台风榴莲（2001）生成初期中尺度涡旋合并过程研究

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生、发展的复杂性,热带气旋生成机制研究领域至今仍然存在很多未解之谜。已有的观测和模拟研究证明,中尺度涡旋合并过程对于热带气旋的生成可能有触发作用,但尚未见到南海季风槽内热带气旋生成过程中中尺度涡旋合并现象的实例模拟研究。利用新一代中尺度天气研究与预报模式WRF对南海热带气旋榴莲(2001)生成过程中的中尺度涡旋合并过程进行了高分辨率(4 km)数值模拟,并与观测资料进行对比,利用模式输出结果重点分析两个中尺度涡旋合并过程中的主要动力学和热力学特征,并在此基础上进一步分析了合并过程中系统中心附近涡度方程中各项涡度收支的演变情况,最后通过两个敏感性试验与控制试验结果的对比,初步探讨中尺度涡旋合并过程对于热带气旋榴莲生成的作用。结果表明,南海季风槽中的新生中层中尺度涡旋V2,是榴莲生成过程中的主导涡旋,预先存在的东部低层的中尺度涡旋V1对于台风榴莲的生成则起到了辅助作用,两个不同高度的涡旋合并叠加促使涡度的辐合、辐散项率先在低层引起涡度的快速增长,随后垂直输送项在对流层中层对涡度的增长起主要作用。两个涡旋的最终合并,使热带气旋系统正绝对涡度在垂直方向上从低层到中层得以贯通,进而触发榴莲的生成。     

半热带气旋大暴雨天气的初步分析

对１９９５年８月１４－１７日山东连续大暴雨天气进行了分析与研究，指出了半热带地山东大暴雨天气的作用，进一步揭示出半热带气旋大暴雨天气的物理机制。     

热带气旋生成过程的中尺度涡旋活动数值模拟

热带气旋生成过程中包含不同尺度环流及其相互作用。为此,本文将热带气旋生成数值模拟的起点提前到模拟中尺度涡旋(MCV)的生成,从而利用高分辨率数值试验结果,对热带气旋过程中的不同尺度涡旋活动进行分析。模式首先模拟了季风涡旋的东南侧增强的西南气流中出现低形变旋转性扰动,随着扰动的旋转性增强,中层出现水平尺度为200 km左右的MCV。在扰动区内的不同高度上还发现10~20 km尺度不等的中γ气旋性涡旋扰动,其中部分涡旋扰动具有热塔的特征,中γ气旋性涡旋扰动在MCV的旋转环境内不断组织化,低层气旋性涡旋扰动的分布比中层更加集中。模拟表明这些较小尺度的气旋性中尺度涡旋扰动对热带气旋的生成有重要作用。     

热带气旋远距离暴雨过程的诊断分析

利用天气实况和NCEP再分析资料，对2004年8月26—28日山东大暴雨过程进行了客观分析。结果表明，0418号热带气旋在福建沿海登陆后，其北伸倒槽与西风带弱冷空气结合造成了本次大暴雨过程，具有明显的中低纬系统相互作用特征。伴随登陆热带气旋生成的低空东南急流为暴雨输送了丰富的热量和水汽，成为联系中低纬度系统的纽带。西风带弱冷空气侵入台风北伸倒槽后，在黄淮之间有明显的暖锋锋生特征，是触发倒槽区域中尺度对流发展和暴雨产生的重要动力机制。暴雨与高能舌区具有很好的对应关系，总能量分布对热带气旋远距离暴雨的落区具有很好的指示作用。     

华东地区大范围热带气旋大暴雨的综合分析

本文对１９８０－１９８９年华东地区出现的气旋暴雨进行了统计，定义了华东地区大范围热带气旋大暴雨，对产生华东地区大范围热带气旋大暴雨的形势场特征进行了分析，并对产生大暴雨的动力、热力条件进行了分析，最后得出了产生华东地区热带气旋大暴雨的概念模式。     

热带气旋内中尺度波动的不稳定机理研究进展

在回顾了近年来热带气旋波动动力学研究的基础上,介绍了热带气旋内中尺度波动不稳定机理研究方面的进展,分别对热带气旋三类中尺度特征波动的不稳定,即经典重力惯性波、涡旋Rossby波和具有物理性质不可分的混合波的不稳定进行了物理分析,给出了热带气旋内对称不稳定、横波不稳定、对流对称不稳定、涡旋Rossby波正压不稳定及混合波不稳定的动力解释,进一步说明热带气旋内中尺度扰动发展是与基本气流的动力(水平和垂直切变)及热力状态之间的相互作用密切相关。     

地形对登陆台风麦莎(2005)影响的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2005年9号台风Matsa("麦莎")登陆后期的过程进行了48h模拟,应用低通滤波器分离模拟结果中的天气尺度和次天气尺度运动,并采用热带气旋动态坐标跟踪考察登陆过程中热带气旋的次天气尺度环流特征.通过研究地形对两种尺度间动能和涡度转换的影响,进一步证明了地形对热带气旋有着不可忽视的影响.结果表明,地形的存在有利于维持热带涡旋性强度,这种影响随气旋中心与地形间距离的缩小而逐渐增强,且强度的增强在对流层中高层表现得更为明显.去掉地形后对流层低层次天气尺度系统向热带气旋输送的动能减少,次天气尺度系统对热带气旋动能的消耗增大;当低层涡度转换项的垂直运动贡献为负时,去掉地形会加剧这种负贡献,即次天气尺度系统从热带气旋得到更多的正涡度;从整体上看,去掉地形后,热带气旋不仅没有从次天气尺度系统获得正涡度,反而将自身的正涡度向外输送.     

两个β中尺度气旋性涡旋合并的数值研究

利用中尺度模式MM5对1998年6月29日发生在江淮流域的暴雨过程中的两个β中尺度气旋性涡旋的合并过程进行了数值模拟,分析研究了流场演变特征.结果显示,在800hPa上的两个β中尺度涡旋合并最早最快,在低空925hPa上出现时间晚,合并也晚.在合并过程中的风向和风速变化特征与两个天气尺度气旋或台风合并过程中的特征相仿.     

试论华南西部热带气旋槽暴雨特征

本文对华南西部热带气旋槽暴雨的天气学特征以及暴雨的中尺度特征做了较深入的分析,提出了和其他低值系统共生的华南西部热带气旋槽是形成热带气旋槽重大暴雨天气过程的主要机制的天气事实,并对其结构特征作了动力学和热力学分析,这将对华南西部热带气旋槽暴雨特征的认识和预报业务工作的改进有较大帮助。     

两次由热带气旋登陆粤中北行诱发的重大暴雨过程分析

１９９５年８月广西地区在９５０４、９５０５两强热带风暴登陆粤东地区以后，受与其活动相关的涡旋云团接连影响，造成了罕见的次生低涡重大暴雨天气过程（简称９５０４、９５０５过程，下同）。从天气学特征分析，两者既有许多相似之处，也有很大的差别，其一为热带辐合带内扰动西移影响，另一次则是高原东南部由极锋锋区扰动而产生的“类西南涡过程”。经过综合分析，可以认为热带气旋登陆后，后伴随着辐合带内扰动云团的强烈发展     

台风螺旋雨带——涡旋Rossby波

台风中的螺旋云雨带是由多种探测手段被观测到的现象 ,是为大家所共识的不争事实。但是 ,对它的形成、维持的理论解释 ,虽有多种学说 ,一直以来人们都倾向于重力惯性波说。而重力惯性波说有一个致命的弱点 ,即波的相速理论值为 10 1m/s量级 ,它要比螺旋云雨带实测移速只有 10 0 m/s几乎大一个量级。于是从前几年开始 ,人们又回到 30多年前提出的涡旋 Rossby波说那里去寻找合适的解释。经典的Rossby波是 β =(df/dy)作用的大尺度波动 ,而适用于台风中螺旋云雨带的涡旋———Rossby波乃是 f平面 (β =0 )上的中尺度波动。那末 ,对这两类尺度不同和成波机理不同的波动 ,何以均冠予Rossby波一词 ?本文试图从动力学等价原理上 ,对此作统一联系的说明。其结果是 :台风基本气流的涡度 ζ随径向 (r)变化的梯度d ζdr=1rr(r vλ) ,在动力学上等价于科氏参数 f随纬度变化的梯度即β=df/dy ;或者说它们在绝对涡度守恒的前提下 ,作为波扰动的成波机理是等价的     

EFFECTS OF VERTICAL WIND SHEAR ON INTENSITY AND STRUCTURE OF TROPICAL CYCLONE

In this study,the effect of vertical wind shear(VWS)on the intensification of tropical cyclone(TC)is investigated via the numerical simulations.Results indicate that weak shear tends to facilitate the development of TC while strong shear appears to inhibit the intensification of TC.As the VWS is imposed on the TC,the vortex of the cyclone tends to tilt vertically and significantly in the upper troposphere.Consequently,the upward motion is considerably enhanced in the downshear side of the storm center and correspondingly,the low-to mid-level potential temperature decreases under the effect of adiabatic cooling,which leads to the increase of the low-to mid-level static instability and relative humidity and then facilitates the burst of convection.In the case of weak shear,the vertical tilting of the vortex is weak and the increase of ascent,static instability and relative humidity occur in the area close to the TC center.Therefore,active convection happens in the TC center region and facilitates the enhancement of vorticity in the inner core region and then the intensification of TC.In contrast,due to strong VWS,the increase of the ascent,static instability and relative humidity induced by the vertical tilting mainly appear in the outer region of TC in the case with stronger shear,and the convection in the inner-core area of TC is rather weak and convective activity mainly happens in the outer-region of the TC.Therefore,the development of a warm core is inhibited and then the intensification of TC is delayed.Different from previous numerical results obtained by imposing VWS suddenly to a strong TC,the simulation performed in this work shows that,even when the VWS is as strong as 12 m s-1,the tropical storm can still experience rapid intensification and finally develop into a strong tropical cyclone after a relatively long period of adjustment.It is found that the convection plays an important role in the adjusting period.On one hand,the convection leads to the horizontal convergence of the low-level vorticity flux and therefore leads to the enhancement of the low-level vorticity in the inner-core area of the cyclone.On the other hand,the active ascent accompanying the convection tends to transport the low-level vorticity to the middle levels.The enhanced vorticity in the lower to middle troposphere strengths the interaction between the low-and mid-level cyclonical circulation and the upper-level circulation deviated from the storm center under the effect of VWS.As a result,the vertical tilting of the vortex is considerably decreased,and then the cyclone starts to develop rapidly.     

0308号强热带风暴天鹅路径和降水分析

详细分析了0308号热带气旋天鹅在南海中部加强为强热带风暴后云系的演变以及对路径和降水产生的影响，结果表明：强对流云团的“吸附”作用是天鹅登陆后路径南折的主要原因；垂直速度场对热带气旋路径短期偏折方向有较好的预报指示意义，热带气旋有向强上升运动区偏折的趋势；中尺度暴雨出现在强对流云团中小涡旋的螺旋云带上或云顶亮温的梯度密集区与地面风向辐合区重叠处。     

东北冷涡诱发的一次MCS结构特征数值模拟

应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴进行了数值模拟,较成功地模拟出了MCS强对流风暴结构。东北冷涡南部锋区斜压扰动及有利的潜在不稳定层结为MCS产生提供了环境条件。MCS在发展阶段,天气尺度抬升使不稳定能量积累,低层中尺度能量锋区及中尺度气旋性环流加强使中尺度辐合加强,产生中尺度强上升气流冲破中层稳定层结,倾斜上升逐渐发展为垂直上升。MCS强风暴成熟阶段地面气压场表现为强的雷暴高压,并有弱的前导低压和尾随低压配合。对应于雷暴高压的边界层冷丘与南部的暖湿气流形成的θe不连续线加强了低层气流的辐合抬升。前导低压与800~700hPa暖心低压扰动合并在一起,是由地面辐合、上升气流抽吸、潜热增温共同形成的低压扰动,对对流系统的维持和移动有重要作用。     

登陆孟加拉湾风暴结构个例分析与数值模拟

采用NCEP-NCAR再分析资料,分析了2006年4月29日登陆缅甸并造成云南省强降水过程的孟加拉湾风暴结构。并且利用美周新一代中尺度WRF（weather Researchand Forecast）模式对2006年4月28～30日云南强降水过程进行了数值模拟研究。结果表明：孟加拉湾风暴登陆前后结构具有明显变化,从基本对称结构演变为非对称结构,WRF模式较好地模拟出盂加拉湾风暴登陆前后环流场特征和风暴移动路径以及造成云南强降水雨带的分布特征。     

2011年5月11日内蒙古地区强沙尘暴天气过程分析

基于1°×1°NCEP资料、常规气象观测资料及地面加密观测资料,对2011年5月11日发生在锡林郭勒盟地区的强沙尘暴过程进行天气学分析和诊断,得出如下结论:(1)此次强沙尘暴过程特点是落区集中、强度大、强沙尘暴持续时间长、沙尘暴区与大风区(6级以上)非常一致。冷涡及强锋区、蒙古气旋和冷锋是触发这次强沙尘暴天气过程的重要天气系统,此次强沙尘暴天气过程则属于蒙古气旋和冷锋共同作用引起的类型;(2)高空急流左中和左后方的辐合区,及左前侧的高空辐散区均出现了沙尘暴,下沉只在动量下传中起到了重要作用。垂直螺旋度在东移的过程中正值中心与强沙尘暴区域对应较好,且具有典型的上负下正的垂直结构,构成了低空强辐合、高空强辐散的深厚上升运动区,这样螺旋度垂直分布是十分有利于沙尘暴发展的一种形式;(3)在沙尘暴发生前,具有不稳定特征。沙尘天气开始时,等位温线几乎垂直于横坐标,表明此时大气层结非常接近绝热状态(中性层结),由于中性层结能够减小抬升所需的能量,因而有利于干对流的产生。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

华南涡旋暴雨的物理对比分析

低涡型暴雨是华南地区一种重要的暴雨类型,它常常发生在对流层低层天气尺度切变线上,虽难从气压场上找到,但它所造成的暴雨却很强。我们发现,常规天气图上似乎很弱的这类涡旋,却有较强的流场涡度和典型的散度分布,构成了强降水过程的必要物理条件。本文把它与热带气旋发展过程中的物理结构、能量变化和转换特征进行了诊断、对比分析,指出它们不仅三维物理量场分布差异较大,其发展过程中能量变化也有很大差异。热带气旋的K,值远大于切变线低涡,但K_φ的变化则相反,无论是其绝对值或它占总动能的比值,都不      

山脉地形对热带风暴Fitow结构和运动影响的数值试验

热带风暴自东向西穿越琼州海峡时常常与海南西部的强天气相对应,尤其当风暴中心在海峡中部或海峡西端出口处有向西南方向的偏折时。Fitow(0114)是这类热带风暴的一个典型。通过对Fitow热带风暴的研究和分析,揭示了一个事实:Fitow在沿海峡西行过程中,其外围中尺度结构发生明显变化———风暴中心西南象限有一个中尺度对流(MCS)小涡生成和发展。受到这个诱生MCS小涡的“吸引”,Fitow在穿行海南岛北部和琼州海峡时,路径向西南方向偏折。数值模拟结果表明,海南岛中部的五指山地形对Fitow自东向西穿行海峡时的这种结构变化有显著影响:(1)当热带风暴Fitow(0114)自东向西穿过岛屿北部和琼州海峡时,其外围西北气流与山脉的辐合地带往往会诱生出中尺度强对流涡旋系统(MCS)。这种系统经过尺度分离和滤波处理后便会在山脉西北麓显现出来。(2)MCS小涡只生成在地形高度之下的大气层;地形高度之上并不显现这一小涡。用0高度作敏感试验的结果,在相同位置并不生成这种MCS小涡。(3)诱生小涡(MCS)的存在,对Fitow会产生“吸引”作用,使其向西南方向MCS所在处偏折。且MCS越深厚,维持时间越长,对Fitow中心的“吸引”程度越大,其中心向西南方向的偏折和移动越明显。0.0 km高度无MCS小涡时,Fitow中心并无这种偏折,而是向西北方向移动,在雷州半岛登陆。