西北太平洋爆发性气旋的诊断分析

本文对一年中26个西北太平洋爆发性气旋形成的大尺度条件做了统计研究。结果表明:海洋上空大气层结的不稳定、高空急流出口区北侧的动力辐散,冬季副高位置偏北时其西侧的强暖平流以及中低层的强斜压区等都是气旋急剧发展的有利因素。 另外,本文利用完全的ω-方程和Sawyer-Eliassen次级环流方程对1983年1月6—9日发生在西北太平洋上的一次爆发性气旋做了诊断分析,得到:(1)大尺度加热是使气旋强烈发展的主要物理因子;积云对流加热也是重要的物理因子。(2)温度平流是使前两者起作用的先决因子,它对气旋的初期发展起了某种启动作用。     

东海地区温带气旋爆发性发展的动力学分析

本文对东海地区两个气旋波的爆发性发展过程进行了动力学分析。结果表明:明显的对流层中下部增温、增温以及不稳定的大气层结和强高空西风急流,及其有关的次级环流的作用是气旋爆发性发展的重要条件。在气旋爆发性发展过程中,上升运动、正涡度以及高空辐散和低空辐合的散度场皆达到最强。加热场的计算也表明非绝热加热特别是凝结潜热释放也在气旋爆发时刻达到最强,最大加热区位于气旋的东北象限内。这时涡动动能的增加十分显著,它主要是由涡动有效位能向涡动动能的转换造成,这说明气旋的爆发性发展是与斜压发展密切有关。     

东北低压爆发性发展过程的诊断分析

本文对一次东北低压的快速强烈发展过程做了扰动动能、扰动有效位能及涡度收支平衡分析。结果表明:1.气旋爆发性发展前后,扰动动能的产生项变化剧烈,是主要的扰动动能源。气旋爆发性发展前期,以斜压过程为主,而在爆发期,由正压过程制造的扰动动能也有大量增加,同样是不可忽视的,且这时扰动动能通过系统边界与外界的交换很小。2.扰动有效位能在气旋强烈发展前有大幅度增长,由潜热释放造成的扰动有效位能的产生数值很小,平均有效位能向扰动有效位能的转换是扰动有效位能的主要来源。3.在气旋的爆发期,对流层中层及上层的涡度变化最为显著,涡度平衡中,散度项对对流层中下层正涡度的增长贡献最大,而网格尺度及次网格尺度的垂直输送项和涡度平流项对中上层正涡度的迅速增加有着重要意义。     

江南地面热通量对江淮气旋暴雨影响的模拟研究

通过对一次江淮气旋暴雨个例的数值模拟，研究地面热通量与大尺度流型结合作用对气旋降水系统的影响。过程前期存在南北两大片地面热通量正值区，北片位于气旋所在处及其前方，南片位于上游低空急流处。模拟比较两片地面热通量的作用发现，前期南片地面热通量，特别是强潜热通量，通过与其上空低空急流的共同作用，对后期下游江淮气旋降水系统的加强起着更为重要的作用。对其机制的初步探讨表明：由地面通量进入低层大气的水汽，通过西南气流向长江中下游输送，改变下游大气的温湿结构，并通过积云对流和层状云雨潜热释放等非绝热过程，促进后期气旋降水系统的发展     

南海季风爆发前罕见连续3场暴雨特征及成因

2010年5月上中旬南海季风尚未爆发,广东一周内出现罕见的连续3场区域性暴雨 (下称连场暴雨)。利用常规气象观测资料和NCEP分析资料,从降水时间特征和环流形势对比了连场暴雨和持续性暴雨的异同,并应用局地经向环流数值模式诊断探讨其可能形成机制。结果表明:中高纬度地区阻塞形势建立对广东5月连场暴雨和6月持续性暴雨发生均尤为关键,连场暴雨期间阻塞高压位于乌拉尔山附近,降水与中纬度短波槽南下密切相关;而持续性暴雨期间阻塞高压偏东位于亚洲大陆中部,降水主要受热带西南季风北推影响。尽管大尺度环流背景相似,但3场暴雨过程天气系统配置差异较大。数值诊断结果进一步表明:激发连续3场暴雨的主要物理因子为潜热加热、温度平流和西风动量输送。潜热加热是此次连场暴雨的正贡献和正反馈的最直接因子,而西风动量输送和温度平流对暴雨发生有一定触发作用和指示意义 (超前0~1.5 d)。因此,分析和预报季风爆发前的连场暴雨过程,应注意中高纬度地区西风动量输送、冷暖平流活动和相应的天气形势演变。     

加热效应对南海季风低压垂直环流的贡献

人们对季风低压的研究大多是限于印度季风低压,而对南海季风低压研究甚少。近年来作者用合成法对南海季风低压的结构做了一些研究,同时根据FGGEⅢB资料用涡度方程和扰动动能方程做诊断分析,讨论了南海季风低压的发生发展过程。结果表明:对于南海季风低压的形成和维持,积云对流和环境场的作用有着重要贡献,而斜压不稳定和正压不稳定的贡献很小。     

不同垂直加热率对爆发性气旋发展的影响

文章着眼于海洋温带气旋爆发性发展热力结构的影响效应问题。通过数值试验的结果表明，温带气旋发展状况对于垂直加热廓线分布具有突出的敏感性，若将垂直加热廓线“形变”，则可能导致海洋气旋的爆发性发展，并构成类似观测到的“气象炸弹”动力，热力结构，即“上干下湿”，“上冷下暖”的不稳定层结或“抽吸”结构，急流轴“断裂”形成的非地转偏差特征。从而揭示了垂直加热廓线特征在海洋气旋发展诸影响因子中的关键作用以及潜热释放分布与海洋气旋动力、热力结构形成的机理。     

A CASE STUDY OF FRONTAL CYCLOGENESIS AND ITS SENSITIVITY TO COASTAL INITIAL CONDITIONS*

In this study,the predictability and physical processes leading to the rapid frontal cyclogenesis,that took place in the east coast of the U.S.during 3-4 October 1987,are examined using a nestedgrid.mesoscale model with a fine-mesh grid size of 25km.It is shown that the model reproduces reasonably well the cyclogenesis in a coastal baroclinic zone.its subsequent deepening and movement as well as the pertinent precipitation.It is found that the frontal cyclogenesis occurs in a favorable large-scale environment with pronounced thermal advection in the lower troposphere and marked potential vorticity(PV) concentration aloft associated with the tropopause depression.The transport of warm and moist air from the marine boundary layer by the low-level in-shore flow provides the necessary energy source for the observed heavy precipitation and a variety of weather phenomena reported in the cold sector.Several 24-h sensitivity simulations are performed to examine the relative importance of diabatic heating,adiabatic dynamics and various initial conditions in the frontal cyclogenesis.It is found that latent heat release,even though quite intense,accounts for only 25% of the cyclone's total deepening in this case:the weak impact seems due to the occurrence of latent heating in the cold sector and the upward lifting of the dynamical tropopause by diabatic updrafts.Vorticity budgets show that the lowlevel thermal advection dominates the incipient stage,whereas the vorticity advection determines the rapid deepening rate at the mature stage.The results reveal that the predictability of the present storm is closely related to the vertical coupling between the surface cyclone and the upper-level PV core,which is in turn determined by initial offshore perturbations in the lower troposphere.     

2015年11月中国南方降水异常定量诊断

利用NCEP/FNL再分析资料和地面月降水量资料,应用局地经向环流诊断方程对2015年11月中国南方地区降水异常进行定量诊断,并结合对应天气形势分析了其形成原因。结果表明： 1) 潜热加热、平均纬向温度平流、平均西风动量经向输送是导致2015年11月中国南方地区持续性降水天气形成的主要物理因子;2) 2015年11月来自热带海洋的水汽输送明显偏强,水汽在中国南方地区辐合抬升,其凝结潜热加热对经向环流上升支的正贡献较大;3) 中国南方地区受孟加拉湾槽前的西南风和西太平洋副热带高压西北侧的西南风控制,以暖平流为主,是平均纬向温度平流对南方地区经向环流上升支起正贡献的主要原因;4) 中国南方地区位于高空西风急流入口区反气旋切变一侧,受高层辐散抽吸影响,激发的上升运动是西风动量纬向平流对南方地区降水异常起正贡献的主要原因。     

大气热力强迫和动力强迫的调配及平均经圈环流的仿真模拟

通过研究平均经围环流（ＭＭＣ）及其所受的内外强迫作用的相互配置，指出对ＭＭＣ的热力和动力强迫满足确定的调配率。这一调配率受大气内在的斜压性、静力稳定度及绝对涡度制约。利用辐射加热和凝结加热参数化方案，结合欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）的分析资料，对１月份平均经围环流进行数值仿真模拟。结果表明，热带对流加热可以形成双层Ｈａｄｌｅｙ环流结构；涡动动量输送对双Ｈａｄｌｅｙ环流的形成也有一定影响。中高纬度的ＭＭＣ则主要由外动量强迫及大气的动量和热量输送特征决定。     

爆发性发展台风合成环境场的诊断分析

本文应用合成分析方法对5个台风的平缓演变阶段和爆发性发展阶段的环境场作了对比分析。结果表明，在台风爆发性发展时，副热带高压及其反气旋环流增强，台风东部低层风速加大，高空有东风扰动叠加，低空辐合和高层辐散增强，低层水汽能量辐合及台风外围对流性不稳定性增大，低空垂直环流发展。以上因子导致积云对流发展。在弱垂直切变环境下，通过第二类条件性不稳定(CISK)机制，使台风中心气压急剧下降，气旋性环流显著增强，从而导致台风的爆发性发展。这说明台风爆发性发展是大尺度环流和积云对流相互作用的结果。     

大尺度凝结加热与中尺度位温扰动对冷锋锋生的作用

文中导得简化的包括大尺度凝结潜热的半地转锋生模式，利用该模式讨论了大尺度凝结加热和中尺度位温扰动对冷锋锋生的影响，给出了锋生过程中各物理量的演变图。计算结果表明，大尺度凝结加热对冷锋锋生具有加强作用，增大锋生率，增大上升运动速度，缩小上升运动区的范围，使之更具有中尺度系统特征，使非地转越锋环流增强并发生倾斜，凝结加热和中尺度位温扰动的结合是锋前暖区多重雨带形成的可能机制之一。     

利用局地经向环流对河南一次连阴雨过程的定量诊断

利用2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析资料和改进的局地经向环流线性模式,定量诊断了2011年9月5—19日河南省秋季连阴雨天气的形成机理,并利用局地经向环流的垂直分量与降水量滞后相关的分析,研究了这次连阴雨过程主要物理因子的演变特征。结果表明:(1)潜热加热、平均经向温度平流、平均西风动量的纬向平流和平均纬向温度平流是导致2011年9月河南省秋季连阴雨天气形成的主要物理因子。(2)潜热加热和平均纬向温度平流是造成此次连阴雨发生的主要物理因子;平均纬向温度平流、平均经向温度平流和平均西风动量的纬向平流是造成此次连阴雨发展或持续的主要物理因子;潜热加热、平均西风动量的纬向平流和平均纬向温度平流是造成此次连阴雨结束的主要物理因子。     

MODULATION OF ATMOSPHERIC THERMAL AND MECHANICAL FORCINGS AND NUMERICAL MODELING OF MEAN MERIDIONAL CIRCULATION

Upon investigating the relative locations of internal and external forcing and the resultant mean meridional circulation,it was found that thermal forcing and mechanical forcing for the formation of atmospheric mean meridional circulation are modulated by a certain ratio.This ratio is determined by the inherent baroclinity,static stability and absolute vorticity of the atmosphere.By employing a parameterization scheme for radiative heating and condensation heating,together with the analysisdata of the European Center for Medium-range Weather Forecasts,the mean meridional circulation for January wassimulated numerically.It was found that latent heat release in the tropics may result in the formation of double-layeredHadley circulation,so do the eddy momentum transfer processes.On the other hand,mean meridional circulations in extra-tropics are mainly determined by external momentum forcing and atmospheric properties of eddy momentum andheat transfer.     

与海南岛秋季暴雨有关的一类热带中尺度涡旋的动力学分析

对惯性重力内波方程组分别通过线性和非线性求解探讨造成2010年10月海南岛一次特大暴雨中一类热带中尺度涡旋生成发展的动力、热力机制,研究发现：（1）在副热带高压和大陆冷高压南侧反气旋性纬向水平风切变大值区、静力不稳定大气层结、积云对流潜热释放、低空急流、适当强度的冷空气有利于热带中尺度涡旋的形成和发展;（2）非线性惯性重力内波的孤立波解与这类热带中尺度涡旋有很好的联系,在静力不稳定的大气层结下,热带中尺度涡旋的形态主要由对流凝结潜热加热所决定,即潜热加热下的孤立波解要求热带中尺度涡旋在垂直方向是一个浅薄的涡旋系统;另外强盛的对流凝结潜热对热带中尺度涡旋垂直运动振幅的增强起主要作用,更有利于涡旋的发展和维持。基于天气事实分析的理论研究为深化影响海南的热带中尺度涡旋乃至南海中尺度对流系统的机理认识进行了探索。     

凝结潜热释放和地表热通量对一次飑线过程的影响

针对2013年7月4—5日一次产生大风、短时强降水强对流天气的飑线过程进行数值试验,研究了凝结潜热释放和地表热通量在中尺度对流系统的发生发展过程中的影响。结果表明:(1)凝结潜热释放对飑线系统有重要的作用,对飑线发展维持、移动及成熟阶段的垂直结构都有着一定影响。(2)当飑线系统进入成熟阶段后,小尺度的积云对流中的凝结加热作用于中高层大气,加强了高层辐散低层辐合的配置,而对流系统内垂直上升运动的加强又导致凝结加热作用更强。(3)凝结加热作用极大地促进了飑线的低层入流、高层出流的垂直结构,以及系统前方中层入流和高层出流之间形成的间接垂直反环流,促进高空动能下传的同时,使系统前方对流不稳定性增加,新的对流单体易于触发。(4)潜热释放间接增强了对流内部的冷性下沉气流,进而加强了低层的阵风锋,使得新的对流单体能在飑锋处触发,飑线以新老对流单体交替的方式向前移动。(5)在高低空急流的垂直耦合促进飑线发展的同时,成熟阶段飑线中较强的凝结加热对高低层急流有反馈作用,一定程度上增强了这种垂直耦合。(6)地表感热、潜热通量等边界层非绝热过程在对流系统的触发和发展中起到了较为重要的作用。地表热通量在白天加强了对流边界层的湍流混合作用,由此产生的特征维持到了夜间,形成了适合飑线触发的层结条件。另外,在对流形成之前,与地表潜热通量相关的边界层加湿作用为对流的爆发贮存了丰富的水汽和不稳定能量。     

一次入海气旋快速发展的动力和热力学特征分析

利用扩展Zwack-Okossi方程(扩展Z-O方程)对2007年3月3-5日黄、渤海海上快速发展的温带气旋进行了诊断分析。结果表明,潜热释放和暖平流在气旋发展初期起主要作用,潜热释放是气旋接近爆发性发展的最主要强迫项,这与以往研究的主要受涡度平流强迫的中国沿海温带气旋不同,说明在中国近海快速发展的一部分温带气旋主要是由潜热释放项强迫的。绝对涡度平流在气旋发展后期才成为主要强迫项。进一步利用MM5模式模拟了潜热释放的作用以及其他一些影响气旋发展的因素,海表面热通量、水汽通量以及气旋路径上的地形对这次气旋的发展有积极贡献,但作用相对潜热释放较小。由于这种在中国近海接近爆发性发展的温带气旋容易造成风暴潮,因此利用动能方程对气旋发展中期的渤海大风进行了诊断分析。结果表明,动能水平平流是动能增加的主要作用项,但动能达到最大值后渤海海域的动能主要由有效位能转换和动量下传提供。     

东北夏季副高后部MCC暴雨的诊断分析

本文对1989年7月22日出现在副高后部的一次MCC过程进行了动力诊断研究。结果表明:温度平流，积云对流加热和大尺度凝结加热是系统发生发展的主要物理因子。在MCC出现之前和形成初期，Q矢量的散度、旋度和用Q矢量表示的准地转锋生倾向以及不稳定区内水汽辐合量的大幅度增长均能提供大量可供预报员使用的信息。     

登陆台风不连续北跳与暴雨的数值模拟研究

利用MM4（PSU/NCAR）模式，对1992年8月31日20时～9月1日20时登陆台风暴雨过程进行了数值试验研究。结果表明；登陆台风的不连续北跳与西风槽和积云对流潜热反馈有关。倒槽南部雨区内积云对流的发展加大了对台风倒槽内的水汽、动量、热量等输送，使倒槽内降水增幅。积云对流潜热反馈对高低空急流以及台风的移动都有很大的影响。     

两类华南沿海暖区暴雨特征及热力发展机制对比研究

对2009—2014年4—6月的华南沿海暖区暴雨依据低层环流进行分类:第一类为偏南向型,即珠江口以西经向性偏南向辐合线型,由东南、偏南、西南三支气流汇合;第二类为西南向型,即珠江口以东纬向性西南向辐合线型,由偏西和西南风两支气流汇合。6小时强降水统计显示,6年中偏南向型年平均73.2次,西南向型年平均50.3次。南海夏季风爆发后,两种类型发生频数均明显增加。两类低层辐合线系统对应上层的合成特征显示,500 hPa天气形势偏南向型为宽阔暖脊,温度脊落后,有较明显的暖平流,无锋区;西南向型为弱槽,中纬度温度槽落后,锋区偏北,华南位于锋面前暖区,有弱波动。两类暴雨垂直剖面上有深厚垂直速度中心伸展到400 hPa;对应强烈的辐合层为几个垂直叠置的辐合中心;均为水汽充沛,对流不稳定能量层次深厚,有较强凝结潜热释放,造成气柱增暖拉伸,加强深厚多中心辐合及上升气流,其中西南向型凝结潜热释放更强,偏南向型中高层暖平流强于其凝结潜热释放。探讨热力发展机制的数值模拟显示,凝结潜热释放对气柱增温,大大增强暴雨区垂直速度厚度与强度,并增强暴雨区低层辐合环流,减弱中层辐散环流,其影响力达到环流强度的30%~50%,有利于维持强烈对流,促进暖区暴雨的发展。