LOW-DEFORMATION VORTICITY AREAS IN SYNOPTIC-SCALE DISTURBANCES FOR TROPICAL CYCLOGENESIS: AN OBSERVATIONAL ANALYSIS

It has long been known that incipient tropical cyclones (TCs) always occur in synoptic-scale disturbances or tropical cyclogenesis precursors, and the disturbances can intensify only within a limited area during tropical cyclogenesis. An observational analysis of five tropical cyclogenesis events over the western North Pacific during 11 August to 10 September 2004 is conducted to demonstrate the role of synoptic-scale disturbances in establishing a limited area of low-deformation vorticity for tropical cyclogenesis. The analysis of the five tropical cyclogenesis events shows that synoptic-scale tropical cyclogenesis precursors provide a region of low-deformation vorticity, which is measured with large positive values of the Okubo-Weiss (OW) parameter. The OW concentrated areas are within the tropical cyclogenesis precursors with a radius of about 400-500 km and can be found as early as 72 hours prior to the formation of the tropical depression. When the TCs reached the tropical storm intensity, the concentrated OW is confined to an area of 200-300 radius and the storm centers are coincident with the centers of the maximum OW. This study indicates that the tropical cyclogenesis occurs in the low-deformation 18-72 hours prior to the formation of tropical depressions, suggesting the importance of low-deformation vorticity in pre-existent synoptic-scale disturbances. Although the Rossby radius of deformation is reduced in TC genesis precedes, the reduction does not sufficiently make effective conversion of convective heating into kinetic energy within the low-deformation area. Further analysis indicates that the initial development of four of the five disturbances is coupled with the counterclockwise circulation of the mixed Rossby-Gravity (MRG) wave.     

基本气流的垂直切变对热带行星尺度大气波动的影响

通过一个赤道β平面上的绝热无摩擦的两层模式,讨论了线性垂直切变的纬向基本气流对热带行星尺度大气波动的影响。在长波近似下,当有纬向基本气流垂直切变时,可得到与东传Kelvin波和西传Rossby波对应的不稳定模态。对不稳定的Kelvin波模态,其相速受垂直切变的影响不大,而对不稳定的Rossby波模态,切变越大,西传速度越小。基本气流的垂直切变主要影响热带Rossby波。     

孟加拉湾和阿拉伯海热带气旋活动双峰型差异及可能成因

针对北印度洋热带气旋(TC)研究中存在的TC资料对比不足和TC活动双峰型特征的区域性差异分析不足的现状,采用联合台风警报中心(JTWC)TC资料和印度气象局(IMD)TC资料开展了针对性的研究。结果如下:IMD资料的时段(1990-2012年)较短、且资料记录时刻规律性差;而JTWC资料自1977年突变之后时段仍明显长于IMD资料、且资料记录时刻稳定;故采用1977-2012年JTWC资料进行TC气候特征分析。1977-2012年,孟加拉湾TC频数呈下降趋势,而阿拉伯海TC频数呈显著增多趋势;两者多年平均TC频数分别为3.6个和1.5个;两海区TC频数的季节变化都表现为双峰型,但在双峰型的峰值时间、强度以及双峰的强弱配置上存在较大差异。研究表明,纬向风垂直切变和相对涡度的季节变化可能分别是影响孟加拉湾和阿拉伯海TC活动双峰型的关键因子;就整个北印度洋而言,南亚夏季风开始前和结束后,风垂直切变维持在10 m/s及以下、正的相对涡度、较高的海表温度、较大的相对湿度都是TC生成的有利条件。     

自动气象站资料在模拟苏北一次飑线过程中的应用

为了研究自动气象站资料在模拟中国东部飑线过程中的影响,利用WRF模式模拟了2009年6月14日发生在苏北地区的一次飑线过程。首先设计了两个数值试验,两个试验都只用FNL资料作为初始场和边界条件,但是模拟开始时间分别为北京时间10时和08时,离观测的飑线过程开始时间分别有3 h和5 h。在10时开始的试验(控制试验)中,模拟飑线过程时间上有3~4 h延迟,空间上向东偏移了100 km左右,但是试验可模拟出与观测相似的飑线发展过程,即对流从山东省南部开始、飑线弓形回波在江苏北部成熟和在江苏南部消亡的过程。而在08时开始的试验中(对比试验),没有能够模拟出与观测相似飑线发展过程,降水范围和飑线水平尺度偏小,对流强度明显偏弱,时间上比控制试验更晚。分析发现,FNL资料中的相对湿度低于观测,通过增加低层水汽,可提高模拟效果,对流触发时间也与观测更加接近。在加入地面自动气象站资料的敏感性实验中,对流触发时间比控制试验提前1 h,可模拟出与观测相似的飑线发展过程。因此,低层水汽对这次飑线过程模拟具有重要影响,在飑线数值模拟中加入地面自动气象站加密观测资料可有效提高模拟能力。      

季风槽中热带气旋生成初期扰动的扰动动能收支分析

热带气旋总是发生在天气尺度扰动中,本文利用NCEP/NCAR提供的FNL资料,选取了2004年8月11日—9月10日期间季风槽中5个热带气旋生成初期扰动,通过计算动能收支分析这些初期扰动的发展。其中4个热带气旋都是生成在向西北方向传播的天气尺度波列的气旋性环流中,气旋性环流可以和呈东北—西南方向倾斜西传的MRG波的逆时针环流耦合。动能收支计算表明,初期扰动动能在热带气旋生成前12~72 h不断增加,扰动位势通量的辐合对扰动动能增长起了主要作用。在季风槽东端的合流区时,能量聚集项有重要作用,随着扰动移入季风槽内,低频纬向风切变项成为能量增加的一个重要来源。Sarika生成于季风槽西撤阶段,非线性作用项对扰动发展起了关键作用。     

热带气旋边界层精细结构研究综述

热带气旋边界层中包含许多小尺度环流系统,其精细结构与台风灾害紧密联系。随着观测资料的丰富、理论研究的深入、计算能力的提升及国家防台减灾的迫切需要,近20 a热带气旋边界层精细结构的研究日益受到国内外学者的重视,并取得了显著进展,目前该方向成为当前热带气旋研究的热点领域之一。本文对近20 a热带气旋边界层精细结构的研究从观测和模拟两方面进行了回顾,主要集中在近年来发现的热带气旋边界层滚涡和龙卷尺度涡旋,并对热带气旋边界层精细结构的研究进行展望。     

大涡模拟试验中台风梯度风平衡分析

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺度涡旋等小尺度系统,这些小尺度系统对梯度风平衡可能产生影响,使用中尺度天气预报模式结合大涡模拟（WRF-LES）对模拟台风内核区域方位角平均的梯度风平衡进行了分析,三个大涡模拟试验的水平分辨率分别为333 m、111 m和37 m,结果表明非梯度风平衡气流并未因为分辨率提高而显著增强或产生结构差异,最大超梯度风出现在边界层顶处最大切向风半径的内侧,达到梯度风速的10.8%~16.1%。进一步分析发现,不同台风中心定位方法会影响非梯度风平衡气流,最小气压方差法和最大切向风法可以得到与前人模拟一致的结构,而气压权重法得到的低层超梯度风中心远离眼墙、靠近台风中心,位涡权重法得到的低层超梯度风的径向范围向内扩大,最小气压方差法和最大切向风法更适合用于梯度风平衡研究中的台风中心定位。     

位涡趋势诊断方法在高分辨率模式资料中的应用

位涡趋势（Potential Vorticity Tendency,PVT）诊断方法已经在台风移动研究中得到较多的应用,但是多用于水平分辨率几千米的模式输出资料。发现用位涡趋势方法诊断台风移动时,模式资料输出时间间隔必须与模式空间分辨率匹配,这是因为位涡趋势方法需要同时用时间和空间差分方法计算位涡的趋势和分布。当模式水平分辨率高于1 km时,模式可以模拟小尺度系统,相应的模式输出时间间隔必须缩短,使得模式输出资料能够代表小尺度系统的变化趋势。由于小尺度系统导致的位涡变化不能直接影响台风移动,建议应用两种方法解决位涡趋势方法中的时、空匹配问题:（1）当空间分辨率增加时,相应缩短模式输出资料的间隔;（2）不改变模式输出时间间隔,对计算位涡的物理量进行空间平滑,滤去小尺度系统的影响。      

台风Rammasun(2014)与飓风Wilma(2005)快速增强过程的内核结构变化比较

热带气旋的快速增强机制目前仍然不太清楚,不少研究开始关注快速增强过程中热带气旋内核结构的变化。通过比较模拟的西北太平洋超强台风Rammasun (2014)和大西洋5级飓风Wilma (2005)快速增强过程中内核结构的变化特点,理解内核结构在快速增强过程中的变化特点。飓风Wilma是一个典型的快速增强热带气旋,快速增强期间具有弱的环境垂直切变、对称的眼墙、较小的中心倾斜以及比较直立的眼墙。但是,台风Rammasun快速增强发生在较强切变(超过10 m/s)环境下,眼墙对流呈高度不对称,强对流基本固定在台风中心的南侧。整个快速增强期间,Rammasun在垂直方向上维持较大的中心倾斜以及较大的眼墙倾斜。结果表明,快速增强也可能在不完全对称的内核结构和倾斜垂直结构的情况下发生。     

IPCC AR4模式对热带气旋热力控制因子的模拟评估

海平面温度是影响热带气旋活动重要的大尺度环境热力控制因子,根据1948-1999年热带地区(30°S-30°N)海平面温度(SST)的气候场、线性趋势、年代际变化与年际变化的空间结构特征,分别就24个IPCC AR4模式的模拟性能进行评估.结果表明,虽然24个IPCC AR4模式对SST气候场的模拟性能都比较好,但大部...