2008年12月两次强寒潮过程的等熵位涡分析

利用2008年12月的NCAR/NCEP逐日6h再分析资料,对本月发生的两次强寒潮事件(分别简称为过程Ⅰ和过程Ⅱ)进行了等熵面位涡分析.结果表明:(1)两次寒潮过程的爆发时间均可用低层位涡扰动的时间曲线的转折点来确认;(2)两次过程中在寒潮爆发时,都存在明显的高位涡值向下传播特征,过程Ⅱ明显于过程Ⅰ;(3)等熵面分析可跟踪寒潮强冷空气活动,等熵面位涡演变反映了高、低层冷空气的分布及活动状况;等熵面位涡高值区代表冷空气范围,等位涡线密集区代表冷暖空气对峙.寒潮爆发时,等熵面上高层高位涡向下向南传播,导致高位涡强冷空气在垂直方向上拉伸,正涡度增强.     

2016年湖南两次寒潮事件等熵位涡分析

利用NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°逐日和FNL1°×1°逐6h再分析资料,对2016年冬末春初湖南出现的两次寒潮过程进行等熵位涡诊断分析。结果表明:(1)中高纬度的高位涡区可以用来追踪影响湖南寒潮过程中强冷空气的来源和水平移动,西伯利亚冷高压陡增和与湖南地面气温的急剧下降预示着湖南寒潮天气爆发;(2)两次寒潮爆发过程中均伴随有中高纬度高位涡区向南传播的特征,且高位涡主体移动路径与地面冷空气南下路径一致,此外也表现出高位涡强烈向下伸展的特征;(3)等熵面上的高位涡中心与气旋性环流相对应,位涡中心区的变化可看出高空横槽的发展变化,而高位涡中心向南向下的传播导致强的下沉运动促进地面冷高压迅速发展,导致寒潮爆发。     

一次极端寒潮天气过程等熵位涡分析

利用2016年1月1日至31日的FNL资料,对一次极端寒潮天气过程进行了等熵位涡分析。结果表明:高位涡主体由极涡分裂而来,前面低位涡区的阻挡与后侧低位涡大气的北上加强了位涡的经向交换,高位涡空气不断由极地向南输送,使得高位涡主体不断加强维持。高位涡在由北向南移动的同时,也由对流层顶向下输送。此次寒潮过程主要有3股冷空气由上而下发展,位置均在高空急流轴的北侧,最南端的一股下沉气流最旺盛,这是其与高空急流相互作用的结果。强盛的冷空气下沉使得寒潮影响范围触及我国华南地区。随着高位涡的向南向下传输,一方面引起对流层中高层低涡系统迅速发展,当它移到中国东部地区时,东亚大槽迅速加深,使槽后强冷空气迅速向南爆发;另一方面,在高位涡输送的过程中,其后侧有强烈的下沉运动,使得地面冷高压快速发展,导致强寒潮天气的爆发。     

等熵位涡揭示的一次强寒潮过程中高层扰动特征

采用欧洲中心提供的ERA-Interim每日4次再分析资料,对2016年1月下旬的一次强寒潮事件进行等熵位涡分析。结果表明,此次强寒潮的爆发以动力对流层顶下降、高位涡下传为特征,位涡扰动的强度和时间曲线的转折点对寒潮的酝酿和爆发有指示意义。此次强寒潮过程的冷空气可追溯到欧亚北部的新地岛附近和亚洲东北部的对流层顶,两股具有高位涡的冷空气在贝加尔湖附近合并堆积,在转竖横槽的引导下向南爆发,形成强寒潮。伴随寒潮过程的酝酿和爆发,高位涡强冷空气向下、向南传播,并伴随急流向下伸展。高位涡柱对应强烈发展并下伸的正涡度柱,表明高位涡引起的垂直拉伸导致显著的旋转增强,对应涡后横槽的强烈加深。对流层顶呈现大振幅波动,来自高层的信号较低层出现得更早、更强,在动力对流层顶上的信号比500 hPa表现得更为清楚。     

一次寒潮降温过程的等熵位涡和热力学分析

通过等熵位涡和热力学能量方程的各项诊断对2018年1月上旬我国东部一次寒潮天气过程进行分析,重点给出垂直运动在寒潮降温中的作用。结果表明：此次寒潮天气过程主要受蒙古国南部的横槽转竖影响,巴尔喀什湖东部和西伯利亚地区及其北部为引起这次寒潮的主要冷空气源地。欧亚大陆北部和极区对流层高层和平流层低层的高位涡强冷空气沿着等熵面向南向下平流,引导强冷空气侵袭我国东部。等熵位涡大值区的东侧对应上升运动区,有利于降水的产生。寒潮期间风场平流引起的850 hPa强降温区主要位于东南沿海地区,降温幅度最高可达6×10^-4 K·s^-1,而东北地区在整个寒潮期间冷平流强度较弱,最大降温幅度仅约为1×10^-4 K·s^-1。通过计算东南沿海和东北地区区域平均风场平流和垂直运动引起850 hPa温度变化,得出寒潮期间两地的温度总降幅约为1×10^-4 K·s^-1。东南沿海地区的寒潮主要由风场的冷平流引起,而东北地区则是由冷平流和垂直上升运动的共同作用引起。垂直方向上,东北地区冷空气能影响的高度要远高于东南沿海地区。     

关于等熵位涡应用的一点认识

位涡、湿位涡及其守恒开启了(湿)位涡理论的较广泛应用,使(湿)位涡成为天气系统、天气现象演变的重要诊断物理量,能有效解释一些天气系统、天气现象的演变。为合理应用(湿)位涡及等熵位涡思维,简单分析了气象常用坐标中位涡、湿位涡表达式的限制性条件,强调此条件与(湿)等熵坐标成立的条件相同,指出z 坐标(湿)位涡与p、θ(θse)坐标(湿)位涡存在物理差异。在θ(θse)坐标中,气块的水平速度是相对水平面(地面)的移动速度,而非气块沿着等θ(θse)面的移动。在(湿)等熵位涡分析中,(湿)等熵位涡强度的变化,是平流、垂直输送以及非绝热过程的综合作用,不能简单归因为只由高层的(湿)等熵位涡异常向中低层传输、或中低纬的(湿)等熵位涡异常向高纬传送所造成。     

一次昌吉地区春季强寒潮天气分析及数值模拟

先基于常规天气观测资料和美国FNL1°×1°逐6h再分析资料,对2014年4月23~24日昌吉地区一次寒潮天气过程进行分析和总结,而后利用WRF3.7中尺度数值模式对10米风场和地形作用进行分析,结果表明：（1）这次寒潮天气过程出现在欧洲高压脊东南衰退、西西伯利亚低槽东南下进入新疆爆发的大尺度环流背景下。（2）这次强寒潮过程的高位涡强冷空气来自欧亚北部和北极地区的平流层下部和对流层上部。（3）本次天气受西南水汽通道影响明显,从印度洋经过长途跋涉经过四川盆地以东地区,沿着西北方向在输送中绕过青藏高原,地形阻挡引起的损失相对较少,顺着甘肃地区到达41°N附近与北支带来的水汽相遇后向西输送进入昌吉地区。（4）低层强西北风急流向山脉辐合,造成暖湿气流在天山迎风坡强烈爬升,是暴雪发生的触发机制。通过地形敏感性试验表明天山地形的抬升作用减弱所引起的降水变小。     

对华北一次特大台风暴雨过程的位涡诊断分析

通过对９６０８号台风低压及其外围暴雨位和等熵面上物理量场的分析,揭示了台风低压北上诱发暴雨过程的位涡场的结构及冷空气对暴雨增幅的作用,给出此次暴雨增幅过程的图像。分析表明：对流层低层中高纬度冷空气（高位涡）扩散南下在台风低压环流区附近的“侵入”作用是此次特大暴雨过程的最重要的原因之一;等熵面位涡的分析进一步说明了中高纬地区冷空气的活动状况;对流层高层或平流层低层位涡的下传有利于位势不稳定能量的释放     

暴雨中尺度气旋发展的等熵面位涡分析

利用中尺度模式ＭＭ４对１９９１年７月５～６日的江淮梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。用模式输 出资料，根据湿位涡理论分析了这次暴雨过程中对流层低层的中尺度低涡及地面气旋发生发 展的原因。结果表明，在有利的等熵面形态下，具有较高湿位涡值的高层冷空气沿等熵面快 速向南下降的过程中绝对涡度增加，导致了气旋性涡旋的发展加强。     

“海棠”台风(2005)暴雨过程数值模拟及位涡分析

采用WRF模式对2005年"海棠"台风登陆福建省前后24h内所造成的降水过程进行了数值模拟,在此基础上,利用模式输出结果,借助位涡理论分析位涡与台风低压流场及降水的关系,并结合对风场、相当位温、相对湿度等诊断量的分布特征分析,探讨了台风强降水的发展和维持机制。结果表明,310K等熵面上高位涡发展演变较好反映了台风低压系统路径移动以及强度变化的过程。暴雨中心主要出现在位涡大值区及其偏东北方向,且位涡气块回旋少动,与暴雨的发展维持密切相关。高位涡区主要位于等熵面坡度和梯度最大处,当等熵面上下贯通,对流层高层的高位涡沿等熵面下传,形成位涡柱时,有利于暴雨增幅。台风环流内水汽充足,上升运动强烈,也有助于此次台风降水强度持续强大。     

Analysis of Isentropic Potential Vorticity for a Strong Cold Wave During 2004/2005 Winter

Using the NCAR/NCEP daily reanalysis data from 1 December 2004 to 28 February 2005, the isentropic potential vorticity （IPV） analysis of a strong cold wave from 22 December 2004 to 1 January 2005 was made. It is found that the strong cold air of the cold wave originated from the lower stratosphere and upper troposphere of the high latitude in the Eurasian continent and the Arctic area. Before the outbreak of the cold wave, the strong cold air of high PV propagated down to the south of Lake Baikal, and was cut off by a low PV air of low latitude origin, forming a dipole-type circulation pattern with the low PV center （blocking high） in the northern Eurasian continent and the high PV one （low vortex） in the southern part. Along with decaying of the low PV center, the high PV center （strong cold air） moved towards the southeast along the northern flank of the Tibetan Plateau. When it arrived in East China, the air column of high PV rapidly stretched downward, leading to increase in its cyclonic vorticity, which made the East Asian major trough to deepen rapidly, and finally induced the outbreak of the cold wave. Further analysis indicates that in the southward and downward propagation process of the high PV center, the air flow west and north of the high PV center on isentropic surface subsided along the isentropic surface, resulting in rapid development of Siberian high, finally leading to the southward outbreak of the strong cold wave.     

ISENTROPIC POTENTIAL VORTICITY ANALYSIS ON THE MESOSCALE CYCLONE DEVELOPMENT IN A TORRENTIAL RAIN PROCESS

The mesoscale model MM4 is used to simulate the torrential rain associated with Meiyu frontoccurring on 5—6 July.1991 in the Changjiang-Huaihe Basin.Based on the outputs of the model,the cause of the mesoscale cyclogenesis on the lower troposphere is investigated in terms of thepotential vorticity principle.The results show that because of the favorable pattern of moistisentropic surface,the absolute vorticity increases when cold air with high moist potential vorticityvalue rapidly slides down southwards along the moist isentropic surface,and then causes thecyclonic vortex development.     

ISENTROPIC POTENTIAL VORTICITY ANALYSIS ON THE MESOSCALE CYCLONE DEVELOPMENT IN A TORRENTIAL RAIN PROCESS*

The mesoscale model MM4 is used to simulate the torrential rain associated with Meiyu front occurring on 5-6 July.1991 in the Changjiang-Huaihe Basin.Based on the outputs of the model,the cause of the mesoscale cyclogenesis on the lower troposphere is investigated in terms of the potential vorticity principle.The results show that because of the favorable pattern of moist isentropic surface,the absolute vorticity increases when cold air with high moist potential vorticity value rapidly slides down southwards along the moist isentropic surface,and then causes the cyclonic vortex development.     

一次东亚寒潮爆发后冷涌发展的研究

分析了１９８１年１月２１—２８日一次东亚强寒潮爆发后南海和西太平洋地区冷涌的发展过程。冷涌的发展最先表现为低层强东北风沿东亚沿海地区和南海中北部的迅速建立。２—３ｄ之后，又在菲律宾以东洋面激起第二次冷涌。与冷涌相伴随的低层温度场变化也十分明显，同样具有先后两次降温过程。冷涌期高空风场表现有明显的脉动，南海北部高空西风迅速减弱，而在南海近赤道地区出现了很强的高空东风区。冷涌的发展与寒潮冷高压的南下有密切关系，它的强度在很大程度上取决于中纬度冷高压的强度。另一方面，冷涌发展后，通过Ｈａｄｌｅｙ环流可影响中纬西风急流和热带东风急流的变化。     

三次强对流天气过程的湿位涡分析

本文对发生于江苏苏北地区不同季节的三次强对天气过程,应用湿位涡这样一个表征大气动力、热力、水汽诸因素特征的综合物理量进行了分析,揭示了倾斜性涡度的发展是强对流天气发生发展的一种重要机制,表明该物理量在强对流天气分析中能很好地反映热力学和动力学成因,尤其是湿位涡的垂直通量、湿位涡通量的水平散度、位涡变化率对强对流天气有较大的作用。