AMSU-A温度反演及其对南海热带低压暖心的分析

采用NOAA极轨卫星先进微波探测器AMSU-A L1B的观测资料,经过卫星天线模式校正和临边调整,然后采用线性回归及水平方向上逐步订正法得到水平分辨率0.5 °×0.5 °垂直方向1 000 ~ 0.1 hPa共40层的反演温度资料。通过个例分析发现,反演的温度资料可以揭示热带气旋暖心的细致结构。之后,选取了由中高层向下(“自上而下”)发展而来的发展和不发展的南海热带低压,对这些热带低压暖心结构的演变进行了对比分析。结果表明:由中高层向下发展而来的南海热带低压,都有暖心结构从中高层向下发展到近海面的过程;发展的南海热带低压在暖心向下发展到近海面时,高层暖心突然增强,使得热带低压的暖心在高层和低层同时出现显著增强;而不发展的南海热带低压的暖心结构并没有出现这种现象。因此,通过监测热带低压暖心结构的变化,可能对判别热带低压是否发展有一定的帮助。      

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     

广西一次暴雨过程中准静止中尺度涡旋的位涡反演诊断

利用分片位涡反演方法,对影响2008 年6 月广西一次暴雨过程的准静止中尺度低涡(简称“广西涡”)进行反演计算,诊断分析不同物理性质的位涡扰动对广西涡的贡献。结果表明: 与潜热释放有关的湿的位涡扰动(Qh)对广西涡有直接作用,并对广西涡发展有主要正贡献,其影响主要集中在对流层中低层;与潜热释放无关的干位涡扰动(Qd)对广西涡的贡献集中在对流层中高层,有利于广西涡向高层扩展和加深;Qh和Qd均对广西涡路径有影响。     

南海地区发展型和不发展型中层涡旋的结构特征

对NCEP 1 °×1 °再分析资料进行分析表明,南海地区发展型和不发展型中层涡旋的结构特征有着明显的区别:发展型中层涡旋的中心涡度逐渐增大,并同时向高层和低层发展,其中低层辐合维持得较好;而不发展中层涡旋的中心涡度则逐渐减小,不再向高层发展,其中低层辐合维持得较差。对称性分析表明,发展型中层涡旋的水平风场和风速垂直剖面都具有良好的对称性,而不发展型的较差;发展型中层涡旋中心的风速垂直切变小,有利于对流层中上层暖心的建立与加强,而不发展型则相反。平衡性分析表明,发展型涡旋在对流层中低层的平衡性较好,涡旋维持着较好的风压平衡关系,有利于涡旋的发展;不发展型涡旋则较差。纬向剖面位涡异常分析表明,发展型中层涡旋的正位涡异常在增强的同时向上发展,涡旋处于持续发展的阶段;而不发展型位涡则相反,一方面强度在减小,另一方面没有向上发展,涡旋逐渐减弱。      

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。     

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...     

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。     

强烈发展的中尺度涡旋影响下持续性暴雨的位涡诊断

利用高分辨率的模式输出资料,对2008年6月广西致洪暴雨及其中尺度低涡(简称广西涡)进行了等熵位涡(IPV)和湿位涡(MPV)的诊断分析。结果表明,低值等熵面上正IPV带的位置和强度可以反映暴雨的落区和强度,等熵面上的西风气流可分别将高纬度干冷和低纬度暖湿的高值IPV向广西涡处输送,使得广西涡维持高IPV。高值等熵面上南部的IPV存在下传现象,有利于其下游的广西涡IPV的增长,从而使得广西涡强烈发展、降水增强。利用MPV守恒原理的分析表明,持续性暴雨出现在高值等熵湿位涡前方的对流不稳定区中;暴雨区南北两侧对流层中高层的冷空气下沉时对流稳定性减小,对应的气旋性涡度增大;而暖湿气流沿着干冷空气爬升,它与具有强涡度的沿等熵面下滑的干冷空气发生强烈的辐合,使得涡度急剧增强,再加上地形的强迫抬升作用,形成强烈的垂直上升运动,导致涡旋强烈发展。等压面上的MPV及其分量分布显示,对流层中低层MPV负值带对雨带有指示作用,强降水时段对应着对流不稳定和条件性对称不稳定。     

气旋生成机制的位涡反演诊断

本文采用位涡反演方法,对一次西太平洋地区爆发性气旋的生成机制进行了诊断分析。结果表明：高层位涡扰动（即高空槽脊系统）所诱生的低层扰动风场特征为一支位于高空槽前下方的偏南气流,这支偏南气流是促使低层锋区扰动发展的主要动力因子：而低层位涡扰动（即低层锋区扰动）所诱生的低层扰动位势场和扰动风场是低层降压和气旋性环流生成的主要原因。     

西太平洋热带涡旋与2001年南海夏季风的爆发

利用NCEP/NCAR再分析格点资料普查1950—2004年南海夏季风爆发前后850 hPa的天气形势图,发现大多数年份,在南海夏季风建立的前5天,菲律宾以南海域（0～10 ?N,125～140 ?E）常伴有一次西太平洋热带涡旋的活动过程。选取南海夏季风爆发偏早的2001年进行个例分析,结果表明随着西太平洋热带涡旋的发展和移动,南海地区的正涡度不断增加,使得西太平洋副热带高压减弱东退,南海夏季风爆发。对涡旋区和南海地区的涡度、热源、水汽汇等进行区域平均,发现南海地区正涡度的增大,热源、水汽汇的加强很大程度上是由于西太平洋热带涡旋作用所致,西太平洋热带涡旋的作用可能是2001年南海夏季风爆发的重要因子之一。     

Low-Frequency Vortex Pair over the Tropical Eastern Indian Ocean and the South China Sea Summer Monsoon Onset

In this paper,the relationship between a pair of low-frequency vortexes over the equatorial Indian Ocean and the South China Sea(SCS) summer monsoon onset is studied based on a multi-year(1980-2003) analysis.A pair of vortexes symmetric about the equator is an important feature prior to the SCS summer monsoon onset.A composite analysis shows that the life cycle of the pair of vortexes is closely associated with the SCS summer monsoon onset.The westerly between the twin cyclones is an important factor to the SCS summer monsoon onset process.     

南海登陆热带气旋对长江三角洲地区降水的影响

利用热带气旋年鉴资料统计了1949~2000年南海热带气旋影响期间我国长三角地区的最大降水量,计算有南海热带气旋影响时最大降水量大于50 mm的条件概率为60%。并把历年引起长三角地区50 mm以上降水的南海气旋频数序列作小波变换,发现其具有周期性振荡的特点,并且振荡周期在频率的分布上也有一定的规律。把南海热带气旋频数序列与夏季3个月副高面积指数之和的序列做交叉谱分析,发现两者具有准2年和准5年的耦合周期,气旋频数序列在位相上超前约半年。最后用1951~1999年的500 hPa月平均高度资料统计频数异常年的500 hPa高度场的距平和t统计量,发现在西太平洋、大西洋和极地都有显著的异常。     

OLR与南海热带气旋发展的关系

利用OLR资料,对近十多年(1990～2000年)的南海热带气旋的发生、发展与OLR之间的关系进行了分析研究。研究结果表明：南海热带低压能否发展加强成热带风暴与南海区及其附近OLR值的变化有较好的对应关系;OLR低值中心存在于辐合带中热带低压易发展;在双台风状态下,两个低值中心的强弱情况和距离决定热带低压能否发展。通过定义一个南海热带低压的发展指数IOD（Index of Development）来定量描述OLR等值线的梯度变化和南海热带低压发展的关系;当南海热带低压的发展指数IOD≥9时,热带低压易发展成为热带风暴     

A Diagnostic and Numerical Study on a Rainstorm in South China Induced by a Northward-Propagating Tropical System

A strong cyclonic wind perturbation generated in the northern South China Sea （SCS） moved northward quickly and developed into a mesoscale vortex in southwest Guangdong Province, and then merged with a southward-moving shear line from mid latitudes in the period of 21-22 May 2006, during which three strong mesoscale convective systems （MCSs） formed and brought about torrential rain or even cloudburst in South China. With the 1° ×1° NCEP （National Centers for Environment Prediction） reanalysis data and the Weather and Research Forecast （WRF） mesoscale model, a numerical simulation, a potential vorticity inversion analysis, and some sensitivity experiments are carried out to reveal the formation mechanism of this rainfall event. In the meantime, conventional observations, satellite images, and the WRF model outputs are also utilized to perform a preliminary dynamic and thermodynamic diagnostic analysis of the rainstorm systems. It is found that the torrential rain occurred in favorable synoptic conditions such as warm and moist environment, low lifting condensation level, and high convective instability. The moisture transport by strong southerly winds associated with the rapid northward advance of the cyclonic wind perturbation over the northern SCS provided the warm and moist condition for the formation of the excessive rain. Under the dynamic steering of a southwesterly flow ahead of a north trough and that on the southwest side of the West Pacific subtropical high, the mesoscale vortex （or the cyclonic wind perturbation）, after its genesis, moved northward and brought about enormous rain in most parts of Guangdong Province through providing certain lifting forcing for the triggering of mesoscale convection. During the development of the mesoscale vortex, heavy rainfall was to a certain extent enhanced by the mesoscale topography of the Yunwu Mountain in Guangdong. The effect of the Yunwu Mountain is found to vary under different prevailing wind directions and intensities. The location o     

南海ITCZ异常变化及其对非移入性南海热带气旋(TC)活动的可能影响

利用美国NOAA提供的向外长波辐射（OLR）资料、NCEP/NCAR再分析资料以及上海台风所提供的热带气旋（TC）资料等,通过定义一个描写南海范围内（5°N~20°N,105°E~120°E）的热带辐合带（Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ）强度指数,研究了南海ITCZ年际和年代际异常变化特征及其对非移入性南海TC[South China Sea-generated tropical cyclone（SCS-G TC）]活动的可能影响,并从异常强、弱南海ITCZ年份的大气环流背景和海表温度等变化特征来尝试揭示南海TC的活动规律。结果表明:在年际和年代际时间尺度上,南海ITCZ强度指数与南海TC的生成频数存在显著的负相关关系,长期趋势变化间的关系存在不同。南海ITCZ的强、弱显著地影响到南海TC的生成频数。强南海ITCZ年,南海TC频数偏多;弱南海ITCZ年,南海ITCZ频数偏少。强、弱南海ITCZ年对于南海TC的生成源地、TC的维持时间以及路径和强度的影响不显著。进一步分析表明,动力和环境条件方面,强、弱南海ITCZ年可能差异较大。异常偏强年,对流层低层出现气旋性环流,上层出现反气旋性环流;季风槽在南海区域偏强、位置偏南。与OLR表示的深对流区相配合,存在暖的海表温度和低层强烈的正涡度和强辐合,在高层存在相应的强的气流辐散,形成了极有利于南海TC发生发展的条件。弱南海ITCZ年则相反。另外,ITCZ强年,太平洋异常SST（Sea Surface Temperature）出现为La Ni?a特征,南海ITCZ区对流活跃,强度偏强。反之,ITCZ弱年则表现为El Ni?o特征,南海ITCZ关键区的对流强度偏弱。这些结果可为深刻认识南海TC的生成规律以及对南海TC的预报提供线索。     

南海海温异常影响南海夏季风的数值模拟研究

采用p－σ九层区域气候模式(p－σRCM9）模拟并研究了南海海温异常对南海夏季风的影响, 数值模拟结果表明, 5月份的南海海温对南海夏季风的爆发日期起关键作用: 5月份南海海温持续增温 (降温）, 南海夏季风爆发日期偏早 (偏晚）。南海夏季风爆发后, 南海异常增温, 同期的南海夏季风增强, 而后期的南海夏季风减弱; 南海异常降温, 则与之相反。机制分析表明, 南海海温正(负)异常增强(减弱)了海面与行星边界层之间的能量交换, 主要是潜热通量的输送, 并在大气中通过积云对流加热率的变化来影响对流层热量的分布, 进而引起对流层中低层辐合和高层辐散的变化, 然后使得环流场和风场作出相应地调整, 环流场和风场又会反过来影响积云对流加热率的变化, 这是一个正反馈过程。在5月份南海增温(降温)强迫下, 5月份南海地区的对流活动加强(减弱）, 使得对流层低层副热带高压提前(延后)撤出南海, 从而有利于南海夏季风爆发偏早(晚）。在南海海温异常强迫下, 中国东南部和南海地区的降水率异常主要是由积云对流所产生的降水率异常引起。     

PV Perspective of Impacts on Downstream Extreme Rainfall Event of a Tibetan Plateau Vortex Collaborating with a Southwest China Vortex

An extreme rainfall event occurred over the middle and lower reaches of the Yangtze Basin(MLY) during the end of June 2016, which was attributable to a Tibetan Plateau(TP) Vortex(TPV) in conjunction with a Southwest China Vortex(SWCV). The physical mechanism for this event was investigated from Potential Vorticity(PV) and omega perspectives based on MERRA-2 reanalysis data. The cyclogenesis of the TPV over the northwestern TP along with the lowertropospheric SWCV was found to involve a midtropospheric large-scale flow reconfiguration across western and eastern China with the formation of a high-amplitude Rossby wave. Subsequently, the eastward-moving TPV coalesced vertically with the SWCV over the eastern Sichuan Basin due to the positive vertical gradient of the TPV-related PV advection,leading the lower-tropospheric jet associated with moisture transport to intensify greatly and converge over the downstream MLY. The merged TPV-SWCV specially facilitated the upper-tropospheric isentropic-gliding ascending motion over the MLY. With the TPV-embedded mid-tropospheric trough migrating continuously eastward, the almost stagnant SWCV was re-separated from the overlying TPV, forming a more eastward-tilted high-PV configuration to trigger stronger ascending motion including isentropic-gliding, isentropic-displacement, and diabatic heating-related ascending components over the MLY. This led to more intense rainfall. Quantitative PV diagnoses demonstrate that both the coalescence and subsequent re-separation processes of the TPV with the SWCV were largely dominated by horizontal PV advection and PV generation due to vertically nonuniform diabatic heating, as well as the feedback of condensation latent heating on the isentropicdisplacement vertical velocity.     

南海台风生成前48 h环流特征及热力与动力条件

利用1979—2019年4—11月中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径资料和静止卫星红外云图资料,筛选出189例南海台风,结合欧洲中期天气预报中心1°×1°再分析资料,分析南海台风生成前48 h至生成时刻的天气环流和动力、热力条件。结果表明：南海台风生成于热带洋面大范围的高海表温度、高水汽含量和高不稳定层结区,其生成前的主要环境背景环流是赤道辐合带、西南季风或东风波等;台风生成前扰动中心常常处于其北侧风切变小而南侧风切变大的过渡带中,少数扰动中心倾向于风切变小值中心附近,风切变与扰动的发展之间无显著相关;扰动中心一般与垂直涡度中心重合,垂直涡度中心是表征扰动自身强弱的物理量,但垂直涡度自身的大小与未来扰动发展趋势关系不明显,而Okubo-Weiss（OW）指数则对于扰动的发展以及扰动位置确定有较好的指示意义;在扰动发展过程中,扰动中心附近存在一个贯穿整个对流层的位涡柱,低层扰动部分与位涡柱中的中低层位涡相互作用,有利于扰动发展。     

南海秋雨气候特征分析

用台站观测逐日降水资料和热带测雨卫星观测降水资料,对我国南海地区降水季节演变特征分析发现,与我国大部分地区不同,南海地区降水季节峰值是在秋季,主要集中在8～10月,且降水量年际变化大。环流场的合成分析表明,南海地区秋季中层500 hPa有利的副高位置和低层低压系统的活动和维持是形成这一地区显著秋雨的主要原因。而由于副高的位置受热带太平洋海温影响较大,分析发现Niño3.4的海温指数对该区域降水有很好的指示意义。8～10月Niño3.4指数和同期海南岛站点平均降水量之间的相关能够达到－0.47,超前3个月 (即5～7月)的Niño3.4指数与8～10月海南岛站点平均降水量的相关亦能达到－0.43。从跨季度气候预测的角度来考虑,5～7月的Niño3.4指数可以作为预测8～10月南海秋雨的重要参考指标。     

西北太平洋与南海热带气旋活动季节变化的差异及可能原因

利用1945~2011年美国联合台风预警中心(JTWC)西北太平洋热带气旋资料,研究了南海(5°N~25°N,110°E~120°E)与西北太平洋(5°N~25°N,120°E~180°)热带气旋生成位置、生成频数、强度和持续时间的季节变化差异及其成因。从热带气旋路径穿越经度带频数的角度,探讨了ENSO对气旋活动年际变化的影响。结果表明,南海热带气旋活动显著地受季风调控。在南海冬季风作用下,1~4月热带气旋生成于10°N以南且频数较少、强度较弱,这主要是低层气旋式相对涡度和弱东风切变区偏南造成的。相反,受夏季风影响,6~9月是热带气旋生成最多、最频繁的季节,大都生成于南海北部17°N附近。在5月(10月)的季节转换期,生成位置大幅度北进(南撤)且生成频数显著增加(减少),取决于风速垂直切变及中层的相对湿度的急剧转变。11、12月两海域热带气旋生成于10°N以南主要归因于其上空中层大气相对湿度较北部偏大。在西北太平洋,热带气旋生成的季节变化没有南海显著,只在7月有一次明显的变化,7~10月是热带气旋活动的"盛期"。在强度上,西北太平洋大部分区域全年均为弱东风切变,因此热带气旋以台风为主且持续时间长;但南海多为热带风暴。ENSO事件使得不同季节热带气旋生成区域和气旋路径地理位置发生显著变化。在El Nio事件期间,穿越南海所在经度带路径频数为负距平,而西北太平洋经度带为正距平;在La Nia事件期间,情况相反。