基于降水极端预报指数的福建台风极端降水预报研究

应用1961—2017年中国气象局热带气旋最佳路径数据集、国家地面气象观测站日降水观测资料和2015年8月—2017年12月欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报系统降水极端预报指数（EFI）数据,根据百分位法定义台风影响期间福建省各站点的台风极端降水阈值,采用最小阈值法剔除台风极端降水时EFI箱线图中的异常值,保留最小值作为台风极端降水EFI阈值,建立基于EFI阈值的台风极端降水预报方法。用该方法分别对2015年8月—2017年12月和2018年登陆或影响福建台风进行台风极端降水回报和预报试验,采用TS、空报率、漏报率对回报和预报结果进行检验。结果表明:福建台风极端降水阈值由沿海向西北内陆逐渐减小,其中中北部沿海地区的阈值最大;台风日降水量与日降水EFI预报、台风极端降水时的日降水量与日降水EFI预报均存在明显的正相关,日降水EFI预报的箱线图差异指数（I_bd）也表明EFI可以较好地区分台风极端降水和非极端降水;预报试验20时（北京时）起报时效12—36、36—60、60—84和84—108 h的台风极端降水预报TS分别达到0.26、0.22、0.20和0.19,总体上略优于回报试验;台风极端降水越显著,台风极端降水预报效果越好,回报和预报都存在的不足是空报率高,主要出现在台风极端降水不明显的个例中。降水EFI预报对台风极端降水预报具有较好的指示意义,基于降水EFI阈值的台风极端降水预报产品可在业务中作为台风极端降水预报的参考。      

中国台风降水的气候特征

对中国台风降水的时空分布特征进行研究,发现台风降水分布在中国中东部广大地区,台风降水量自东南沿海向西北内陆逐渐减少.台风降水最大值出现在台湾岛的中东部地区和海南岛的个别地区,年平均台风降水量大于700 mm,最小值出现在内蒙古、山西、陕西、四川的部分地区,年平均台风降水量不足10 mm.台风降水一般出现在4～12月,峰值出现在8月.1957～2004年期间台风降水呈下降趋势.台风降水的异常主要由于亚洲地区大气环流和赤道中东太平洋沃克环流的异常变化所引起.进一步分析发现,台风降水在中国大部分地区为减少趋势,且这种趋势在台湾岛、海南岛、东南沿海部分地区和东北南部较显著.台风暴雨是我国东南沿海及部分内陆地区的极端强降水事件之一,这些地区的暴雨和大暴雨很大程度上是台风带来的.     

登陆华东台风降水分布特征

为研究华东地区台风降水、台风内核降水特征及大尺度环流对台风内核降水分布的影响,利用国家气象信息中心提供的逐日降水观测资料、NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)再分析资料,运用动态合成分析方法,对比分析台风登陆过程中台风内核降水分布不同的两类台风(L型、R型内核降水台风)大尺度环流特征。结果表明:(1)影响华东地区的台风主要在夏季登陆,台风登陆及带来极端降水的次数都具有“单峰型”的月际分布特征,降水分布从沿海向内陆、由南向北逐渐递减。(2)台风内核降水具有不对称性,强降水更易出现在高低空辐散辐合场相配合且上升运动维持较好的一侧。(3)L型内核降水台风主要受暖平流控制,环流西部存在多个冷平流中心,冷暖平流交汇增强了大气对流不稳定性,为降水提供了不稳定能量;R型内核降水台风登陆后主要受冷平流控制,环流东北部存在暖平流,冷暖平流相互作用使大气稳定度降低,有利于路径右侧降水发生。(4)L型内核降水台风在其环流西南部存在强水汽辐合,有利于路径左侧降水发生;R型内核降水台风在登陆期间,环流东北部水汽辐合中心维持时间长,有利于路径右侧降水系统的发生发展。高低空辐散辐合配置、冷暖平流以及水汽输送是影响台风内核降水分布的主要因子。     

超强台风丹娜丝对1323号强台风菲特极端降水的作用

利用地面观测资料、台风定位资料、ECMWF全球再分析资料等,采用TC降水天气图客观识别法(OSAT)、TC路径相似面积指数(TSAI)和气流轨迹模式HYSPILIT等方法,从2013年第23号强台风菲特在我国东南沿海引发台风暴雨的极端性分析及其成因诊断入手,揭示了双台风作用对极端暴雨的增强作用。结果表明:首先,强台风菲特给浙江带来了自1958年以来单站日降水排名第二的极端降水,余姚和奉化日降水量均为395.6 mm;"菲特"降水过程有两个明显的强降水阶段。其次,秋季强台风菲特登陆后之所以出现如此强度且持续的台风暴雨,与超强台风丹娜丝的存在密不可分。在强降水第一阶段,双台风作用促成了降水的极端性,"丹娜丝"向降水区域输送了约79.0%的水汽,对杭州湾南侧的强降水过程有重要贡献;在"菲特"强降水第二阶段,"菲特"的环流已经基本消散,超强台风丹娜丝与冷空气的共同作用主导了这一阶段强降水的发生。     

8月中国登陆台风降水与对流层高层西风急流关系的初步研究

采用中国气象局及美国台风联合警报中心整编的1954—2013年best-track热带气旋资料、中国大陆743站逐日降水数据和美国国家环境预报中心及大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,研究登陆中国的台风降水特征及其与对流层高层西风急流的关系。结果表明:8月登陆台风降水对中国东南沿海地区的影响明显,福建、浙江的登陆台风降水占同期降水的30%左右,局部地区达到40%。基于降水与200 hPa纬向风的显著相关区定义的东亚西风急流指数(EAWJI),描述了西风急流位置的经向移动。EAWJI与台风降水具有显著的负相关,即EAWJI出现负异常时,急流位置偏北,中国登陆台风降水增加,反之急流位置偏南、降水减少。急流位置偏北,西太平洋台风活动区域的对流层纬向风出现东风异常,有利于台风登陆中国,且登陆位置较常年偏北,登陆台风数较常年偏多,台风登陆后维持时间较常年偏长;在中国大陆及东部沿海附近,纬向风垂直切变为异常的东风切变、对流层低层相对涡度增强及水汽输送增大均有利于台风登陆后的维持,从而使登陆台风降水增加。     

南海夏季风对台风“启德”极端降水影响的数值模拟

本文为研究台风"启德"极端降水的成因,模拟了南海夏季风减弱后台风"启德"的路径、强度、雨带位置、降水强度等。结果表明,夏季风削弱后,南海地区的西南季风受到抑制,台风强度减弱,台风范围内降水强度总体减弱,台风雨带偏南,因此南海夏季风强度减弱不利于极端降水的产生。降水模拟过程中发现,降水强度的减弱在整个模拟试验时间周期内,表现为非峰值强度减弱明显,而峰值强度不明显减弱。进一步分析了台风降水的逐小时演变特征和台风路径特征。结果表明,控制试验与敏感性试验模拟台风登陆在时间上存在时间差,与台风降水的逐小时变化峰值出现的时间差基本对应。这说明可能台风登陆过程的其他复杂因素导致夏季风减弱后台风登陆降水不表现出明显减弱。而非登陆过程,减弱夏季风对台风降水有减幅作用。     

中国大陆台风远距离极端降水的基本特征

台风远距离极端降水可以分为极端小时降水(Extreme Hourly Precipitation,EXHP)和极端持续性强降水(Extremely Persistent Heavy Rainfall,EPHR)两类,因其作用距离远、机理复杂,是强降水业务预报中的重大挑战。为了加深对台风远距离极端降水特征的认识,本文利用2009—2019年中国自动站融合CMORPH卫星降水数据、热带气旋的最佳路径数据集,揭示了中国大陆EXHP和EPHR事件的基本特征。结果表明:环渤海、长江中下游、四川盆地是由台风远距离降水引发的EPHR和EXHP事件的3个高发区,强降水持续时间≥5 h为台风远距离EPHR的判别标准,在3个不同的区域内,EXHP的阈值分别为34.05、30.52及27.19 mm·h^-1。EPHR的发生时次与EXHP重合率高。EPHR事件的持续时间最长可达44 h,最大累积降水量可达542.03 mm,而EXHP的小时降水量更强。环渤海地区极端降水多发于夜间到清晨,长江中下游地区多集中在上午,四川盆地则集中在凌晨。造成长江中下游远距离极端降水的最大台风强度在3个地区中最强。极端降水落区与台风的最远距离发生在环渤海地区,可达4 333.1 km。     

华东地区登陆台风降水变化的初步研究

利用华东地区129站1954—2004年逐日降水量资料,用降水客观分离的方法及其改进方案对登陆该地区的台风降水（tropical cyclone precipitation;TCP）进行分离;再用方差分析、气候趋势系数和线性回归等方法,分析TCP的气候特征,并与总降水的相应特征比较。结果表明：华东地区登陆台风降水量空间分布不均匀,福建东南沿海地区最大,具有向西北方向递减的趋势,这种趋势与地形等因素有关;TCP的年际变化明显,9 a和15 a周期显著;TCP年代际变化表现为20世纪50年代最多,70年代前开始减少,比华北地区台风降水减少出现的时间提早10 a;TCP与总降水两者的时间演变特点差异较大。     

台湾地形对1011号台风“凡亚比”影响的数值试验

利用WRF-ARW 3.2.1模式,对台湾岛地形对2010年第11号超强台风"凡亚比"的路径、降水及结构的影响进行了数值模拟和敏感性试验。结果表明:台风登陆台湾岛前,迎风坡地形低压作用使台风中心南落并出现逆时针打转;背风坡地形低压和台风西北侧台湾海峡出现弧状正涡度带,使台风进入台湾海峡时出现"V"型异常路径;台湾岛地形作用使台风西北侧水汽辐合和正涡度减小,而使其东侧、南侧水汽辐合和正涡度增加,台风出现西北弱、东南强的不对称结构和降水不均匀分布;台湾中部山脉地形对台风低层流场的阻挡抬升作用对台风降水具有明显的增幅作用,造成台湾岛降水分布呈南部、东部强而西北部弱的不对称分布。     

影响赣南台风的路径和台风降水特征分析

利用赣州17个县(市)1965～1996年共32 a 7～9月的台风降水资料,对影响赣南的台风路径、登陆区域、台风降水和台风暴雨的环流特征进行了分析,发现台风登陆后影响赣南的路径主要有3条;不同月份、不同区域生成的台风其降水分布有一定的差异;赣南台风暴雨的500hPa环流形势特征有3种.     

1980—2014年中国台风大风和台风极端大风的变化

基于1980—2014中国670站日最大风速资料,利用改进的客观天气图分析法（OSAT）分离出中国陆地的台风大风（6级以上,≥10.8 m/s）,并定义了台风极端大风,进而研究了台风大风和台风极端大风的变化特征。分析表明：在地理分布上,台风大风年均日数和占比均自海岸线向内陆迅速减小,在海南、华南和东南沿海省份以及江苏南部,台风大风占比一般为30%～70%;台风极端大风年均日数大值主要分布在沿海省市（除河北和天津）,特别是华东和华南沿海,局部地区台风极端大风日数占比达100%。从季节变化看,在台风活跃的7—9月,中国台风极端大风频次总体上超过了季风极端大风;就全国而言,当阈值从最低值（11.5 m/s）提升至12级（32.7 m/s）时,台风极端大风频数占比则从12%急剧攀升至77%。1980—2014年,中国台风大风和台风极端大风年日数均显著减少,而台风极端大风年平均强度增强;这期间引起中国台风大风和台风极端大风的台风频数均显著减少,但引起台风极端大风的台风在生命期和影响期的平均强度均显著增强,这可能是上述显著变化特征的主要原因。     

近46年影响福建的台风降水的气候特征分析

对1960～2005年46年间影响福建的台风降水进行时空分析,结果表明:影响福建的台风降水主要发生在5～11月,8月是台风降水最多的月份;自1960年以来台风降水整体呈下降趋势;在地域分布上台风降水由闽南沿海向闽西北内陆逐渐减小,最大台风降水出现在闽南和闽东北地区;台风暴雨是福建地区的极端强降水事件之一,台风暴雨频发区主要集中在沿海及闽西南地区;受福建山地地形作用山脉以东的台风暴雨发生的概率要大大高于山脉西侧地区.台风降水的异常与亚洲地区500 hPa大气环流和赤道东太平洋海温异常关系密切,它们可能主要通过大气环流的改变进而对影响中国台风北上路径起到调制作用,并最终引起福建地区台风降水的异常.     

台风洪水型暴雨预报模型

台风洪水型暴雨预报模型李玉书（山西省气象台０３０００６）西北行内陆消失（直接影响）类台风，是造成我省致洪暴雨的主要天气系统。为此，归纳了环流特征，台风路径，暴雨落区等预报模型。１大型环流特征台风在东南沿海登陆时，经向环流强盛发展。西太平洋副热带高压中...     

台风温比亚(1818)降水及环境场极端性分析

利用多种观测及分析资料对台风温比亚（1818）暴雨过程的降水演变、极端降水特点及环境场物理量特征等进行分析。此次台风暴雨日降水量极端性显著,降水主要分为登陆前后、深入内陆并转向以及冷空气作用和变性3个阶段,其中第2阶段为最强降水时段。受其影响,河南、山东等地多个站点的日降水量突破历史极值。温比亚（1818）最大小时降水量达127.7 mm,其中74个站点小时降水量超过80 mm,短时强降水维持时间长达14 h,高降水效率及长持续时间造成极端降水。对流层中、低层存在标准化异常小于-4倍标准差的异常低压环流,造成极端低层辐合,叠加高空急流和高压边缘的极端高空辐散,动力条件极端性显著,200 hPa辐散和850 hPa辐合均接近或远超1988—2017年日降水量排名前30（HT30）降水日的最大值。受台风东侧水汽输送影响,降水区假相当位温、整层大气可降水量和水汽通量散度无论与气候态相比,还是与HT30降水日相比,均具有显著极端性,且极端水汽维持时间长达30 h。     

“黑格比”台风浙沪交界极端降水及物理量特征分析

利用全国综合气象信息共享平台(CIMISS)地面站点降水资料、欧洲中期天气预报中心逐小时再分析资料,分析“黑格比”台风登陆后在浙江嘉兴、上海金山交界地区(简称“关注区”)产生的极端降水及相关物理量特征,结果表明：(1)此次降水过程的小时雨强、日降水和过程降水均具有很强的极端性,部分测站达十年一遇甚至是百年一遇标准,杭州湾北岸强降水的极端性比南岸更显著;(2)关注区对流层低层充足的水汽,以及高低层冷、暖平流的叠加,为极端降水发生发展提供了有利的水汽条件和不稳定条件;(3)根据物理量的逐小时演变,呈现出低层辐散、高层辐合的环流增强,以及低层强烈的涡旋运动,关注区强降水也随之发生;(4)此次极端暴雨过程850 hPa第二类热成风螺旋度极值和地面散度经极值排序后呈现较高的百分位置,在相似台风中均具有显著的极端性,对类似路径、小体积台风极端降水的发生具有较好的指示意义。     

1961—2011年通辽市极端降水事件特征分析

文章利用通辽市9个气象站1961—2011年逐日降水资料,采用百分位值法定义了极端降水事件的阈值,统计了极端降水事件的频次,分析其空间分布特征和时间趋势变化。结果表明,通辽市极端降水事件阈值的空间特征是由南向北总体上呈高—低—高的分布特征,而极端降水事件频次空间差异较小,都在3.4d/a左右。1961—2011年,通辽市极端降水事件的发生频次呈减少趋势,减幅为0.23d/10a,存在明显的年代际差异。     

台风“利奇马”不同区域降水极端性特征及成因分析

利用常规气象观测资料、卫星及雷达拼图以及NCEP分辨率为1°×1°的再分析资料,对浙江和山东两个区域不同的极端降水特征及其成因进行诊断对比分析。结果表明:浙江极端降水表现出“高效”的热带降水系统特征,山东极端降水是一次长时间,中等强度的“大陆锋面型”降水。台风近海对称性和对流明显增强;同时,其西北行移速较同期台风偏慢,导致行进方向上长时间受螺旋雨带影响;受超强台风厚实云墙影响,登陆前后浙江等地风雨激增;另外,双台风及沿海山地地形对浙江降水有增幅作用。而山东地区主要受台风北侧稳定维持倒槽和西风槽结合影响,出现极端降水。敏感性分析发现山东降水和台风“第一象限”低层偏南急流强度相关性好,而台风环流持续维持、高度场的密集梯度及降水的潜热反馈共同导致低层急流(>20 m·s-1)长时间维持;同时,西风带高空槽和台风倒槽势力相当,形成稳定“锋区”;锋前多条带状对流持续向北发展,形成“列车效应”;后期冷空气侵入台风中心后山东北侧依然维持较好环流配置。上述条件共同维持了山东地区持续性的较强“锋面降水”。副高、西风槽及台风环流的强度对比是本轮台风降水预报的关键因素。     

青藏高原中东部极端降水的时空变化特征

伴随全球气候变暖,极端降水事件明显增多,造成的灾害损失日益增加。青藏高原作为全球气候变化敏感区域,开展该区域极端降水事件时空变化特征研究有助于提升高原气候预测和防灾减灾能力。利用1961—2017年青藏高原中东部68个气象站逐日降水观测数据,通过百分位阈值法和线性倾向估计法,结合极端降水指数,分析该区域极端降水时空分布及变化趋势,探讨不同等级降水对总降水量的贡献。结果表明：青藏高原中东部地区各极端降水指数总体均由东南向西北递减,东南部是总降水和极端降水高值区,但该区域对整体降水量增加的影响较小。近57 a来,各极端降水指数整体均呈增加趋势,总降水量及其强度、强降水量、1日最大降水量和连续5 d最大降水量增加趋势显著,强降水量气候倾向率大于特强降水量,且强降水量占比明显增大,而特强降水量占比略有减小,表明强降水量增加对总降水量的贡献更大。强降水量和强降水、中雨日数与总降水量及其强度的变化趋势空间分布基本一致,区域东北部为显著增加区,中雨、强降水日数及雨量的增加导致高原中东部总降水量和极端降水量增加。     

1960—2014年淮河流域极端降水发生时间的时空特征

利用淮河流域25个分布相对均匀站点的逐日降水资料,借助线性趋势、圆形统计、EOF分析等方法对1960—2014年流域的极端降水发生时间的时空特征进行分析。研究表明:(1)淮河流域极端降水发生时间主要集中在7月中下旬,并表现出明显的年际振荡。流域平均的极端降水发生时间表现出提前趋势,但未达到0. 05显著性水平。发生时间集中程度随年份上升,上升趋势达到了0. 05显著性水平。综合分析表明,流域7月份发生极端降水的可能性增大。(2)流域极端降水发生时间在空间上由西南向东北逐渐推迟,大部分站点发生时间呈微弱提前的趋势,该分布规律与梅雨和台风的影响有关,而提前趋势与20世纪90年代以来我国主雨带的年代际北移有关。(3)流域极端降水发生时间的EOF分析结果显示,第一模态空间典型场呈"西北-东南"反位相分布;第二模态空间典型场呈一致性分布,分别揭示了流域极端降水发生时间在空间上的分异特征和近似一致性分布特征。     

海南岛热带气旋极端降水的特征及其成因

围绕海南岛热带气旋(TC)极端降水的特征及其成因,利用国家气象信息中心提供的海南岛台站日降水数据、上海台风所的TC最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析数据,通过气候统计、天气诊断相结合的方法,探讨了1958—2013年海南岛TC极端降水的空间分布和时间变化特征,并进一步诊断分析了极端降水产生的可能成因。结果表明,海南岛TC极端降水在西北部出现最多,东南部出现较少。从长期趋势看,无论从TC极端降水量还是从TC极端降水频数,TC极端降水的极端趋势均在增加。充足的西南水汽通量输送是产生TC极端降水的重要条件;当南亚高压和副热带高压相距较近,即南亚高压偏东偏强,副热带高压偏西偏强时,海南岛容易出现TC极端降水事件;在TC路径和低层风场结构的配合下,海南岛地形对极端降水的落区有关键影响。