爆发性气旋的锋生位涡反演诊断

本文采用基于埃特尔位涡反演诊断和锋生函数诊断的锋生位涡反演诊断方法,对一次发生在西太平洋地区的爆发性气旋过程进行了诊断分析和机制研究。本文主要从锋生演变的角度,定量诊断了与对流层顶折迭现象相联系的高层位涡扰动,由凝结潜热释放造成的中层位涡扰动,与低层锋区扰动相联系的低层位涡扰动以及以低层水平辐合辐散为主要成份的非平衡风场在气旋发生发展的不同阶段所起的作用和影响,并对以上各物理过程相互作用,造成气旋爆发性发展的机制进行了分析讨论。     

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。     

位涡及位涡反演

对位涡概念发展史进行了总结并给出位涡反演原理 ,讨论了不同近似模式的位涡表达式及其拉格朗日守恒形式 ;对位涡特性研究方面的新成果作了总结 ;考察大量应用实例并指出存在的不足 ;最后对应用前景作了展望     

梅雨锋上气旋发展的反演诊断

本文采用位涡反演诊断模式,对梅雨锋上气旋的发生,发展机制进行分析研究,利用扰动位涡,反演出气旋发生,发展阶段的扰动位热场,扰动流函数,结果表明,梅雨锋气旋发展阶段,500hPa以上的高层槽脊系统对中低层气旋的发展没有直接贡献,850hPa以下的低层系统（低层锋区）,能够反演出气旋及其周围系统的发展,但强度较弱,气旋区,中层位涡扰动与总位涡扰动所反演的结果的基本一致,即中层系统对梅雨锋气旋的发展起到主要作用,气旋发生阶段,850hPa 以下的低层系统对中低层气旋的加强起主要作用。     

位涡扰动与气旋的发展

通过对1991－07－05T08－07－06－T20江淮流域的一次气旋发生发展过程的分析，讨论了在气旋发展的不同阶段高低层位涡场分布及垂直结构的演变特征，并从气旋发展过程中的凝结潜热释放着手，研究了高低层位涡场之间的联系。结果表明，潜热的释放将促使高层的高位涡向下传输，导致低层气旋加深发展，并进而讨论了江淮气旋发展的一种可能机制。     

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。     

一次台风变性过程的锋生位涡反演诊断

采用锋生位涡反演诊断方法,对一次发生在西太平洋上的台风变性过程进行了诊断分析和机制研究。主要从锋生演变的角度,定量诊断了西风带高空冷涡低槽的动力强迫作用、中纬斜压锋区扰动、台风环流本身以及非平衡风场在台风变性过程的不同阶段所起的作用和影响,并对以上各物理过程的相互作用、造成台风变性以及变性后再度增强的演变发展机制进行了分析讨论。结果表明,台风变性过程具有显著的非平衡特征,在台风变性过程的不同阶段具有明显不同的发展演变机制。     

位涡反演理论在台风领域中的应用研究进展

位涡作为一个综合反映流体动力学和热力学性质的物理量,受到气象学者的广泛关注,位涡反演理论逐渐成为台风研究的重要方法之一。在简要回顾近几十年来位涡反演理论研究进展的基础上,综述了位涡反演理论在台风领域中的应用进展情况,讨论了位涡反演理论应用时可能存在的问题,即位涡平均态求取、近地面摩擦作用以及位涡反演平衡条件等都可能影响反演效果,并对位涡反演理论的应用前景作了展望。     

西北涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料、NCEP格点资料以及中尺度MM5模式,对2000年7月4～5日发生在华北南部的一次西北涡大暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断和分析.结果表明,中尺度低涡暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡＂正负区叠加＂的配置是低涡暴雨发展的有利形势.强降雨区发生在对流层低层正压项的正值区南侧零线附近,斜压项的最大负值区对暴雨的落区和移动有指示作用.     

一类高阶位涡反演的算法及其应用

从位涡反演的基本定义和性质出发讨论了它的发展,指出基于非线性平衡(Chamey平衡)来进行位涡反演的局限性,要准确地反演中尺度系统还有待于发展高阶位涡反演算子.文中通过分析位涡反演算子的构造得出,高阶位涡反演算子的存在性问题最终归结为探讨高阶平衡流表达式,即高阶平衡方程的存在性问题.然而,平衡流在运动过程中对惯性重力波...     

DIAGNOSIS OF THE DEVELOPMENTAL MECHANISM OF THE EXTRATROPICAL TRANSITION OF A TROPICAL CYCLONE USING POTENTIAL VORTICITY INVERSION OF FRONTOGENESIS

This paper diagnoses and analyses the developmental mechanism of a process of extratropical transition of a tropical cyclone which occurred over West Pacific Ocean based on a diagnosis method of potential vorticity inversion of frontogenesis.The study diagnoses quantitatively the role and effect of dynamic influence of westerly cold troughs,middle-latitude baroclinic frontal zones,cyclone cycles and unbalanced wind fields during the different stages of the extratropical transition of a tropical cyclone,and also discusses the interaction between them and the developmental mechanism.The results show that there are different developmental mechanisms during each stage of the extratropical transition and the processes are also unbalanced.     

台风暴雨相当位涡诊断分析

位势涡度作为热力学与动力学相结合的物理量,能更有效地显示出暴雨系统的一些特点,国内外气象学者曾用位涡来分析诸如龙卷、冰雹等强对流天气,杨大升[1]曾用位涡成功地研究过印度季风的爆发问题,并将位涡应用于我国的暴雨诊断分析上,但暴雨过程不可能是干绝热过程,将有大量的凝结潜热释放,而潜热释放对天气系统的发生发展起着重要的反馈作用,所以将位涡应用于暴雨诊断时还应考虑水汽凝结潜热的作用。为了弥补位涡的局限性,本文从Ertel广义位涡方程出发导出了相当位涡的概念,并从大尺度热量、水汽和涡度方程人手,推导出相当位涡平衡方程,综合考虑了高、低层温湿场分布及涡、散度等热力、动力因素的作用,并应用在台风暴雨的诊断分析上。     

滇中暴雨的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论,对１９９８年６月滇中地区罕见的６场暴雨过程进行了诊断分析。结果表明：θｅ面陡立且南侧暖湿气流活跃,易导致湿斜压涡度发展,形成θｅ陡峭密集区,密集区内暴雨容易发生;湿空气对流活动层仅能达到５００ｈＰａ至６００ｈＰａ之间,若对流层低层ＭＰＶ１〈０,同时ＭＰＶ２〉０,易产生暴雨。     

高低空位涡扰动、非绝热加热与气旋的发生发展

从湿位涡的扰动量出发，来分析气旋发展过程中高低空位涡的变化，结果表明：低层位涡扰动先于气旋并孤立于高层位涡扰动而存在，在气旋发生过程中，低层正值位涡扰动发展上伸，与高层下传的位涡相接，形成一条正值位涡扰动柱，而湿位涡扰动柱的形成正是气旋发生的重要标志。江南暴雨期的非绝热加热主要由降水产生的凝结潜热造成，最大加热层的出现，是低层位涡扰动产生和向上发展的一个重要原因，对气旋的发展起着促进作用。     

台风Morakot(2009)暴雨中关键尺度位涡的诊断分析

采用二维小波变换方法对格点分析资料进行多尺度分解,诊断分析台风Morakot(2009)登陆福建省霞浦市过程中位涡的多尺度特征。在此基础上,讨论了多尺度位涡正压项通量散度对位涡正压项局地变化的贡献。研究结果表明,在此次台风登陆过程中位涡主要包含第4、5关键尺度(理论波长范围为96.4~160.67 km)动力扰动和第3、4关键尺度(理论波长范围为64.27~128.54 km)热力扰动的综合信息。由于关键尺度位涡正压项的强度大于斜压项,因而位涡主要体现了第4、5动力尺度垂直涡度与第3、4热力尺度广义位温垂直梯度的耦合作用。第4、5动力尺度西南扰动气流为台风暴雨提供充足的水汽供应,在台风环流西北侧产生低层辐合、中高层辐散,为强对流系统的发生提供有利动力条件。第3、4热力尺度的广义位温扰动一方面增加降水区大气湿斜压性,另一方面在降水区低层形成位势不稳定,为强对流的发展提供潜在不稳定能量。位涡正压项方程强迫项的分析表明,关键尺度位涡正压项通量输送对位涡正压项局地变化有一定贡献,影响位势稳定度的变化。在台风登陆后,关键尺度位涡及位涡正压项通量散度都有所减小,使得垂直涡度和位势稳定度的变化趋缓。     

ANALYSIS OF EFFECT OF ENVIRONMENTAL POTENTIAL VORTICITY LOCATED AT SOUTH EDGE OF SOUTH ASIA HIGH ON INTENSIFICATION OF TROPICAL CYCLONES

The NCEP 1°×1°reanalysis of June-to-September dataset between 2002 to 2009 is used in this study to conduct statistical analysis of the relationship between the environmental potential vorticity(PV)on 150 hPa located at the south edge of South Asia High(SAH)and TCs making landfall.The results show that 23 of the TCs are affected by the PV on 150 hPa located at the south edge of SAH between 2002 to2009,and three TCs'center pressure decline after the high-value environmental PV moves to the center of the TCs.These three TCs are Senlaku(0216),Bilis(0604)and Linfa(0903).Through diagnostic analysis from the viewpoint of isolines,we determined the relationship between the intensification of these TCs and the PV anomaly at high levels;the isentropic surface is close to the high level’s PV anomaly under the influence of the 150-hPa PV anomaly,leading to the decline of isentropic surfaces on both sides of the PV anomaly.Then the warm core of the middle and high levels of the TC strengthens and PV increases at the middle level,and both of them are beneficial to the reinforcement of the cyclonic vorticity in the low level.As a result,the center pressure of the TC declines.According to Wu’s theory of Slantwise Vorticity Development(SVD),the incline of the isentropic surfaces leads to the development of vertical vorticity,contributing to the vertical motion and the release of the latent heat.Then the warm core of the TC strengthens and the TC strengthens,too.Otherwise,piecewise PV inversion also shows that the high-level PV influences the mid-level more than the low level.     

北半球阻塞高压的维持Ⅰ:准地转和Ertel位涡分析

从北半球不同地区的４个阻塞高压个例，研究了阻塞高压维持机制及其地域性差异。对阻塞高压区域３００ｈＰａ时间平均准地转让涡低值区的维持机制的分析表明，该位涡低值区的维持机制存在显著的地域性差异。其中，在２个太平洋阻高个例中，时间平均流的位涡平流使低位涡向阻高西北部输送，从而有利于位涡低值区经向度的维持；时变扰动的位涡输送则有抵消平均流作用的倾向，从而对位涡低值区的维持起耗散作用。在大西洋和东亚阻高个例中，平均流的位涡平流使低位涡区向东移动，而时变扰动的位涡输送则有抵消平均流位涡平流的作用，从而有利于位涡低值区在原地稳定维持。以上主要是相对涡度输送的差异所致。等熵面Ｅｒｔｅｌ位涡分析表明，阻高区域３３０Ｋ时间平均等熵位涡低值区的维持机制与３００ｈＰａ时间平均准地转位涡低值区的维持机制十分相似，从而表明以上等压面准地转位涡分析可以近似用来代表等熵Ｅｒｔｅｌ位涡分析。     

LOCAL POTENTIAL AND PRINCIPLE OF VORTICITY CONSERVATION

In this paper,the local potential of nondivergent flow on beta plane is derived from the motion equa-tion.The conservation principle for vorticity is obtained when the local potential tends to be minimumwith the variational technique.Some other properties st,ch as Lagrangian of vorticity equation,energyetc.are also discussed briefly in the paper.