一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

温带气旋暖锋后弯云图特征及结构成因分析

尽管关于温带气旋发展和演变的观点不尽相同,但目前普遍被接受的两种模型是:挪威气旋模型、Shapiro和Keyser模型。以FY-2E卫星云图为基础,先给出8个温带气旋过程实例,然后结合常规高空、地面观测及NCEP的1°×1°再分析场等资料,通过个例分析,对暖锋后弯气旋发生发展的环流背景、结构及成因进行分析。结果表明:(1)卫星云图显示东亚陆地上温带气旋存在T-bone结构和暖锋后弯的事实。(2)温带气旋发生在500 h Pa东亚大陆中高纬两脊一槽的背景下,槽加深及下游脊的发展有利于气旋的发展,与经典温带气旋发生发展的环流背景类似。(3)2012年5月11—13日个例分析表明蒙古气旋中存在锋面波动、锋面断裂、T-bone结构和暖锋后弯、暖核被隔离现象;暖核可从地面向上伸展到600 h Pa。(4)在地面气旋初生和发展阶段,地面气旋中心西侧高低层正相对涡度区呈后倾结构;当高低层正涡度区几乎垂直重合时,地面气旋停止发展;气旋中心西侧对流层中低层的锋区一直存在。(5)当高低层涡度平流差值为正、300 h Pa正涡度平流引起的辐散叠加到对流层中低层锋区之上,地面气旋才会生成和发展。逐渐增强的暖平流从气旋中心的东部和北部向气旋的西部和西南部输送,从而形成了卫星云图上的T-bone结构和暖锋后弯现象。     

基于NCEP资料的一次东移引发暴雨的江淮气旋结构特征分析

2015年5月1—2日由江淮气旋引发了一次江淮和江南暴雨天气过程,利用常规地面、高空观测、6 h一次的NCEP1°×1°再分析场、星下点分辨率为5 km的FY-2E水汽云图等资料,重点分析了江淮气旋的生成环境、结构特征、演变过程及东移原因,在此基础上分析了此次暴雨过程的成因。结果表明:(1)这次江淮气旋生成于500 h Pa西风槽前,西南涡沿暖切变线东移、地面冷锋进入低压倒槽的顶端;此后该气旋向东移动,但强度逐渐减弱。(2)这次江淮气旋表现为中低层浅薄系统,温度锋区弱,与经典的深厚温带气旋结构不同。江淮气旋生成时,正相对涡度区随高度向西倾斜;当高低层正相对涡度区逐渐垂直重合时,江淮气旋减弱。(3)暴雨的产生与低空急流输送的丰富水汽、500 hPa高空槽前中低层低涡、切变线、气旋等引起的强上升运动有关;暴雨区南北两支次级环流圈的存在有利于强上升运动的维持;地形抬升作用使得降水加强。(4)地面气旋中心总是沿中低层暖平流区域及其下游高低层微差涡度平流较大区域移动,移向对流层中层上升运动区。     

一次温带气旋涡度场演变特征及气旋发生发展机制分析

气旋是涡旋运动,因此相对涡度(以下简称涡度)是确切表征气旋中心位置和强度的物理量,分析气旋发生发展过程就是分析涡度的变化机理。文中采用1000 hPa地转风涡度表征地面气旋,利用常规地面观测、6 h一次的NCEP 1°×1°再分析场等资料,对2014年6月一次具有螺旋式回转路径的北方温带气旋过程进行了诊断分析。利用Petterssen地面气旋发展公式,再结合300 hPa涡度平流、散度场与850 hPa热力场的配置关系,考察了对流层中低层温度平流、500 hPa涡度平流以及300 hPa涡度平流引起的辐散对地面气旋发展的贡献。结果表明:(1)这次气旋过程中500、300 hPa存在两个正涡度区及涡度中心的替换:即在地面气旋发生发展阶段,第一个涡度中心为主要的涡度中心;在气旋减弱阶段,第二个涡度中心成为主要的涡度中心。(2)地面和高空涡度中心均以逆时针螺旋式路径移动。在地面气旋初生和发展阶段,高低层涡度中心及正涡度区呈后倾结构;当高低层涡度中心及正涡度区几乎垂直重合时,地面气旋停止发展。(3)温度平流项在气旋初生阶段起主要作用;500 hPa涡度平流决定了地面气旋的发展。(4)当300 hPa正涡度平流引起的辐散区叠加在对流层低层850 hPa斜压锋区上时,地面气旋发展。     

陆地上爆发性温带气旋的暖锋后弯结构分析

温带气旋的暖锋后弯是20世纪80年代末从北大西洋爆发性气旋现场科学试验中发现的一个重要科学成果, 修正了 经典温带锋面气旋模式中锢囚锋的概念。在地球同步卫星云图上, 经常可以观测到欧亚大陆的气旋云系也存在与暖锋后弯 非常类似的演变过程。利用常规的高空、地面观测, NCEP的1°×1°再分析场和FY-2E 水汽图像等资料, 通过分析2012年5 月11-14日一次蒙古气旋强烈发展的结构特征, 揭示了在内陆地区温带气旋发展过程中若暖锋锋区增强而冷锋锋区减弱, 则 该类气旋也存在暖锋后弯和暖核被隔离的事实。分析结果还表明该类蒙古气旋中暖核强度虽不如海洋爆发性气旋, 但其厚 度可伸展到600hPa,在对流层低层850hPa低压中心附近不仅有暖核, 而且存在与暖核近乎重合的干中心, 但干暖中心与气 旋中心并不重合。另外, 单站探空及垂直剖面的分析显示, 在后弯的暖锋锋区附近存在强的湿上升运动, 干暖核内以干空气 和下沉运动为主, 在边界层内后弯暖锋锋区比冷锋锋区强;在冷锋后部的干输送带中对流层中高层锋区明显, 且总体上相对 湿度较小、上升运动微弱, 最显着的干区位于锋区上方下沉的暖空气中。     

北疆北部一次暖区暴雪天气过程的综合分析

利用地面观测、高空探测常规资料、NCEP 1°×1°再分析以及FY-2G红外云图,综合分析2016年11月10—13日北疆北部的暖区暴雪过程成因,结果表明:此次暴雪天气是在"单阻型"经向环流和有利的高低空天气系统配置下发生的,主要表现为500 hPa东欧阻塞高压脊稳定,西西伯利亚低涡和冷槽东南下至北疆境外的中亚地区,200～500 hPa低涡和冷槽系统深厚且呈前倾结构,低涡底部极锋锋区加强并压至北疆上空,700～850 hPa北疆北部有暖平流和暖脊发展,地面气压场呈"两高夹一低"形势,北疆在地面冷锋前部和暖锋后部的暖区内。中高层西北急流、低层偏西气流和偏东气流3支气流在暴雪区上空汇合,暴雪区位于高空低涡底部西北急流、低层暖平流和切变线、地面暖低压南部的高低空重叠区域内。500 hPa以下仅有一条西方水汽输送路径,最强水汽输送在600～700 hPa,最强水汽辐合位于850 hPa附近,最大暴雪中心(裕民)的水汽输送强度更强、厚度更厚、时间更长,其平均云顶黑体亮温TBB值较富蕴偏高10℃左右。     

北疆北部一次暖区暴雪天气过程的的综合分析

利用地面观测、高空探测常规资料、NCEP 1°×1°再分析以及FY-2G红外云图资料，综合分析了2016年11月10—13日北疆北部的暖区暴雪过程成因，结果表明，此次暴雪天气是在“单阻型”经向环流和有利的高低空天气系统配置下发生的，主要表现为500 hPa东欧阻塞高压脊稳定，西西伯利亚低涡和冷槽东南下至北疆境外的中亚地区，200～500 hPa低涡和冷槽系统深厚且呈前倾结构，低涡底部极锋锋区加强并压至北疆上空，700～850 hPa北疆北部有暖平流和暖脊发展，地面气压场呈“两高夹一低”形势，北疆在地面冷锋前部和暖锋后部的暖区内。中高层西北急流、低层偏西气流和偏东气流三支气流在暴雪区上空汇合，暴雪区位于高空低涡底部西北急流、低层暖平流和切变线、地面暖低压南部的高低空重叠区域内。500 hPa以下仅有一条西方水汽输送路径，最强水汽输送在600～700 hPa，最强水汽辐合位于850 hPa附近，最大暴雪中心（裕民）的水汽输送强度更强、厚度更厚、时间更长，其平均云顶黑体亮温TBB值较富蕴偏高10℃左右。     

2010年4月27日莱州湾大风过程诊断分析

利用NCEP资料对2010年4月27日莱州湾大风过程进行了诊断分析。结果表明,气旋的爆发性发展导致气旋冷锋后部的锋生加强引发的变压梯度加大是造成此次莱州湾地区大风过程的直接原因。通过大尺度环境场分析,以及温度平流、涡度平流、高空急流、高层位涡异常的诊断分析,认为强的大气斜压性和其所伴随的冷、暖平流使高空槽发展;高低层涡度平流差异是地面气旋发展初期的主要因子;高空槽前急流轴向极一侧的非地转分量所引起的辐散有助于气旋发展;高层高值位涡下传激发了气旋性环流,造成地面气旋爆发性发展。     

影响东北的两个罕见气旋发展机制对比

2007年3月3—5日和2016年5月2—3日有两个气旋（简称C304和C502）在江淮流域生成后,以相似路径影响东北地区,但发展强度不同。利用常规观测资料和NCEP FNL分析资料,通过对涡度平流、温度平流、湿位势涡度及锋生函数等物理量进行诊断并结合高、低空环流形势对两个气旋发展动力机制进行对比分析,结果表明:C304低空温度平流在气旋发展初期起主要作用,高空正涡度平流为地面气旋发展提供高空辐散场,地面气旋中心上空垂直上升运动增强,对流层低层斜压性明显,气旋性涡度增加主要在对流层下层,低空斜压强迫是主要发展机制;C502低空温度平流弱,斜压性不明显,高空正涡度平流促使高空闭合环流发展,对流层上层有高湿位涡舌发展下垂并与对流层下层正湿位涡柱耦合贯通,垂直上升运动分布在地面气旋中心两侧,高空位涡下传是主要发展机制。两个气旋发生发展在对流层上层两支急流共存、急流非纬向性反气旋性弯曲环流形势下,对流层低层为气旋式环流背景。     

位涡和高空急流在一次强沙尘暴过程中的作用

利用高空、地面资料对2006年4月9—11日大范围强沙尘暴天气分析发现：横槽和高空锋区是沙尘暴的主要影响系统;地面两路冷锋引起西路和西北路沙尘暴。通过中尺度GRAPES—MESO模式数值分析发现：蒙古气旋后部的位涡下传对气旋的发展有着重要作用,是引起西路蒙古气旋区爆发大范围沙尘暴的重要因素;700hPa干位涡斜压项正值区的出现和移动变化可作为预报西北路沙尘暴发生的重要指标。高空急流所形成的次级环流和冷锋前次级环流的耦合是西北路沙尘暴形成的重要垂直动力条件;高空急流下的反环流起到动量下传和加强锋区的作用,是沙尘暴产生的重要动力和热力机制。