爆发性气旋及平流层空气干侵入现象的研究

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早在60年代,有人在有限的观测资料分析基础上提出了“干侵入”概念,即在温带气旋发展中存在平流层大气下沉至气旋内的对流层中下层。但是由于计算技术限制,至今还未揭示出在“干侵入”过程中空气运动轨迹。我国对东亚和太平洋爆发性气旋的研究数量不多,尚有待深入,并尚未见到对“干侵入”现象的研究。  干侵入在气旋爆发性发展过程中作用的认识,对于爆发性气旋理论研究和气旋灾害性天气预报都是很重要的。目前数值模式水平已能相当准确地模拟出气旋的发展,同时先进的计算机可视化技术可以展示出模拟大气中发生的各种物理过程,包括空气块的运动轨迹,使深入研究爆发性气旋和“干侵入”成为可能。  论文选择了1993年6月1日在我国东部生成并在黄海爆发性发展的一个气旋作为研究对象,用实际观测资料对它的发展过程进行了分析和诊断,并利用MM5数值模式对此个例数值模拟的资料,使用五维大型可视化系统LiveView这一新的可视化手段,力图较详细的揭示此事件中发生的平流层空气干侵入现象,探讨其发生原因及在这次气旋爆发性发展中所起的作用。  文中给出“干侵入”的各种水平剖面、垂直剖面和立体图像以揭示其三维的热力学和动力学结构。结果表明,从对流层顶及平流层下部下沉的干侵入空气具有高位势涡度和低湿球位温的特征。在云图上表现为一斧形暗区,在极锋云带和云头低云间形成干缝。高空急流特别是高空槽后急流的加强使高空槽区的等压面下降,从而导致了对流层顶的下沉折叠。  论文采用轨迹分析方法,较完整地揭示了“干侵入”过程中空气块的运动。即,对流层顶附近及平流层下部的干空气从折叠处下沉,在高空急流核左侧下沉气流的输送下,下降到对流层中下层,从而导致干侵入现象的发生。干侵入从地面气旋中心西南侧上方下沉侵入气旋中心湿区,最后在气旋中心区气旋性旋转抬升而结束干侵入过程。  论文最后探讨了发生“干侵入”的机制和它与气旋爆发性发展之间的关系。分析发现,平流层下部高位势涡度的空气下沉侵入到气旋中心湿区上方,与湿区中上升空气的由于凝结潜热释放而产生的高位势涡度上下耦合导致了气旋的爆发性发展。干侵入的低湿球位温空气下沉侵入到气旋中心湿区上方,由于低层的暖湿空气具有高湿球位温。因此在气旋中心区形成位势不稳定层结,有利于气旋的爆发性发展。干侵入下沉插入地面气旋中心区上方湿空气的速度和强度与气旋爆发性加深之间有很强的正相关。因此可以说干侵入是影响气旋爆发性发展的重要因素之一。干侵入在向气旋内上空下沉侵入过程中气块绝对涡度的增大是造成气旋爆发性发展的动力强迫机制。
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