西风带高空槽对登陆我国变性热带气旋的影响及其机理研究

应用日本气象厅1979~2008年的热带气旋资料以及日本25年 (JRA-25) 再分析资料, 本文首先对登陆我国变性加强和变性减弱的两类热带气旋进行了合成对比分析, 发现热带气旋变性后的强度变化与相应的西风带高空槽的强弱有很好的对应关系。然后, 我们选取了2004年登陆我国的热带气旋Haima为研究对象, 通过中尺度模式模拟再现了其登陆后变性演变过程, 采用片段位涡反演方法改变了模式初始高空槽的强度, 研究了高空槽强度的变化对Haima变性过程的影响。研究表明: (1) 高空槽加强 (减弱) 后, Haima移速明显加快 (减慢), 此外深 (浅) 槽对应的Haima变性加强过程中心气压降幅较大 (小); (2) 不同强度的高空槽与Haima相互作用的过程中, 深槽对应的高空急流范围较大, 强度更强, 相应的高空强辐散有利于Haima明显的再发展; (3) 另外深槽对应着较强的高层正位涡带, 正位涡向下伸展诱发低层Haima正位涡明显增长, 从而导致低层锋区的强烈发展和低层气旋的明显加强。     

登陆台风变性发展与消亡的对比分析

本文对0421(海马)和0311(环高)台风登陆后不同的演变过程进行了对比分析。分析表明,虽然两次台风登陆的时间和路径都很相似,但是由于环境场的形势的不同,特别是北方冷空气情况的不同,一个变性发展成为温带气旋,给江苏地区带来了大面积的降水,另一个直接减弱消失,仅在登陆点附近产生了一些降水。通过讨论锋生函数各项的性质和计算其主要项的分布特征,对变性过程进行了研究,发现台风变性初期其锋生函数中变形项起主要作用。锋生结果造成强烈的辐合上升运动,引起台风暴雨的增幅。     

The Role of diabatic heating, torques and stabilities in forcing the radial- vertical circulation within cyclones part iii: case study of lee-side cyclones

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄ“ｏｂｓｅｒｖｅｄ”ａｚｉｍｕｔｈａｌｙ－ａｖｅｒａｇｅｄｍａｓ－ｗｅｉｇｈｔｅｄｒａｄｉａｌｍｏｔｉｏｎｓｈａｓｂｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｔｈｅＯ...     

APPLICATION OF AN OBJECTIVE DISCRIMINATING METHOD IN THE EVOLUTION OF TROPICAL CYCLONE "HAIMA" DURING EXTRATROPICAL TRANSITION

An objective method for discriminating the process of extratropical transition (ET) in tropical cyclones is introduced. With this method, the gridpoint output data of NWP are used to calculate three parameters: storm-relative thickness symmetry (B), low-level (-VLT) and upper-level thermal wind (-VUT). This objective method is easy to calculate and convenient for operational use. To verify the method, this paper uses the NCEP reanalysis data to identify the evolution of ET for "Haima", a tropical storm (0421) that affected the eastern part of China in 2004. The result shows that the three parameters defined with the objective method are good indicators of the ET process.     

出流边界对京津冀地区强对流局地新生及快速增强的动力效应

针对2014年7月16日发生在京津冀地区包含三次风暴过程的强对流"事件",通过雷达、探空和自动站等观测资料分析,以及基于雷达资料快速刷新四维变分同化（RR4DVar）和三维数值云模式的高分辨率模拟,研究了在京津冀复杂地形条件下导致对流风暴局地新生及快速增强的对流尺度热力和动力机制,重点分析了出流边界在对流风暴局地新生及快速增强过程中的动力效应。探空观测和模拟结果均显示,16日当天从上午到傍晚,京津冀地区存在有利于对流风暴发生、发展的中尺度环境条件,包括明显的热力不稳定、强的偏南低空急流和低层垂直风切变等。在本次强对流"事件"中,首先是东移的近地面切变线在中午12:00（北京时,下同）左右触发了天津地区多单体对流风暴的局地新生和快速加强,并产生了明显的向西北移动的出流边界。随后,在京津冀西北部山区形成的一个产生向南出流的风暴单体于下午18:00左右抵达北京西北部山边,由于地形强迫,沿山坡加速下滑的风暴出流与沿山坡上行的低层偏南暖湿气流相互作用,增强了山坡附近的低层辐合和垂直上升,同时在向南和向西北移动的出流边界"碰撞"形成的动力不稳定配合下,使得风暴单体在下山过程中迅速发展为强超级单体风暴。两条出流边界在风暴附近的"碰撞"及其和低层偏南暖湿气流的相互作用,具有复杂地形条件下导致风暴新生和加强的"三重点"关键区特征。在22:00左右,由超级单体风暴形成的出流边界抵达京津冀南部平原地区,与偏南低空急流和低层偏东风湿空气产生的辐合区相互作用,形成新的类似于"三重点"的关键区,导致在辐合区内沿出流边界出现暖湿空气的强烈上升。在出流边界的动力不稳定触发下,沿出流边界附近不断有对流单体新生和增强,最终在23:00左右形成了一条近似东西走向的线状多单体风暴系统。     

热带气旋碧丽斯(2000)发生的数值模拟:非对称流的发展及转换

采用NCAR/PSU研制的非静力双向嵌套的仔尺度模式MM5,模拟了热带气旋碧丽斯(2000)从热带弱低压发展为热带风暴及台风的过程.分析表明非对称流在低层发展并通过涡动通量项向对称流转换,使得热带弱低压快速发展达到热带风暴强度.进一步的分析表明:涡动通量项不仅依赖于非对称流的强度,还取决于非对称流型.当非对称流场为气旋式流入或反气旋式流出时,非对称动量向对称动量转换,非对称流减弱,轴对称流加强;反之,当非对称流场为反气旋式流入或气旋式流出时,动量由对称流向非对称流转换.     

Sensitivity of Tropical Cyclone Intensity and Structure to Planetary Boundary Layer Parameterization

The advanced weather research and forecasting model is used to investigate the influence of planetary boundary layer (PBL) processes on intensity and structure of the storm Phailin (2013). Five simulations are conducted with five PBL schemes; Yonsei University (YSU), Mellor?Yamada?Nakanishi?Niino order2.5 (MYNN2), Assymetric Convective Model2 (ACM2), Medium Range Forecast (MRF), and Bougeault and Lacarrere (BouLac). The simulation duration includes the pre???intensification and rapid intensification phase of Phailin before landfall. Results indicate that during the pre???intensification phase, storm’s track and intensity are not much sensitivity to PBL but structural changes are noted. A significant sensitivity of track and intensity to PBL parameterizations are found during rapid intensification phase. BouLac and MRF produced two extremes with 39 hPa intense and 16 km compact storm for BouLac than MRF. Further analysis reveals an outward movement of air parcel just above the boundary layer which causes spin-down for YSU and MYNN2. BouLac is associated with stronger eddy diffusivity and moisture fluxes within the boundary layer and stronger cyclonic vorticity just above the boundary layer than other experiments. Stronger cyclonic vorticity above the boundary layer in BouLac favors intense updraft, facilitating more moisture transport from the boundary layer to upper layers aiding stronger secondary circulation and robustly intensifying the storm. A relatively deeper and drier inflow layer associated with weaker cyclonic vorticity just above the boundary layer reduces the moisture transport and weaken the secondary circulation for MRF than others.     

A numerical study on the effect of an extratropical cyclone on the evolution of a midlatitude front

The extratropical transition (ET) of tropical cyclone (TC) Haima (2004) was simulated to understand the impact of TC on midlatitude frontal systems. Two experiments were conducted using the Advanced Research version of the Weather Research and Forecast (WRF) model. In the control run (CTL), a vortex was extracted from the 24-hour pre-run output and then inserted into the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) global final (FNL) analysis as an initial condition, while TC circulation was removed from the initial conditions in the sensitivity run (NOTC). Comparisons of the experiments demonstrate that the midlatitude front has a wider meridional extent in the NOTC run than that in the CTL run. Furthermore, the CTL run produces convection suppression to the southern side of the front due to strong cold advection related to the TC circulation. The easterly flow north of the TC not only decelerates the eastward displacement of the front and contracts its zonal scale but also transports more moisture westward and lifts the air along equivalent potential temperature surfaces ahead of the front. As a result, the ascending motion and diabatic heating are enhanced in the northeastern edge of the front, and the anticyclonic outflow in the upper-level is intensified. The increased pressure gradient and divergent flow aloft strengthen the upper-level jet and distort the trough axis in a northwest-southeast orientation. The thermal contrast between the two systems and the dynamic contribution related to the TC circulation can facilitate scalar and rotational frontogenesis to modulate the frontal structure.     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对 2 0 0 1年 4月 6～ 8日由蒙古气旋强烈发展触发的内蒙古地区强沙尘暴天气过程进行了分析研究。结果表明 :在这次“锋面气旋型”沙尘暴过程中 ,气旋冷锋是该天气系统引发沙尘暴的主要因素 ,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。影响沙尘暴的天气因素中 ,地面大风形成主要源于气旋发展和锋后强冷平流 ,高空动量的有效下传则是另一重要原因。高空急流加强及其形成的次级环流使高空动量下传到对流层中层 ,其下方形成深厚混合层使这一动量继续下传到地面 ,是高空动量有效下传的机制。“混合层”可以从本质上反映有利沙尘暴形成的大气层结特征 ,其强度和高度很大程度决定沙尘暴的强弱。这次过程深厚混合层的形成是深厚干对流和强沙尘暴产生的主要原因。而它的形成则是长时间地面加热的结果 ,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流作用对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献 ,其作用程度与地形分布密切相关。地面热通量试验证明地面加热不仅对冷锋过境产生的上升运动强度具有直接影响 ,也影响混合层形成和高空动量下传 ,并因此影响沙尘暴强度。     

两类登陆热带气旋的大尺度环流特征分析

采用动态合成分析方法,对1970-2006年登陆后北上类TC（tropicalcyclone）和西行类TC各7个样本做动态合成分析和诊断,结果表明：（1）北上类TC在背景场长波槽前北移靠近中纬度斜压锋区,通过吸附运动使TC低压并入西风槽,而西行类TC背景场没有长波槽,离中纬度斜压锋区较远;（2）北上类TC登陆时存在西南低空急流水汽输送带,当其强度减弱后,TC东南侧存在东南暖湿气流作为补充,而西行类TC减弱后逐渐与之分离,且不存在东南暖湿气流作为补充;（3）北上类TC高层辐散区与高空急流边界靠近,因此增强了其向东北方向的辐散,低层由于高层动量下传,加强了低空西风,从而使TC低压环流维持,而西行类TC离高空急流边界较远;（4）北上类TC从中纬度斜压锋区获取斜压能量,其环流垂直切变增强,相对涡度差负值增大,在高空TC中心散度由大变小后又由小变大的过程中,TC发生了变性,而西行类TC没有环境能量补给,逐渐填塞消亡。因此,当一个TC登陆后,其预报移动方向、水汽输送状况、与斜压锋区的关系以及高空辐散气流等特征,可以作为初步判定登陆TC将减弱消亡还是将变性加强的可能原因。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF A RAINSTORM IN SHANDONG PENINSULA INFLUENCED BY A DISTANT TROPICAL DEPRESSION

Based on the observational data as well as data of satellite, NCEP reanalysis and moist potential vortex, the heavy rainfall event that occurred away from the outer cycle of tropical depression Kaemi (No.0605) on July 27, 2006 in Shandong Peninsula has been analyzed. The results show that there are three severe convective cloud clusters during the heavy rainfall. The uprightness of coupling pattern between upper-layer jet and low jet and a divergence area, which appeared in the right of upper-layer jet, provided favorable environmental conditions for convective cloud clusters. The strong convective weather happens over the prefrontal warm sector and the storm rainfall mainly distributes in the front of a high-energy area.Positive vorticity distribution and transportation of warm advection in low levels provide dynamic and thermal conditions for the rainstorm. The spatial-temporal evolvements of physical variable fields and MPV2 as the horizontal component of moist potential vorticity show that the rain intensity change is determined by upper and low level jets and the area of MPV2>0 occurs at the front of the low jet cores.     

相似路径台风Soudelor(1513)与Matmo(1410)登陆前后的降水分布特征及成因的对比分析

利用欧洲气象中心（ERA-interim）再分析资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演的逐时降水资料,对比分析了路径类似的1513号台风Soudelor和1410号台风Matmo在登陆福建前后期间的降水分布特征以及造成登陆台风暴雨强度和落区差异的原因,得到以下初步结论:Soudelor和Matmo移动路径相似,但在登陆福建的过程中对浙、闽地区造成的降水强度和分布差异明显,如Soudelor造成的总降水强度比Matmo大,且Soudelor的强降水在登陆前主要分布在台风路径的右侧,台风中心的偏北方向,登陆以后主要在台风的偏北以及东北方向;而Matmo登陆前降水基本均匀分布在路径两侧,强降水区位于台风中心的西北方向,登陆福建以后向北移动的过程中强降水区转向台风中心的北边;不同的大尺度环流背景也会导致登陆过程中不同的降水分布特征,Soudelor影响期间副热带高压比较强盛,并阻断它与中纬度西风槽的作用,而Matmo登陆北上过程中逐渐减弱并汇入河北上空的西风槽中,所以登陆后期Matmo的降水比Soudelor强;Soudelor和Matmo台风登闽前后低层水汽输送及东风急流差异是导致大暴雨落区差异的原因之一,Matmo的水汽输送主要来自孟加拉湾及南海,而Soudelor登陆前东部有来自另一个台风Molave的水汽输送,登陆后强水汽输送通量区及水汽辐合带位于Soudelor偏北侧,这与Soudelor登陆造成的暴雨在中心偏北方向一致;南亚高压相对于台风的位置也会影响降水,Soudelor登陆时,大兴安岭上空大槽前的偏西风急流与南部高压西北侧的西南急流一起使得它登陆后减弱速度变缓,有利于台风暴雨的维持,而Matmo高空受急流造成的气旋性切变流场加速了台风的减弱;此外,台风自身的结构和强度变化以及登陆后维持时间不同也是造成两次过程降水差异的主要原因之一,台风暖心结构的强度以及台风高层暖心减弱的速度对台风降水有一定影响,但对登陆时台风暴雨的不对称分布影响较小;Soudelor登闽过程中,涡度场强度比Matmo大,且维持一个深厚的垂直对称结构,登闽后期附近的辐合上升气流主要位于中心东侧,而Matmo在登闽过程中,低层的强辐合区和上升运动区始终偏西,造成二者降水分布的不同。     

热带气旋“Malakas”与中纬度系统的相互作用及其结构变化

本文利用中尺度数值模式WRF和LAGRANTO轨迹模式对2010年变性台风"Malakas"进行数值模拟和轨迹分析,分析了Malakas在变性过程中与中纬度系统的相互作用,以及在相互作用过程中Malakas的结构变化特征。结果表明:Malakas变性过程经历了三个阶段:(1)高层扰动加强期,高层的正位涡产生的气旋性环流使低层Malakas中心北部的斜压带西侧产生负的温度平流,表现为冷空气的入侵;(2)Malakas和中纬度系统相互作用时期,台风北上导致斜压带出现,深对流的爆发使低层暖湿气流沿着斜压带上升,快速上升气流中的潜热释放导致低PV空气向对流层上部净输送,在其北部高层重新构建出一个脊;(3)Malakas变性成温带气旋,残存的台风内核与斜压带逐渐合并,负的位涡平流带着非绝热外出流驱动了下游最初脊的构建,加速并且固定了中纬度急流,并整体放大了上层Rossby波模式。     

2016年6月23日江苏阜宁龙卷的高分辨快速更新同化预报与分析1

基于3 km水平分辨率的第二代华东快速更新循环同化预报模式系统,对2016年6月23日江苏阜宁龙卷个例预报结果进行了分析,通过螺旋度的时间演变等讨论了龙卷母体—对流单体的发展过程,并对比了有无同化的预报结果。结果表明,快速更新循环同化系统在阜宁附近模拟出了类似龙卷母体的涡旋结构,同时伴随有剧烈的上升运动,模拟的发生时间与发展过程与实况基本吻合。但模拟的涡旋发生在江苏阜宁北侧,与观测相比偏差20多公里,且最大地面风速较实况小。进一步分析表明,该对流单体从中层上升运动开始,随着上升区向上和向下发展,首先在中高空出现剧烈的上升运动,z螺旋度增大,高层辐散加强,x螺旋度增大,随后中低空的垂直运动也增强,y螺旋度增大,低层辐合增强,最后随着高层辐散和垂直运动的减弱,低层涡旋减弱并消散。北京时间14:00没有进行观测资料同化预报结果中,在阜宁附近没有预报出类似的对流单体,表明逐小时循环同化对此次龙卷天气的模拟起着关键作用。     

A Comparison of Precipitation Distribution of Two Landfalling Tropical Cyclones during the Extratropical Transition

The precipitation distributions associated with two landfalling tropical cyclones(TCs) during extratropical transition(ET) were examined in this study.Their distinction is that the bulk of precipitation fell to the left of the TC track in one TC and to the right in the other.The analyses indicate that,for the TC Haima(2004) case,accompanied by the approach of a deep midlatitude trough throughout the depth of the troposphere,the warm and moist air advection by the southeasterly flow north of TC was favorable for warm advection and frontogenesis to the northwest of the TC.Due to the steepening of equivalent potential temperature(θ e),the air-parcel uplift along the θ e surface,in collaboration with thermally direct circulation related to frontogenesis,led to enhanced precipitation northwest of the TC.In contrast,for TC Matsa(2005) embedded within a moister environment,a weak midlatitude trough was situated at the mid-upper level.The convection was triggered by the conditional instability at the lower level and then sustained by dynamic forcing at the mid-upper level so that the heavy precipitation occurred to the northeast of TC.For the two TC cases,the precipitation enhancement was also linked to the upper-level anomalous divergence associated with the jet-related forcing on the right side of the jet entrance.From the quasigeostrophic perspective,the advection of geostrophic absolute vorticity by the thermal wind most likely served as an indication reflecting the displacement of the vertical motion relative to the center of the TC.     

台风Nari(0116)登陆台湾过程中结构强度 变化的诊断分析

利用中国气象局上海台风研究所整编的2001年《热带气旋年鉴》、美国NCEP最后分析FNL 1°×1°全球格点资料以及日本气象厅云顶亮温(TBB)资料等,对0116号台风Nari自北向南穿越台湾岛过程中的结构强度变化进行诊断分析,结果表明:(1)登陆过程中Nari云系结构从圆形变为半圆形,其环流西部对流云团旺盛,而东部为无云或少云区.Nari在岛上期间一直维持这种非对称结构特征.(2)在穿越台湾岛过程中,Nari西部环流内低空急流轴从其北侧逆时针延伸至南侧.一方面,切向风角动量的增加和传播有利于台风涡旋环流的加强,另一方面,低空急流附近的水汽通量辐合及急流轴左侧较强的正涡度区,有利于气旋性环流的长久维持.(3)Nari的结构强度变化与台湾岛地形及海峡效应有密切关系.Nari环流西部位于台湾岛迎风一侧上升运动加强,而Nari环流东部位于背风一侧上升运动则受抑制,对Nari形成半圆形非对称对流分布起积极作用;而台湾海峡的狭管效应加速台风通过气流,有利于Nari环流西部低空急流的形成和增强.(4)动能收支诊断表明,Nari登陆过程中动能的主要来源是动能制造项,水平辐合运动也对其提供动能.     

河南省2004—07—16暴雨特殊落区成因分析

以大尺度环流背景为基础,从中尺度抬升系统、物理量场、MCC云团活动、地形作用等多角度分析了2004年7月16~17日暴雨西南东北向特殊落区成因,结果表明:500 hPa蒙古高压带和副高所形成的气旋性辐合带位置和走向对中尺度抬升系统的移向有重要的引导作用;低涡路径、急流轴位置、地面低压倒槽移向和水汽通量等值线密集区与暴雨落区有较好的对应关系;地形的谷口效应和抬升作用对强降水的产生有明显的协助作用。     

“4·11”海南致灾雷暴大风环境场与多普勒雷达回波特征分析

利用海口多普勒雷达、海南省区域加密自动站和常规资料对2016年4月11日凌晨发生在海南岛北部近海和陆地的大范围雷暴大风过程进行天气学分析。结果表明:（1）这次雷暴大风过程发生在500 hPa槽前、低空急流左前侧、低层切变线南侧、高空急流分流区下方和地面静止锋南侧的有利于对流发展的较大范围上升气流区域内;（2）对流风暴移动路径上的大气环境具有中等程度的条件不稳定、对流有效位能CAPE以及上干冷下暖湿的温-湿廓线垂直结构、强的深层垂直风切变,对流风暴形成后最终组织发展产生雷暴大风、大冰雹和短时强降水的多单体带状回波和弓形回波;（3）在多单体带状回波中镶嵌的风暴A和B各自发展成为具有中层径向辐合特征的超级单体,风暴B和C合并形成弓形回波,其中风暴C的中气旋加强成为弓形回波北部的气旋式中尺度涡旋;（4）阵风锋对对流风暴的正反馈作用、对流风暴前侧强劲的暖湿入流与风暴后侧径向风速相当的冷池出流,长时间倾斜依存的自组织结构及其与强的低层环境风垂直切变的相互作用,是多单体风暴和弓形回波长时间维持和加强的主要原因;（5）地面原来存在的β中尺度辐合切变线,对流风暴主体回波沿着海南岛北部近海东移等因素,有利于多单体带状回波和弓形回波的长时间维持。      

登陆中国不同强度热带气旋的变化特征

根据《热带气旋等级》国家标准(2006),将热带气旋(TC)划分为热带低压(TD)、热带风暴(TS)、强热带风暴(STS)、台风(TY)、强台风(STY)、超强台风(SSTY)6个等级,利用中国气象局整编的1949—2006年共58年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料,分析了登陆中国大陆、海南和台湾不同强度TC变化特征。结果表明：(1) 不同强度登陆TC频数存在年际和年代际变化,在长期趋势上,TD、TS登陆频数呈现显著的线性递减趋势,STY登陆频数呈现显著增加趋势。(2) 登陆TD、TS、STS存在6—8年的周期变化,TY具有准16年的周期变化。(3) 登陆TD、TS主要生成于南海东北部海面,登陆TY、STY、SSTY多生成于巴士海峡东南部海面和菲律宾以东洋面。(4) 在年代际变化上,南海生成的登陆TD、TS频数有减少趋势,TY、STY有增多趋势。