平流层-对流层相互作用研究进展:等熵位涡理论的应用及青藏高原影响

系统介绍了近年来应用等熵位涡理论研究平流层-对流层动力相互作用所发现的一些新的事实和机理,包括平流层冬季极涡振荡过程中平流层、对流层环流异常的时空传播特征,以及等熵质量理论框架下的平流层-对流层动力耦合机理,还介绍了影响平流层环流年际尺度异常的因子及影响过程。回顾了夏季青藏高原的热力作用所激发的负位涡强迫源对东亚及全球大气环流的影响。并基于对夏季高原周边等熵位涡经向输送垂直分布的诊断进一步说明,夏季青藏高原的存在使高原东缘及东亚地区成为平流层和对流层物质交换的独特区域,探讨了夏季青藏高原影响平流层-对流层动力耦合的一种重要途径及其影响全球气候的重要意义。

关于位涡理论及其应用的几点看法

位涡理论能非常有效地解释天气现象、预测天气系统的变化。合理应用该理论的关键是对其原本思路和原理有非常透彻的理解。本文试图对此谈几点看法。

位涡理论在暴雨分析研究中的应用

介绍了位涡的概念、分类及位涡理论研究的发展概况及其在暴雨中尺度诊断分析中的应用,分析了不同类型暴雨过程位涡研究结果,表明位涡在暴雨过程中的时空变化对确定暴雨的落区和强度有一定的指示意义,为内陆地区暴雨中尺度分析研究提供更多的诊断方法。

多层海洋背景下的位涡均一化理论研究

位涡均一化理论是现代温跃层理论的基石,是引起层化而又弱耗散的大洋次表层产生运动的重要途径之一。本文通过对位涡均一化理论的基本构造方程扩充求解,将构造理论扩充到四层大洋模式、n层大洋模式中。结果表明,在四层大洋模式中,第二层及第三层都会出现位涡均一化的区域,并且其位涡恒定值相等,皆向沿流涡北边界处的值均一化,第三层位涡均一化区域的面积小于第二层位涡均一化区域的面积。在n层模式中,除表层和底层外的n-2层皆有位涡值均一的区域,所有发生位涡均一化的层均一化区域内的位涡恒定值皆等于流涡北边界处的位涡值,且随着深度的增加,发生位涡均一化的区域面积逐渐减小,均一化区域圆心发生极向运动。整个位涡均一化区域呈现出南缓北陡,东西对称的碗状结构。

阿克苏北部暴雨和冰雹湿位涡对比诊断分析

应用湿位涡理论,分别对阿克苏北部2次暴雨和冰雹过程进行诊断分析。结果表明:θse面陡立易导致湿斜压涡度发展,形成θse陡峭密集区,密集区内暴雨和冰雹容易发生;850hPa MPV1<0和MPV2>0以及700hPa MPV1>0和MPV2<0,易产生暴雨,且MPV1和MPV2数量级相当,即正压过程与斜压过程同样重要。冰雹发生时850hPa MPV1>0和MPV2<0,由于影响系统的不同,700hPa MPV1和MPV2分布有所不同,但存在MPV1和MPV2的正负配置,有利于倾斜涡度发展。

位涡分析在新疆暴雨预报中的应用

根据位涡理论, 选取2004年7月18～20日的一次由中亚低涡造成的盛夏暴雨过程做个例分析, 对位涡与新疆地区降水和暴雨的关系进行了初步研究.结果表明: 对流层高层干位涡能较好地反映冷暖空气的活动及天气系统的演变特征, 位涡场比温度场、高度场能更清楚地示踪冷空气,这为研究冷空气的活动,特别是冷空气在触发暴雨中的作用提供了新的思路; 对流层低层湿位涡与降水的强弱有良好的对应关系, 当θe线陡立时, 易导致倾斜涡度发展,出现降水; 当湿位涡MPV<0时, 在θe线陡峭密集区内易出现暴雨.

台风“彩虹”过程的湿位涡分析

采用NCEPFNL 1°×1°再分析资料、国家气候中心0.1°×0.1°降水融合资料以及地面观测站逐时雨量数据对台风"彩虹"过程湿位涡进行分析。结果表明:850 h Pa上MPV1正负值交界的等值线密集区、925 h Pa上MPV1负值区与强降水区域均有很好的对应关系;高层MPV1正值,低层负值,有利于能量下传,增强了对流层低层的不稳定度(即θe/p增加),导致不稳定能量释放;在台风中心附近有-θe/p≈0转为<0,有利于上升运动的发展;在低层MPV2正负值弱中心降雨均不明显,反而在正负值交界等值线密集区的近负值区域一侧降雨强度大,在一定程度上可根据MPV2的分布得出冷暖空气的相互作用。

位涡守恒原理在中尺度低涡降水中的应用研究

基于Hoskins位涡理论思想从等压面位涡守恒和湿等熵位涡守恒的角度来研究对流层高层位涡扰动对低层西南涡的发生发展影响 ,发现对流层高层位涡扰动是影响西南涡发生发展的重要因素 ,它对西南涡的影响表现出它有向南向下倾斜伸展的特点 .高层湿等熵位涡面下滑的高度及风场的辐合强度与低层西南涡的发生发展有很好的对应关系 ,应用位涡守恒原理能较好解释中尺度低涡发生发展成因 .

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。

气旋波动研究进程及研究方法

较全面地回顾与阐述了气旋波动研究进程及研究方法,其中包括Bjerknes气旋模式,以及Bjerknes and Solherg(1922)提出的温带气旋生命循环和Petterssen(1956)对气旋温度结构的描述,并指出凝结潜热及地形对气旋发展的作用。还较详细地介绍了Petterssen(1956)气旋发展理论、倾斜涡度发展理论、来自准地转方程及位涡思考的气旋生成理论,以及高空超长波系统发展与高空急流加强有利于低层爆发性气旋发展的学术观点,为气旋的研究提供了历史研究背景、研究思想及方法。

一次北上中亚气旋的结构演变与发生发展机制分析

中亚气旋是造成新疆暴雨、暴雪、大风和沙尘等灾害性天气的一种主要天气系统。为深入了解中亚气旋的结构特征和形成原因,以2017年8月11—12日一次典型北上路径中亚气旋活动过程为例,利用常规气象观测资料、卫星水汽图像与NCEP再分析资料,分析了该中亚气旋的活动特征及环流形势,揭示了其垂直热力和动力结构特征,重点根据准地转理论和位涡守恒原理讨论了其发生发展机制。结果表明:(1)中亚气旋形成于500hPa高空槽前、伴有850hPa低涡和切变线影响以及高空辐散等有利环流背景之下。(2)水汽图像显示中亚气旋从初生、发展到减弱阶段,对应云系经历了由斜压叶状转变为逗点状、再由逗点状演变为螺旋状的过程。(3)地面气旋中心物理量垂直剖面显示,地面气旋初生时,其中心西侧有明显锋区并伴有正相对涡度柱,上升运动仅位于锋区以上;地面气旋发展时,锋区增强且变陡,锋区上下均存在强上升运动,气旋中心上空对流层低层正相对涡度值增大,其西侧对流层高层有正相对涡度高值区东移接近地面气旋中心;气旋减弱时,气旋西侧锋区减弱,其上空垂直上升运动也变弱,低层正相对涡度减小、整层正涡度区变陡。(4)气旋活动过程中,700hPa暖平流明显增强、高低空涡度平流差值增大以及高空辐散增强有利于气旋发生发展;另外,高空干空气的高值位涡区下沉及位涡梯度正值中心东移伴随地面气旋发展。

全国各省市气象科技期刊文章摘编（38）

1位涡理论及其应用 《气象》2010年第3期 寿绍文 南京信息工程大学210044 摘要：位涡是近代天气动力学的重要概念之一。本文主要对位涡理论的一些要点，包括位涡的定义、特性、分析方法、位涡思想、位涡反演、湿位涡以及位涡理论的发展和应用等作了介绍。位涡已经成为天气动力学领域中的重要研究方法之一。

非静力平衡下平均Hadley环流的惯性理论

将热带大气分成两层,在地面附近是行星边界层,在这一层中运动是线性的,当边界层顶辐射平衡温度给定后,可得到边界层顶的垂直运动;在边界层上是无黏性的理想大气,其中的运动是非线性的,求出了角动量、位温和位势涡度的守恒律,从而建立了在边界层垂直运动驱动下Hadley环流的惯性理论,给出了这个理论的若干解例.