爆发性气旋的前世今生

温带气旋是中纬度地区每日天气舞台上最重要的“演员”.在秋冬季节的中高纬度海洋上有一类快速发展的温带气旋——“爆发性气旋”,尚未受到公众的广泛关注.文章围绕这一主题,首先回顾了温带气旋研究的历史,介绍了“爆发性气旋”这一术语产生的渊源,并对多位学者给出的爆发性气旋定义进行了系统梳理,重点介绍了一个考虑风速影响的、修正的爆...     

2010—2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋成因分析

利用常规和加密气象观测、NCEP再分析、云图等资料,对2010—2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋造成的极端天气的物理机制进行分析。结果表明：春季进入到渤海、黄海北部的气旋平均每月2.4个;气旋一般先进入黄海,进入黄海和经渤海进入黄海的温带气旋总计有84.5%进入黄海北部,且春季进入黄渤海的气旋73%会给大连地区带来大风或降水天气,影响大连东部沿海的几率远高于其他地区;产生较强灾害性天气的爆发性气旋多发生在春季,路径基本都是由西南向东北方向移动。爆发性气旋主要是因为温带气旋经过黄渤海后短时间快速降压,到大连陆地发生爆发性发展,这种温带气旋的发展一般从低层开始,具有较强的锋区和斜压性,爆发阶段位于正涡度平流最大的高空急流出口区,对应低空位于低空急流左前方辐合区。较强的冷、暖温度平流是造成极端降水和大风天气的主要因素,暴雨的形成主要是温带气旋带来的暖湿气流持续输送,并伴有较强上升运动促使的水汽垂直输送,整层水汽充沛;当低空急流发展和冷、暖空气交绥时,出现了在高湿、高温的湿斜压锋区上的强降水;而北路强冷空气与黄、渤海上爆发性发展的温带气旋形成极强气压梯度,是出现极端大风的主要原因。     

北半球温带气旋活动和风暴路径的年代际变化

基于欧洲中心再分析数据ERA40的海平面气压场和高度场,本文分别采用拉格朗日和欧拉方法研究分析了1958～2001年北半球的不同季节温带气旋活动和风暴路径的年代际变化,以及可能的原因.以客观判定和追踪温带气旋为基础的拉格朗日方法得到了北半球的两个温带气旋主要活动中心,即北太平洋地区和北大西洋/北美地区,同时以500 hPa位势高度天气尺度滤波方差为基础的欧拉方法得到了同主要气旋活动中心相吻合的两条风暴轴.研究表明,44年中北大西洋/北美地区温带气旋活动北移加强,以春季最为显著.风暴轴也同样存在着向极移动并加强的特征,并且温带气旋和风暴路径两者移动趋势的相关性很高.作为一个典型地区,北大西洋/北美地区的气旋活动体现了风暴路径的北移,以及温带地区向极地的扩展.但有意思的是北太平洋的情况完全不同,即北太平洋地区的温带气旋活动和风暴轴向低纬度偏移并加强,以春季的南移趋势最为显著.对于此结论,两种方法也有很高的统计相关性.虽然大量研究表明北半球整体上呈现出风暴路径北移的变化特征,但对于具体地区情况有明显差异.另外,400 hPa最大Eady增长率和气旋活动频率的经验正交展开函数 (EOF) 第一模态的空间分布和时间序列非常相似,北太平洋地区和北大西洋地区风暴路径相反的变化趋势很可能同其大气斜压性的同位相的变化有着密切的关系.这也从另一个方面支持了本文对温带气旋和风暴路径年代际变化的分析.     

黑龙江省区域暴雪天气气旋特征分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料和风云2E卫星资料对2006年3月-2016年3月由温带气旋引发黑龙江省暴雪天气过程普查,共筛选出37次区域性暴雪天气过程,再运用统计和诊断分析得出以下结论:(1)近10 a黑龙江省区域性暴雪主要集中在东部山区东南部;区域暴雪主要出现在季节过渡期;黑龙江省区域性暴雪年际变化大;(2)蒙古气旋作为冬季黑龙江省降雪的主要影响系统,其出现的频率和时间跨度远超过其它影响系统,黑龙江省西北部只有在蒙古气旋影响下才可能产生暴雪天气。(3)单独北上温带气旋通常发生在季节转换期间,造成区域暴雪主要集中在黑龙江省东部;(4)北上温带气旋与蒙古气旋合并而形成的合并气旋都发生11-12月和3-4月季节转换期间,造成区域暴雪主要集中在黑龙江省东部。     

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.     

夏季进入北极温带气旋的活动特征及其影响因素

进入北极地区的气旋在移动过程中往往伴有大风、强降水等特征,对北极气候变化有深刻的影响。基于NCEP2再分析资料,识别并跟踪了北半球夏季(6—8月)从中纬度进入北极的温带气旋,考察了其年际变化特征和影响因素。结果表明：1979—2019年夏季进入北极的温带气旋共867个,其中消失在北极边缘区域和中心区域的数量分别为688个和161个,且后者平均强度更大、平均持续时间更长。分区域研究发现,夏季从陆地进入极区的气旋个数较多,而从海洋进入极区的气旋强度更大,活动更为剧烈。对进入北极的气旋年际时间序列进行分析发现,夏季进入北极的气旋个数和强度均存在年际变率,其中气旋个数的年际变率尤为显著。气旋个数年际变率主要周期为5 a,强度的主要周期约为2.7 a。进一步分析发现,引导气流是影响气旋向北移动的重要因素。此外,夏季北大西洋气旋强度与同期北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)指数存在较好相关。研究还表明,进入极区气旋活动的年际变化受大气斜压不稳定性的影响,在北太平洋地区区域平均的Eady增长率与气旋个数和强度的相关性均最强,相关系数分别为0.4和0.5。     

中国近海大风的天气学分型

利用2010—2014年地面观测站（包括288个海岛站、380个沿海气象站、28个浮标站、37个船舶站、53个气象观测塔、13个海上平台站、9个沿海风廓线仪等）和高空气象观测站资料,采用天气学分型和统计分析方法,对2010—2014年285次中国近海6级及以上大风天气个例进行了分析,将近海的大风天气过程归纳为冷空气型、温带气旋型和热带气旋型3种类型。其中冷空气型又分为小槽东移型、小槽发展型和横槽转竖型;温带气旋型又分为东海气旋型、黄渤海气旋型和蒙古气旋型。这些分型可为海上大风预报预警提供天气学背景参考依据。     

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。     

高空槽对9711号台风变性加强影响的数值研究

9711号台风Winnie是一个在中国大陆长久维持(2-3 d)并产生强降水的热带气旋(TC),在其深入内陆过程中变性加强为一个温带气旋.用MM5V3对不同强度高空槽影响下Winnie的变性加强过程进行了数值研究.结果表明:(1)Winnie变性加强过程表现为强锋面侵入台风内部、冷空气包裹台风中心、一个温带气旋在近地层锋面上强烈发展的过程;(2)Winnie在陆上的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关.TC与不同强度高空槽相互作用过程中,较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散,从而有利于TC的维持和变性发展.数值试验中,高空槽越强,Winnie变性加强越明显,温带气旋的发展越快;(3)模拟结果的位涡分析表明, Winnie的温带变性发展与对流层高层正位涡下传、低层锋区和TC低压环流三者之间的相互作用有关.     

ERA40再分析资料揭示的北半球和东亚地区温带气旋生成频率变化

本文利用欧洲中心再分析数据ERA40的6小时间隔海平面气压场和一种改进的客观判定和追踪方法研究19582001年北半球和东亚地区温带气旋生成频率的气候态、年代际变化及可能原因。结果表明:(1)北半球温带气旋的源地主要位于北美东部(落基山下游地区)、西北大西洋地区、格陵兰至欧洲北部地区、蒙古地区和日本至西北太平洋地区。大洋的西岸和陡峭地形的背风坡有利于大气斜压性的增强和正涡度的发展,从而有利于地面气旋的形成。(2)年、冬季和春季30°～60°N气旋生成数目呈现减少的变化趋势,60°～90°N地区的气旋生成数呈增加的变化趋势。这在一定程度上支持了北半球风暴路径北移的观点。60°N以南和以北的温带气旋数目同北极涛动指数(AO)分别呈现负相关和正相关,这种相关性在年、春季和秋季最为显著。(3)1 958—2001年东亚地区的年气旋数目呈现明显的年代际变化。20世纪60年代至80年代中期40°～60°N、80°～140°E地区气旋数目呈增加趋势,而80年代中期之后温带气旋数目则锐减,主要原因是80年代以后该地区大气斜压性减弱,更高纬度地区的大气斜压性增强,从而导致了气旋源地的北移。在较低纬带的20°～40°N、110°～160°E地区气旋数目线性增加,这主要是由于位于40°～55°N的北太平洋风暴轴有向低纬度偏移的变化趋势造成的。     

辽宁省温带气旋龙卷的环境参数特征

利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据, 统计1979—2020年辽宁省42个温带气旋龙卷环境背景和物理量参数特征, 结果表明:辽宁省温带气旋龙卷多发于温带气旋中心的西南、东南象限, 与冷锋前暖区相对应, 主要分布在辽河平原中西部及渤海湾沿岸, 强龙卷(EF2及以上级别)占比为28.6%。风暴相对螺旋度和对流有效位能的大值区出现在气旋西南—东南象限, 呈带状分布, 龙卷风暴主要分布于风暴相对螺旋度大值区西北侧、对流有效位能大值区的顶端的强梯度区附近。强龙卷参数最大值达0.7, 其大值区与EF2及以上级别龙卷相对应。地面冷锋和干线是温带气旋龙卷的关键触发系统, 对比近气旋中心和冷锋尾部湿度垂直分布, 后者所表现的高层强干侵入导致风暴产生更强的冷池, 过强的下沉气流可能是龙卷产生的不利因素。温带气旋龙卷多分布于高空急流左侧气流的分流区内, 对应高空强辐散区。0~3 km垂直温度递减率大值区与气旋中心附近的弱龙卷高发区有较好对应关系。     

北美温带气旋及其对纽约降水的影响

利用西半球１９８０－１９９０年常规天气图资料及纽约逐日降水资料，将冬半年北美温带气旋分为３类，分析了它们的气候特征，形成过程及其对纽约降水的影响。结果表明：北美温带气旋冬半年平均频数５１个，年际变化不大，月际分布最多月为１２个，最少月只有５个；不同类型气旋的时间分布及对纽约降水的影响存在明显差异。     

Climatology of extratropical cyclones over the South American–southern oceans sector

A climatology of extratropical cyclones is presented. Extratropical cyclones, their main characteristics and their predominant tracks, as well as their interannual variability, affect weather in South America. For that purpose, a storm track database has been compiled by applying a cyclone tracking scheme to six-hourly sea level pressure fields, available from the National Center for Environmental Prediction–National Center for Atmospheric Research reanalyses II for the 1979–2003 period. The spatial distribution of the cyclogenesis frequency shows two main centers: one around Northern Argentina, Uruguay, and Southern Brazil in all seasons and the other near to the North Antarctic Peninsula. The lifetime of extratropical cyclones in the South American sector exhibits small seasonality, being typically of the order of 3.0 days during most of the year and slightly higher (3.5 days) in austral summer. The distance travelled by the cyclones formed in the South American sector tends to be smaller than the total paths found in other areas of the Southern Hemisphere. A k-mean clustering technique is used to summarize the analysis of the 25-year climatology of cyclone tracks. Three clusters were found: one storm-track cluster in Northeast Argentina; a second one west of the Andes Cordillera; and a third cluster located to the north of the Antarctic Peninsula (around the Weddell Sea). The influence of the Antarctic Oscillation (AAO) in the variability of extratropical cyclones is explored, and some signals of the impacts of the variability of the AAO can be observed in the position of the extratropical cyclones around 40°S, while the impacts on the intensity is detected around 55°S.     

Skill of synthetic superensemble hurricane forecasts for the Canadian maritime provinces

Summary From 1994 to 2003, fifty-five tropical cyclones entered the Canadian Hurricane Centre (CHC) Response Zone, or about 42% of all named Atlantic tropical cyclones in this ten-year period, and 2003 was the fourth consecutive year for a tropical cyclone to make landfall in Canada. The CHC forecasts all tropical cyclones that enter the CHC Response Zone and assumes the lead in forecasting once the cyclone enters its area of forecast responsibility. This study acknowledges the challenges of forecasting such tropical cyclones at extratropical latitudes. If a tropical cyclone has been declared extratropical, global models may no longer use vortex bogussing to carry the cyclone, and even if it is modeled, large model errors often result. The purpose of this study is to develop a new version of the Florida State University (FSU) hurricane superensemble with greater skill in tracking tropical cyclones, especially at extratropical latitudes. This has been achieved from the development of the synthetic superensemble, which is similar to the operational version of the multi-model superensemble that is used at FSU. The synthetic superensemble differs in that is has a larger set of member models consisting of regular member models, synthetic versions of these models, and the operational superensemble and its synthetic version. This synthetic superensemble is being used here to forecast hurricane tracks from the 2001, 2002, and 2003 hurricane seasons. The track forecasts from this method have generally less error than those of the member models, the operational superensemble, and the ensemble mean. This study shows that the synthetic superensemble performs consistently well and would be an asset to operational hurricane track forecasting.     

Variations in extratropical cyclone activity in northern East Asia

Based on an improved objective cyclone detection and tracking algorithm, decadal variations in extratropical cyclones in northern East Asia are studied by using the ECMWF 40 Year Reanalysis (ERA-40) sea-level pressure data during 1958-2001. The results reveal that extratropical cyclone activity has displayed clear seasonal, interannual, and decadal variability in northern East Asia. Spring is the season when cyclones occur most frequently. The spatial distribution of extratropical cyclones shows that cyclon...     

PATTERNS OF CYCLONE ACTIVITY INFLUENCING CHANGJIANG RIVER-HUAIHE RIVER VALLEYS IN SPRING REVEALED USING THE CYCLONE AREA ALGORITHM

Due to the topography and local nonuniform distribution of heating, extratropical cyclones in the lower troposphere usually have complex shapes and structures, and there remain some uncertainties in identifying them. Using a modified cyclone area automatic objective recognition algorithm for cyclones, we investigated the patterns of spring cyclone activities affecting Changjiang River-Huaihe River valleys (CHV) of China during the previous 37 years. The results indicated that the algorithm performs well in reproducing the cyclogenesis, movement, and cyclolysis of cyclones in CHV. Three new perspectives were noted. (1) Most influential cyclones have relatively short travel distances and lifetimes, they are typically excluded when conducting synoptic-scale cyclone tracking. (2) The cyclogenesis location of influential cyclones in spring displays multi-source characteristics. In particular, the influential cyclones originated in northern China account for 43% with more marked mobility compared to the locally generated cyclones, although most of their centers do not enter CHV. (3) Multi-center cyclones appear mainly in Da Hinggan Mountains which is on the east side of the Mongolian Plateau and over the East China Sea. These cyclones are relatively large in horizontal scale and have relatively long lifetimes.     

目标圆方法在船舶导航中的应用

根据多年指挥海上船舶绕避热带气旋的经验,提出了一种基于热带气旋预报目标圆的绕避热带气旋方法。文中给出了目标圆方法的基本原理、操作流程和关键技术,介绍了实际使用此方法成功指挥船舶绕避热带气旋的实例。统计结果表明,近年来此方法的使用效果和效益评估情况良好,具有较高的使用价值。这种绕避热带气旋的方法同样适用于船舶绕避爆发性气旋。