黄海气旋( 三 )

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图7 1993年6月2日00:00UTC GMS卫星红外云图我们利用美国大气研究中心（NVAR）的中尺度数值模式MM5对这个气旋进行了数值模拟。从6月1日00:00UTC开始积分36h 。格线距为54km，格线数为81×97 。垂直方向为27层。採用了Kain-Fritsch对流参数化方案。每小时输出一次模拟结果，其中包括显式降水过程中的云水、雨水和冰水的三维数据。数值模拟结果6月1日12:00UTC到2日00:00UTC气旋中心气压从988hPa下降到974hPa，在这12h中气旋加深的速率超过了1hPa/h，其发展速度达到暴发性气旋的水平。气旋中冰水含量为0.1g/kg的等值面三维图像和卫星观测到的气旋逗点状云系非常相似，说明数值模拟是相当成功的。特别值得指出的是，Live View所产生的气旋云系的冷云顶表面三维图像清楚地展示出气旋逗点云系的三个组成部分：斜压叶云区、锋面云带、勾状云区。由斜压过程产生的叶状云区位于气旋东北部的暖锋上方，其云顶最高；勾状云区位于气旋中心的西北侧并向西南伸展，三维图像清楚地展示出其云顶高度明显的低于斜压叶；冷锋云带一直延伸到华南沿海，云带的冷空气一侧很陡峭，云带上有一个个突起的与中尺度对流相联繫的冷云顶。图中还给出了5km高度水平剖面上的流场，以展示强烈发展的气旋和高空扰动的联繫。锋面立体图像80年代外热带气旋的研究发现，海洋上气旋强烈发展过程中存在所谓“T-bone”特徵的锋面结构，如图8所示，气旋的强烈发展使暖锋向气旋中心的后方（即向西）弯曲，暖空气和冷空气都向气旋中心捲入，在气旋的中心部分形成暖核和狭窄的乾冷缝。这一发现将挪威学派气旋模式中的锢囚锋结构修改为一条向后弯曲的暖锋，即气旋中心部位并不存在因冷锋赶上暖锋成为水平温度梯度很小的锢囚锋，而是一条因后弯而变得非常狭窄的具有很大温度梯度的暖锋。

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图8为了给出气旋中锋面的立体图像，我们用Live-View製作了相当位温为325K的等值面三维图像。冷、暖锋的坡度有明显的不同，冷锋的坡度非常陡。特别是冷、暖锋在气旋的中心部位并未重合，一条狭窄的乾冷区向后一直捲入到气旋的中心，形成一条干缝。流场三维结构为了给出气旋流场三维结构，我们在图像中同时给出数值模拟的1.5km高度的风矢量场、12km高度的流场、风速为50m/s的等值面、两个南北方向垂直剖面上的等风速线分布及整个三维空间的风速数据体。图9中低空风矢量场展示了中气旋的涡旋状风场和锋面附近的风场切变。三维风速等值面形象地展示出与地面气旋相联繫的高空急流的管状结构，两个急流管分别位于高空波动的槽前和槽后。用不同色彩表示的风速值在三维空间的分布，展示出急流管内部的风速值非常大（鲜红色）。在急流管外，颜色由黄色逐渐转变为兰色，表示风速值由大到小的变化。两个垂直剖面上的等风速线分布，进一步对风速值的三维分布作出定量的表示。

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图9 图10进一步给出了与三维流场相配合的正涡度分析，同时给出1.5km和9.0km高度的风场剖面。图中黄色为17×10-5s-1的相对涡度等值面立体图像，展示了高空槽区和低空闭合涡旋区分别为两个大的近于圆形的正涡度区，从这两个正涡度区中向东北和西南延伸的两条带状正涡度区，分别与高空急流左侧的强风速切变和低空锋面附近风向的气旋式切变相联繫。特别有意义的是，图中显示出气旋中的强正涡度区明显的分为高、低空两部分，而对流层中层是一个涡度的相对小值区。根据天气动力学的质量补偿原理，对流层中部应存在一个无辐散层。由涡度方程可知，涡度的产生率和散度有关，由于对流层中部的散度最小，所以涡度场也最弱。Live-View所展示的气旋三维流场所对应的涡度分布很好地揭示出锋面气旋中涡度空间分布的这个基本特徵。