干冷空气活动对超强台风“桑美”(2006)近海突然增强影响的数值模拟研究

利用中尺度模式WRF V2.2对超强台风“桑美”(2006)进行数值模拟,在模式较好地模拟出台风路径和强度及其近海突然增强过程基础上,分析在“桑美”近海突然增强过程中,环境场中的干冷空气在湿度场和温度场上的表现特征以及对近海台风突然增强的作用及其可能机制。结果表明:“桑美”在近海突然增强与环境场中干冷空气活动密切相关,高时空分辨率的FY-2C气象卫星水汽图像可以形象地揭示出台风发展演变过程中干冷空气的发展演变特征,干冷空气在高层的范围和强度明显强于中层。随着“桑美”西北侧的干冷空气不断靠近台风环流,台风在近海发展加强;而随着“桑美”西南侧干冷空气逐渐逆时针卷入台风环流,台风开始减弱。干冷空气沿着等熵面由高层向中层、由高纬向中低纬入侵,在“桑美”北上时,两者发生相互作用,“上干下湿”的层结分布,有利于台风增强。干冷空气与沿西北向移动的暖湿台风环流系统发生相互作用,干冷空气及其穿越等熵面的下沉运动所产生的冷平流效应有利于台风发展;干冷空气随着等熵面高度的下降出现明显西倾,有利于台风发展。      

台风“Chanchu”变性过程位涡及锋生特征分析

利用非静力中尺度WRF模式输出的0601号"Chanchu"台风模拟资料分析了台风变性过程中的结构演变特征,并从位涡的角度,利用湿位涡方程对"Chanchu"变性过程中强度减弱但却能引发强风暴雨的原因进行了探讨。分析表明:台风在变性过程中,尺度逐渐增大并与东移南下的高空槽不断接近,在与高空槽相互作用之前,台风眼壁及外围雨带雷达回波减弱,最大风速减小,最大风速半径圈向外拓展;高低层位涡相接之后,由于高层正位涡的下传携带冷空气侵入台风,在低层锋区上诱发出气旋性环流,进而重新引发强对流,并在角动量的输送作用下,台风外围环流风速再次增大。变性后高空槽和台风在位相上仍有一定距离,高空槽仅与台风的外围环流相互作用,冷空气没有入侵台风内部,这是"Chanchu"没有重新加强的原因之一。利用锋生函数对引起锋生的各分量进行分析,结果显示非绝热加热是造成锋生的主要原因,散度和变形项的贡献次之,倾斜项对锋生几乎没有贡献。     

近海突然加强台风能量场的诊断分析

用欧洲中心格点资料计算分析了近海三类突然加强台风加强过程中的能量学过程。结果表明：（１）台风突然加强过程中，旋转风动能的增加主要在低层，位能增加主要在高层。台风突然加强主要是低层的旋转风动能增加所引起的，它远大于辐散风动能的增加。（２）环境场通过边界平流输入台风内部的能量只是其增量的３０％左右，内部的转换量比增量大一个量级。（３）三类台风内部能量的转换机理不同。（４）环境场对近海台风突然加强的作用     

台风“彩虹”(1522)近海急剧加强的特征分析

采用多种大气和海洋资料对1522号台风"彩虹"近海急剧加强的特征进行了诊断分析。结果表明大气环流形势的变化、海洋环境的维持和台风内部结构的变化都有利于台风的近海加强。具体表现为:高层南亚高压西部型转东部型和中层西太平洋副热带高压加强西伸引起的环流形势的变化,使得台风区域高层辐散增强,中低层气旋性环流增强,低层台风东侧的水汽通量增强;低层北方弱冷空气侵入台风外围区域促进辐合抬升,环境风切变的减弱及弱切变的维持有利于台风加强,这些都是有利于台风增强的环流和动力条件。台风路径海域高海表温度和海洋暖涡的存在对台风急剧增强起了重要作用。此外,由于环流变化引起的潜热加热增大,导致了双中心位涡柱的形成和高层暖心的增加,台风内部结构的变化也有利于台风的进一步加强。     

1409超强台风“威马逊”近海急剧加强特征及成因分析

运用实况资料、NCEP/NCAR六小时再分析资料以及2014年CMA热带气旋最佳路径数据集,对1409号超强台风"威马逊"近海急剧加强的特征及成因进行探讨分析,结果表明:高空华北槽东移,引导地面冷空气南下,副高西退略北抬,与"威马逊"形成了"东高西低"和"北高南低"的形势,增大两者间梯度,使"威马逊"强度加强;近海急剧加强24h内,台风暖心对称化结构加强,强暖中心往高低层扩展,低层偏南暖湿气流输送持续加强,对流层上层辐散不断增强,台风高层环流的西侧和北侧亦是辐散的大值区,台风西行北上的过程中利于其强辐散的维持和加强;台风中心正涡度柱急剧增大,并向对流层上层扩展,配合弱的垂直切变,利于台风的急剧加强;另外,物理量的分析也表明,"威马逊"近海急剧加强前24h内,台风环流附近大气层结不稳定度有增大的趋势。     

一次台风引发的远距离暴雨诊断分析

台风对远距离暴雨的作用形式复杂,容易出现极端降水,量级和落区的预报难度大。2014年8月8日江苏东部到浙江北部出现暴雨,通过研究数值预报形势场、再分析场和各类实况资料,发现暴雨的产生与远在1300km外的西太平洋上的台风"夏浪"有关。江苏东部暴雨主要由中尺度涡旋造成,台风通过北侧偏东气流向暴雨区输送暖湿空气,有利于暴雨的形成与维持;浙江北部暴雨是中尺度涡旋与台风环流结合的产物,台风北上过程中,中心与中尺度涡旋逐渐靠近,台风外围环流对涡旋产生牵引,流场形势发生改变,引导弱冷空气在浙北近海附近与暖空气交汇辐合抬升引发暴雨,不稳定能量剧烈释放产生的中γ尺度气旋造成了极端强降水。     

台风“卢碧”变性增强过程的诊断研究

利用日本气象厅JRA再分析资料和台风最佳路径资料以及TRMM降水资料,对0920号台风"卢碧"变性过程的环流形势、高低层热力异常和锋生锋消等特征进行了分析研究。结果表明,"卢碧"的变性是中高纬度冷空气入侵的结果,变性过程伴随着西风槽的东移,高空急流的加强以及西太平洋副热带高压的减弱东撤。低纬度暖湿气流及较大的正涡度异常气旋式卷入台风环流,并在其东北侧积聚产生大量降水,释放的凝结潜热有利于北侧脊的加强,使得高空急流进一步加强,使得台风中心气压进一步降低。锋生、强降水伴随的潜热释放以及气旋中心气压之间存在着正反馈效应是"卢碧"变性后得以增强再发展的主要原因。热成风涡度梯度的分布对"卢碧"的变性增强过程具有较好的指示意义。     

台风“巨爵”近海急剧加强的特征及成因分析

源自东风波动的0915号台风"巨爵"在自东向西靠近广东沿海时出现了近海急剧加强的异常现象。利用热带气旋定位资料、NCEP全球同化分析资料、卫星云图以及海上平台自动站探测资料等对"巨爵"近海加强特征和成因进行了诊断分析。结果表明:"巨爵"形成源自于西太副高南侧的东风波动,副高演变及引起的"北高南低"和"东高西低"的形势与"巨爵"环流增强发展密切相关;弱的垂直风切变、高空明显的辐散出流以及台风中心正涡度增大并向对流层中上层拓展有利于"巨爵"强度增强;低层弱冷空气南下,一方面从增加气压梯度和温度梯度来加强台风环流和暖心结构,另一方面通过触发外围对流云团发展并往台风中心输送进而对"巨爵"近海加强产生重要的触发作用;孟加拉湾西南季风气流、105°~110°E附近越赤道气流和西太副高西侧东南气流3支气流汇合为"巨爵"近海加强提供了充沛水汽条件。     

中国近海突然增强台风统计分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、中国气象局热带气旋年鉴资料,对1949—2013年中国近海突然增强台风进行了统计分析,表明近海台风突然增强是一个小概率事件,占近海台风总数的10.1 9%。近海突增台风存在年代际变化,在20世纪50—70年代出现一个高峰,60年代达最高值,2000年以后明显减少;近海突增台风存在明显的时空分布特征,发生在4-10月,以8、9月最多;多数出现在南海,在黄海也有发生。对近海突增台风的大尺度环流特征作动态合成分析表明,突增台风通常处于副热带高压脊西南部;温度场上被暖脊包围;水汽输送上有持续的水汽输入台风环流;海温场上处高海温海域,同时,处于弱风垂直切变环境中,有利于台风突然增强。统计结果进一步表明,高海温、弱风垂直切变环境下,台风强度突增明显,其比例占所有突增台风总数的71.4%;当仅处于低海温环境下或仅处于强风垂直切变环境下,突然增强台风现象极少,比例都是所有突增台风总数的2.9%;但当高海温、强风垂直切变环境下,台风仍会出现突然增强现象,占所有突增台风总数的2.9%,在低海温、弱风垂直切变极端环境下,不出现突然增强台风。     

2020年吉林省三场台风连续北上环流背景场分析

应用常规观测资料及ERA5再分析资料,对2020年汛末3场连续北上影响吉林省的台风环流背景场进行分析.结果表明:3场台风连续北上出现在拉尼娜现象形成至加强期;副热带高压和南亚高压对台风有一定阻挡和引导作用,有利于台风从两高压之间经过,北上影响东北地区;东北地区低压环流异常偏强;200hPa均处于高空急流入口区的右侧,急流一方面将降水凝结释放潜热输送走,保持台风内部暖心结构,另一方面入口区右侧偏差风辐散抽吸作用有利于上升运动的维持和加强;8—9月亚洲经向环流明显,纬向环流偏弱,有利于冷空气南下活动,同时经向环流偏强也有利于中低纬度系统北上;8—9月西太平洋副热带高压面积指数和强度指数均明显偏强,8月中下旬副热带高压脊线较历年同期明显偏北,西伸脊点偏东,强大的副热带高压退居海上,为台风沿着副热带高压外围气流北上提供了有利的环流条件.     

超强台风SANBA发展演变过程中涡度及环流收支的诊断分析

台风的增强过程与气旋性涡度的急剧发展相伴。使用滑动平均的空间滤波方法对WRF模式的模拟结果进行尺度分离, 进而诊断分析台风SANBA突然增强过程中垂直涡度及环流的发展演变特征。结果表明, 台风突然增强的过程中, 眼壁区上升速度增大, 暖心结构增强, 同时垂直涡度迅速增强。当SANBA从热带风暴发展为强热带风暴时, 对流层低层辐散辐合及垂直速度分布的不均匀对台风涡旋结构的增强强度相当, 在台风内部以增强区域为主同时与减弱区域交错分布; 当SANBA发展增强为强台风时, 对流层低层的散度项与倾斜项在台风中心附近均表现为强的正中心, 台风低层径向入流的增强导致低层辐合加强对台风的增强起到主要作用。台风中心区域平均环流强度随台风的不断增强而不断增大, 且从900 hPa高度不断向高层发展, 其中环流方程中的EED/EET项的发展变化可以表征台风发展初期散度项和倾斜项的主要变化。      

台风“妮妲”的数值模拟与暴雨成因分析

利用NCEP再分析资料(1°×1°),使用WRF模式对1604号台风"妮妲"进行了数值模拟,分析了该次台风暴雨形成的环流形势、动力、热力等条件,并探讨台风外围环流触发强对流天气过程的各云微物理量分布特征,结果表明:(1)"妮妲"是在副高偏强且稳定的环流背景下发生的,台风路径为稳定西北向,降水分布南多北少;(2)整个过程可分为台风本体降水和台风外围雨带降水,相对于本体降水,台风外围雨带产生的降水更具有短时强降水的特点;(3)对台风外围环流强降水的预报,能否准确判断冷空气的位置成为预报准确与否的关键;(4)该次台风过程外围环流引发的强降水天气、雪和霰的大值区分别位于雨水大值区的下游和上游方向,结合雷达产品,可能对降水大值区有一定的指示作用。     

对流非对称台风"天鸽"(1713)近海急剧增强成因分析

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料(水平分辨率0.125°×0.125°)、NOAA逐日海表温度资料(水平分辨率0.25°×0.25°)、日本HMW8卫星逐时黑体亮温TBB (水平分辨率0.05°×0.05°)资料对对流非对称台风"天鸽"近海急剧增强原因进行了分析。结果表明:(1)"天鸽"是在其对流呈非对称分布的前提下发展起来的,近海急剧增强过程其对流也呈非对称分布。"天鸽"强度增强时,TBB一波非对称振幅逐渐减小,非对称程度减弱。(2)南海北部28.5～30℃异常偏暖的海表温度有利于"天鸽"快速增强,是"天鸽"近海急剧增强的原因。(3)"天鸽"近海强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈正相关系,"天鸽"近海急剧增强发生在200 hPa南亚高压加强东移,同时500 h Pa副热带高压加强西伸、低层西南季风加强的有利条件下。200 hPa南亚高压反气旋环流加强东移导致台风上空向西南方向出流加强,台风中心南侧高层辐散与低层辐合的显著加强及其导致的非对称分布的强对流的发展,是"天鸽"急剧增强的重要原因之一。200hPa南亚高压加强东移与低层西南季风加强同步导致环境风垂直切变明显增大,对"天鸽"内的对流分布和台风强度均有重要影响,环境风垂直切变低于阻碍台风发展的阈值(12.5 m·s~(-1))是台风急剧增强的一个重要条件。(4)"天鸽"强度的快速加强与副热带高压加强西伸和西南季风加强造成的台风内部的非对称环流结构密切相关,"天鸽"水平风速的非对称分布导致台风中心附近正涡度增大,水平风速非对称分布变深厚引起台风中心附近正涡度大值区向对流层中上层伸展,也是"天鸽"急剧增强的重要原因。     

南海台风Vongfong(2002)登陆前后内核结构和近海加强原因的数值模拟研究

利用6 km细网格区域的显式模拟结果分析了Vongfong(2002)的内核结构;对Vongfong近海加强的动力学机制进行了研究.结果表明:(1) 轴对称性结构中,Vongfong最大风速半径(RMW)在强盛期随高度递减.Vongfong在近海时,低层最强的流入在其移行的前方,而流出区在其后方.这些特征与大西洋飓风和西太平洋台风相反.(2) 动力场和热力场都有明显的不对称结构.在强盛期,对流西北强、东南弱;强对流云带与最大风速区的位置一致.在加强期,低层西冷东暖、中高层西暖东冷;到强盛期,低层和中高层都有明显的暖心结构.(3) 中纬度中上层冷低压系统和台风的相互作用是Vongfong近海加强的重要原因.①由于冷低压系统外围的冷空气从西北侧进入台风的中层,低层有暖湿空气配合,使得位势不稳定能量增加,对流发展.②因为冷低压中心的下沉气流正是二级环流的下沉支,冷低压南移填塞,台风近海加强.两个方面最终通过CISK(第二类条件不稳定)机制来实现.     

台风“海高斯”和“天鸽”快速加强成因的对比分析

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料和国家气象中心提供的逐小时台风业务资料,对比分析了2020年第7号台风“海高斯”和2017年第13号台风“天鸽”的环流形势和强度结构特征,发现二者的尺度都比较小;生成的时间和移动路径比较相似;并且都出现了近海快速加强的过程。从对比分析来看,造成两个台风近海快速加强的共同原因主要有海温异常偏高、环境风的垂直切变较小以及有利的高低层环流配置等,而造成两个台风近海快速加强的不同原因也较为显著,分别从位涡垂直分布、涡度收支和涡度拟能等方面进行诊断分析,得到一些有利于台风强度快速增长的不同因素。     

1510号台风“莲花”水平结构的演变特征

采用2015年7月2—10日欧洲中心(ECMWF)ERA-Interim每日4时次再分析资料、Micaps实况数据和FY2G红外云图数据,分析了1510号台风"莲花"水平结构的演变特征,结果表明:西南暖湿气流、"灿鸿"以及弱冷空气对"莲花"结构演变起着非常重要的作用。其中,西南暖湿水汽的不断卷入增强了"莲花"的强度和台风云系的发展,使其形成紧实密集的螺旋云系和南侧的"尾巴"状云系,水汽辐合区以及能量锋的演变对台风结构的变化有一定的指示意义;"灿鸿"对西南暖湿水汽的截断使得强度较弱的"莲花"成为孤立、结构对称的气旋;弱干冷空气的卷入使得"莲花"近海加强,但由于前期华南地区气温下降,天气较凉爽,不利于大陆上空外围飑线云系的发展,随着"莲花"靠近并登陆汕尾沿海,其云系逐渐调整为"6"字型结构。     

台风"云娜"(2004)近海加强的数值模拟研究

本文利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2004年14号台风RANANIM("云娜")在登陆前近海加强及登陆初期的过程进行了54 h模拟,并加入人造台风优化初始场。结果表明:MM5能比较好地模拟出台风近海及登陆初期的移动路径及台风中心气压的变化。利用数值模拟结果,讨论了RANANIM(2004)台风在近海加强过程中的环流、动力和热力结构特征。发现在台风RANANIM近海加强的过程中对应有高空200 hPa净辐散场的存在,台风中心气压随净辐散值的增大而降低,反之亦然。净辐散值的减小对台风中心气压的快速升高有着预示的作用;垂直环流在强度和空间分布上发生了明显的变化。台风加强后,台风中心上方出现了明显的补偿性下沉气流;对流层低层存在明显的冷暖空气堆积,且当冷暖空气强度相当时有利于台风的增强;台风中心上方的正涡度柱逐渐发展为东西不对称分布,垂直方向上伸展高度保持不变或升高,而且在量值上也要更大。     

超强台风 “桑美” (2006) 近海急剧增强过程数值模拟试验

应用PSU/NCAR非静力平衡中尺度模式MM5 (V3.5) 设计试验方案, 对超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的急剧增强和减弱过程进行数值模拟研究, 模式较好地再现了台风的路径和强度变化; 通过地形敏感性试验, 着重研究了地形对近海台风强度变化的影响。结果表明: (1) “桑美” 强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系, 当南亚高压和副热带高压减弱时, 台风急剧增强; 台风中心附近对流层高层辐散的增强导致 “桑美” 急剧增强, 对流层中低层辐散的增强以及中层辐合的增大与 “桑美” 的减弱密切相关; 来自海洋的暖湿气流是 “桑美” 发展的关键条件; 低层气旋性涡旋并入台风环流是 “桑美” 近海急剧增强的重要原因。 (2) 凝结加热过程对 “桑美” 的近海维持和发展增强非常重要, 尤其是对流层中上层凝结潜热的突然增强有利于台风在近海的急剧增强。 (3) 小范围地形对 “桑美” 在近海的强度和路径有一定影响, 但作用相对较小, 而且主要表现在台风登陆前后; 大范围地形导致水平风场的非对称分布和台风中心附近垂直运动的异常, 最终影响到台风的强度变化。     

超强台风威马逊快速增强及大尺度环流特征

超强台风威马逊（1409）登陆前发生快速增强现象,并成为我国有气象记录以来的最强登陆台风。该文利用中国气象局台风最佳路径资料、NCEP FNL分析资料、NOAA高分辨率逐日最优插值海表温度融合分析资料和天气学、动力学诊断分析方法,分析这次罕见的台风快速增强过程。研究结果表明:威马逊（1409）快速增强与持续有利背景场有关,如海温异常偏暖、低空急流和越赤道气流的增强、环境风垂直切变维持较小、高层维持较强流出气流等。尤其是台风下游大气处于热力不稳定,在其他有利因子的共同作用下,台风移入热力不稳定环境场中,有利于台风环流内部对流活动的增强和对流凝结潜热效率的增加,从而有利于台风强度增加。动能诊断方程表明:威马逊（1409）快速增强期间低层动能主要来源于风穿越等压线所作的功,这与台风环流内强降雨释放的对流凝结潜热驱动台风中心附近上升、外围下沉的垂直环流圈的加强紧密联系。     

山东半岛东海岸一次台风暴雨的成因研究

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星云图资料和山东省123个国家气象站资料和雷达产品,对2015年7月12日台风"灿鸿"给山东半岛东部海岸带来的暴雨天气过程进行分析。结果表明:中高纬环流与台风环流相互作用是这次台风暴雨形成的主要成因。主要表现为,中高纬度东移高空槽携带的干冷空气与台风西侧外围暖湿气流在山东半岛交汇,地面"鞍型场"诱发的冷锋侵入山东半岛,为山东东部海岸暴雨发生提供了有利的天气尺度环流背景条件;高低空急流"耦合"为暴雨的发生提供了强烈的动力条件;台风北侧不断发展的TBB低于-40℃对流云团长时间维持以及低空急流风速脉动是暴雨过程中强降水持续出现的重要因素。另外,山东半岛东侧海岸线的海陆差异造成的摩擦辐合也是造成强降水的原因之一。暴雨个例对比可知,高低空急流"耦合"的区域是决定暴雨落区位于台风移动方向左前方或右前方的预报着眼点之一。