Statistic characteristics and strengthening analysis of cyclones over the Yellow Sea and the Bohai Sea in recent 10 years
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摘要: 利用2008−2018年逐小时自动站资料、常规地面高空观测资料、NCEP-FNL资料，统计黄、渤海7级及以上气旋大风过程，围绕气旋加深率和气压梯度讨论气象因子与气旋强度和发展关系，根据Petterssen地面气旋发展公式讨论温度平流、涡度平流和非绝热加热在气旋中的作用。结果表明：(1) 70.5%气旋入海后加强，14.7%成为爆发性气旋，17.6%气旋入海过程强度不变，11.7%气旋入海后减弱。影响黄、渤海的温带气旋过程主要发生在秋季，春冬季次之，夏季一次也没有出现过。入海发展的气旋多位于200 hPa高空急流出口左侧或者分流辐散区，入海减弱的气旋多位于高空急流出口右侧。(2)影响黄、渤海域的气旋有3类：自西北向东南移动的蒙古气旋(17.6%)；自西向东移动的黄河气旋(49%)；自西南向东北移动的江(黄)淮气旋(33.4%)。江(黄)淮气旋在秋季容易发展为爆发性气旋。黄河气旋和蒙古气旋入海后最大风区域通常出现在气旋的西北象限(或偏西象限)，江(黄)淮气旋最大风区域出现在气旋的东南象限。(3)温度平流是气旋入海发展最重要的物理量因子，温度平流对气旋入海发展比对气旋强度更敏感。5次爆发性气旋过程中温度平流和涡度平流均高于其他气旋过程。非绝热加热与气旋强度的相关性较强，与气旋发展相关性弱。(4)江(黄)淮气旋过程中温度平流和非绝热加热较强，黄河气旋过程中涡度平流较强，涡度平流和非绝热加热对蒙古气旋的作用较弱。Abstract: The hourly surface AWS data, conventional suface and radiosonde observation data and NCEP-FNL reanalysis data over the period of 2008−2018 were used for analyzing the cyclonic gale processes in the Bohai Sea and the Yellow Sea. The cyclone deepening rate and the pressure gradient were also discussed to analyze the relationship between themeteorological factors and the strength of the cyclone. Based on the Petterssen equation of the surface cyclone development, the effects of temperature advection, vorticity advection and diabatic heating in cyclone development were discussed. The results show: (1) 70.5% of the cyclones were strengthened after entering the sea, 14.7% of them became explosive cyclones, 17.6% of them were invariant, and 11.7% of them weakened. The extratropical cyclones which caused strong winds in the Yellow Sea and the Bohai Sea mainly occurred in autumn, secondly in spring and winter, and hardly appeared in summer. The enter sea cyclones were developed on the leftside of the exit of upper-level jet stream or the diverging region, and weakened on the right side of the exit of upper-level jet stream. (2) There are three kinds of cyclones which have effects on the Yellow Sea and the Bohai Sea: the Mongolian cyclones (17.6%) which moved from the northwest to the southeast; the Yellow River cyclones (49%) moved from the west to the east, the Changjiang-Huaihe cyclones (33.4%) moved from the southwest to the northeast which tend to develop into explosive cyclones in autumn. The maximum wind speed region often appears in the northwest (or the west) quadrant of the cyclone in the autumn and winter season, and the maximum wind speed region appears in the southeast quadrant of the cyclone in the spring. (3) The correlation coefficient of the temperature advection and cyclone deepening rate is higher than that of vorticity advection and adiabatic heating. The correlation coefficient temperature advection and cyclone deepening rate, vorticity advection and cyclone deepening rate are greater than the correlation coefficient of the barometric gradient and cyclone deepening rate. The temperature advection and vorticity advection in the four analyzed explosive cyclones events were stronger than in other cyclones events. The correlation of diabatic heating and the barometric gradient is stronger than it with the cyclone variation rate. (4) The temperature advection and diabatic heating have important effects on the Huang-huai and Jianghuai cyclone. The effects from the vorticity advection on the Yellow River cyclone are more important, and the effects from the vorticity advection and diabatic heat-ingon the Mongolian cyclone are the least.
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图 1 34次过程气旋加深率和气压梯度（a）， 34次过程地面中心最低气压（b）
柱状图上数字为气旋发生月份
Fig. 1 Cyclone deepening rates and barometric gradient (a), sea level minimum pressure in 34 cyclones processes (b)
The number at the top of the histogram is the month in which the cyclone occurred
图 2 蒙古气旋（a）、黄河气旋（b）、江淮气旋（c）路径和海平面气压（单位：hPa）
a. 2013年3月9日西北−东南路径；b. 2016.05.02西移路径；c. 2013.11.24西南−东北路径
Fig. 2 Mongolian cyclone (a), Yellow River cyclone (b), Changjiang-Huaihe cyclone (c) tracks and sea level pressure (unit: hPa)
a. Northwest-southeast path on March 9, 2013; b. westward path on May 2, 2016; c. southwest-northeast path on November 24, 2013
图 3 西北大风个例（a−c）和东南大风个例（d−f）的海平面气压场（单位：hPa）和10 m风场（风向杆，阴影区为风速14 m/s以上）
Fig. 3 Sea level pressure (shade, unit：hPa) and 10 m-wind (wind bar) in northwest gale cases (a−c) and southeast wind cases (d−f)
图 4 Z500和气旋加深率（a）, Z850和气旋加深率（b），气压梯度与Z850、Z500的相关系数（c），气旋加深率与Z850、Z500的相关系数（d）
Fig. 4 Z500 and cyclone deepening rate (a), Z850 and cyclone deepening rate (b), correlation coefficient between Z850, Z500 and barometric gradient (c), correlation coefficient between Z850, Z500and barometric gradient (d)
图 5 34次气旋过程气压梯度、气旋加深率和温度平流（a），气压梯度、气旋加深率和涡度平流（b），气压梯度、气旋加深率和非绝热加热（c），气旋梯度与温度平流、涡度平流和非绝热加热的相关系数（d），气旋加深率与温度平流、涡度平流和非绝热加热的相关系数（e）
Fig. 5 Distribution of barometric gradient, cyclone deepening rate and temperature advection in 34 cyclone processes (a); distribution of barometric gradient, cyclone deepening rate and vorticity advection in 34 cyclones processes (b); distribution of barometric gradient, cyclone deepening rate anddiabatic heating (c), correlation coefficient between temperature advection, vorticity advection， diabatic heating and barometric gradient (d); correlation coefficient between temperature advection, vorticity advection, diabatic heating and cyclone deepening rate (e)
表 1 黄、渤海气旋气象因子统计
Tab. 1 Statistics of meteorological factors of the cyclones in the Yellow Sea and the Bohai Sea
日期 200 hPa
高空急流影响系统 地面气旋
中心强度/hPa移动路径 入海后是
否加强气旋加深
率/(hPa·h−1)最小气压梯度/
(hPa·km−1)Z850/km Z500/km 1）2010年4月26日−27日 出口左侧 槽前/低涡 1 003 自西向东 增强 0.56 1.79 148 277 2）2010年10月2日−3日 出口左侧 槽前/低涡 1 010 自西向东 增强 0.43 0.98 279 378 3）2010年11月7日−8日 出口左侧 槽前/切变 1 013 自西北向东南 增强 0.275 1.25 423 550 4）2010年11月11日−12日 出口左侧 槽前/切变 1 008 自西南向东北 增强 0.539 2.5 275 353 5）2010年12月2日−3日 出口左侧 浅槽/低涡 1 013 自西向东 不变 0 1.39 678 1100 6）2010年12月10日−11日 出口左侧 槽前/切变 1 003 自西北向东南 不变 0 3.13 268 460 7）2011年11月22日−23日 出口左侧 槽前/切变 1 020 自西向东 增强 0.43 1.92 334 461 8）2012年09月27日−28日 出口左侧 槽前/低涡 1 015 自西向东 增强 0.389 1.25 346 471 9）2012年11月3日−5日 出口左侧 低涡/切变 1 010 自西向东 增强 0.573 2.78 173 280 10）2012年11月10日−13日 出口左侧 低涡/低涡 1 003 自西南向东北 增强 1.028 4.55 90 385 11）2012年12月5日 出口左侧 低涡/切变 1 018 自西向东 增强 0.599 1.34 523 744 12）2012年12月31日 出口左侧 浅槽/切变 1 018 自西向东 不变 0 0.93 859 1 142 13）2013年03月9日 出口右侧 槽前/切变后 998 自西北向东南 减弱 −0.529 4.17 195 728 14）2013年05月27日−28日 出口右侧 槽前/低涡 1 000 自西南向东北 减弱 −0.307 2.27 50 80 15）2013年11月24日−25日 出口左侧 槽前/低涡 998 自西南向东北 增强 1.776 3.13 135 371 16）2014年05月2日 出口右侧 槽前/切变 1 008 自西向东 增强 0.187 2.5 643 843 17）2014年05月4日 出口左侧 槽前/低涡 1 010 自西向东 增强 0.135 1.37 540 800 18）2014年12月19日 出口左侧 槽前/切变 1 020 自西北向东南 不变 0 1.4 400 600 19）2015年04月19日 辐散分流区 槽前/低涡 1 005 自西南向东北 增强 0.472 0.96 275 1 376 20）2015年10.01日 辐散分流区 槽前/切变 1 005 自西南向东北 增强 1.227 2.78 80 300 21）2015年11月7日 急流轴下部 浅槽/弱低涡 1 015 自西向东 不变 0 4.81 467 1 305 22）2016年02月13日 出口左侧 槽前/低涡 1 008 自西南向东北 增强 0.629 2.1 250 330 23）2016年04月16日 辐散分流区 槽前/低涡 995 自西南向东北 增强 0.944 3.57 145 276 24）2016年05月2日−3日 辐散分流区 低涡/低涡 985 自西南向东北 增强 1.319 4.81 90 325 25）2016年10月24日−25日 出口右侧 浅槽/弱切变 1 010 自西向东 增强 0.1 0.83 170 2 700 26）2016年12月8日 出口左侧 浅槽/切变 1 013 自西北向东南 增强 0.09 1.71 200 323 27）2017年01月19日 出口左侧 槽前/切变 1 028 自西向东 增强 0.789 3.01 90 400 28）2017年03月4日 辐散分流区 槽前/低涡 1 000 自西南向东北 增强 0.906 4.9 180 607 29）2018年02月13日 出口右侧 槽前/切变 1 010 自西向东 减弱 −0.103 1.56 348 756 30）2018年11月8日 辐散分流区 槽前/切变 1 008 自西南向东北 增强 1.199 4.3 86 163 31）2009年12月4日 出口左侧 槽前/切变 1 013 自西向东 增强 0.431 2.31 163 378 32）2009年12月29日 出口右侧 浅槽/切变 1 013 自西北向东南 不变 0 0.124 197 423 33）2008年04月9日 出口右侧 低涡/低涡 1 000 自西向东 增强 0.156 2.149 259 421 34）2008年04月25日 出口右侧 槽前/低涡 1 003 自西向东 减弱 −0.124 1.769 152 313 注：Z500是500 hPa系统与地面气旋中心距离，Z850 是850 hPa系统与地面气旋中心距离 
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表 2 不同类型气旋温度平流、涡度平流和非绝热加热的平均值
Tab. 2 Average values of temperature advection, vorticity advection and diabatic heating for different types of cyclones
温度平流/(10−4K·s−1) 涡度平流/(10−8s−2) 非绝热加热/(K·(6h)−1) 黄河气旋 5.7 21.7 9.7 蒙古气旋 5.9 14.9 7.0 江淮气旋 8.5 17.6 19.2
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