相互作用。为此,本文将热带气旋生成数值模拟的起点提前到模拟中尺度涡旋(MCV)的生成,从而利用高分辨率数值试验结果,对热带气旋过程中的不同尺度涡旋活动进行分析。模式首先模拟了季风涡旋的东南侧增强的西南气流中出现低形变旋转性扰动,随着扰动的旋转性增强,中层出现水平尺度为200 km左右的MCV。在扰动区内的不同高度上还发现10~20 km尺度不等的中γ气旋性涡旋扰动,其中部分涡旋扰动具有热塔的特征,中γ气旋性涡旋扰动在MCV的旋转环境内不断组织化,低层气旋性涡旋扰动的分布比中层更加集中。模拟表明这些较小尺度的气旋性中尺度涡旋扰动对热带气旋的生成有重要作用。     

一个热带气旋的非对称性与移动的数值模拟

通过模式气旋的数值模拟研究了风暴的非对称性结构与移动之间的关系。从总流场中减去对称涡旋得到非对称风场,在低层辐合层,非对称风场中存在两个涡旋。气旋性涡旋在平均风下风方向左侧,反气旋性祸旋在右侧。在涡旋发展阶段,低层辐合层中,在半径为1.8个纬距的内区里,平均风指向涡旋移动方向的左侧,而在半径为1.8到9.5个纬距的外区,其平均风指向涡旋移动方向的右侧;在涡旋的衰减阶段,这两个区域内的平均风与涡旋移动方向近于一致。     

利用双多普勒雷达资料对一次台风流场结构的分析

应用Qiu等提出的两步变分反演法,由厦门、长乐两部雷达观测资料反演0604号台风"碧利斯"登陆福建霞浦前的风场,并利用反演的水平风场检验几种常用的台风涡旋模型对此次台风的合理性,以期对雷达资料应用于台风过程分析和模拟有更进一步的认识。结果表明,两步变分法可以较好地反演出台风的水平、垂直风场特征,水平风场呈现不对称性且有明显的偏心结构,流场随高度表现出漏斗形特征,垂直风速与水平流场对应较好,台风中心有下沉气流,外围有上升气流。通过对台风物理量的分析发现,此次台风过程存在以最大风速半径随高度向外倾斜的主环流圈和低层向中心流入,高层向外流出的次环流圈。利用反演的水平风场对常用的对称风场涡旋模型进行了验证,发现在最大风速圈内取Rankine模式,最大风速圈外取Chen3模式对此次台风过程拟合较好。     

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。      

一次弓状回波、强对流风暴及合并过程研究Ⅱ：双多普勒雷达反演三维风场分析

利用济南和滨州两部新一代多普勒雷达反演的三维风场,分析了发展成熟和减弱阶段的弓状回波、强对流风暴的三维风场结构,以及两者合并过程的风场变化特征。结果表明：（1）弓状回波的头部和尾部分别对应气旋性和反气旋性环流,气旋性环流较强。在逗点云系阶段,回波强度、主上升气流,以及气旋和反气旋性环流开始减弱。（2）强对流风暴靠近处于...     

热带大气准双周振荡对西北太平洋地区热带气旋路径的影响

利用美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration,简称NO-An）的逐日对外长波辐射（outgoing longwave radiation,简称OLR）场资料,欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium—Range Weather Forecasting,简称ECMWF）逐日风场（850hPa）资料,以及美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center,简称JTWC）的热带气旋（tropicalcy—clone,简称TC）数据,参考Wheeler and Hendon（2004）提出的季节内振荡（Madden—Julianoscilla．tion,简称MJO）指数,通过多元EOF方法定义热带准双周振荡（quasi—biweekly oscillation,简称QBW）指数,诊断分析了西北太平洋地区QBW不同位相对于TC路径的影响。结果表明,TC主要生成在QSW对流湿位相中,集中位置随QBW向西北的传播而向西北移动。在QSW位相phasel中,南海上空盛行QBW反气旋性环流,西太副高西伸,其西南侧偏东南气流受QBW反气旋性环流东北侧气流抑制,生成在副高南侧的TC首先在副高南侧偏东气流的引导下移动至近海,在西南季风以及副高西侧偏南气流作用下顺时针北折,因此在140°E以西转折类路径的TC比例最高;而在phase3中,西太副高偏东,南海上空盛行QBW气旋性环流,西太副高西南侧气流强度受QBW气旋东北侧气流影响增强,季风槽偏东,140°E以东转折类的TC比例最高。本文还对TC个例中的QBW流场形势进行了分析,发现当QBW气旋或反气旋环流中心同TC中心一致时,热带气旋路径会发生突然的右折。     

中国南方地区冬季风降水异常的分析

1997/1998和1998/1999年冬季是中国南方典型的多雨年和少雨年,它们分别发生在El Nio年和La Nina年.为了了解这两个冬季降水异常的原因,通过对比分析方法对这两个冬季的大气环流和水汽输送的差异进行了研究.结果表明:多雨年与ENSO事件的暖期相联系,西风带槽脊偏东偏弱,东亚冬季风减弱,副热带高压增强,对流层低层距平流场上呈现两个反气旋和一个气旋性环流,中心位于长江流域的气旋性环流的垂直结构和形成机理与菲律宾海反气旋不同.少雨年赤道海温的距平分布及高低层环流系统都与多雨年几乎相反.研究还揭示,冬季中国南方地区的水汽主要来自南支西风带低槽前部的西南气流和南海-中南半岛上空的转向气流,水汽输送通道随高度有明显的变化.1997/1998年冬季加强的南支西风气流和菲律宾海异常反气旋有利于水汽向中国大陆输送;1998/1999年南支西风气流弱,中国东南沿海低层为冷性高压控制,两支水汽输送带都大大减弱.这种水汽输送的明显年际变化是造成这2年冬季南方降水明显差异的一个关键因子.     

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。