一次影响河南的西南涡演变及造成的暴雨分析

利用MICAPS和NCEP1°×1°再分析资料,对一次典型东北路径移动西南涡演变及产生的致洪暴雨进行研究.通过对低涡的生成源地、环流特征、移动路径、强度变化、生命史及所形成暴雨过程进行分析,指出影响低涡致洪暴雨的天气系统配置,为影响河南地区的低涡及致洪暴雨预报提供依据.     

山西一次低涡暴雨过程的成因分析

采用地面、高空常规观测资料和NCEP全球再分析资料（空间分辨率1°×1°）,对2005年7月1日20时至2日20时（北京时）发生在山西的一次低涡暴雨过程从环流形势、物理量场方面进行了初步的分析,发现这次暴雨过程是受5OOhPa高空槽、副热带高压以及中尺度低涡等天气系统共同作用产生的。利用数值模拟输出的高时空分辨率资料探讨了此次暴雨过程的发生发展特征和机理,指出中低层中尺度涡旋是造成这次过程的主要天气系统,低涡的时空演变与暴雨中心的移动和雨强的变化有着较好的对应关系。湿位涡诊断表明：强降水发生时,暴雨区上空低层是不稳定区,湿位涡负中心出现在暴雨中心附近,且对流不稳定性远大于湿斜压性。地形的敏感试验进一步揭示了地形对暴雨的增幅作用。     

影响华南地区西南低涡以及致洪低涡活动的统计研究

利用1996~2005年4~9月的MICAPS和NCEP/NCAR 2.5×2.5°再分析资料和统计、平均合成、综合分析等方法,对影响华南地区西南低涡以及致洪低涡活动进行了系统性的研究。     

西南低涡活动特征的再分析

用1979—2012年每天4次,1°×1°的ERA-INTERIM再分析资料,从风场角度定义了闭合式气旋环流和规定了低涡移出路径的统计方法后,对西南低涡的活动特征进行了统计分析。结果表明:西南低涡平均每年生成个数为59个,偏多的年份为1980、1989、1992、1997和2009年,平均可达69个;偏少的年份为1981、1990、1996和2006年,平均仅有51个。低涡在春季生成的个数最多,夏季次之,秋、冬季最少。6月和3月生成的个数最多;5月次之,其中11月生成的个数最少。各季节移出型低涡的个数则是夏季最多,春季次之,秋季和冬季最少。就移出率而言,夏季达44.1%,春季为27.6%,秋季为22.6%,冬季仅为11.3%。春、秋、冬季基本为短生命史的低涡,而在夏季,生命史长的低涡所占的比例较高。34 a中夏季维持较长生命史的移出型低涡共有126个,分别向东北(最多)、正东、东南(最少)3个方向移动,除正东方向外,向东北和东南方向移动的低涡个数随年代际变化呈增加的趋势。     

影响华南地区西南低涡活动的统计研究

利用1996~2005年近十年的MICAPS和NCEP 2.5×2.5°再分析资料,对影响华南地区西南低涡进行系统性的统计研究,揭示低涡活动的特征,为华南地区的低涡及其暴雨预报提供依据。     

“7.20”华北特大暴雨过程中低涡发展演变机制研究

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"移动"（本质上是暖平流前端造成的气旋发展）,这一动力学过程反过来使高层的涡度增强;这一正反馈过程形成的耦合环流不仅造成了整个涡度柱强度增强,而且垂直结构上逐渐由倾斜涡柱演变为近乎于直立的涡柱;（3）随着低涡系统增强,极大地加强了垂直上升运动并触发了对流,形成大范围的强降水,大量的凝结潜热释放,造成了低层低涡系统在强降水开始阶段的快速发展和增强;20日00时（世界时）以后,虽然对流活动显著减弱,但低涡系统的加深维持了大范围强降水过程的持续。强降水与低涡发展的正反馈过程是这次华北暴雨得以长时间维持的重要机制之一,这一过程形成的持续性潜热释放也是对流层中上层低涡系统热力结构发生改变的重要原因。     

汛期低涡暴雨预报方法

据１９７４～１９９１年６～８月间暴雨资料统计分析，０８ｈ７００ｈＰａ低涡位于１０４～１０９°Ｅ、３３～３６°Ｎ或１００～１０５°Ｅ、２９～３２°Ｎ时，正阳易出现暴雨；其间，共有暴雨日３７个，低涡暴雨日２５个，占总暴雨８的６７．６％。为此，建立了低涡暴雨模式；首先消空处理，再筛选出一些物理意义明确且相关显著的预报因子，运用事件回归系数法建立低涡暴雨预报方程。经两年应用，预报效果较好。     

一次中亚低涡中期过程的能量学特征

中亚低涡是中期时间尺度（4天以上）的对流层深厚切断低压系统,也是造成新疆暴雨（雪）、持续低温天气的重要影响系统之一,对其形成、维持和减弱的能量特征还不十分清楚。利用美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）2.5°×2.5°逐日再分析资料和有限区域能量循环方程,对1996年7月10—20日造成新疆区域两次暴雨过程的中亚低涡系统进行分析,以揭示低涡持续活动11天的能量循环和转换特征。分析结果表明,中亚低涡活动具有明显的阶段性能量学特征。这次低涡发展和减弱过程处于斜压不稳定状态,扰动动能来源于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,且两者作用相当,它们使得低涡快速发展,同时区域内部非绝热加热制造的一部分扰动有效位能向外输出,在减弱期扰动有效位能向外输出大于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,因此低涡逐渐减弱。低涡成熟期处于正压不稳定状态,系统内部的能量转换很小,扰动动能来自于外界扰动位能输入,支出项为向开放边界的扰动动能输出。低涡过程各个时期纬向平均动能向扰动动能的转换都很小,即正压不稳定造成的能量转换较弱。低涡活动过程中,在对流层中、高层扰动动能很强,表明中亚低涡是主要在对流层中、高层活动的天气尺度系统,低涡内部的能量转换及其与外界的能量输送主要发生在中、高层,扰动位能和扰动动能的变化很好地反映低涡的强度变化和发展阶段,且能量的垂直输送对低涡系统的发展也有一定促进作用。     

长江下游梅雨期低涡统计分析

应用1998—2005年长江下游地区常规观测资料,结合卫星云图和中尺度数值模拟结果,对该时段发生在长江下游的局地生成中尺度低涡活动进行统计,并对低涡生成大尺度环境场及物理量参数进行合成诊断分析,为长江中下游地区梅雨期暴雨预报提供实际参考。结果表明:长江下游地区中尺度低涡主要形成于大别山山脉及山脉两侧的高能高湿的环境条件中,槽前的正涡度平流输送是低涡形成的必要条件之一。长江下游地区中尺度低涡一般存在于700 hPa以下的对流层低层,水平尺度普遍在400 km之内,形成后沿东北方向移动,在山东北部沿海入海,或沿东南方向移动在江苏南部到浙江北部沿海入海,在陆地上的生命期一般小于48 h,但70%以上的低涡都在长江下游地区触发中尺度对流系统发展而产生暴雨。暴雨区主要发生在低涡的南侧或东南侧,高低层急流配置、低层水汽输送和地形条件对低涡暴雨的触发具有重要作用。     

清远地区汛期西南低涡型暴雨统计特征

利用1990～1999年Mieaps和ECMWF2．5°×2．5°再分析资料,对清远汛期暴雨与西南低涡活动进行了统计研究。结果表明,西南低涡中心位于107．0°～113．0°E、22．5°～26．0°N和117．5°～121．0°E、30．0°～33．0°N时,清远地区当日最容易出现区域性暴雨降水,并给出西南低涡型清远地区汛期区域性暴雨预报思路,为该类型暴雨预报提供依据。     

中尺度涡旋和台风涡旋相互作用的数值研究

用一个高分辨率的正压涡度方程模式，实施了4组积分时间为24h的试验，研究了台风环流区域内中尺度涡旋的不同初始径向位置条件下与台风涡旋的相互作用，结果表明，中尺度涡旋初始径向位置不同，可以引起随后扰动相对涡度场演变特征的改变。     

Typhoon Vortex Self-Organization in a Baroclinic Environment

Self-organization of typhoon vortex in a baroclinic environment is studied based on eight numerical experiments with the fifth-generation Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research （PSU/NCAR） Mesoscale Model （MM5）. The results show that, when there are only two 400-km-away mesoscale axisymmetric vortices with a radius of 500 km in the initial field, the two vortices move away from each other during co-rotating till the distance between them greater than a critical distance named co-rotating critical distance. Then, they stop co-rotating. The situation is changed when a small vortex with a radius of 80 kin is introduced in between the two vortices in the initial field, with the two initially separated vortices approaching each other during their co-rotation, and finally self-organizing into a typhoon-like vortex consisting of an inner core and spiral bands. This result supports both Zhou Xiuji＇s view in 1994 and the studies in the barotropic framework concerning the interactions between the same and different scales of vortices. Six other experiments are carried out to study the effects of the initial vortex parameters, including the initial position of the small-scale vortex, the distance and intensity of the initially axisymmetric binary mesoscale vortices. It is found that the distance between the initial axisymmetrie mesoscale vortices is the most important parameter that influences the self-organizing process of the final typhoon-like vortex. This conclusion is similar to that obtained from barotropical model experiments.     

两次高原涡与西南涡作用下的暴雨过程对比分析

利用FY-2D卫星TBB资料、NCEP1°×1°再分析资料和地面自动站观测资料,对2008年7月20~22日和2012年7月20~22日两次由高原涡和西南涡相互作用,造成四川暴雨过程进行对比分析,结果表明:(1)强降雨落区与引导高原涡移动的高空槽有密切关系,高空槽的移动和变化大致决定了强降雨的落区。(2)造成两次暴雨过程的对流云团生成和发展虽然有一定的差异,但最终会发展合并形成一个MCC;并且强降雨位于对流云团TBB最大梯度区,一般靠近亮云核,并在亮云核的西北部。(3)两次暴雨过程期间,均有低层辐合高层辐散,对应着强的涡度和强的上升运动,并且散度、涡度和垂直速度都是增大的。(4)两次暴雨过程期间水汽来源存在着差异,但水汽是逐渐增强的,并且水汽辐合中心与强降雨落区相对应。     

一次大暴雨过程中高原低涡与西南低涡相互作用机制探讨

对2007年7月16-19日高原低涡东移形成的川渝地区大范围大暴雨过程,利用自动气象站雨量资料、常规观测资料、FY-2C TBB云图资料和T213分析场资料,采用天气动力学和中尺度诊断方法,分析了大暴雨的形成机制.结果表明:此次大范围大暴雨过程是高原低涡诱发西南低涡发展从而形成耦合系统造成的,其垂直上升运动气柱和涡柱的耦合发展与维持是低涡发生发展并产生持续性强降水的动力机制,对流层下部深厚不稳定层结的形成和维持是低涡发展并形成持续对流性降水的热力层结条件.     

高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究

利用多途径探测与再分析资料,通过诊断分析、数值模拟和敏感性试验,对2008年7月20～21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析,探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征,特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明,高原涡形成后沿高原东北侧下滑,在四川盆地诱生出西南涡,川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下,释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水,降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡,降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响,它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响,而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大,在一定程度上影响暴雨的落区。     

不同初始涡廓线对涡旋自组织影响的初步研究

用一个带有地形项的准地转正压模式,研究了不同初始涡廓线对涡旋自组织的作用。结果表明：初始涡廓线的不同,不仅可以影响到自组织的过程,而且可以影响到自组织起来的准终态涡的性质。     

高原涡与西南涡相互作用暴雨天气过程的诊断分析

利用动力诊断方法,对2008年7月20~22日高原低涡与低层西南低涡相互作用引发西南低涡强烈发展和四川大面积特大暴雨天气发生机理进行了诊断分析。分析表明：高原涡与西南涡涡心之间的纬向距离在5个纬度的时候,两者上升气流都在500 hPa以下,当两者继续东移,在经向上耦合的时候,二者同时得到发展,西南涡中心的上升气流达到300 hPa,而高原涡中心的上升气流突破200 hPa;西南涡在低层出现初期,在一定程度上制约了高原涡的发展,随着两者在经向方向发生耦合,上下涡度平流不同造成垂直差动,将激发500 hPa以下的上升运动与气旋性涡度加强,使得500 hPa与700 hPa涡心正涡度值的增大近1倍。并且涡前的正涡度变率使得高原涡发展并东移,待垂直耦合后,高原涡与盆地涡相互强迫作用促使气流上升运动加强也是导致高原低涡与西南低涡共同发展的一种机制。     

一次中尺度涡旋的成因分析

利用卫星云图、水汽图、常规天气图、物理量资料对2002年7月17日在华北地区上空出现的中尺度涡旋成因进行分析。分析表明：涡旋产生于斜压弱锋区中；涡旋的生成，是由多个对流单体组织起来的多尺度扰动相互作用的结果；该涡旋是一个浅薄的系统，仅在850hPa流场上有一个辐合点；涡旋的形成没有外来的水汽供应，因而强对流天气主要以大风、冰雹天气为主，在涡旋建立过程中，能量边形成边释放。     

低涡与晋中夏季暴雨

对晋中 1 974～ 2 0 0 0年 6～ 8月暴雨个例进行了分析 ,指出 70 0hPa上形成于 34～ 37°N、95～ 1 0 3°E附近的西北涡或 2 8～ 34°N、93～ 97°E附近的西南涡是晋中夏季暴雨的最原始触发机制 ,与之相配合的高低空形势不同 ,所产生的暴雨的范围不同 ,水汽输送通道和切变线位置是判断暴雨落区的重要因素。     

Mesoscale Barotropic Instability of Vortex Rossby Waves in Tropical Cyclones

In this study, the barotropic stability of vortex Rossby waves (VRWs) in 2D inviscid tropical cyclone (TC)-like vortices is explored in the context of rotational dynamics on an f-plane. Two necessary instable conditions are discovered: (a) there must be at least one zero point of basic vorticity gradient in the radial scope; and (b) the relative propagation velocity of perturbations must be negative to the basic vorticity gradient, which reflects the restriction relationship of instable energy. The maximum ...