准平直长路径与多折向路径东移高原涡的环境场特征

利用1998—2018年NCEP/NCAR 全球最终分析数据、大气观测资料、青藏高原低涡切变线年鉴,采用合成方法分析了准平直长路径和多折向路径东移高原低涡的环境场特征,探讨了低涡折向的主导因素。结果表明: 准平直长路径低涡、多折向路径低涡长时间活动的共同环境场特征是有明显影响低涡活动的天气系统, 副热带高压（简称副高）位于高原低涡东南方,高原低涡以北上空伴有东、西段急流;低涡有正涡度平流输入,高原低涡上空为辐散区,高空高位涡下传到低涡。同时,二者环境场特征存在明显差异,多折向路径低涡伴有较强的热带低压活动,是在副高、西风带天气系统、热带低压相互作用的环流背景下,高原涡东移受阻而折向; 准平直长路径低涡是在西风带天气系统为主导的环流背景下向东移动;准平直长路径低涡受冷空气、西南气流与高空锋区的影响比多折向路径低涡强,造成了准平直长路径低涡的正涡度平流、位涡、斜压性、高空辐散比多折向路径低涡强。多折向路径低涡折向的主导因素是环境场条件使低涡在减弱、东移受阻的情况下高空高位涡中心在低涡西部上空,高位涡下传使低涡加强的强正位涡异常区出现在低涡西部,低涡移向低涡加强的区域。      

一种新型西南低涡逐步订正识别方法

西南低涡是形成于青藏高原东侧的特殊天气系统,国内学者目前对于西南低涡的识别没有统一的标准。通过分析西南低涡的主要特征,结合高度场、涡度场、风场,设计了一种适应于西南低涡的HVW识别方法,将其应用于2014年6—8月GRAPES-MESO高分辨率格点分析资料,对比与西南低涡天气图实况的差异。通过对西南低涡的识别、低涡生成和消亡时间、低涡中心位置以及低涡中心强度这几方面的具体分析,得到以下几点结论:1)HVW识别方法能够有效识别出高精度格点资料中的西南低涡过程,与格点实况的吻合率达到87.5%;对于天气图和格点资料都能够再现的西南低涡个例,HVW识别方法的准确度能够达到90.9%,说明HVW识别方法能够有效捕捉西南低涡。2)以天气图实况资料为西南低涡生命时长检验标准,HVW识别方法能够合理分析低涡的生成和消亡时间。3)对西南低涡中心位置偏差进行分析发现,HVW识别的西南低涡中心位置不仅位于西南低涡气压低值附近,更位于风场辐合中心。4)对西南低涡中心强度的评估发现,格点实况与HVW识别方法分析的西南低涡强度差异几乎可以忽略,充分说明了HVW识别方法包含了格点实况的高度场信息,也说明该识别方法的西南低涡中心强度可以用来代替格点实况结果。通过对2014年6—8月西南低涡过程的具体分析,验证了HVW逐步循环定位方法的可行性、合理性以及准确性。     

南支气流对高原低涡移出高原影响的数值试验

本文在对2000年以来移出青藏高原后活动时间长的高原低涡活动过程,进行对流层中层南支气流对高原低涡移出高原的影响的观测事实分析基础上,通过对2001年6月1～5日索县低涡移出高原活动的数值模拟和试验分析,得出了在高原低涡以南的南支气流减弱或者是没有南风或者是没有南风脉动的影响,会使低涡移出高原的速度减慢,移出高原12小时后减弱消失。低涡以南的南支气流起到了向低涡区输送水汽通量、正涡度平流的作用,提供利于低涡活动持续的条件。从而丰富了高原低涡东移的认识,为高原低涡洪涝暴雨的预报提供了科学依据。     

南支气流对高原低涡移出高原影响的数值试验

本文在对2000年以来移出青藏高原后活动时间长的高原低涡活动过程,进行对流层中层南支气流对高原低涡移出高原的影响的观测事实分析基础上,通过对2001年6月1~5日索县低涡移出高原活动的数值模拟和试验分析,得出了在高原低涡以南的南支气流减弱或者是没有南风或者是没有南风脉动的影响,会使低涡移出高原的速度减慢,移出高原12小时后减弱消失。低涡以南的南支气流起到了向低涡区输送水汽通量、正涡度平流的作用,提供利于低涡活动持续的条件。从而丰富了高原低涡东移的认识,为高原低涡洪涝暴雨的预报提供了科学依据。     

2000～2007年西南低涡活动的观测事实分析

利用2000~2007年8年的逐日08时和20时的700 hPa高空资料,对西南低涡进行普查分析,获得了2000~2007年期间西南低涡活动的一些统计事实:揭示了西南低涡年、季、月、日变化特征;得到了西南低涡源地分布的主要区域;获得了移动类西南低涡东移发展的主要路径及其统计特征,从而加深了对西南低涡的认识,有助于深入研究西南低涡。     

2000～2007年西南低涡活动的观测事实分析

利用2000—2007年8年的逐日08时和20时的700hPa高空资料,对西南低涡进行普查分析,获得了2000～2007年期间西南低涡活动的一些统计事实：揭示了西南低涡年、季、月、日变化特征;得到了西南低涡源地分布的主要区域;获得了移动类西南低涡东移发展的主要路径及其统计特征,从而加深了对西南低涡的认识,有助于深入研究西南低涡。     

1998年夏季两例青藏高原低涡结构特征的比较

利用1998年Micaps历史天气图、1998年第二次青藏高原科学试验资料和NCEP/NCAR 1°×1°分辨率的再分析资料,对该年夏季两例移出与未移出高原的低涡活动过程及特征进行了对比分析,结果表明,移出与未移出高原低涡的低涡结构特征差异显著:(1)移出高原低涡,低涡环流呈圆形,厚度有3000 m左右,降水区呈环状分布;未移出高原低涡,低涡环流呈椭圆形,厚度为1500 m左右,降水区在低涡的南、西南方。(2)移出高原低涡,低涡区内绝大部分为上升运动区,并且强度在加强、区域扩大;未移出低涡,涡区内上升运动在减弱,上升运动区在缩小。(3)移出高原低涡,涡区内斜压性强,比未移出的大近一倍。(4)移出高原低涡,涡区内500 hPa有高位涡沿东北方向向上输送位涡平流,未移出高原低涡的有次高位涡沿东南方向向下输送位涡平流。(5)移出高原低涡是下层‘正涡度、暖区’、上层‘负涡度、冷区’;未移出高原低涡是下层‘正涡度、冷区’、中层‘负涡度、弱暖区’、上层‘正涡度、冷区’。     

东移低涡动力学的初步研究

用一个正压原始方程模式实施了六组试验，研究了东移低涡的动力学。结果表明：无论是切变基流与低涡的相互作用，还是涡块与低涡的相互作用，都可引起低涡强度在短暂时段内增强，但整个积分时段内低涡强度的演变仍呈下降趋势。切变基流、低涡和多个涡块的相互作用，可以改变下降的趋势。正相对涡度切变基流中低涡和涡块的合并，是东移低涡强度得以维持和发展的一个直接的原因。     

高原涡与西南涡耦合作用的个例诊断

对1982年7月26～28日由500hPa高原低涡与850hPa四川盆地浅薄低涡耦合作用引发盆地低涡强烈发展与大面积特大暴雨天气发生的机理进行了诊断研究。结果表明,高原低涡东移到100°E附近时,其低涡东部的正涡度平流与负值非平衡强迫与850hPa四川盆地浅薄低涡发生垂直叠加时,两者之间发生耦合作用。导致盆地浅薄低涡与500hPa高原涡同时发展,四川盆地发生大面积暴雨。     

一次高原低涡过程的数值模拟与结构特征分析

利用非静力中尺度数值模式MM5,模拟了2009年7月29～31日的一次高原低涡过程,结果表明,TBB卫星资料显示出在低涡发展过程中具有同热带气旋类低涡相似的涡眼结构.MM5模式能较好地模拟出低涡的降水落区、强度以及内部结构,正位涡区随着低涡的东移而东移.在动力结构上,低涡发展过程中,涡心处散度和涡度的变化不大,垂直速度...     

冷空气对两例高原低涡移出高原影响的分析

利用NCEP再分析资料对2002年8月12~20日托勒涡及2003年7月12~14日诺木洪涡两例高原低涡在冷空气影响下移出高原的斜压性和温度平流进行诊断分析,结果表明:(1)受切变线影响的托勒低涡移出高原时主要受东北方冷空气不断伸入涡区的影响,西风槽前的诺木洪低涡主要受西北方冷空气伸入涡区的影响。(2)高原低涡是在600 hPa以上涡柱内斜压性较强、500 hPa涡区内斜压性加强情况下移出高原的。不同的是:托勒低涡移出高原,涡柱内对流层中上层斜压性、500 hPa涡区内斜压性都比诺木洪低涡弱;托勒低涡涡柱内北冷南暖现象比诺木洪低涡强。(3)高原低涡是在低涡区内大部分受冷平流控制,涡区西部冷平流比东部强时移出高原的;低涡西部的冷平流加强将会使低涡发展加强,在高原以东持续。不同的是:受切变线影响的托勒低涡移出高原时低涡西部冷平流区强度比受西风槽前诺木洪低涡弱;而托勒低涡区冷平流区比诺木洪低涡移出高原时大。     

青藏高原低涡活动特征统计分析

利用1998~2011年《青藏高原低涡切变线年鉴》的资料,统计分析了高原低涡的活动特征。结果表明:14年共出现高原低涡561次,其中高原东部低涡466次,高原西部低涡95次;2000~2009年,高原低涡出现次数逐年升高;高原低涡主要出现在夏季,月变化明显,其中7月出现次数最多,2月出现最少;高原低涡移出高原的影响系统包括低槽类和切变类,分别占28.8%,71.2%。      

一次高原低涡诱发西南低涡耦合加强的动力诊断分析

利用2013年6月29日—7月2日期间逐6 h的NCEP 0. 5°×0. 5°全球预报场再分析GFS (Global Forecast System)资料,对一次引发特大暴雨的西南低涡和高原低涡耦合贯通加强过程进行动力诊断分析,结果表明:西南低涡和高原低涡耦合区上方在不同阶段均维持正涡度柱,呈现低空辐合和高空辐散的特征,并伴有强烈上升运动。垂直运动在耦合开始阶段最强,正涡度柱在耦合强盛阶段显著增强,高原低涡和西南低涡耦合贯通后,改变了涡度的垂直特征。西南低涡发展维持的涡动动能主要源于水平通量散度项和涡动动能制造项,摩擦耗散项和垂直通量散度项是其主要消耗项。高原低涡发展维持的涡动动能主要源于垂直通量散度项和区域平均动能与涡动动能之间的转换项,涡动动能制造项出现负值是其涡动动能减弱的主要原因。耦合期间强烈垂直运动将西南低涡的涡动动能向高原低涡输送,西南低涡对高原低涡发展维持有重要动力作用。     

高原低涡中涡旋波动特征的初步分析

将青藏高原低涡(下称高原低涡)视为受加热强迫的边界层内涡旋,分别研究了直角坐标系正压模型和柱坐标系正压模型中高原低涡所含的波动,揭示了高原低涡中各类波动的频散关系及其基本特征,对比分析了两种模型下所得结果的异同,讨论了高原低涡中的波动与流场特征的联系。本研究认为高原低涡既含有涡旋Rossby波又含有惯性重力外波,这对于...     

基于气象卫星的青藏高原低涡识别

利用长时间序列气象卫星及多源数据,研究青藏高原低涡综合识别方法,完成低涡数据集并与青藏高原低涡年鉴中低涡位置、路径和分布进行对比分析。研究表明:卫星识别多年平均低涡分布存在两个高值区,分别位于西藏的中北部和青海西南部及青藏高原西部,在有探空站的青藏高原东部（90°E以东）,卫星识别低涡高值区和年鉴数据吻合,冬半年,卫星识别低涡活动明显高于年鉴,主要为青藏高原西部低涡活动引起,逐年及2008年低涡路径对比也显示,有探空站区域卫星识别低涡和年鉴具有较好的一致性,表明卫星识别低涡在青藏高原东部地区的可信性;2015年青藏高原中西部新增3个探空站,年鉴中90°E以西低涡约占全年低涡总数量的22%,该区域卫星识别低涡和年鉴一致性较高,表明卫星识别低涡在高原中西部的可信性。因此,卫星识别低涡与年鉴低涡在有探空站区域有较好的一致性,可对年鉴中青藏高原东部低涡源地进行追踪,又可识别青藏高原中西部尤其是活跃于冬半年的低涡,是青藏高原年鉴低涡数据的有效补充。     

一次非典型西南低涡与降水过程相互关系的天气学分析

从大气加热角度分析了发生于2014年10月27~28日的一次非典型西南低涡生成、发展过程及其降水特征,揭示了西南低涡和降水系统之间的相互关系。得到以下结论:(1)西南低涡发生之前的降水使得降水区空气的非绝热加热率随高度不断增加从而促进了此次西南低涡的生成;(2)此次西南低涡的降水主要以对流性降水为主,降水大值中心位于涡心的偏东侧;(3)强盛期的西南低涡伴随有次级环流,次级环流既促进了低涡的进一步发展,又有利于触发涡心东侧的对流从而引发强降水。     

云辐射效应对一次高原低涡过程影响的数值模拟研究

利用NCEP-FNL再分析资料、FY-2G卫星相当黑体亮温TBB数据,通过WRF(V3.8.1)模式对2015年8月5—7日的一次高原低涡过程进行了4组模拟试验,研究了云辐射效应对高原低涡过程的影响。结果表明,云辐射效应主要通过改变云区的辐射分布影响大气稳定度,从而影响高原低涡的发展和结构。在低涡生成阶段,白天云辐射加热抑制低涡南侧的对流,从而有利于水汽和动量向低涡源地输送;夜间云顶长波冷却促进涡区的对流活动,有利于低涡的发展。低涡成熟阶段中,涡心及其周围区域夜间辐射冷却的水平和垂直分布利于涡心下沉、外围上升的垂直运动分布,并与云辐射效应构成正反馈过程,有利于涡眼结构的形成。在低涡快速东移阶段中,云辐射加热和冷却的昼夜变化调节着低涡的强度和东移速度,而当低涡东移出高原后,这种作用则变得不显著。     

近十年高原低涡与中亚低涡研究进展

高原低涡是青藏高原地区特有的天气系统,作为青藏高原地区夏季的主要降水系统,其发生发展和移动对高原周边及其下游广大地区的天气气候具有重要的影响。而中亚低涡是引起青藏高原西北新疆暴雨、短时强降水、冰雹、持续低温等灾害性天气的重要系统之一,同时也显著影响其周边甚至我国东部和南部地区的天气气候。高原低涡和中亚低涡是位于不同纬度、范围,主要在500 hPa等压面活动的低涡系统,与青藏高原及其周边地区密切联系,且都位于我国西部上游,其对下游广大地区的天气气候影响深远。目前,在高原低涡和中亚低涡基本定义、活动特征和天气影响等多方面都已取得了大量成果,但对于两低涡之间的可能关系及其影响却鲜有涉及。本文在回顾已有研究成果的基础上,总结了近10年关于高原低涡与中亚低涡研究的主要进展并指出了存在的问题,强调了开展高原低涡与中亚低涡两者关系的分析研究是未来的重要方向之一。     

低涡与怀柔暴雨

对产生怀柔县暴雨的三类低涡（蒙古低涡、西北涡和西南涡）进行了统计分析。对各类低涡暴雨的个例对比分析发现，三类低涡暴雨有相同的不稳定度和水汽条件，但垂直运动条件则不同，这些为暴雨预报提供了依据。     

基于NCEP资料的近30年夏季青藏高原低涡的气候特征

基于NCEP/NCAR再分析资料并通过人工识别与天气图对比,本文对1981～2010年夏季高原低涡的气候特征进行了统计分析,对比研究了高原低涡高发年和低发年的大气环流场和低频分量场的特征,主要结果有:（1）近30年来夏季高原低涡平均每年生成32个,低涡发生频数呈现较明显的增多趋势,并具有较强的年际变化特征,低涡频数在2000年和2005年出现显著突变,在2000年由增多趋势转为减少趋势,在2005年又转为增多趋势,同时低涡频数具有显著的准5年、准9年和准15年周期振荡,6月生成的高原低涡呈减少趋势,而7月和8月生成的高原低涡均呈现增多趋势;（2）夏季高原低涡生成源地主要集中在西藏双湖、那曲和青海扎仁克吾一带,其中高原中部涡占50.8%,西部涡占27.0%,东部涡占22.2%,6月、7月和8月生成的高原低涡分别占夏季低涡总数的44.7%、29.9%和25.4%,高原低涡生成时绝大多数为暖性涡,占总数的90.7%。近30年来平均每年夏季有1.3个高影响高原低涡移出高原并在下游大范围地区产生强降水天气;移出的高原低涡以东移为主,占移出高原低涡的56.4%,而东北移和东南移的分别占移出高原低涡的20.1%和20.5%;（3）高原低涡高发年,低层的大气环流场和低频大气环流分量场均表现出较强的水平辐合及偏南气流,高层的青藏高压在高原主体范围内较气候态偏强;高原低涡低发年的情况则与之相反,伊朗高原上空的气旋、青藏高原低槽和高原南侧反气旋的配置对高原低涡的发生具有重要作用。