爆发性气旋发展中斜压强迫与潜热释放作用的数值试验

本文利用一个六层原始方程模式对五例爆发性气旋的发展进行了数值试验,试验结果表明：斜压强迫是气旋爆发性发展的基本因子,而潜热释放的重要性则有较大差异。潜热释放的作用主要集中在两个方面：一是对低层的直接增暖,加强了上升运动;二是对局地斜压性的加强,促进了锋面、槽脊系统的发展,而这两者均有利于气旋的发展。     

海洋温带气旋爆发性发展数值试验

利用PSU/NCARMM4对5个西北太平洋温带气旋的爆发性发展进行了一系列数值模拟和敏感性试验,并对重要的物理过程进行了分析和诊断.采用相同物理过程及边界条件的控制试验成功地模拟出了主要的爆发性气旋加深率,为海洋爆发性气旋的业务数值预报提供了可能.敏感性试验获得了湿物理过程、能量频散、SST和海面能通量、日本岛地形及初、边值条件等影响气旋加深率的定量认识,分析表明水的微物理过程,特别是网格尺度的水汽凝结、未饱和层的云滴和雨滴蒸发,是气旋爆发性发展中最重要的物理过程;在高空200～300hPa层的云滴蒸发效应可能是形成相应层气旋中心非绝热冷却峰值的主要原因;由内在热力-动力学过程所决定的潜热释放比对流参数化任意规定的加热分布更接近实际并能产生更好的模拟结果;没有能量频散效应时可减小模拟加深的30%;海面能通量在初始时刻比在爆发性发展时更重要,不计初始时海面能通量将影响模拟加深约25%,而不计爆发性发展时的海面能通量,这种影响不及前者的一半;爆发性发展时的海面能通量呈不均匀分布并能诱导反锋面热力环流在局部抑制气旋的加深;大气模式对海-气边界层能通量交换的变化和海洋增暖产生了显着的热力学响.试验还得出了日本岛地形及初、边值条件影响的重要结论.     

爆发性海洋气旋生成的模拟与预报

1.引言近十年来,副热带海洋气旋的快速增强受到了气象研究单位的关注.Sanders和Gyakum(1980)把快速发展定义为地转地调整到纬度60°时气旋在24小时内加深24hPa以上.这个问题之所以引起注意,是因为以前的业务模式对这类气旋加深的预报,系统性地偏弱.与此有关的实际问题是爆发性气旋发展给航运带来的危险.科学上的议题是这类风暴是否与一般的气旋有动力上的差别.     

一次东海气旋爆发性发展数值模拟

在2006年6月1日发生在东海的爆发性气旋的天气学分析基础上,进行数值模拟,以进一步认识其爆发性发展的物理机制。结果表明:这次东海气旋的地面系统来自台湾岛附近的海上倒槽,在浙北沿海遇到高空比较深厚的低槽,大尺度高空槽通过槽前正涡度输送和槽前后冷暖平流对斜压不稳定的加强作用为气旋发展和维持提供有利的环境。同时,高空急流也通过其出口区的辐散和暖平流为气旋发展和维持提供有利的环境。中低层在舟山海域的强涡度平流的抬升作用产生降水,并通过水汽凝结引起潜热释放,进一步造成地面气旋系统的发展,此时气旋和降水形成正反馈机制。潜热释放被高空槽前斜压不稳定和急流出口区右侧辐散共同引起的上升运动激发后,对气旋的发展起着重要作用。     

气旋快速发展过程中潜热释放重要性的位涡反演诊断

本文分析了一次爆发性气旋过程中的位涡演变特征,揭示了凝结潜热释放对气旋人上工位涡柱形成所起的作用;通过数值求解位涡反演诊断方程定量诊断出气旋爆发性发展阶段,凝结潜热释放对低层降压和气旋式环流增强的重要影响。     

夏季陆地爆发性气旋的模拟与诊断分析

利用观测资料、FY-2C卫星云图和NCEP再分析资料,对2003年6月22—23日黄河下游的气旋爆发性发展过程进行天气学分析和中尺度数值模拟与诊断,研究这次爆发性气旋的发展特征。结果表明：河套高空槽东移与山东南部的切变线合并产生这次爆发性气旋。MM5数值模式可以很好地模拟夏季陆地爆发性气旋发展过程。夏季陆地爆发性气旋发生在与高度场气旋性弯曲相重合的高空急流出口区,气旋从急流出口区右侧向左侧行进的过程中爆发性发展。气旋爆发性发展需要高空有急流,低空有西南和东南风急流为其提供强的暖平流和水汽通道。气旋的爆发性发展伴随着上升运动强烈发展,上升运动区高层强辐散、低层强辐舍。气旋爆发性发展在高能场中,大气具有强对流性不稳定。     

东亚和西太平洋爆发性温带气旋发生的气候学研究

本文利用历史天气图资料,对1973—1988年中国东部和沿海地区的温带气旋及其爆发性发展情况进行了统计,共有1014个温带气旋发生,其中有1/5达到了爆发性发展的强度,构成了西太平洋爆发性海洋气旋的一部分.它占整个西太平洋爆发性气旋总频数(包括不同来源)的51％.进而对这类爆发性气旋的活动规律进行了分析,概括出了它们的气候学特征.比较亚洲大陆、中国近海及西太平洋地区的爆发性温带气旋表明,西太平洋地区不仅频繁而且强烈.而东、西太平洋地区发生海洋爆发性气旋的对比表明,二者存在着明显的差异.同时也指出,东太平洋地区爆发性气旋的发生并不是一种少见的现象.     

用Zwack-Okossi方程对一次爆发性气旋的诊断分析

利用ＥＣＭＷＦ资料作初始场,ＭＭ４模式输出的结果和Ｚｗ ａｃｋ－ Ｏｋｏｓｓｉ方程作诊断工具,对１９８１年１２月２０～２１日生成在西北太平洋的一次爆发性气旋进行了数值试验和诊断分析。得到：气旋的爆发性发展主要是由正涡度平流和非地转场激发,其中涡度平流对气旋发展贡献最大,温度平流的影响则较小,两者主要是在对流层高层起作用,而非地转场则在对流层低层起主要作用。由水汽造成的非绝热加热对本次爆发性气旋的生成影响不大,积云对流潜热的反馈作用更小。另外次天气尺度系统对爆发性气旋形成贡献较小     

陆地气旋爆发性发展的动力学分析和数值试验

利用中国地面加密自动站观测资料、北京地区雷达探测资料、NCEP（1°×1°）FNL资料、ECMWF ERA Interim（0.125°×0.125°）逐日再分析资料等,对造成2016年7月19-20日华北极端暴雨中的低涡系统发展演变的结构特征和加强机制进行了研究。华北地区这次特大暴雨过程出现了3个阶段降水,其中与低涡系统强烈发展对应的第2阶段降水是本次华北暴雨过程的主要降水阶段。针对该低涡的分析表明：（1）850 hPa以西南低涡为中心的低压带中,在河南西北部新生低涡系统,并且其在向华北地区移动过程中显著加强,该低涡系统在空间结构上,从倾斜涡柱逐渐发展成近乎直立的、贯穿整个对流层的深厚低涡系统;（2）中低层低涡系统快速发展过程与高低空系统构成耦合作用有关：低层低涡系统显著加强之前,对流层上层（300-200 hPa）首先出现高空槽异常加深并向南发展,该高空槽发展的开始阶段与其本身冷暖平流造成的斜压发展过程对应;而后,随着高纬度平流层高位涡沿等熵面向南运动,造成华北地区对流层上层涡度增强,形成正位涡异常区;当这一正位涡异常区叠加在对流层中低层锋区上空时,造成对流层中低层气旋快速发展并向下伸展,诱发河南西北部的新生气旋;低涡系统的发展进一步强化了低空暖平流,促使低空气旋向东北方向发展\     

中尺度扰动不稳定的数值研究

利用一个二维Boussinesq流体的绝热无粘非静力数值模式,将中尺度不稳定问题作为一个初值问题进行数值研究.线性情况下数值试验的结果基本与采用特征值方法研究得到的结论一致.非线性情况的数值试验表明,其不稳定发生的范围可与线性情况不一致;非线性不稳定的增长率一般较线性不稳定的增长率要小;非线性作用会造成波型的陡凸,从而造成流函数正负环流的不对称和环流流线的密集;非线性情形下的流型有些与强对流系统的流型相像.     

锋面波发展演变与气旋形成的数值研究

本文将锋面作为密度的零级不连续面，对锋面上扰动的非线性发展演变进行了数值研究，所用的锋面模型是f平面上的浅水、两层模型，差分格式具有位涡拟能守恒和动能守恒的性质。锋面波的发展与初始扰动尺度有关，天气尺度的扰动可以维持较长的发展时间，形成较大振幅的波动，其结构类似于具有锢囚锋结构的气旋，相反，较小尺度扰动不易形成锢囚锋结构。同时，锋面波的发展演变受Richardson数(Ri)的影响，Ri越小，锋面波发展的时间越长，波动振幅越大；Ri越大时，锋面波发展的时间越短，波动容易衰减。锋面波的发展类似于气旋的形成过     

一次爆发性气旋的发展与湿位涡关系的研究

通过对一次陆地爆发性气旋的数值模拟与湿位涡的诊断分析发现，气旋的爆发与湿位涡的平流关系密切，气旋的发展并不是在湿位涡中心位于气旋上空时才开始，而是当湿位涡中心位于气旋的后部，并在200hPa对下有明显的倒圆锥形下伸区时，才有利于气旋的发展。当湿位涡中心位于气旋上空时，气旋发展开始减慢。湿位涡局地变化的大小与水平方向位涡梯度的大小有关。湿斜压位涡负值区的上下贯通与气旋发展也有明显的关系。     

非对称的非绝热加热对热带气旋移动影响的数值研究

采用中尺度数值模式（MM4）,以9414号台风为个例,应用卫星资料,引入非对称的非绝热加热,讨论其对9414号台风移动的影响。计算结果表明,引入与实况吻合的非对称非绝热加热分布后,该台风的路径预报和降水预报有明显改进,若同时考虑台风范围初始水汽场的非对称分布,这种改进作用尤为明显。从业务应用考虑,还构造了几种典型的螺旋状结构的非绝热加热计算方案引入模式的热力过程中,结果表明:不同螺旋状结构的加热分布对台风的移动有不同的影响,当选择与实况云系分布相近的螺旋状结构时,也可提高台风路径预报正确率,可应用于业务模式。     

水汽输送影响登陆热带气旋维持和降水的数值试验

Bilis(0010)是一个登陆后长久维持的热带气旋,其维持期间与一条西南风低空急流水汽通道长时间保持联结.用中尺度模式MM5V3对其维持过程进行模拟,并通过多个敏感性试验,研究不同方向水汽输送对热带气旋在陆上维持和降水的影响.结果表明:外界持续的水汽输送有利于热带气旋气旋性环流在陆地上维持,减缓其登陆后的强度衰减.水汽输送通过影响热带气旋的热力结构来影响热带气旋强度,充沛的水汽供应有利于热带气旋暖心维持.外界水汽输送有助于热带气旋雨带中的强对流活动,使雨量加强.而对流活动过程中水汽凝结潜热释放是热带气旋获得能量继续维持的重要条件.结果还表明,南边界水汽输送对热带气旋维持和降水的影响最为明显,其次是东边界.来自北界和西界水汽的影响微弱.     

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.     

气旋爆发性发展过程的动力特征及能量学研究

本文对不同路径的爆发性气旋进行了动力特征及能量学研究。发现高空大值位涡空气的下伸是气旋爆发性发展的一个重要条件。初生气旋逐渐向强位涡区移近并形成上下位涡区相接的形势。使气旋迅速发展。高空急流与气旋发展有密切关系。发展中的气旋明显地向着急流左侧的辐散区移动。急流的突然加强及高空强风动量的不断下传，构成了下层的强风带及上下一致的急流结构。能量学研究指出在气旋发展前气旋内散度风动能向旋转风动能的转换突然增强。散度风动能在爆发气旋发展时有明显增长。     

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。     

南海夏季风爆发的数值预报试验

分析了1986年南海夏季风爆发的环流演变特征,由经向风速剖面图看出,南风首先在中南半岛迅速加强,然后向南海发展,南海夏季风爆发同孟加拉湾低压的发展密切相关。通过地形和非绝热单因子敏感性数值预报试验表明,地形作用和凝结潜热等非绝热作用对南海夏季风的爆发都是很重要的,包含有这两种作用在内的控制试验成功地预报出了南海夏季风爆发的中期演变过程,单独的地形作用或非绝热作用都不能预报出南海夏季风的爆发。