强风暴的启动和快速发展机制是大气研究的重要课题之一。通过将诊断工具和数值模拟结合，本文研究了许多中尺度天气现象，例如超级单体，暴雨和强沙尘暴。本文特别研究了涡度和螺旋度的动力机制及其在风暴发生发展过程中的重要性。研究通过一系列不同环境湿度条件下的敏感性实验证明，风暴发生环境中的充足水汽能显著增强风暴强度，并使风暴比在干空气中传播得更快。充足水汽更能进一步产生长生命期的强烈的低空中尺度涡旋。研究也表明，螺旋度和垂直速度（风暴中上升或下沉气流）间的相关度是环境是否有利与风暴发展的有力判据。研究还发现，上升气流的幅合和扭转越强，就表明由于湿空气造成的螺旋度增大在超级单体中导致了越强的旋转效应。 本文用基本的要素推导出了一个包含热力项的相对涡度交换率方程，其中的热力项包含相对涡度和锋生之间的联系。要素分析的方法（ingredient-basedmethodology）整合了与垂直涡度发展有关的许多物理要素的诊断分析，这些要素包括大气的稳定性，切变性，斜压性和加热。我们还通过用数值模式模拟一次中国梅雨锋中的暴雨，研究了锋生作用和其引起的中尺度幅合系统的动力学机制。该研究表明，垂直切变和水平切变相互作用下的高斜压不稳定环境将加强锋生作用，并产生强大的气旋。同时研究也表明，切变风的螺旋度是诊断梅雨锋中锋生和气旋生成的有力工具。 本文的最后部分用各种观测数据研究了伊拉克沙尘暴“Al Faw”。结果表明这次严重的沙尘暴的发生发展与三个要素有关：第一，深厚的气旋性冷锋向南切入暖气团导致了地面的大风；第二，不稳定大气层结引起了深对流，而这对沙尘暴形成至关重要的。第三，高低空急流的适当匹配，加剧上升运动并将通过不稳定层结制造出有利于深对流的热力学环境。研究表明当上述三种机制同时存在时就提供了强沙尘暴的启动机制。