一次东亚寒潮过程的等熵位涡分析

本文用等熵位涡（IPV）图分析了1983年1月3—8日东亚寒潮过程的动力学特征。在寒潮酝酿阶段，IPV平流过程（特别是东北急流的作用），东北急流与其南面西偏北气流构成的东西向切变线与IPV极大值线相配合，以及西偏北气流沿等熵面的绝热上升冷却，这三者对于对流层中层横槽形成、加强和南下，以及中层冷堆和地面冷高压的加强起着重要作用。我们认为，用IPV图分析大尺度天气过程的动力学性质比较实用，是一种有很大潜力的分析和预报工具。     

"强降水和黄海气旋"中的干侵入分析

利用GOES-9卫星6.7μm的水汽图像资料、等熵气流、位涡(IPV,MPV1)、sθe等物理量,对2003年梅雨期的一次强降水过程进行了分析,以揭示干侵入在强降水和黄海气旋中的作用。分析结果表明:(1)水汽图像暗区动态对强降水、温带气旋发展有很好的预报指示意义。(2)叠加了相对湿度场的垂直气流的发展、变化特征能清楚地反映干侵入与强降水的关系,对短时预报有一定指示意义,干侵入对强降水起激发作用。中层以上的干区与水汽图像暗区十分吻合。(3)sθe=340K等熵面上的气流能较好地反映对流层中上部的干侵入特征,sθe=330K等熵面上的气流能较好地反映黄海气旋发展特征。沿等熵面高脊区的下滑急流与水汽图像暗区相当一致。IPV大值区的发展变化与气旋快速生成、发展关系较好,IPV分布能较好地反映干侵入特征。(4)等压面上的MPV1空间、时空剖面均能很好地描述干侵入的演变特征。当MPV1≥0.4 PVU的区域向下伸展时,在其以南约2个纬距处出现强降水。(5)对气旋附近的强降水,干侵入起逐渐加强作用;对远离气旋区域,MPV1大值区域与强降水突然出现几乎是同步的,说明MPV1所反映的干侵入特征对强降水的作用在气旋附近与远离气旋区有所不同。强降水出现在sθe陡峭和密集区中。     

强烈发展的中尺度涡旋影响下持续性暴雨的位涡诊断

利用高分辨率的模式输出资料,对2008年6月广西致洪暴雨及其中尺度低涡(简称广西涡)进行了等熵位涡(IPV)和湿位涡(MPV)的诊断分析。结果表明,低值等熵面上正IPV带的位置和强度可以反映暴雨的落区和强度,等熵面上的西风气流可分别将高纬度干冷和低纬度暖湿的高值IPV向广西涡处输送,使得广西涡维持高IPV。高值等熵面上南部的IPV存在下传现象,有利于其下游的广西涡IPV的增长,从而使得广西涡强烈发展、降水增强。利用MPV守恒原理的分析表明,持续性暴雨出现在高值等熵湿位涡前方的对流不稳定区中;暴雨区南北两侧对流层中高层的冷空气下沉时对流稳定性减小,对应的气旋性涡度增大;而暖湿气流沿着干冷空气爬升,它与具有强涡度的沿等熵面下滑的干冷空气发生强烈的辐合,使得涡度急剧增强,再加上地形的强迫抬升作用,形成强烈的垂直上升运动,导致涡旋强烈发展。等压面上的MPV及其分量分布显示,对流层中低层MPV负值带对雨带有指示作用,强降水时段对应着对流不稳定和条件性对称不稳定。     

IPV—一种有效实施Lagrangian方法的研究工具

等熵位涡（简称IPV）的思想由于牵涉到两个守恒原理，除了它本身具有丰富动力意义外，还为我们在三维空间中找到了代表空气质块的物质线；因而，近来IPV的运用越来越受到人们的重视，在揭示了大气大尺度运动的机制当中，一些领域内已获得了新的进展。本试图对该方法作一系统的介绍。并对其研究进展作一个全面的评述。     

爆发性蒙古气旋若干统计特征

本文对1979－1998年10个冬半年爆发性蒙古气旋的时间分布、强度以及爆发性发展的天气学条件等进行统计分析。指出，爆发性蒙古气旋主要发生在季节交替之际，与锋区、高空急流、冷暖中心及强度和强偏南气流等因素密切相关。由T42资料，计算典型个例等熵位涡（IPV）。分析表明，对流层顶折叠和平流层高IPV值下传是该蒙古气候强烈发展的动力强迫源之一。高空急流对IPV值平流输送具有锋生作用，加剧蒙古西部山地大气斜压性，导致锋面尺度跌落。得出结论，该蒙古气旋是极锋上扰动强烈发展的结果。     

梅雨期高位涡源区及其传播过程

分析了气候平均意义下梅雨前期及期间东亚地区等熵位涡（isentropic potential vorticity,简称IPV）的源区和演变过程。结果表明:梅雨发生前,东亚地区对流层高层经向位涡梯度减弱,而后这里的IPV开始向南延伸出高值带,形成“舌区”。同期对流层低层,经向位涡梯度出现反向,与南边位涡梯度大值带形成经向偶极子型并伴随梅雨发生发展。梅雨期40°N,120°E附近对流层顶折叠处有明显的位涡输送和质量交换。用10~90 d带通滤波和超前相关追踪IPV异常源区和传播路径发现,345 K的IPV异常场和梅雨期前后降水异常的相关系数最大值出现在前者超前后者10 d左右,位置在贝加尔湖东侧,这里是影响梅雨期降水的位涡源区。其向南输送高位涡空气主要在梅雨发生前的6月10日左右,高位涡异常空气沿2 PVU等位涡面以东北—西南路径向南输送,在2 PVU面最陡峭处堆积,然后穿越物质面快速下沉侵入40°N以南,并在对流层呈扇状铺开。因而,贝加尔湖东侧可能是影响梅雨的主要冷空气源区,是梅雨降水中期预报的一个关键区。     

冬季台风“南玛都”结构性质的初步研究

运用NCEP／NCAR再分析资料,研究了2004年12月初登陆我国台湾的冬季台风“南玛都”的性质结构特征,结果表明：冬季台风“南玛都”具有与夏季台风相同的暖湿中心和低层辐合、高层辐散的环流特征,不同的是低层辐合气流中西南气流不明显,台风涡旋气流对大气的扰动偏弱。台风过程海平面气压距平场的EOF分析表明,台风生命史中的扰动主要由EOF1和EOF2构成（占90％的方差）,EOF1反映台风结构和强度变化,EOF2反映了台风移动过程中的环境状态变化。     

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋）海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常（SSTA）对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120 ?E和150 ?E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖（冷）背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈“＋、－、＋”（“－、＋、－”）“三明治”式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋（气旋）,然后可能通过“大气桥”的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋（反气旋）联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强（减弱）。      

东亚冬季环流季节内振荡与2008年初南方大雪关系

2008年1月10～16日、18～22日、24～29日和1月31日～2月2日,中国南方地区连续出现4次低温、雨雪、冰冻天气。根据NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用LANCZOS滤波器以及小波分析等方法,探讨雨雪冰冻前期2007年12月2日～2008年1月1日、同期2008年1月2～21日及后期2008年1月22日～2月14日850 hPa风场季节内振荡特征及对低温、雨雪、冰冻天气的影响。2007年12月～2008年2月850 hPa风场低频振荡分析显示,中国南方地区风场表现显著的20~50 d低频振荡,季节内低频振荡的位相变化,较好地揭示了2008年1月10日～2月2日南方地区降雪过程的3种环流特征：1）沿高原东侧100°E附近南下的冷空气到达我国30~20°N地区,与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏南风距平气流比偏北风距平气流强;2）沿高原东侧100°E附近南下的强偏北风距平气流与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏北风距平气流比偏南风距平气流强,造成南方雨雪伴随低温冰冻天气;3）南方雨雪由偏北风距平气流与偏南风距平气流在东亚东部25°N形成的辐合带引起。     

IPV耦合现象与背风坡气旋产生

1.引言高层和低层等熵位涡(IPV)距平的相互作用,对斜压不稳定和温带气旋的形成提供了一种简明的描述(Hoskins等,1985).最近,这种提法作为背风坡气旋产生的一种似乎可信的理由,已经引起人们的注意(如,Mattocks和Bleck,1986).但是,这种机制能否成立还需由理论的和观测的依据所证实.这里,用戈达德大气实验室(GLA)的资     

位涡及位涡反演

对位涡概念发展史进行了总结并给出位涡反演原理 ,讨论了不同近似模式的位涡表达式及其拉格朗日守恒形式 ;对位涡特性研究方面的新成果作了总结 ;考察大量应用实例并指出存在的不足 ;最后对应用前景作了展望     

Potential vorticity aspects of the MJO

Considering linearized motion about a resting basic state, we derive analytical solutions of the equatorial β-plane primitive equations under the assumption that the flow is steady in a reference frame moving eastward with a diabatic forcing resembling a Madden–Julian Oscillation (MJO) convective envelope. The solutions are analyzed in terms of potential vorticity (PV) dynamics. Because the diabatic source term for PV contains a factor βy, the diabatic heat source is ineffective at generating a PV anomaly at the equator but maximizes the PV response near the poleward edges of the heat source. In this way a moving heat source can produce two ribbons of lower tropospheric PV anomaly, a positive one off the equator in the northern hemisphere and a negative one off the equator in the southern hemisphere, with oppositely signed PV anomalies in the upper troposphere. Associated with these PV anomalies are geopotential anomalies that are shifted several hundred kilometers poleward. In the lower troposphere these zonally elongated geopotential anomalies resemble ITCZ trough zones, which demonstrates the close connection between the MJO wake dynamics and the formation of double ITCZs.To demonstrate that the MJO wake response can be described by simple PV dynamics, we propose an invertibility principle relating the PV to the streamfunction, which in turn is locally related to the geopotential. This equatorial invertibility principle accurately recovers the balanced wind and mass fields found in the MJO wake in the primitive equation model. However, while the invertibility principle highlights the ability of simple PV dynamics to accurately describe the flow in the wake of an MJO convective envelope, it also clearly illustrates the inability of such dynamics to describe the Kelvin-like flow pattern ahead of the convection.     

应用位涡分析1214号台风“天秤”异常路径

1214号台风"天秤"在移动过程中出现异常转向的极端个例,其路径呈近180°逆转向,以及强度的多次变化,使得"天秤"的路径预报十分困难。本文采用NCEP再分析资料,从位涡的观点结合天气学形势分析,以及应用兰金涡的假设对台风"天秤"异常转向路径进行诊断分析研究。结果表明:(1)藤原效应,高空槽的东移,副高位置稳定少动是导致"天秤"接近180°转向的主要原因。(2)"天秤"与1215号台风"布拉万"的逆时针互旋是造成"天秤"异常路径的关键因子,在藤原效应中,"天秤"受到主要影响。(3)"布拉万"向西北方向的移动,影响了副高的西伸。高空槽通过对下游大陆高压的影响,进一步间接影响了"天秤"的运动,这类异常路径的形成是大尺度环境场与藤原效应相互作用的结果。     

高层动力强迫对回流型华南暖区暴雨影响的个例研究

应用NCEP再分析资料,分析了2014年5月8—9日发生在华南的一次暖区暴雨过程,研究高层动力强迫对此次华南暖区暴雨的影响。此次暴雨过程发生在暖湿的西南气流中,无明显天气尺度锋面系统影响,属于华南暖区暴雨过程。根据中尺度对流系统(MCS)的生消发展特征,可以将其分为5月8日与9日两个阶段,第一阶段具有显著的回流型暖区暴雨的特征,主要研究该阶段。研究发现,高PV扰动沿对流层高层南亚高压东北侧的西北气流下滑东移,导致IPV正异常,其东侧的辐散气流显著发展,在高层辐散气流的抽吸作用下,上升运动首先从中上层发展起来。在过程发展前期,IPV正异常主要是由平流作用引起,且在其东侧诱发出南风异常,进而导致辐散气流发展。当降水发生后,潜热加热反馈作用使高层辐散气流进一步加强,此时,辐散增强是对流发展的结果。此外,低层浅薄偏东风是本次暖区暴雨发生的低层背景场,其与西南风气流汇合,提供有利的低层辐合条件。      

Re-Examination of the Potential Vorticity Metrics for Determining Extratropical Transition Onset and Completion Times Using High-Resolution Data

Based on a high-resolution dataset, this note re-examines the recently developed potential vorticity （PV） metrics for determining extratropical transition （ET） onset and completion times. The PV metrics use average 330-K isentropic potential vorticity （IPV） to determine the ET onset time, defined as the 330-K IPV minimum time. However, the suggested 330-K IPV threshold fails to determine the ET completion time using the 20-km resolution data, and this IPV method cannot resolve reintensifying and weakening tropical cyclone cases due to the absence of differentiation of lower-level IPV tendencies after ET onset between these two groups of cases.     

2003年7月4～7日淮河流域特大暴雨等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对 2 0 0 3年江淮梅雨期 7月 4～ 7日淮河流域特大暴雨进行了天气动力诊断分析。发现 :等熵面上的西风急流将高位涡向下游输送 ,强西北气流穿越等压线形成强下沉气流 ,将高层和高纬的高等熵位涡向南输送 ,使得强降雨区维持高等熵位涡 ,是强雨带持续的重要原因。等熵位涡高值区与强暴雨有较好的对应关系 ,并具有预报指示意义     

Correlation analyses between sea surface temperature anomalies in the eastern equatorial Pacific and the world ocean

Based on data from the Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set (COADS), objective analyses of the monthly mean sea surface temperature (SST) were prepared at GFDL for each month of the 110-year period 1870–1979. Time series of various indices characterizing the SST anomalies averaged over the eastern equatorial Pacific (EEP), the tropical oceans and the world ocean are presented for monthly, yearly and decadal time-averaging periods. Global correlations maps are given for each decade of the 1870–1979 period. They show the spatial connections between the monthly SST anomalies in the EEP and in other parts of the world ocean and how these connections vary for the different decades. On the intermonthly time scale the SST anomalies in the EEP and those in the tropical and world oceans are found to be highly correlated, with maximum correlations values of 0.91 at zero lag for the tropical oceans during the 1950–1959 decade and 0.81 for the world ocean during the 1970–1979 decade. Positive correlation values of r0.36 persist on average from about 4 months before to about 8 months after the EEP anomalies occur. There is a clear tendency for the tropical and world ocean anomalies to lag behind the EEP anomalies. Comparing different oceans, we find the tendency for the tropical SST anomalies in the Indian and Atlantic Oceans to lag behind those in the EEP region by about 1 and 3 months, respectively. On the interannual time scale the EEP anomalies are also well correlated with those in the other regions, having an average correlation of 0.84 for the tropical oceans and of about 0.7 for the world ocean.