惯性波的对流不稳定和台风形成初期阶段的物理分析

本文主要讨论在低纬度,当大气中水汽供给充分,并满足γ>γm的条件不稳定状态时所发生的热成风适应过程。这时适应过程的特点和文献[11]中所讨论的完全不同。在起始时,如果流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,当扰动的水平尺度小于适应的特征尺度L_0时,可引起惯性波的对流不稳定。这种不稳定的作用,可在较短的时间内(约24小时)造成上层是反气旋、下层是气旋和中心为暖中心的猛烈的涡旋形成。此外,本文还讨论了台风形成启动机制的动力学本质。指出:在热成风破坏方面,假如存在着造成流场上热成风涡度大于温度场热成风涡度的非热成风产生的机制,即可构成台风形成的启动机制。     

8515号台风路径分析

本文讨论了环境流场、流函数切变平流、势函数的垂直配置与8515号台风路径的关系,并用台风移向变率诊断方程分析与计算了该台风移动时移向变化的情况,特别是9月5日发生的明显右偏。分析结果如下:1.西太平洋副热带高压呈块状,赤道缓冲带增强,有利于8515号台风移向右偏。2.8515号台风处于负流函数切变平流区一侧,其路径与流函数切变平流零线走向基本一致。3.8515号台风北侧各层势函数场的垂直分布,决定了辐散风的配置,其演变与台风移向有一定的相关。4.台风移向变率诊断的定性分析和实用计算,对判别台风移向是否稳定有一定参考意义。      

基于CISK理论对环境流场影响台风发生发展的分析

本文用一基于第二类条件性不稳定机制(CISK)的简单数值模式研究了由于非热成风的存在和环境风场垂直切变的水平变化对台风低压发生发展的影响。结果表明,环境风场的涡度分布在对流层低层为气旋性涡度随高度增加,而在对流层高层为反气旋性涡度随高度增加时有利于台风低压的发生发展;非热成风存在且与热成风符号相反时有利于台风低压的发生发展。      

中纬度大尺度系统的发展

从物理上认识天气系统的发生、发展和衰亡,并且得到一些指导实际天气预报的规律,这对于作好天气预报是有意义的。本文主要从物理上具体易懂地介绍热成风适应、中纬度大尺度天气系统发生发展的物理过程和长波不稳定发展向下游传播等方面的内容,并且通过一些实例初步讨论这些工作如何在实际中运用。 在中纬度大尺度天气系统中最常见的现象是地转风平衡(或热成风平衡)的现象。当我们仔细考察这一平衡时,就会发现气压场、流场和温度场都是不断变化的。地转风平衡处于平衡不断破坏而又不断建立之中,这种过程造成了大尺度天气形势的不断变化和发展。这种变化和发展可以分为两个过程:由地转平衡到不平衡的地转平衡破坏过程和由不平衡到新的地转平衡     

0505号台风"海棠"打转之异常路径分析

通过分析台风“海棠”的环流背景、台湾岛的地形效应、500hPa湿热能量场特征以及卫星云图的演变,可以发现引起台风“海棠”打转的原因是多方面的,其中:环境气流的变化预示着台风移向移速将发生改变;大陆副高的阻挡迫使“海棠”路径上作出调整;台湾岛的地形效应是引起台风打转的原因之一;500 hPa假相当位温场对台风的移向有很好的指示作用,当台风移向前方遇到低能轴线阻挡时,台风沿着当前移向接近低能轴线后,将呈抛物线状发生偏转,逐渐与低能轴向趋于一致;台风内区云系结构的不对称发展,表明台风内部中尺度强对流系统的生成和发展,揭示了台风热力结构的不对称,也是产生台风移向变化的原因。     

台风内核与外围能量发展的物理因子

利用Ａｎｔｈｅｓ关于台风的区域划分以及物理量特征尺度的结果，采用尺度分析方法导出了台风不同区域的控制方程组，又用ＷＫＢ方法得到各区的波能量方程并进行了讨论。指出影响台风发展的物理因子在各区的异同点：各区都有非定常因子；同时，台风内核及外围中层对流层的因子有涡度和切向风的垂直变化，外围边界层有热成风及其偏差，外围流出层有水平位温梯度，这些因子与重力波适当的移向相配合，可使台风能量发展，强度增大。     

斜压性对地转动量Ekman流的影响——理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解,解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化(即热成风)的影响,尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekmon抽吸新物理因子,即热成风形变、热成风涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明,这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统(譬如锋区)中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析,指出在锋区这样的强斜压系统中,此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中,我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。      

中纬度高空槽—台风相互作用对台风“利奇马”远距离暴雨的影响

利用NCEP提供的0.25°×0.25°FNL资料和国家气象信息中心提供的高分辨率三源融合降水资料,以台风“利奇马”为研究个例,从动力和热力因素两个方面研究了中纬度高空槽与台风之间的相互作用对台风远距离暴雨的影响。研究认为中纬度高空槽—台风的相互作用是此次台风远距离暴雨的主要原因之一。在高空槽—台风的相互作用中,随着弱正PV异常从中纬度高空槽向台风区域的水平平流,台风西北部地区逐步处于高空槽前西南急流的次级环流的上升区域,而对流层深厚的暖平流恰好位于台风西北部3～5个纬距的地区,此热成风暖平流的作用增强了台风西北地区的上升运动。另外,中纬度高空槽后的干冷空气的逼近,促进了在台风西北部地区的中纬度斜压锋生,斜压锋面进一步增强了台风远距离暴雨处的动力抬升作用。同时还发现当台风与中纬度槽的距离大约是10个纬距时其相互作用最为显著。     

近海热带气旋折向路径的合成分析

本文以在20—30°N,120—130°E海城内生成或由处部移入的低压热带气旋为对象,运用合成分析方法,对1956—1985年间的这类近海热带气旋的环境场作了分析研究,找到了西折和东折时具有不同天气特征的环境高度场和温度场特征。通过对折向后(24小时)热带气旋移向和500hPa引导气流以及由对流层中低层平均温度场所反映的热成风之间的关系分析,提出了用引导气流方法作台风热带气旋路径预报要考虑β作用引起的移向订正的见解。     

大尺度运动对台风形成影响的天气分析

本文根据15个台风形成的实例分析,发现台风形成前200毫巴的流场形势基本上可分为三种类型。在这些类型中,台风形成前1—3天,高层都有显著的正涡度平流,并且这种正的气旋涡度平流常大于下层的,因而可造成上下层涡度平流差的正值区。这正值区迭置在地面扰动之上,而后这扰动就发展成台风。这和我们在文献[7]中所指出的台风形成启动机制的结论是一致的。也就是在热成风破坏和适应的统一中,在热成风破坏方面,如果存在有能够造成这样的非热成风的机制,使得流场上的热成风涡度大于温度场的热成风涡度,那么这种机制即为台风形成的启动机制,在我们所分析的例子中,高层和低层流场形势的特点,可以是多种多样的,但都包含这一共同的动力学本质。     

超强台风“桑美”(2006)能量发展的物理因子

应用非线性动力系统的研究方法, 基于NCEP/NCAR再分析资料, 以超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的突然增强和突然减弱过程为例, 从动能角度分析热带气旋能量发展的条件, 将分析结果转化为可用于分析预测热带气旋强度变化的实用指标, 如非热成风涡度、 热成风偏差及其垂直变化。结果表明: 热带气旋中心附近存在非热成风涡度负值中心, 有利于近海热带气旋突然增强; 非热成风涡度的变化与热带气旋中心气压变化有较好的一致性。当扰动自下向上传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差为正值, 而在减弱阶段为负值; 当外围波扰向内核传播时, 在热带气旋增强阶段热成风偏差垂直变化为负值, 而在减弱阶段为正值, 热成风偏差及其垂直变化的这种变化在对流层中低层更明显。当扰动自下向上、 自外围向内核传播时, 在热带气旋增强阶段非热成风涡度为负值、 热成风偏差为正值、 热成风偏差垂直变化为负值; 减弱阶段则相反。     

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。     

台风"凤凰"强降水过程中的波作用诊断分析

介绍了“扰动热力切变平流参数”的概念,并基于此概念及波流相互作用的理论,对登陆台风“凤凰”2008年7月27日00:00－31日00:00(世界时)的暴雨过程进行了诊断分析.通过采用ARPS模式的资料,对波作用密度M和波作用通量散度▽·F进行计算,分析其与6h累积地面降水的关系.结果表明,波作用密度的异常值区始终覆盖观测雨区,二者在水平分布和时间演变趋势上比较相似,该波作用密度能够比较准确地综合表征强降水系统典型的动力场和热力场扰动的垂直结构,因而与降水系统的发生演变密切相关,其正高值区与观测的6h累积地面降水具有良好的对应关系.同时对波作用通量散度▽·F的分析表明,在登陆台风引发的暴雨过程中,非地转风位涡扰动和一阶扰动平流与动力场和热力场扰动梯度耦合项是影响扰动热力切变平流异常变化的主要强迫项.进一步分析表明扰动与基本态的交换主要是扰动热量平流交换,而扰动动量平流交换非常弱.     

双台风相互作用及其影响

采用三维变分混合同化方法对双台风菲特（1323）和丹娜丝（1324）、天鹅（0907）和莫拉克（0908）进行数值模拟,并在此基础上,采用移除双台风中任一台风和增强或减弱任一台风的方法,对双台风的相互作用进行了敏感性试验。结果表明:台风丹娜丝的作用导致台风菲特路径偏南,移速偏慢;台风菲特的作用导致台风丹娜丝路径偏北,移速变化不大。双台风相互作用使台风菲特和丹娜丝强度发生变化。在台风菲特强盛阶段强度更强,减弱消亡阶段强度更弱。2013年10月6-9日我国华东地区出现的强降水主要受台风菲特影响,台风丹娜丝使降水强度增强、强降水中心位置偏南。双台风相互作用使台风天鹅移向偏南,移速偏快,但台风天鹅对台风莫拉克的移向、移速影响不大;台风天鹅路径盘旋曲折,每次移向的变化都与台风莫拉克有关;台风天鹅打转程度与台风莫拉克的强度呈正相关,双台风间存在涡度、水汽通量等的相互影响及输送机制。     

双台风相互作用及对它们移动的影响

本文根据20个(1956—1975年)夏半年(6—11月)西北太平洋的92对双台风个例,研究了双台风的相互旋转、相互靠近现象。并着重对双台风的移动、打转问题进行了分析。 发现二个台风的平均气压太高或太低时,相互旋转都趋向于变慢,这表明过去一些工作只考虑两台风相互作用的风力是不全面的。 当双台风相距10纬距以内时,相互旋转以气旋式占明显优势(>70％),因而可将它定为相互作用明显的距离。双台风中心连线12小时的平均转角θ与二台风距离r的经验关系式为 r=3.23+59.32 (1/θ)° 从相互作用对两个台风整个移动路径的影响来看,约有1/3的个例影响不明显。而对有影响的个例,其中约42％,相互作用的结果,只是二者的移速有变化,移向变化并不明显。 对西台风打转的情况,发现打转时间长短与东台风北上速度关系密切,相关系数达0.72,并求得了它们之间的回归方程。     

华南台风路径的云图特征

台风结构、环境流场与台风路径之间的关系非常密切。卫星云图的分析也证明,台风云团特征、环境流场的云系结构和台风路径之间的关系[1][2][3]。台风云团特征在一定时期内具有保守性。比较间隔24小时的前后两张卫星云图,发现某些云图特征的变化在一定程度上常常对台风未来的移向移速有指示意义。根据近几年来卫星云图在天气预报业务中的应用,分析了1973年到1979年5月至10月影响华南的台风卫星云图资料,结果发现:当台风云团和主要螺旋云带组成“9”字型结构时,台风几乎都向偏西方向移动;当它们的组成呈“6”字型结构时,台风将向偏北方向移动;而它们的组成     

用云图特征作台风的路径预报

通过普查1973—1979年卫星云图资料发现,台风移向和台风与副热带高压晴空区位置的配置关系密切。这主要体现在台风靠近副高晴空区时,副高南侧偏东气流对台风的操纵力增加,使台风移向的偏西分量增加;台风远离副高晴空区,偏东气流影响减弱,台风移向偏北分量增加。另一方面,台风本身云系结构,对台风短期移动方向也有指示作用。如台风西南方卷入的低云角度和范围很少变化,则台风移向稳定,     

四层模式热成风适应

本文用四层模式分析了热成风适应。在适应过程中将发生四种波速不同的惯性波来调节流场和温度场的关系。它们的前阵面的速度分别为306米/秒,114米/秒,36.2米/秒,19.2米/秒。层次愈高,快速惯性波的作用愈大;惯性外波在750毫巴以下才有它的重要性。 计算指出:大气中辐合辐散以及垂直运动在垂直方向上互相迭置的现象,是一定条件下热成风适应的结果。本文计算了各种情况的初始条件下温度场和气压场的相互调整。例如375毫巴上单纯非地转风的流场的反气旋涡旋,适应后可建立起对流层暖性、平流层是冷性的高压系统。将初始非热成风的暖温度中心,放在对流层下层和放在对流层中层适应后的结果将不一样。前者只能在对流层下层形成一浅薄的热低压,而后者可在对流层上层建立起一个强大的反气旋,甚至一直影响到平流层。最后,结合气旋发展时所产生的非热成风的特点,讨论了它们的适应。     

正压大气与斜压大气

正压大气是一种假设的大气状态。在这种大气中,等压面和等温面在所有高度上都相重合。这样,等压面上各点温度相同,其坡度随高度不改变。所以,在正压大气中,地转风随高度也不改变,即热成风为零。 “正压”概念虽然是一种理想的大气状态,但应用这一概念分析某些大气问题时,却能得出近似于实际大气的某些有用的结论。例如,罗斯贝     

一个预报台风的经验公式

台风预报,关键是要报准它的移向及登陆地点。但南海台风移向多变,不易掌握。在实际预报工作中,我们按照地转偏向力和气压梯度力的公式,考虑单站气象要素,建立南海台风预报经验公式为: