闭合气压系统环流指数的定义及计算

定义了球面上单个气压系统的面积S、强度P、中心位置(λc,φc)3种环流指数;结合NCEP/NCAR月平均气压(位势高度)场资料,给出了它们的计算方法.实际计算了历年逐月500 hPa北半球极涡的上述环流指数,求得它们的逐月多年平均(气候)值.初步分析表明,它们能简洁定量地描述北半球极涡的季节变化和年际异常特征.S、P、(λc,φc)的定义和算法,也适用于极涡以外的其他闭合气压系统或球面上其他要素场中的闭合系统.     

四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究

利用NCEP 1°×1°的资料研究了四川盆地一类持续性暴雨特征,结果表明:(1)在伴有西太平洋副热带高压西伸和其南侧有热带低压系统扰动的大气环流背景下,其水汽供应环流形势体现为东南气流输送,这主要与副高和热带低压系统相互扰动有关,而与大部分造成四川盆地暴雨的西南气流输送有差异。(2)局地涡度的变化对大尺度环流背景场的分布起到重要的作用,在副高西伸稳定的边缘,局地涡度变化为负,在槽区和热带低压扰动区域内,局地涡度变化为正,而局地涡度的正负变化,取决于涡度方程各项的变化大小,在850hPa上,雨区局地正涡度的增加可能与热带低压的局地正涡度输送有关,而这一过程可能主要由正涡度平流来完成。(3)局地正涡度变化范围和中心较好程度上对应着雨区的范围和中心,可以作为一个判断降水落区的预报要素来参考。      

北半球极涡面积、强度的季节变化及其与中国东北地区气温的关系

本文讨论北半球极涡面积、中心强度与全国40个台站温度的关系及它们的季节变化,并得出如下结论: 1.当第二象限(85°—175°E)极涡面积大,极涡中心位势米值高时,中国大多数站的气温偏冷,反之亦然. 2.在500百帕层冬季第一象限(5°W—85°E)极涡面积与夏季第二象限极涡面积成正相关. 3.季节的极涡中心强度是持续的. 4.在欧亚大陆的极涡面积大小的振荡分别向东—西两方向传播.     

北半球极涡指数对高原夏季降水的影响

利用奇异值分解方法(SVD)分析了夏季降水对极涡面积和极涡强度指数的响应,研究发现,冬季北半球极涡指数场与高原夏季降水场,在青海省大部分是明显的负相关区域,西藏大部分以正相关为主;春季北半球极涡指数场与西藏和青海夏季降水场为正相关。冬季12月极涡指数与高原夏季6月降水的相关,自高原东南部到西北部呈“+-+”分布;冬季1月极涡指数与高原夏季7月降水相关,南北呈“+-”分布,西藏为正相关,青海为负相关;冬季2月极涡指数与高原夏季8月降水,除柴达木盆地北侧、西藏西部为弱的负相关外,其余地区均为正相关。      

四川盆地三次代表性暴雨过程中低空急流作用分析

利用常规高空探测资料、FNL 1°×1°再分析资料和地面加密区域自动气象站资料,分析了四川盆地2013—2018年有低空急流参与的区域性暴雨过程,从中选出了3次典型个例,分别分析了低空急流在3次代表性暴雨过程中的作用。结果表明：(1)东高西低型和低槽东移型是最常出现的500 hPa环流形势,副热带高压、西南低涡、南海台风(热带低压)是最常见的影响系统。(2)低空急流输送暖湿空气至四川盆地,使降水区内整层水汽含量和不稳定能量显著增强;暴雨区通常对应着低层的水汽通量辐合中心和一个密集的能量锋区。(3)低空急流出口区的左侧为强辐合中心,通过动力作用形成稳定的上升气流支和正涡度柱,产生强降水;整层的正涡度柱对应短时强降水,达到对流层中层的正涡度柱对应持续性降水,当正涡度柱加强时,降水明显增强。(4)低空急流风速增强或急流下边界降低预示着急流影响地区极有可能产生强降水。     

行星波活动对不同类型SSW的影响

依据WMO(World Meteorological Organization)对平流层爆发性增温(SSW,stratospheric sudden warming)的定义,首先将1957 2002年期间的52次SSW事件分为31次强增温事件和21次弱增温事件,然后根据其极涡的形态将31次强增温事件分为20次极涡转移型事件和11次极涡分裂型事件。利用逐日的ECMWF的ERA-40再分析资料,对这20次极涡转移型、11次极涡分裂型强平流层爆发性增温(SSW)过程以及21次弱增温过程分别做了合成分析,研究了这三类爆发性增温期间平流层的变化以及平流层中下层行星波1波和2波的异常。结果表明:极涡转移型强SSW在增温盛期低温中心和极涡都会发生偏移,同时高纬风场反转,极涡分裂型强SSW则在增温盛期低温中心和极涡发生分裂,高纬风场反转,而弱SSW只有低温中心出现偏移,极涡和高纬风场均未出现明显异常;在爆发性增温前期,1波都会出现异常增幅,在波振幅到达最大值以后发生爆发性增温。当增温开始以后,极涡转移型和弱SSW的1波振幅在到达极值后,会维持6~8天,而极涡分裂型1波振幅增温开始后开始减小;极涡转移型和弱SSW期间2波也较为相似,在增温前期波动振幅也会出现一定程度的增幅,在增温后开始减小,而极涡分裂型会在增温后出现2波振幅的增幅。1波和2波EP通量的分析表明,极涡转移型和弱SSW期间1波EP通量会在前期和盛期有较强的上传,2波EP通量上传较弱,而极涡分裂型2波EP通量上传则较强。     

北半球极涡新特征及其对中国冬季气温的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,统计了近50年500,300,200和100 hPa等压面上北半球及4个分区冬季极涡面积和强度指数,并讨论了各层等压面上不同区域极涡面积比例变化特点和500 hPa极涡中心位置变化特征,揭示了冬季各层极涡之间同期和滞后关系,分析了冬季极涡面积与中国平均温度和极端气温的关系。结果表明:(1)北半球极涡面积、强度均经历了先扩张后收缩的变化,20世纪80年代中后期气候变暖以后4层等压面上发生了极涡面积缩小,90年代中期发生强度减弱的年代际突变,只是较面积变化而言,强度年代际变化较弱,极涡面积和强度在年代际上相关显著。(2)位于平流层低层(100 hPa)的极涡年平均面积、强度最大,并且随季节变化幅度也是最大,尤以Ⅰ区(亚洲大陆区)、Ⅳ区(大西洋欧洲大陆区)更为显著。就年内变化而言,100 hPa极涡面积极大值的出现落后于其他层,极小值的出现又早于其他层,并且冬季前期100 hPa极涡面积对其后期500,300和200 hPa的变化有一定影响。(3)4层极涡面积都偏离Ⅳ区,500 hPa极涡基本偏向Ⅱ区(太平洋区)、Ⅲ区(北美大陆区),300,200和100 hPa偏向Ⅰ、Ⅱ区,500 hPa极涡中心多位于Ⅱ区或Ⅲ区。(4)在全球变暖背景下,近50年中国冬季平均气温、暖日(夜)呈现明显的增加趋势,冷日(夜)呈明显的减少趋势,并且突变都发生在20世纪80年代中期。(5)中国冬季平均气温、极端气温指数与极涡面积相关关系以500hPa最为显著。分区来看与500 hPaⅠ区相关最为明显,300 hPaⅠ区、200 hPaⅠ区和100 hPaⅣ区次之。极涡从平流层低层(100 hPa)到对流层中层(500 hPa)是从IV区到I区逐渐影响中国冬季气温。(6)500 hPaⅠ区极涡面积的扩大有利于除东北以外中国大部分地区冷日/夜(暖日/夜)次数的增加(减少),而100 hPaⅢ、Ⅳ区、500 hPaⅣ区面积的扩大有利于中国北方大部分地区冷日/夜(暖日/夜)次数增加(减少),且极涡面积与冷(暖)夜的相关系数要高于与冷(暖)日的,与冷日(夜)的相关系数要好于与暖日(夜)的。     

应用极涡面积指数预报低温冷害的方法

1引言在以往的农业气象预报研究中,应用极涡这个大气环流特征量是用经纬度表示位置,用百帕表示强度.本文应用的极涡面积指数能较确切地、综合地表示极涡的强弱和位置.实践分析证明极涡面积指数与辽宁地区作物低温冷害有密切的相关性,采用极涡面积指数预报作物     

上海热带低压特大暴雨分析

对红外卫星云图和高低空天气形势的分析表明，2001年8月5日发生在上海的特大暴雨是副热带高压南侧的热带云团发展而成，与之相伴的环流系统是形成于东风带中的热带低压。对其进一步的诊断分析发现：(1)热带低压具有深厚的热带天气系统结构特征，自形成后，对流层中低层为正涡度区，其上为负涡度区，散度场高空存在强辐散层；(2)暴雨发生前，流场上存在有利于对流发展的垂直环流结构；(3)副高减弱断裂导致热带低压转向经过上海，海上高压的阻挡作用有利于低压在上海维持较长的时间并发展；(4)在暴雨发生前一天就有明显的水汽通量中心，并伴有较好的能量和稳定度条件。     

上海特大暴雨热带低压结构的数值模拟及其加强机制的分析

利用NCAR/PSU非静力中尺度模式MM5,模拟了上海0185特大暴雨第9号热带低压(TD)结构,发现中层中尺度涡旋(Midlevel Mesoscale Vortex,简称MMV)是此次TD的主要特征之一.在上海特大暴雨发生时段内TD的气旋性环流、最大低压扰动中心和最大正涡度中心主要位于对流层中层(850～400hP...     

北半球冬季极涡异常变化的时空特征

利用NCEP/NCAR再分析月平均高度场资料,计算了1948/1949-2009/2010年北半球冬季500～10 hPa的极涡环流指数,包括面积指数S、强度指数P和中心位置指数(λc,φc).分析了北半球冬季极涡在垂直高度上(共12层)的季、月气候态和异常态变化规律.结果表明:极涡面积和强度在不同高度上的大小变化不同,最大值出现的时间也存在差异,二者相关性不好,为两个相对独立的指数.极涡面积和强度的年代际变化趋势在上下层上也不一样,异常变化规律复杂;极涡中心位置上下层变化规律相同,主要在东半球80°N以北范围变化,在极点附近经度变化大,纬度变化小,纬度指数年代际变化明显,近10 a极涡明显偏南.从整体上看,极涡中心位置从500 hPa到10hPa形态上为逆时针、半径越向上越大的旋转变化.     

300 hPa北极涡年际及年代际变化特征的研究

利用NCEP/NCAR 1949—2002年月平均再分析高度场资料,通过线性倾向估计、二项式系数加权平均、Morlet小波分析等诊断方法,系统地讨论了300 hPa北半球极涡面积、强度及中心位置的年际和年代际变化特征,结果表明:(1)年平均北极涡的面积在20世纪70年代中期之前在总的上升趋势中有几次较小的波动,之后在总体下降趋势中有几次较大的起伏;Ⅰ、Ⅱ区的线性变化趋势非常小,Ⅳ区最大,夏季的年际变化相对明显一些,秋季变化最弱,各季节均有线性收缩趋势,冬季幅度最大,秋季最小。(2)年平均极涡强度的年际、年代际变化特征与极涡面积有相似之处,但不同年份存在显著差异;各分区的强度变化与北半球类似(特别是Ⅰ区);夏季的年际变化幅度最大,春、夏季年代际变化的特征明显,秋季最弱。(3)北极涡中心位置通常并不在北极点,各分区极涡总面积所占的百分比有明显差异,且有月际变化,这些差异与海陆热力差异造成的环流的差异密切相关;极涡的主要位置有一定的年际、年代际变化特征;极涡中心位置主要偏向亚洲大陆及太平洋一侧。     

一次引发南亚大暴雨的季风低压结构、涡度与水汽收支分析

对2003年夏季风期间,7月24～28日印度季风槽内季风低压发展西移与阿拉伯海中尺度低压合并引发南亚的一次大暴雨过程进行了诊断分析,探讨了印度季风槽、季风低压的三维结构以及低压区域的涡度、水汽收支.揭示和确认了一些事实:1)印度季风槽区对流层中下层存在明显的风场切变,槽区高温高湿,为单一性质的热带气团,低层为对流不稳定,槽区对应正涡度区;2)季风低压是一较深厚系统.动力结构为低层正涡度,高层负涡度,低层辐合,高层辐散.其西移速度约500 km·d.季风低压北侧整层为深厚的东风,南侧在对流层中低层为西风,在高层为东风.热力结构在低层(700～800 hPa)间存在弱冷区,而中高层几乎为暖心结构.低压对应高湿区,低压中心西侧整层为相对湿度大值区;3)季风低压的发展过程中,低层的辐合场制造正涡度,促进低压的发展;4)低压区水汽强烈辐合,西边界输入量最大.在此研究工作的基础上,作者还比较了夏季风期间南亚印度季风槽和东亚梅雨锋系统的异同.     

登陆台风变性过程的诊断研究

本文对一个登陆台风(Freda)的衰减阶段和变性阶段进行了涡度及角动量收支的诊断分析,主要结果表明:相对涡度和相对角动量都是反映低压变化的重要指标。衰减阶段,次网格尺度效应及摩擦作用是台风衰减的主要因子,变性阶段,次网格尺度效应对于涡度和角动量在系统内部的重新分布起了重要作用;涡度的侧边界输送和散度制造对于整个过程都是重要的。台风低压是一个角动量汇区,系统角动量主要来源于侧边界平均输送,横向质量环流对于角动量过程起着关键性作用。     

2001年台风“榴莲”生成前期对流“热塔”的数值模拟

积云对流热塔(hot tower)对台风生成具有重要意义,但以往对热塔的认识一直停留在概念性语言描述上。采用PSU-NCAR MM5模式对2001年台风“榴莲”在正压环境条件下的生成过程,进行了成功的高分辨率(6 km)显式数值模拟。利用模式输出的高时空分辨率资料,对与台风“榴莲”生成相关的对流热塔进行了比较细致的考察,分析了成熟热塔的结构图像,并通过实例证实了Montgomery(2006)提出的热塔偶极涡度对概念模型。其主要特征包括：(1) 热塔内部垂直上升运动强烈,从边界层开始,直达甚至穿透对流层顶,最大上升速度中心位于对流层中上层;(2) 在地面到200 hPa之间,具有强雷达回波特征的对流云塔垂直耸立,边界光滑;(3) 热塔的侧边界相当位温面十分陡立,基本呈中心对称分布;(4) 热塔远比周围环境空气温度高,高温扰动中心可达4 K以上,位于最大上升速度中心上方附近;(5) 所有热塔都伴随有偶极涡度对,在垂直剖面图上偶极涡度对呈现多样性,以单偶极和双偶极为主要形式,有时也存在三偶极的形式;(6) 偶极涡度对进一步与偶极涡旋对对应;(7) 垂直速度和正涡度柱在对流层中上层基本不重合;(8) 热塔内水平风速剧烈地向垂直方向扭转。另外,初步分析了偶极涡度对的形成机制,偶极涡度对的产生归因于水平涡管向垂直涡管的剧烈扭转。     

四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究

利用NCEP1°×1°的资料研究了四川盆地一类持续性暴雨特征,结果表明：（1）在伴有西太平洋副热带高压西伸和其南侧有热带低压系统扰动的大气环流背景下,其水汽供应环流形势体现为东南气流输送,这主要与副高和热带低压系统相互扰动有关,而与大部分造成四川盆地暴雨的西南气流输送有差异。（2）局地涡度的变化对大尺度环流背景场的分布起到重要的作用,在副高西伸稳定的边缘,局地涡度变化为负,在槽区和热带低压扰动区域内,局地涡度变化为正,而局地涡度的正负变化,取决于涡度方程各项的变化大小,在850hPa上,雨区局地正涡度的增加可能与热带低压的局地正涡度输送有关,而这一过程可能主要山正涡度平流来完成。（3）局地正涡度变化范围和中心较好程度上对应着雨区的范围和中心,可以作为一个判断降水落区的预报要素来参考。     

一次西南涡暴雨的等熵位涡特征分析

应用常规资料和0.5°×0.5°的GFS再分析资料,对2010年7月19日发生在河北山东的一次西南涡暴雨过程产生的条件及其等熵位涡演变特征进行了分析。结果表明：西南涡、高、低空急流、地面低压是这次暴雨过程的主要影响系统;等熵位涡的演变和形态对冷空气活动有很好的示踪作用;等熵位涡中心两侧气流辐合,利于地面低压发展;高位涡下传,导致了大暴雨产生;等熵位涡大值区及移动方向与降水落区有很好的对应关系。     

950227渤海气旋过程的诊断分析

本文利用对流层中下层资料，对１９９５年２月发生在渤海地区的一次气旋过程进行了诊断分析。结果表明：８５０－５００ｈＰａ上的暖平流是地面低压迅速发展的决定性因子；从低层西北部进入低压中心的冷平流是地面低压生成气旋的启动条件；５００ｈｐａ的正涡度平流对气旋的维持和发展起主要作用。同时，揭示了气旋向暖平流和正涡度平流区移动的特点。     

浙江暴雨过程的中尺度低压

本文应用带通滤波法分析浙江暴雨过程中的中尺度天气系统。结果表明:(1)分析的五次暴雨过程都与中尺度地面低压有密切联系;(2)中低压是暖性的,有一较强的中尺度水汽辐合中心与它相伴,位于它的北部或东部;(3)暴雨的发生与水汽辐合中心密切相关,暴雨的地点、雨强和水汽辐合中心的位置、强度相对应;(4)地面中低压的发展与300hPa上发散流场和辐散中心的出现,以及对流层内非热成风涡度和上升运动的发展等环境条件有密切关系。     

东移影响湖南的西南低涡统计分析

利用10 a(2001-2010年)6-8月逐日00 h(世界时,下同)与12 h 700 h Pa高空图及NCEP 1°×1°分析资料,对西南低涡进行了统计与合成分析,总结了影响低涡东移影响湖南的三维环流结构特征。结果表明:1)10 a共有486例西南低涡生成。其中,84例(约17.3%)移出源地影响湖南,7月最多(32例),6月次之(30例),8月最少(22例)。2)影响湖南的西南低涡,其源地主要集中在青藏高原东侧和四川盆地,最易在夜间生成。其大气环流形势表现为:西太平洋副热带高压较弱,位于洋面上;中高纬地区100°E附近为一宽广暖槽控制,槽前的正涡度输送有利于低层减压和气旋性涡度加大;低层整个四川盆地为闭合低压环流控制,东西两边各有一个低压中心存在,西部为暖中心控制,东部为冷舌控制,说明中纬度对流层中高层有冷空气入侵,冷平流使等压面下降促使西南低涡发展东移,这可能是导致西南低涡移出的一个重要环流因子。3)存在三支水汽输送:一支来自孟加拉湾的西南气流的水汽输送,另一支来自南海的偏南和偏东气流的水汽输送,第三支是较弱的西风带气流的水汽输送。