中层涡旋诱生南海热带低压形成的位涡反演分析

利用NCEP 1°×1°最终分析资料FNL和位涡反演方法,对2006年8月下旬一次中层涡旋诱发南海热带低压的形成过程进行了分析。结果表明,在中层涡旋诱发南海热带低压形成时高层暖心结构经历了由上向下逐渐发展的过程,而中层气旋性环流经历了由上向下快速发展的过程。高层暖心结构的向下发展主要与中低层凝结潜热加热作用和干空气从高层侵入有关,而高层波动的影响不明显,暖心发展到达近海面需要有底层热力异常和中低层凝结潜热加热作用的共同配合。中层气旋性环流的向下发展主要与中低层凝结潜热加热作用有关,高层波动对中低层涡度的影响不明显,而底层热力异常主要在900 h Pa以下产生负涡度。综合分析表明,中低层凝结潜热加热对南海热带低压的生成和发展起关键作用。     

空间非均匀加热对副热带高压形成和变异的影响──Ⅲ:凝结潜热加热与南亚高压及西太平洋副高

通过理论分析和数值模拟,研究了降水所致凝结潜热影响副热带高压带断裂的物理机制。基于全型垂直涡度方程的尺度分析指出,强的对流凝结加热的垂直梯度的变化,导致副热带地区对流层高层和中低层的高低压分布呈现出反位相。数值试验证实凝结潜热是决定东半球夏季副热带高压位置和强度的关键因素：东亚季风降雨所致凝结潜热加热使高层南亚高压位于加热中心西侧,中层西太平洋副热带高压位于加热中心东侧。通过定常波的传播,副热带地区的凝结潜热加热对中高纬天气的形成和维持有一定影响。     

一次双台风影响下暴雨过程的中尺度涡旋模拟分析

本文对上海地区一次双台风环境影响的暴雨过程进行数值模拟及分析,探讨了强降水过程中大气中低层的涡旋特征及发展机理。结果表明:(1)暴雨过程处于双台风、大陆高压的共同影响下,中低层伴随有较明显的中尺度低涡发展。(2)与涡旋相关的局地垂直涡度由低层开始发展,先期涡度发展集中于850 hPa以下,之后向大气中上层发展增强,涡旋尺度强度也随之发展,最终形成在对流层下半部具有闭合式气旋性环流的深厚涡旋。(3)影响局地涡度变化的水平平流项、垂直平流项、散度制造项和倾斜项对不同时间、不同高度的涡度作用各不相同,其中散度制造项是中低层涡度的主要来源,垂直平流项的输送作用对中上层的涡度发展有重要作用,倾斜项对涡旋发展移动也有部分贡献。(4)通过敏感性试验考察了对流潜热反馈的贡献,发现潜热释放过程通过加热改变大气温压场结构,从而维持并改变局地涡度倾向的中低层辐合及对流上升运动,对涡旋的发展和移动起了重要影响。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。     

亚——非季风区非绝热加热与夏季环流关系的诊断研究

基于热力适应理论,本文利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料对撒哈拉沙漠、青藏高原和孟加拉湾地区的非绝热加热与夏季环流进行了诊断研究。在非洲撒哈拉沙漠地区,以感热输送为主的加热仅局限于近地面层,边界层以上的大气则以辐射冷却占优势。因而除了边界层内存在着浅薄的正涡度和微弱的上升运动以外,整个对流层几乎都维持负涡度并盛行下沉运动。对于青藏高原地区,强大的表面感热通量引起的垂直扩散是近地面大气加热的主要分量,与大尺度上升运动相关的凝结潜热对低层大气的加热也有一定的贡献。长波辐射造成的对流层中、上层大气的冷却则主要由深对流潜热释放来补偿。夏季高原地区总非绝热加热是正值,且最大加热率出现在边界层内。低空大气辐合产生正涡度,而中、高层大气辐散伴有较强的负涡度。因而高原盛行上升运动,最大上升运动位于近地面层。夏季孟加拉湾地区的深对流凝结潜热释放远大于长波辐的冷却作用,因而整个对流层几乎都保持较强的非绝热加热。４００ｈＰａ层附近的最大加热率引起３００－４００ｈＰａ最强的上升运动。对流层上层是负涡度区,而中、低层为正涡度区。结果还表明,垂直和水平辐散环流与大气的热源和热汇区密切相联：在高层,辐散气流从热源区流向热汇区;在低层则相     

1991年8月季风涡旋个例形成的模拟研究

季风涡旋对台风活动有重要的影响, 因此研究季风涡旋的形成机制有利于提高台风预报的准确性。此研究利用中尺度非静力数值模式WRF-ARW模拟1991年8月季风涡旋的生成过程, 并对其生成机制进行分析。模式结果表明, 此次季风涡旋个例是由一个中纬度气旋性低压发展而来。初期中纬度高层正位势涡度的强迫作用有利于对流层低层气旋性低压的发展和维持, 随后高层动力强迫作用减弱, 但中纬度气旋性低压在南移过程中其东南侧对流带逐渐与低纬地区的对流带合并, 使得对流潜热释放增强, 进而使低压在Gill响应的作用下不断加强并最终形成季风涡旋。同时, 涡旋的对流结构表现出明显的非对称性, 因而使其得以维持较大尺度。敏感性试验的结果表明对流层高层强迫对于初始低层扰动的发展至关重要, 而后期热带地区的潜热释放有利于季风涡旋的增强。      

台风凤凰形成发展过程中对流凝结潜热和感热的作用

应用NCEP再分析资料,计算分析了台风凤凰发生和发展过程中的积云对流潜热加热和海面感热通量.表明:感热释放通过海气相关作用使海面风及对流层涡度增强,可能是台风初始低压的形成机制;积云对流潜热释放不但使台风中心增暖并使台风中间层上升运动增强,从而促使台风加强和发展,因此,对流凝结潜热是台风凤凰维持和发展的主要热力和动力因子.     

凝结潜热释放对温带气旋相对涡度倾向的影响

潜热释放的作用在温带气旋的研究中一直是研究的重点。江苏省气象台沈阳等以一个产生极端降水的温带气旋为研究对象,基于全型涡度方程,计算了凝结潜热释放对气旋相对涡度倾向的贡献。结果表明,对流凝结潜热加热率最大可达稳定凝结潜热加热率的40倍。两类潜热加热中心均位于700 hPa以上,加热率垂直梯度在对流层低层为正,因而在加热中心下方形成正涡源中心。对流凝结潜热垂直梯度引发的涡度倾向比稳定凝结潜热高出1个数量级。虽然总的凝结潜热水平梯度引发的涡度倾向可以贡献气旋涡度实际增长值的65%,但对流凝结潜热垂直梯度的贡献高达其2倍。凝结潜热释放不仅能够直接引发涡度倾向,亦可通过改变位温梯度,进一步造成涡度倾向。     

夏季长江流域两类中尺度涡旋的统计与合成研究

利用2000~2013年夏季6 h一次、水平分辨率为0.5°(纬度)×0.5°(经度)的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料,对产生于四川盆地的西南涡和产生于大别山地区的大别山低涡进行了识别,统计出西南涡和大别山低涡的发生频数、初生时段、移动路径、三维结构等气候特征;在此基础上根据涡旋生成前的地面气压场和降水特征,对西南涡和大别山低涡分别进行了分类与合成研究,并细致对比了两类涡旋的异同点,主要结论如下:(1)西南涡在7月上旬最活跃,而大别山低涡则在6月上旬发生频数最高。凌晨时段是两类涡旋的高发期;西南涡日间的生成数目多于夜间,而大别山低涡则与之相反。(2)绝大多数西南涡和大别山低涡维持时间少于12 h;绝大多数西南涡维持准静止,而大别山低涡则主要向东北方向和偏东方向移动。(3)两类涡旋均为对流层中低层的低压系统,其中大别山低涡的垂直伸展层次较西南涡更低。相比于西南涡,由于水汽条件更优,大别山低涡所引发的降水更强,强降水的凝结潜热释放使得大别山低涡的平均生命史比西南涡更长。(4)产生前有降水的西南涡/大别山低涡相比于产生前无降水的西南涡/大别山低涡而言,对流层高层南亚高压的强度更强、辐散更显著;对流层中层与500 h Pa西风带短波槽的配置条件更好;对流层低层涡旋中心附近的辐合更显著、切变更强;并且对流层中低层的上升运动更强。这些都是有利于降水发生与维持的有利条件,而与降水凝结潜热密切相关的热力强迫使得产生前有降水的西南涡/大别山低涡相比于产生前无降水的西南涡/大别山低涡拥有更长的生命史长度,更大的水平半径和更大的涡旋生命史内降水量。     

2010年7月甘肃大暴雨及其低涡结构分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和中尺度模式MM5V3,对2010年7月造成甘肃东部大暴雨过程的低涡系统进行了诊断分析和数值模拟.结果表明:(1)在低涡发生、发展阶段,假相当位温和比湿的垂直平流在视热源、视水汽汇中占绝对优势,说明垂直平流变化与低涡发生、发展及强降水有很好的正相关;(2)上升运动中心与视热源、视水汽汇大致中心相对应,变化趋势基本一致,最强的凝结潜热加热发生在中层,最强上升运动同样也出现在中层,说明降水过程中大气加热与大气上升运动密切相关,大气热源主要来自于水汽的凝结潜热;(3)低涡发生、发展过程中伴随中低层有西南风急流、强正涡度中心、低层辐合、高层辐散结构、强上升运动及低层水汽通量辐合;(4)低涡区上空对流层低层为对流不稳定层结,中层至中高层为条件对称不稳定层结,对流不稳定层结强度随时间变化不大,而条件对称不稳定层结强度随时间有明显加强,位势不稳定和条件性对称不稳定共存使得假相当位温高值区域的垂直上升运动得以产生和维持.     

"03.7"江苏大暴雨凝结潜热的数值模拟

运用美国中尺度数值模式(MM5)对2003年7月4~5日江苏省中部的大暴雨过程进行了有无降水凝结潜热加热的数值模拟研究。模拟结果表明,凝结潜热释放能使高层负涡度和低层正涡度强烈发展,形成地面至500 hPa深厚的正涡度柱;使高层辐散、低层辐合和垂直上升运动显著增大一个量级;能诱发低空中尺度涡旋发生发展;使降水量增幅一个量级。凝结潜热释放是暴雨发生和雨量增幅的一种重要物理机制。     

四川盆地西部连续两次特大暴雨过程的西南涡特征分析

针对两次四川盆地西部特大暴雨过程中西南涡发展与演变特征,利用欧洲中心ERA5逐小时再分析资料和FY4A卫星云顶相当黑体温度资料进行诊断分析。结果表明：两次过程的西南涡均生成于低槽东移和副高西伸的有利环流背景下。过程一的西南涡在高能高湿的环境下生成和发展,低层的感热和潜热加热作用更为显著,正涡度随高度向西倾斜发展且高度达到400 hPa,涡度拉伸项和扭转项对西南涡的发展起主要作用。过程二的偏南气流更为强盛,对流层高层的辐散抽吸作用更强,热力条件弱于过程一,西南涡范围内为高湿状态,对流层高层强的感热和凝结潜热加热使得高层增温,从而增强西南涡的发展,其正涡度发展至对流层顶,正涡度柱随高度垂直延伸,动力作用强于过程一,涡度拉伸项、扭转项和垂直输送项对西南涡的发展起主要作用。     

一次梅雨锋暴雨中尺度系统发展的动力机制分析

应用常规资料、TBB资料和NCEP分析资料,对2007年7月25日发生在湘黔边境的一次梅雨锋大暴雨天气过程进行了分析.结果表明:深厚的高空低槽和副热带高压稳定维持,有利于冷暖空气的辐合和梅雨锋的长时间维持.梅雨锋上不断有中小尺度对流系统产生,这些中小尺度对流系统在受到大尺度强迫作用和梅雨锋自身的强迫抬升作用而发展增强并长时间维持,在暴雨区形成强烈的降水.暴雨区上空具有低层辐合、高层辐散的结构特征,低层的辐合使得涡度往中上层输送,这种耦合形势有利于垂直上升运动和暴雨的维持.积云对流释放的凝结潜热加热对流层中上层大气,引起梅雨锋锋生,维持和促进了垂直上升运动和对流活动.     

凝结潜热加热与对流反馈对一次高原低涡过程影响的数值模拟

利用WRF模式对2009年7月29日的一次高原低涡个例进行数值模拟,研究了凝结潜热加热及其与对流活动的反馈在高原低涡发生发展过程中的作用及影响机制。通过模拟结果与实况资料的对比分析,发现WRF模式能够较好地模拟此次低涡的移动路径、中心强度和降水场分布。不考虑凝结潜热加热效应的敏感性试验结果中,模式模拟的低涡移动迟滞,降水量减少,并在移动至高原中部后迅速减弱消失。进一步分析高原低涡的结构发现,凝结潜热加热使得低涡中心附近的上升运动延伸至高层,并产生较强的对流活动,而更为深厚的上升运动又释放出较多的潜热,从而形成一种正反馈机制。位涡收支诊断分析表明,低层凝结潜热加热垂直梯度项产生的正位涡变化有利于高原低涡的增强与东移,位涡垂直通量散度项与凝结潜热加热垂直梯度项引起的位涡变化趋势相反。在高原低涡的形成和发展阶段,由于凝结潜热加热与对流活动间的正反馈机制,潜热加热垂直梯度项引起的正位涡增强,凝结潜热加热对低层的位涡变化起主要作用,有利于高原低涡的增强与东移;低涡进入成熟阶段后,凝结潜热的贡献减小,位涡水平通量散度项与位涡垂直通量散度项对位涡的变化起主要作用。     

2012年夏季四川东部一次大暴雨过程分析

本文使用常规观测资料、四川省自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY－2E云顶亮温资料和1°×1°的NCEP再分析格点资料对2012年7月20～23日四川东部强降水过程的主要影响系统、水汽源地、动力、热力条件等进行诊断分析,结果表明:(1)本次暴雨过程中伴有500hPa高空槽东移至四川并向南加深发展,槽后冷空气与槽前暖湿气流在四川汇合,低层有低涡发展,配以高低空急流耦合的有利形势;(2)暴雨前期水汽主要来源于孟加拉湾,随着南海台风西进,其外围偏东气流向西输送增强,西南暖湿气流北上受到抑制,使得雨带南压;(3)降水以对流性降水为主,暴雨期间水汽凝结潜热在对流层中低层起主要作用,强上升运动将低层的潜热加热向上输送,形成高空的热源中心,强降水期间大气的加热是与大气的垂直上升运动密切相关的;在本次暴雨过程垂直输送项是视热源Q1和视水汽汇Q2的主要贡献者,尤其是在强降水阶段;(4)在低涡在发展阶段,低层正涡度局地变化项首先得到发展,在低涡减弱阶段,正涡度局地变化项的峰值中心由低层向中低层抬升;(5)中尺度对流系统与小时降水分布一致,MCS的发展是触发降水的重要因素之一。      

西南低涡的初步研究

本文通过对一些个例的研究,分析了西南低涡的维持和发展条件,发现低涡的维持和发展主要靠中高层的辐散量要大于低层的辐合量,同时中高层凝结潜热的释放也起着相当重要的作用。分析指出,在低涡上空,对流层上层有两支气流,(上升气流和下沉气流),在对流层中下层也有两支气流,共同构成低涡的三维流场。其中对流层中下层的两支气流对天气变化有重要影响。西南低涡的东部和南部是主要的降水区,而降水的强弱和低涡东侧的上升气流强弱及大气层结、水汽辐合量有关。     

一次东移高原低涡影响四川暴雨的数值模拟分析

应用自动站雨量资料、常规观测资料和国家气象中心T213分析场资料,采用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2008年7月20日高原低涡东移引发的四川盆地暴雨过程。通过分析模式输出资料,结果得出高原涡东移影响四川盆地暴雨的一种物理触发机制:高原涡正涡度的东移促使四川盆地正涡度发展,正涡度的发展使得大气旋转上升加强,对流层高层强烈辐散,低层辐合,对流发展形成降水,大气凝结释放潜热加热大气,使得高层等压面升高,负涡度发展,低层降压,正涡度发展,这样就形成了一个正反馈的循环机制,从而导致了四川盆地强降水。      

大气热源对高原低涡不同发展阶段的影响——2013年7月个例分析

高原低涡是夏季青藏高原（简称高原）及其下游地区的主要降水系统。本文利用ERA5逐小时再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温逐小时数据和TRMM 3 h降水资料,对2013年7月19～21日活动于高原的一次低涡过程进行了诊断分析。此低涡在高原期间的活动时间长达56 h,将其分为初生、发展及移出高原前三个阶段,着重分析了高原大气热源在低涡不同阶段的关键作用和机理。结果表明：此低涡在发展过程中表现为阶段性增强的特征,位势涡度倾向方程诊断发现非绝热加热的垂直梯度是造成低涡发展增强的主要因素,即非绝热加热极值所在高度的下方和上方分别有正的和负的位涡制造,从而加强了低层的气旋和高层的反气旋。进一步分析可知大气热源在低涡发展过程中也表现出阶段性增强的特征,最大值出现在正午时段,且在低涡移出高原前阶段最强。低涡的生成与地面暖中心有关,这归因于地表感热加热的作用;而低涡的后续发展则主要依赖于凝结潜热加热,加热高度位于对流层中层,这主要是由垂直运动将低层的水汽集中到中层,产生水汽凝结所致。     

台风榴莲（2001）生成初期中尺度涡旋合并过程研究

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生、发展的复杂性,热带气旋生成机制研究领域至今仍然存在很多未解之谜。已有的观测和模拟研究证明,中尺度涡旋合并过程对于热带气旋的生成可能有触发作用,但尚未见到南海季风槽内热带气旋生成过程中中尺度涡旋合并现象的实例模拟研究。利用新一代中尺度天气研究与预报模式WRF对南海热带气旋榴莲(2001)生成过程中的中尺度涡旋合并过程进行了高分辨率(4 km)数值模拟,并与观测资料进行对比,利用模式输出结果重点分析两个中尺度涡旋合并过程中的主要动力学和热力学特征,并在此基础上进一步分析了合并过程中系统中心附近涡度方程中各项涡度收支的演变情况,最后通过两个敏感性试验与控制试验结果的对比,初步探讨中尺度涡旋合并过程对于热带气旋榴莲生成的作用。结果表明,南海季风槽中的新生中层中尺度涡旋V2,是榴莲生成过程中的主导涡旋,预先存在的东部低层的中尺度涡旋V1对于台风榴莲的生成则起到了辅助作用,两个不同高度的涡旋合并叠加促使涡度的辐合、辐散项率先在低层引起涡度的快速增长,随后垂直输送项在对流层中层对涡度的增长起主要作用。两个涡旋的最终合并,使热带气旋系统正绝对涡度在垂直方向上从低层到中层得以贯通,进而触发榴莲的生成。     

南海地区发展型和不发展型中层涡旋的结构特征

对NCEP 1 °×1 °再分析资料进行分析表明,南海地区发展型和不发展型中层涡旋的结构特征有着明显的区别:发展型中层涡旋的中心涡度逐渐增大,并同时向高层和低层发展,其中低层辐合维持得较好;而不发展中层涡旋的中心涡度则逐渐减小,不再向高层发展,其中低层辐合维持得较差。对称性分析表明,发展型中层涡旋的水平风场和风速垂直剖面都具有良好的对称性,而不发展型的较差;发展型中层涡旋中心的风速垂直切变小,有利于对流层中上层暖心的建立与加强,而不发展型则相反。平衡性分析表明,发展型涡旋在对流层中低层的平衡性较好,涡旋维持着较好的风压平衡关系,有利于涡旋的发展;不发展型涡旋则较差。纬向剖面位涡异常分析表明,发展型中层涡旋的正位涡异常在增强的同时向上发展,涡旋处于持续发展的阶段;而不发展型位涡则相反,一方面强度在减小,另一方面没有向上发展,涡旋逐渐减弱。