登陆台风等熵面位涡演变的数值模拟研究

选取1997年第11号台风温妮为研究个例,通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、变性及变性后再次发展的演变过程.引入Ertel等熵面位涡收支方程,深入分析了登陆台风结构演变的过程中绝热与非绝热作用对对流层低层位涡局地变化的影响.研究表明:台风温妮深入内陆的过程中,对流层低层台风中心西北侧位涡增长,且大值中心不再与台风中心重合;由于摩擦和非绝热加热的存在,对流层低层位涡不守恒,其局地变化主要决定于位涡的水平平流(守恒项)、位涡的垂直平流、加热的垂直微分(非守恒项)的分布;台风温妮变性前后,对流层低层位涡的守恒性逐渐减弱,非守恒项尤其是加热的垂直微分对位涡的局地增长的正贡献不断增强直至占有主导地位.     

等熵位涡图的性质及其在动力分析和预报中的应用

本文从等熵位涡(IPV)的基本性质出发,概述了以可逆性原理为基础的所谓“IPV思想”,包括孤立高空IPV距平和地面位温距平引起的典型气流结构和随时间变化气流的可逆性原理。然后用“IPV思想”解释Rossby波和切变不稳定等大尺度现象的动力学特征。最后给出了IPV图的制作方法、应用形式和范围,以及与等压面图特征的比较。     

关于等熵位涡应用的一点认识

位涡、湿位涡及其守恒开启了(湿)位涡理论的较广泛应用,使(湿)位涡成为天气系统、天气现象演变的重要诊断物理量,能有效解释一些天气系统、天气现象的演变。为合理应用(湿)位涡及等熵位涡思维,简单分析了气象常用坐标中位涡、湿位涡表达式的限制性条件,强调此条件与(湿)等熵坐标成立的条件相同,指出z 坐标(湿)位涡与p、θ(θse)坐标(湿)位涡存在物理差异。在θ(θse)坐标中,气块的水平速度是相对水平面(地面)的移动速度,而非气块沿着等θ(θse)面的移动。在(湿)等熵位涡分析中,(湿)等熵位涡强度的变化,是平流、垂直输送以及非绝热过程的综合作用,不能简单归因为只由高层的(湿)等熵位涡异常向中低层传输、或中低纬的(湿)等熵位涡异常向高纬传送所造成。     

一次区域暴雪过程中的等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对2006年1月18～19日河南省大范围暴雪过程进行了天气动力诊断分析,结果发现低纬低层偏南气流沿熵面向北输送的高位涡与强降雪落区和时间有很好的对应关系,并具有预报指示意义;高纬高层的高位涡穿越等压线形成强下沉气流向南输送,低纬中低层西南暖湿气流引起的高等熵位涡沿等熵面爬升,两者在我省长时间交汇,是强降雪带持续的重要原因.     

一次区域暴雪过程中的等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对2006年1月18~19日河南省大范围暴雪过程进行了天气动力诊断分析,结果发现:低纬低层偏南气流沿熵面向北输送的高位涡与强降雪落区和时间有很好的对应关系,并具有预报指示意义;高纬高层的高位涡穿越等压线形成强下沉气流向南输送,低纬中低层西南暖湿气流引起的高等熵位涡沿等熵面爬升,两者在我省长时间交汇,是强降雪带持续的重要原因。     

西北地区东部一次连阴雨过程等熵位涡分析

应用等熵位涡原理,对2005年5月中旬西北地区东部的一次连阴雨过程进行了诊断分析。结果表明:影响这次连阴雨过程的大环流背景是乌拉尔山附近存在一高压脊,同时在巴尔喀什湖附近存在一不断加深的槽;这次连阴雨过程是由高原不断生成的低涡与北边分裂下来的冷空气所共同造成的;由于青藏高原大地形的作用,等熵面上高位涡沿高原北侧向下游输送;等熵位涡高值区与降水区有较好的对应关系,IPV正值区能够反应冷空气的移动,具有较好的预报指示意义。     

浙北地区一次大暴雨过程的等熵位涡分析

利用NCAR/NCEP逐日再分析资料,对浙北地区2008年6月9—11日大暴雨过程进行等熵位涡分析。结果表明:等熵面上的位涡(IζP)演变反映了暴雨区的移动及西南急流的发展。暴雨区主要位于位涡高值中心的东南侧,对应西南气流发展最强处,而位涡中心降水却不明显。当高位涡中心区南压影响后,强降水结束。通过垂直剖面图可看到,等熵面上的西北急流将高层的高等熵位涡向东向下输送,当浙北地区处于正IζP平流控制下时,强降水发生,当其处于负IζP平流控制时,强降水结束。同时,逆向的Ferrel环流圈的形成,为30°N附近强降水的产生与维持提供了有利的条件。     

副热带高压对登陆台风等熵面位涡演变影响的数值模拟研究

选取1997年第11号台风“温妮”为研究个例, 通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、 变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis et al.(1996) 提出的片段位涡反演方法, 提取具有副热带高压物理意义的位涡扰动, 采用片段位涡反演的方法, 改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度, 并引入Ertel等熵面位涡收支方程, 深入分析不同强度的副热带高压环流系统在登陆台风结构演变的过程中等熵面位涡的守恒性, 以及守恒性与非守恒性相对作用的大小。研究表明: 台风北上深入内陆的过程中, 高空槽大值位涡源源不断的输送使得对流层低层西北侧位涡增长, 台风中心上空的辐散形势有利于台风强度的再次增强。由于摩擦和非绝热加热的存在, 对流层位涡局地变化主要决定于位涡的水平平流 (守恒项)、 位涡的垂直平流、 加热的垂直微分 (非守恒项) 的分布。台风经历变性及再增强的过程中, 其影响范围内位涡守恒性经历了先减弱后增强的过程, 非守恒项中位涡的垂直平流能较好地描述对流层中层位涡局地变化趋势, 而加热的垂直微分则在对流层低层和高层表现良好。副高强度的加强使台风加速北上, 加快了台风变性速度, 高层位涡的向下输送明显提前且强度增强, 位涡守恒性的破坏、 重建也相应提前, 位涡垂直平流的整层负值减小, 加热垂直微分对对流层低层位涡增长的正贡献加强, 且持续时间更长。     

东亚阻塞高压对我国降水影响的诊断分析研究

利用湿位势涡度 ,讨论了 1 998年 7月东亚中高纬地区阻塞高压的不同位置影响冷暖空气的活动路径进而决定暴雨发生的位置 ,结果表明 :当阻高位于中西伯利亚地区 ,主要影响我国华北平原及华南一带的降水 ;当阻高位于鄂霍茨克海地区时 ,对我国东北西部、华北平原、四川盆地的降水有重要影响 ;当阻高中心位于小兴安岭地区 ,副高位置异常偏北 ,主要影响我国东北地区的降水 ;当阻高位于以 ( 55°N,1 35°E)为中心的区域时 ,冷空气频繁活动于长江中下游地区 ,对该地区的降水有重大影响。     

大气中局地阻高和偶极子阻塞的动力学特征

在局地阻塞形成前期的原地一般有比较弱的高压脊存在，在这个高压脊上可以逐形成局地阻塞高压或偶极子阻塞。本文将局地阻塞形成前期的弱高压脊环流看成是具有反气旋式切变的带状基本西风，在此基础上用Ｒｏｓｓｂｙ孤立波理论研究了局地阻高和偶极子阻塞的动力学特征及其区别，得到了一些结果。     

1991年夏东亚阻塞高压形成的诊断分析

文中将１９９１年夏季在东亚地区发生的阻塞高压分为发展期,旺盛期及衰亡期等３个阶段进行了细致的诊断分析。发现在东亚阻塞高压的第一、二阶段其上游有明显的波活动通量与２～６ｄ尺度的Ｅ矢量通量传播。即定常罗斯贝波的传播与天气尺度扰动的共同作用有利于东亚阻塞高压的维持。第一阶段西风气流的分支处有比第二阶段更为明显的南北向分布的涡动位势涡度的辐散辐合偶极子说明了天气尺度扰动给阻塞高压的发展提供了很重要的能源,显然天气尺度扰动在阻塞高压的发展阶段起着比旺盛阶段更为显著的作用。本文还注意到乌拉尔阻塞高压的崩溃与东亚阻塞高压形成的某些联系。     

DIAGNOSIS OF THE DEVELOPMENTAL MECHANISM OF THE EXTRATROPICAL TRANSITION OF A TROPICAL CYCLONE USING POTENTIAL VORTICITY INVERSION OF FRONTOGENESIS

This paper diagnoses and analyses the developmental mechanism of a process of extratropical transition of a tropical cyclone which occurred over West Pacific Ocean based on a diagnosis method of potential vorticity inversion of frontogenesis.The study diagnoses quantitatively the role and effect of dynamic influence of westerly cold troughs,middle-latitude baroclinic frontal zones,cyclone cycles and unbalanced wind fields during the different stages of the extratropical transition of a tropical cyclone,and also discusses the interaction between them and the developmental mechanism.The results show that there are different developmental mechanisms during each stage of the extratropical transition and the processes are also unbalanced.     

非线性Rossby波动特征的进一步探讨

在一定的假定下,利用自然坐标系对正压非线性Rossby波的特征作了进一步探讨,指出控制Rossby波动过程的本质方程是摆型方程及类似于Sine—Gordon方程的关系式,得到了波动过程中复杂的质点振动轨迹和非线性振荡的周期;给出了定常Rossby波的几种复杂流型,证明了非线性Rossby波的位相传播和能量传播是沿着流线进行的。这些结果对深入认识大气内部动力过程和解释某些观测现象具有一定意义。     

长江中下游一次非典型梅雨锋中尺度暴雨过程的分析研究

利用T10 6物理分析资料、地面与高空加密观测资料和TBB资料对 2 0 0 1年汛期一次非典型的梅雨锋中尺度暴雨过程进行天气学和动力学诊断分析 ,并与 1998年典型的梅雨锋中尺度暴雨过程作一些比较。首先分析了该次暴雨过程的大尺度背景场 ,发现与 1998年典型的梅雨锋形势不同的是 ,5 0 0hPa环流形势表现为贝加尔湖地区是阻塞高压 (阻高 ) ,南海季风涌形式不明显 ,南亚高压位置偏东南 ,高空辐散气流较弱。接着对该暴雨系统的结构进行诊断分析 ,揭示了该非典型梅雨锋中尺度暴雨系统的三维结构 ,包括各物理量如涡度、散度、假相当位温、水汽的通量以及湿位涡等的结构特征。分析表明 ,总体来说 ,该次暴雨过程的强度要比 1998年典型的梅雨锋暴雨要弱 ,相应的各物理量的三维结构与 1998年典型的梅雨锋中尺度暴雨系统的三维结构相比有明显差异。