准地转ω方程中的变形项

在一个典型中纬度气旋的整个生命过程中，持续监测对流层中层变形项的数值发现，在气旋徨命史的早期阶段，中层变形项的数值一般来说很小。     

气旋形成与扰动发展机理的数值试验

应用六层全隐式原始方程模式,对地面气旋形成与扰动发展的机制进行了数值试验. 首先,构造了接近实际的理想带状温压场和相应的扰动场.试验表明在带状环流上如果在低空加上一个类似锋区的扰动,便会有锋面气旋很快地发展起来,并逐渐趋于锢囚阶段,和实际大气的锋面气旋生命史很相似.但若扰动在对流层中层,则地面气旋形成过程较慢,强度也弱.如果初始扰动位于对流层高层,则地面形成的气旋在结构上和切断低压类似,不像锋面气旋.     

中国近海热带气旋强度突变的热力特征

应用2000 2006年的NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析和对比分析,利用全型垂直涡度倾向方程,研究中国近海热带气旋强度突变的热力特征.结果表明:(1)突然增强热带气旋在其中心附近对流层高低层均存在视热源Q1的极大值中心,低层Q1在突然增强过程中越来越强;而突然减弱热带气旋在中心附近对流层中层存在Q1的极大值中心,而且在突然减弱过程中Q1越来越弱.视水汽汇Q2的极值中心在热带气旋强度变化过程中位于对流层中层,在突然增强过程中有所增大,而在突然减弱过程中有所减小.(2)Q1的峰值高度在热带气旋突然增强和突然减弱过程中分别位于对流层高层和中层.Q2的峰值高度在热带气旋突然增强过程中不断抬升,而在突然减弱过程中不断降低,这说明积云对流的垂直输送在热带气旋突然增强过程中起到一定作用.(3)热带气旋中心附近对流层中上层非绝热加热随着高度增加、对流层低层垂直非均匀加热的增大有利于热带气旋的突然增强,反之导致热带气旋突然减弱.     

南海及其附近地区中层气旋的分析研究

一、前言中层气旋是发生在对流层中层的低纬度天气系统之一。在我国南海及其附近地区,夏半年经常有中层气旋活动,而且往往带来大范围的降水、雷暴等天气,对华南地区造成严重影响。因此,对中层气旋的研究,不仅是热带天气系统研究的一个重要课题,而且对我国社会主义革命和建设也有着重要的意义。     

一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

南海地区中层气旋的生成

本文对12个中层气旋生成时的环境场作综合分析,选出两个生成位置靠近平均位置的气旋,分4个时次进行涡度和热量的收支计算。结果表明,大尺度的涡度倾向是气旋生成的必要条件,尤其是散度项的贡献最为显著。在低纬地区地转参数(f)比中纬度小,散度项的贡献较大程度地取决于相对涡度(ξ)的大小。在对流层中下层,散度项值最大,气旋也首先在这里生成。气旋生成时涡管倾斜度很大,由于积云对流将低层的正涡度向上层输送,使涡管变垂直,促使气旋发展成熟。计算得到的小尺度涡度输送和实际降水量分布十分一致。积云对流释放出来的潜热可直接加热中层大气,但上层大气是靠补偿动力下沉增温的。      

影响华南西部的中层气旋

中层气旋是发生在对流层中层的低纬系统。国内外曾有过一些研究。我国梁必骐等对1960—1981年发生在南海地区700 hPa层上的中层气旋研究后指出:该地区的中层气旋主要发生在暖季,它对我国南方地区天气影响不可低估。本文用1976—1986年4—9月中央气象台逐日历史天气图资料。     

河南特强暴雨β中尺度流场发展机理的数值模拟研究

采用宇如聪等研制开发的η坐标有限区域中尺度暴雨数值预报模式AREM,对2004年7月16—17日发生在河南的一次特大暴雨过程进行了数值模拟。模拟结果表明:凝结潜热促使对流层中层大气在β中尺度水平范围的气柱内得到加热,中高层大气的等压面抬高并形成β中尺度高压,中低层大气的等压面降低并形成β中尺度低压,上下层的共同作用促进了垂直运动的迅速发展。当上升运动强烈发展时,在其四周有明显的补偿下沉气流出现:在强上升运动南侧,对流层高层辐散气流向南回流导致对流层高层出现中尺度垂直环流圈,它的下沉支融入上升运动区南侧的补偿下沉气流中,并将高空的水平动量带到对流层低层形成一支新的β中尺度急流;在强上升运动北侧,对流层低层发展出了一支中尺度垂直环流圈,其下沉支向南的辐散气流与低层西南暖湿气流汇合,形成β中尺度辐合线,加强了暴雨区上空低层的辐合;在强上升运动东侧,对流层低层也有一支中尺度垂直环流发展,其下沉支中向西的辐散气流使该区域原来较为一致的西南气流出现向东的偏转,从而在西南气流中形成气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度辐合线上的辐合。对流层低层非地转涡度的强烈发展是β中尺度气旋形成的重要原因。最后给出了强暴雨β中尺度流场发展机理的三维空间示意图。     

太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋影响的数值模拟研究

在分析研究太平洋海气耦合经向模（Pacific Meridional Mode——PMM）和西北太平洋生成热带气旋频数变化关系的基础上,利用NCAR的大气环流模式CAM3模拟研究了太平洋海气耦合经向模态对西北太平洋生成热带气旋的影响。结果表明,海气耦合的经向模态通过影响热带气旋生成的大尺度环境从而影响热带气旋的频数和强度。在模式中当增加了PMM的海温强迫后,纬向风切变变小,对流层中低层相对湿度变大,热带西太平洋对流层低层出现西风异常,在西北太平洋地区形成一个异常的气旋性环流,并且匹配有较大的正涡度异常;对流层高层出现赤道东风异常和一个与低层气旋性环流相匹配的反气旋性环流,有利于对流活动的发展,从而有利于热带气旋的生成和发展。在增加了PMM的海温强迫的试验中,热带气旋中心的海平面最低气压降低,850 hPa中心附近最大切向风速增加,气旋中高层的暖心强度增强。热带气旋强度总体增加。数值模拟结果与资料分析相互映证,揭示了太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋有重要影响。     

2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度爆发气旋的数值模拟和分片位涡反演分析

基于NCEP 6 h一次,0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的GFS（Global Forecasting System）再分析数据,利用数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）,对2014年11月上旬西北太平洋一次极端强度的爆发气旋事件进行了模拟。在成功复制爆发气旋主要特征的基础上,较详细的分析了本次爆发气旋快速发展的有利环境条件,并利用分片位涡反演的方法,对此次爆发气旋的快速发展过程进行了研究,主要结论如下:（1）本次爆发气旋的爆发性发展阶段维持了约27 h,其最大加深率约为3.98 Bergeron（气旋加深率单位）,最低中心气压约为919.2 hPa。（2）爆发气旋的快速发展与对流层高层高空急流对热量的输送,对流层中层西风带短波槽槽前暖平流和正涡度平流的有利准地转强迫,以及对流层低层暖锋伴随的暖平流过程密切相关。（3）分片位涡反演的结果表明,对流层顶皱褶对应的平流层大值位涡下传和降水凝结潜热过程造成的正位涡异常是本次爆发气旋快速发展的主导因子,而对流层低层的斜压过程贡献相对较小。在气旋爆发期的前期和强盛期,降水凝结潜热释放是爆发气旋发展的最重要因子,而在爆发期后期,随着降水的减弱和爆发气旋的东北向移动,对流层顶皱褶作用所造成的正位涡异常成为维持气旋快速发展的最有利因子。     

夏季江淮气旋的Ertel位涡诊断分析

本文应用Ertel位势涡度的理论,分析了两例夏季江准气旋活动的等熵面位涡图和位涡垂直廓线,讨论了这类系统发生发展的一种可能机制以及它们与典型温带气旋的区别,从而得出了夏季江淮气旋活动的一个概念模式:从高原一带东移的对流层中层弱的扰动在有利条件下引起江淮地区较强降水,中层潜热释放导致气旋性环流向下延伸,最终可在地面静止锋上形成波动。当副热带锋区北侧平流层下部空气沿等熵面南下时,气旋波可能发展成为典型的温带气旋。     

海上快速发展气旋的动力诊断分析

应用等熵位涡收支方程对发生于西北太平洋日本东海附近的爆发性气旋进行了位涡及位涡收支诊断分析.发现爆发性气旋不同于普通气旋发展机制, 主要是由于平流层底位涡异常对对流层扰动产生较集中凝结加热, 使上下系统耦合打通的结果.从位涡收支来看, 气旋爆发性发展伴随着对流层顶上空有强的涡度平流作用, 而对流层中层存在着较集中的大尺度凝结结构和对流天气系统.     

贵州南部山区一次大暴雨的数值模拟

利用WRF模式,对2008年5月27日夜间贵州南部山区大暴雨天气进行了数值模拟。复杂地形条件下,数值模拟有一定难度。本次数值模拟能够反映此次大暴雨的降水区域、降水特征和降水强度。在此基础上,利用高分辨率的数值结果,对该暴雨过程的中尺度气旋及地形对降水的作用进行了分析,结果表明：中β尺度气旋是造成此次局地暴雨的直接系统;气旋在结构上表现出中低层强烈的辐合和正涡度柱的耦合,出现了伸展到对流层顶的深厚强上升运动;造成大暴雨的辐合线生成在贵州西部地形梯度较大地方,辐合线上发展起来的中尺度气旋在850 hPa和地面上表现为生成在一个开口向南的喇叭口地形上,由于喇叭口地形对气流的辐合和抬升作用,水汽辐合和上升运动在该地达到最强,无疑对降水的落区和强度有重要影响。     

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。     

一次青藏高原东侧大暴雨过程的诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料以及中尺度模式所提供的高时空分辨率资料，对2002年6月8～9日发生在青藏高原东侧陕西省的一次罕见大暴雨过程的环流形势及位涡场特征进行了诊断和分析。结果表明，湿位涡的时空演变对中尺度气旋及暴雨的发生发展有指示意义，强降水发生在对流层低层较大的正负湿位涡区域交界处，中尺度气旋的迅速发展与对流层高层位涡扰动的下传有密切联系。     

近十年华南及南海区域中层气旋活动的基本特征

国内外气象学者的研究指出,中层气旋是低纬地区的一种重要扰动,是发生在对流层中层的重要天气系统之一,其本质属于热带或副热带扰动.在对生成于阿拉伯海和南海的中层气旋的研究中,发现它们常常给影响区带来剧烈天气、产生大量降水.本文根据中央气象台绘制的1976—1986年4—9月的历史天气图,分析了生成于10—30°N,100—130°E区域内的中层气旋的气候特征,以便进一步研究它们对地处低纬、位于华南西部的广西天气的影响。     

夏季江淮气旋的结构

本文用1980年6月23—25日和8月23—25日的常规观测资料,分析两次江淮气旋的运动场和热力场的平均结构.分析中使用了活动坐标网格,对风、温度、湿度和降水等气象要素进行合成.研究指出,这类气旋的波长为2000—2500公里,水平闭合环流的尺度为100—1500公里,垂直伸展高度达7—8公里左右,气旋轴线随高度显著地向北倾斜.气旋性环流和气旋性涡度在对流层中层的700毫巴附近最强.锋区在对流层上部明显,在对流层低层反而较弱;在气旋中心附近及其北侧,在700毫巴附近及以下仅有一狭窄的冷带.强降雨区出现在低     

一次黄渤海入海气旋强烈发展的诊断分析

针对2007年3月造成黄渤海地区特大风暴潮的一次人海气旋发生与发展过程,采用NCEP资料并利用涡度倾向方程对其进行诊断分析与研究。结果表明,气旋的发展过程主要分为三个阶段：初期的气旋发展由低层开始,对流层低层具有明显的锋区和斜压性;当气旋入海时,高空槽移动到低层低值系统之上,涡度平流加强,高低层涡度平流差异成为气旋快速发展的主要动力;气旋发展的第三阶段是南北两支西风槽合并加强,使对流层中层的气旋性涡度增加,导致对流层中下层垂直上升运动增强,潜热释放增强,气旋发展达到最强。     

一次暴雨过程的数值模拟分析

2005年7月9~10日湖北西部—河南南部出现了一次强降水过程。从天气形势的发展变化,推断出天气系统演变过程的两种可能方式,然后用中尺度数值模式AREM对这次强降水过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上分析了暴雨发展的中尺度过程和特征。这次过程是由辐合线加强和气旋发展两个阶段组成的,在辐合线加强过程中,随着辐合线北侧干空气的南侵以及暖湿空气由南至北倾斜向上发展,上升运动发展到对流层高层后向南北两侧辐散,并在对流层中层构成一对经向偶极子环流圈,它们的下沉支补偿融入上升运动区中,加强和维持了低层的辐合;而在气旋发展过程中,切变线南侧的湿空气明显向北发展,并在切变线上跨越湿度锋区新生发展出一个β中尺度气旋,气旋南半部的湿空气具有强辐合性并伴有强上升运动发展,紧邻其南侧是湿补偿下沉气流,而上升运动北侧的干下沉气流一直向下伸展到边界层顶附近,受低层湿空气向北发展穿越湿度锋区的作用没有向南融入上升运动区中。文中最后给出了辐合线加强和气旋发展的三维空间结构示意图。     

基于LAPS的一次局地强冰雹过程分析

利用LAPS资料同化系统分析场及微波辐射计资料等,从热力、动力等方面分析2008年6月3日湖南常德澧县一次局地强冰雹事件,并对强冰雹形成的环境条件和机理进行研究.结果表明:同化了雷达资料的LAPS分析场能揭示该冰雹事件较精细的动力结构,但其刻画的热力参数无明显改善;强风暴出现在强的风垂直切变、位势不稳定和水汽含量较大的湿润环境中,水汽辐合中心位于1 000-925 hPa,冰雹发生区南面存在一倾斜的、强度较大的水汽辐合区域;触发超级单体(冰雹)的主要系统为位于对流层中低层的中小尺度气旋,高层为反气旋辐散区,主要表现为对流层顶层等熵面上位势涡度向超级单体发生区(对流层中层)的发展,中层主要是干冷的西北气流;LAPS输出的各种物理量场可用来诊断强对流运动发展,尤其对冰雹这类中小尺度天气系统结构有较强的解释应用能力.