台风“潭美”(2013)影响江西期间的路径和降水诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规气象观测资料、数值模式预报资料、多普勒天气雷达产品等,针对台风"潭美"(2013)登陆后影响江西的移动路径变化和强降水过程,从大尺度环流背景、物理量场等方面进行了诊断分析。结果表明:1)台风的移动路径与副高变化有关,由于受副高南缘的偏东南气流影响,其中心向西北偏西方向移动,进入江西后受副高阻挡逐渐转为偏西和西南偏西方向,因此强大的副高是影响"潭美"移动路径变化的重要系统。2)"潭美"登陆后,中心附近的风速分布表现出明显的不对称结构。随着其向偏西方向移动,大风速区呈逆时针旋转。这种风场结构中不对称的强风速区转移影响了台风的移动路径,使向西北方向的移动逐渐转为西行和西南行。东西风分量差与台风移动路径的变化之间具有很好的对应关系。3)多普勒雷达产品1 h降水量(OHP)与雷达反射率以及大气空中垂直液态含水量(VIL)具有很好的对应关系,与实际降水落区具有较好的对应关系,但其量值要比实际降水量明显偏小,平均在50%左右。4)水汽通量辐合越强,暴雨越强。强降水的产生与来自西南方向的水汽输送带密切相关。江西省中部大范围上升运动的出现和发展,为强降水的产生提供了动力机制;低层辐合、高层辐散的存在是此次台风强降水发生发展的重要因素之一。     

两个登陆广东汕头台风的多普勒雷达特征分析

利用厦门多普勒雷达资料,对在汕头登陆的2005年10号强热带风暴“珊瑚”和2006年1号台风“珍珠”的二次特大暴雨过程进行了对比分析。表明二次热带气旋的特大暴雨都是螺旋雨带造成的;对应的径向速度场上是风速的辐合,10号强热带风暴“珊瑚”还有风向的辐合;另外这两个热带气旋,由于它的路径不同,雷达径向速度图上零线和速度极值有不同的特点,10号强热带风暴“珊瑚”速度极值由不相等到相等再到不相等的过程,1号台风“珍珠”的雷达径向速度图上始终是来向的极值大于去向的极值,可根据速度极值不对称来判断环境风,从而预报热带气旋未来的移动。     

多普勒天气雷达速度图像在近海台风移动路径预报中的应用

在Rankine涡旋运动模式基础上模拟台风的水平风场结构,给出了准环境风的定义,研究了受准环境风影响台风的多普勒速度的重要特征,即根据台风正负极值中心的不对称程度和零速度线和台风中心的相对位置来估计一定高度的准环境风的风向风速,同时结合对近年来影响广东的几个近海台风的多普勒天气雷达径向速度场资料进行分析研究,证明准环境风的分析判断对近海台风的移动路径预报有很好的实际指示意义,可为今后近海台风的路径预报特别是转向台风的路径预报提供重要参考。     

台风网格风场主客观融合技术的应用及评估

针对实际预报工作中,台风主观预报和模式风场客观预报不一致的问题,基于南海台风模式(CMATRAMS)资料、实时台风主观预报资料,采用一种考虑下垫面作用的动力解释应用方法TCwind,得到了能较合理描述台风风场的数学方程组,结合网格预报技术,进行台风主观预报和模式风场的主客观融合,实现了台风风场预报的订正,能为网格预报提供有效辅助。以实时台风主观预报为评判标准,检验评估了2018—2019年西北太平洋所有台风的融合订正效果,发现订正后的台风风场中心能较准确地向主观路径预报调整;台风中心附近最大风速相较模式显著增强,趋近主观强度预报;台风环流风速比模式原始风速增大,风场结构分布相比模式原始风场也更合理。      

双雷达风场反演拼图在登陆台风“莫兰蒂”(1614)强降水精细预报中的同化应用试验

利用福建龙岩、漳州、泉州新一代多普勒天气雷达和厦门海沧双偏振雷达探测资料,采用动态地球坐标系下双雷达三维风场反演与拼图技术,基于天气研究和预报模式（Weather Research and Forecasting,WRF）及其资料同化系统,对登陆台风“莫兰蒂”（1614）引起的2016年9月14—15日福建强降水过程进行了双雷达风场反演拼图资料检验及其三维变分同化对强降水精细预报影响的数值试验,结果发现:（1）动态地球坐标系下双雷达反演风场能合理反映实际风场分布状况,其误差相对较小。相较厦门翔安风廓线雷达及厦门探空秒级测风数据,反演风风向（风速）平均绝对误差分别为7.8°（2.6 m/s）及3.4°（1.1 m/s）;（2）反演风场水平方向稀疏化对同化及预报结果极为重要,过密的反演风场资料会给同化及预报结果带来负效果。文中采用18、6、2 km 3重嵌套,在3重嵌套区域均进行同化以及仅在2 km区域进行同化两种情况下,均表现为当反演风场资料水平分辨率提高到0.1°时,同化分析及预报的台风环流开始受到负影响;且当反演风场资料水平分辨率越高时,负效果越明显。敏感性试验结果显示,分辨率取0.2°时数值预报效果最好;（3）以美国国家环境预报中心全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System,NCEP/GFS）0.5°×0.5°分析场为初值,基于3个不同起报时刻（2016年9月14日14时、20时及15日02时）（北京时,下同）模拟的福建省境内台风内核雨带和螺旋雨带逐时演变、台风路径与强度、逐时降水TS评分和空间相关差异显著,其中14日14时起报试验效果最好;而14日20时起报试验效果最差,这与该试验初始台风大风轴风速明显偏大有关;（4）在上述3个不同起报时刻试验基础上,分别增加双雷达反演风场资料的三维变分同化后,福建境内地面风场和台风内核雨带、螺旋雨带逐时分布、逐时降水TS评分和空间相关、台风环流结构以及U、V风垂直廓线分布均有明显改善,最大正影响时效可达24 h;但仅对1—6 h时效内台风路径有改善。      

冷空气侵入台风“珍珠”的多普勒雷达回波特征

利用汕头和厦门的多普勒雷达资料、NCEP再分析等资料,研究2006年5月17日台风“珍珠”的短时特大暴雨特征。多普勒雷达探测表明,17日18～19 h,在台风“珍珠”的核半径附近,正、负径向速度极值区分布不对称,即台风前进方向左侧的径向速度明显地大于右侧,研究表明这种特殊情况是由于冷空气(东北风)侵入所导致的,而且该冷空气侵入主要位于4 km以下的中低层,正是因为冷空气侵入造成强迫抬升,加剧不稳定能量释放,触发强降水产生,冷空气影响后期导致台风迅速减弱。与雷达速度场回波观测到的冷空气侵入相对应,17日18 h NCEP风速资料显示在中低层(约1～3 km)台风中心偏西侧,存在明显的全风速高值区,而除了受冷空气影响部位外,台风前进方向的右侧各层风速仍然大于左侧。利用蓝金模式模拟结果,可进一步证实了在台风前进方向左侧的中低层,东北向气流侵入台风涡旋的事实。通过计算物理量表明,在冷空气侵入区域存在高θse密集锋区,θse密集带从底层向高层、由偏东向偏西、由偏南向偏北方向倾斜,闽南地区的特大暴雨就发生在高θse的密集锋区附近。     

两个登陆广东汕头台风的多普勒雷达特征分析

利用厦门多普勒雷达资料,对在汕头登陆的2005年10号强热带风暴"珊瑚"和2006年1号台风"珍珠"的二次特大暴雨过程进行了对比分析。表明二次热带气旋的特大暴雨都是螺旋雨带造成的;对应的径向速度场上是风速的辐合,10号强热带风暴"珊瑚"还有风向的辐合;另外这两个热带气旋,由于它的路径不同,雷达径向速度图上零线和速度极值有不同的特点,10号强热带风暴"珊瑚"速度极值由不相等到相等再到不相等的过程,1号台风"珍珠"的雷达径向速度图上始终是来向的极值大于去向的极值,可根据速度极值不对称来判断环境风,从而预报热带气旋未来的移动。     

利用两类雷达探测资料分析超强台风“威马逊”登陆期间结构演变特征

利用实时多普勒天气雷达、边界层风廓线雷达和自动站资料对超强台风“威马逊”第4次登陆广西沿海时台风结构的演变特征进行研究,结果表明：台风眼区气压呈“漏斗”形变化,具有气压低、风速弱、空气干而暖的特征;登陆过程中眼区保持圆形,半径约为30 km,是典型强台风结构;天气雷达径向速度大风区具有非对称性,右象限大于左象限;风廓线雷达水平风场能够精确、直观地描述台风不同部位经过测站时的垂直结构特征,从低层到高层风向先后经历了“东北风—东风—东南风—南风”的转变过程,风速整体上呈现随高度先增大后减小的特点,其垂直速度和大气折射率结构常数(C2n)能够很好地反映台风的结构及其云和气流的变化特征;两种雷达风场产品的风向一致,但是VWP产品的风速比风廓线雷达的要小,VWP产品出现无效数据时,可以用风廓线雷达产品作为补充。     

雷达径向风速同化对台风麦莎模拟的影响

本文应用WRF-3DVAR系统同化多普勒雷达径向风速资料,并利用WRF模式对台风麦莎（2005年8月6日00时至7日00时）进行数值模拟,以此检验多普勒雷达径向风速资料在改进模式初始场及提高台风路径和降水预报准确度等方面的应用效果及意义,探讨不同同化时间间隔对同化效果的影响。通过对比同化试验和控制试验发现：雷达径向风速资料能通过调整初始风场结构,改进对台风结构的模拟,从而提高模式对台风麦莎的路径、强度和降水的模拟能力;雷达资料信号在进入模式后有一定的时效性,在一定程度上缩小同化时间间隔有助于提高同化效果。     

台风“罗莎”低空流场与降水中尺度结构的观测资料分析

为了进一步了解台风的水平风场结构和降水雨带的分布特征与台风强度变化的关系,利用观测资料和多普勒天气雷达探测资料对0716号台风"罗莎"的降水云系、反演的水平风场和雷达回波进行分析,结果显示:(1)在台风减弱为强热带风暴以前,低空卷入台风中心的强回波带开始出现分裂;减弱为热带风暴时,低空的强回波带出现明显的分离和断裂。雷达探测的向台风中心卷入的低空强回波带的分离和断裂,可以为台风减弱预报提供参考。(2)多普勒雷达探测资料反演的低空水平风场分析显示,虽然所处的环境风场截然相反,我国和美国两地区的热带气旋在低空存在相似的中尺度流场结构。我国东南沿海即将登陆的台风的西南侧外围与环境风场的交汇处,存在一处气流汇合带和气流辐散带,气流汇合带对应台风南侧的强降水中心。(3)通过多普勒雷达反演的低空水平风场与强度回波的叠加分析显示:台风的螺旋雨带与反演的低空水平风场的中尺度风切变线对应。这种中尺度切变在常规观测中难以发现。     

利用多普勒雷达径向速度提取台风环境风场信息

应用蓝金模式模拟了纯气旋性旋转的多普勒雷达径向速度特征,还模拟了不同环境风向和吹向台风中心的辐合风对台风多普勒速度特征的影响。在此基础上,提出了雷达实测台风速度的特征和不同环境风向的速度数值模拟图进行比较,从而提取出相应环境风信息的方法,并应用这种环境风信息来判断台风的移动路径。通过对台风实例分析,特别是在台风发生转折的关键时刻,该方法都能够较准确地判断环境风转折的多普勒速度特征。应用多普勒雷达径向速度图像与不同环境风向模拟图像进行比较的方法,能够实时(雷达观测时间间隔仅为6 min)监测到环境气流的方向及其变化,比较准确地监测台风的移动路径,这是其他大尺度气象资料难以做到的。分析表明:环境风转向变化的现象在前,台风发生转折的现象在后,对台风路径的短时预报具有一定应用价值。     

0414号台风“云娜”多普勒雷达探测

通过宁波新一代天气雷达对0414号台风“云娜”的多普勒雷达探测资料及其所提供的产品进行个例分析, 得出了一些初步的结果:该雷达对“云娜”的中心位置探测与舟山、温州雷达以及中央气象台综合定位基本一致; 通过大陈站、石浦站出现的极大风速与温州、宁波两部多普勒雷达测得的最大径向速度比较, 发现其独特的径向速度产品能较好地显示台风的极大风速情况; 探测到的反射率因子强度与雨强有较好的对应关系, 并就此讨论了Z-I关系。文章还对总降水量产品和实况雨量进行比较, 发现反演值只有实况过程雨量的50%左右。     

登陆台风边界层风廓线特征的地基雷达观测

为了分析登陆台风边界层风廓线特征,利用2004—2013年中国东南沿海新一代多普勒天气雷达收集的17个登陆台风资料,采用飓风速度体积分析方法,反演登陆台风的边界层风场结构特征。与探空观测对比表明,利用雷达径向风场可以准确地反演登陆台风的边界层风场结构,其风速误差小于2 m/s,风向误差小于5°。所有登陆台风合成的边界层风廓线显示,在近地层(100 m)以上,边界层风廓线存在类似急流的最大切向风,其高度均在1 km以上,显著高于大西洋观测到的飓风边界层急流高度(低于1 km)。陆地边界层内低层入流强度也明显大于过去海上观测,这主要是由陆地上摩擦增大引起。越靠近台风中心,边界层风廓线离散度越大,其中,径向风廓线比全风速以及切向风廓线离散度更大。将风廓线相对台风移动方向分为4个象限,分析边界层风廓线非对称特征显示,台风移动前侧入流层明显高于移动后侧。最大切向风位于台风移动左后侧,而台风右后侧没有显著的急流特征,与过去理想模拟的海陆差异导致的台风非对称分布特征一致。     

CINRAD-SA雷达在正面登陆台风预警中的应用

新一代天气雷达（CINRAD-SA）具有丰富的产品和强大的功能。通过对云娜等正面或临近正面登陆温州的热带气旋的雷达资料分析，发现一些独特的回波特征和风场结构。结果表明，强台风具有明显的眼（眼越小强度越强），眼壁和螺旋雨带对流发展旺盛，强度结构完整、紧密。台风暴雨强度与台风气旋性涡旋本身的动力辐合上升强度趋于一致。强降水常出现在台风前进方向的右前侧，相同的垂直累积液态水含量受地形等因素影响“降水效率”差异极大。对于沿海一带，利用新一代天气雷达更高的探测能力对于台风性质的判断、短时预警和决策服务会起到积极的重要作用。     

基于物理约束扰动的EnSRF雷达资料同化

在完善WRF集合均方根滤波同化系统的双向嵌套预报方案、雷达资料质量控制方案和多微物理过程积分方案的基础上,引入了一种扰动势函数、流函数的尺度较小、物理意义更明显的集合初始扰动新方案.通过台风“桑美”登陆过程中的多普勒雷达资料直接同化试验,对比新扰动方案与目前应用较多的背景误差协方差随机扰动和全场随机扰动方案,对集合滤波同化效果的影响.试验结果表明,3种初始扰动方案都有效改善了台风内部结构,但新方案由于尺度更小、结构更为合理,其同化效果也更为显著,提高了对台风路径、中心最低气压、最大风速及降水的预报质量.     

QUALITY CONTROL OF SINGLE DOPPLER RADAR DATA AND RETRIEVAL OF HORIZONTAL WIND FOR A LANDING TYPHOON

The removal of noise and velocity ambiguity and retrieval and verification of horizontal wind field is a prerequisite to make the best and fullest use of Doppler radar measurements. This approach was applied to the Doppler radar data collected during August 2005 for a landing typhoon Matsa (0509) in Yantai, Shangdong Province, and the verified result shows that the quality control for this dataset was successful. The horizontal wind field was retrieved and then verified by studying the characteristics of the radar radial velocity and large-scale wind field and the vertical cross section of the radial velocity determined with the typhoon center as the circle center and comparing it with satellite imagery. The results show that the meso- and small-scale systems in Matsa and its horizontal and vertical structure could be clearly retrieved using the dataset collected by single Doppler radar, and a shear or a convergence was corresponding with a band of severe storm around Matsa. At the same time, the retrieved wind field from single Doppler radar is proved to be a reliable and high-resolution dataset in analyzing the inner meso-scale structure of Matsa. It is also proved that the method for removing the velocity ambiguity could be an effective approach for preliminary quality control of the Doppler radar data, and the VAP method could also be a reasonable solution for the analysis of mesoscale wind field.     

强台风纳沙 (1117) 近地层风特性观测分析

根据琼州海峡两岸2个梯度塔和1部车载风廓线雷达共同获取的强台风纳沙 (1117) 实测风速资料,分析强台风纳沙影响期间大风特性,发现以下观测事实和变化规律:位于台风移动路径右侧的测风站,其风向呈顺时针方向旋转,台风眼区经过的测风站,其最大风速接近35 m·s-1,且风向旋转超过180°,台风外围大风区经过的测风站其最大风速达到30 m·s-1,风向旋转73°;大风风切变过程可用对数函数和指数函数拟合,对数函数和指数函数对光滑下垫面的拟合效果更好,且对数函数拟合效果要略优于指数函数;阵风系数随风速增大而减小,但风速达到6级以后,阵风系数不随风速大小产生趋势变化,阵风系数与下垫面粗糙度有关,在粗糙下垫面上阵风系数会偏大;大风阵风系数随高度变化可用指数函数来描述,且对来自光滑下垫面的近地层大风阵风系数拟合效果更好。该观测个例的大风风切变指数与GB/T 18710—2002的推荐值存在差异——粗糙下垫面的大风风切变指数大于标准推荐值,而来自光滑下垫面的大风风切变指数则小于GB/T 18710—2002的推荐值。     

浙江沿海登陆台风结构特性的多普勒雷达资料分析

利用浙江省新一代多普勒雷达组网资料,选取在浙江东南沿海近乎同一地点登陆的3个台风进行研究。从登陆前6 h到登陆后7 h,对比分析3个台风在登陆前后的雷达回波和降水结构时空变化特征。利用单多普勒雷达四维变分风场反演技术,对温州多普勒雷达探测资料进行了风场反演。结合利用雷达回波强度资料,对3个台风登陆前后1 h在云岩、昌禅等地造成特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明,台风强度与其螺旋云带中的对流单体密切相关。台风强度愈强,其中低层环状平均回波强度就愈强,对流活动也就愈旺盛,降水强度也愈大。台风登陆前,回波(雨带)从眼墙向外围传播。台风登陆后,随着台风外围回波(雨带)明显减弱,台风眼墙回波(雨带)则明显增强,台风眼区逐渐被强回波所取代,使台风登陆后眼墙的平均雨强比登陆前增大。台风登陆后1 h,由于低(高)层水平辐合(散)增强,强对流回波中倾斜的上升(下沉)气流明显增大,使对流运动更加活跃,造成登陆后1 h的降雨量显著增强。台风强度与登陆后1 h降雨量的增强幅度成正比。台风强度越强,垂直风切变就越大,垂直切变风速大值区与最大降雨区有较好的对应关系。台风登陆后1 h,垂直切变风速的明显增加对登陆台风螺旋雨带中的中小尺度对流的加强和维持起到了非常重要的作用。     

台风“莫拉克”影响期间浙江大风成因分析

利用常规资料、浙江省自动站加密资料、NCEP/NCAR1°×1°每日4次再分析资料和多普勒天气雷达资料对2009年第8号台风“莫拉克”影响期间浙江大风的成因进行了分析。此次台风大风影响具有影响时间早、持续时间长、影响范围大和大风强度强的特点。副热带高压快速加强西进是造成台风大风提早出现的主要原因之一。鞍型场、3个台风相互影响使得“莫拉克”台风移速减慢,导致台风大风对浙江沿海的影响时间增长。“莫拉克”登陆福建后其西北侧华北高压以及东南侧海上高压的存在使得地面气压梯度维持,导致大风影响时间增长和影响范围增大。垂直方向环流将高层动量下传导致低层风速猛增。多普勒天气雷达径向速度产品VCP21进行速度退模糊后可以作为台风大风分布范围和极大风速预测的一个参考依据,预测时其在沿海海面效果要较内陆好。