地形对台风Megi(2010)过岛阶段路径偏折影响的数值研究

采用谱逼近方法减小大尺度环境场模拟偏差,通过地形敏感性试验,研究吕宋岛山脉地形高度对台风Megi(2010)过岛阶段路径偏折的影响。模拟试验表明,谱逼近700 hPa高度层以上天气尺度风场分量的数值试验不仅能够反映大尺度环流对台风路径的引导作用,同时保留了中低层环流对地形影响的响应,较为准确地反映了Megi靠近和登陆吕宋岛过程中的持续南压过程,以及离开吕宋岛后的突然北折过程。在此模拟基础上,通过对地形高度敏感性试验结果诊断和影响区域空气质点进行后向轨迹分析,表明在台风向山脉靠近过程中,台风外围和内核环流均受地形影响,迎风坡存在明显气流辐合,有利于台风流场与南北向山脉之间出现北风急流和轨迹汇聚带,从而产生狭管效应,造成台风移动路径南折;而台风过山后,不仅受到地形次生低压涡旋的吸引,其东侧同样出现以南风急流和轨迹汇聚为特征的狭管效应,有利于台风路径向北偏折。     

越赤道气流不同波长分量对台风Megi（2010）路径偏折的影响与模拟检验

基于NCEP再分析资料和NOAA高分辨率海温资料,采用空间傅里叶滤波法,分析了台风Megi(2010)路径北折过程中越赤道气流强度随时间的变化,以及其不同波长分量对台风移动路径转折的影响,利用谱逼近方案的数值模拟对分析结果进行验证。结果表明,加里曼丹岛附近越赤道气流突然增强北涌对台风移动路径北折具有重要影响。经纬向波长为500km以上的低层风场分量的环流结构能明显反映出加里曼丹岛附近越赤道气流中的中尺度反气旋系统。模拟试验结果与分析结果一致,即环境风场的中尺度分量是影响台风路径北折的重要因子,其中经纬向波长为500 km以上风场分量体现了加里曼丹岛附近越赤道气流风场结构中的中尺度反气旋系统对台风路径的影响,因此,其模拟路径与观测路径最为接近。     

GRAPES_TYM模式对TC路径及环境引导气流预报检验分析

对2012—2013年GRAPES_TYM模式热带气旋路径预报结果进行检验,结果表明:模式对所有类型路径预报在24h、48h和72h预报时效的平均距离误差分别为94.3km,143.7km和260.8km,并且存在偏北的系统性偏差;对于南海TC,模式对TC移向预报较实况偏右,移速误差较小,移向偏差是路径偏差的主要原因;另外统计得到模式对TC移向的预报偏差与对其环境引导气流预报偏差有密切的关系,以1213号台风"启德"为例进一步通过移向误差诊断方程探讨了环境引导气流预报偏差(包括环境风场预报偏差、环境引导气流半径偏差及环境引导气流厚度偏差)对TC移向偏差的影响,而环境引导气流预报误差来源与模式对大尺度天气系统、TC大小及强度的预报偏差有关。     

台风珍珠和鲇鱼北折路径对比分析

“珍珠”（0601,Chanchu）和“鲇鱼”（1013,Megi）都是发生北折路径的台风,通过分析发现导致台风珍珠和鲇鱼路径北折的天气形势变化有一些相同点：都发生在环境场的调整中,有西风槽影响华南的副热带高压,使之减弱东退、台风移速减慢,然后副热带高压加强并从台风南部向西南伸展、与赤道高压打通,其西侧的偏南气流与越赤道气流会合引导台风向北移动;同时有弱冷空气南侵。上述环境场的突然变化导致引导气流方向发生突然变化,是这两个台风西行北折的重要原因。引导气流分析还发现,秋台风鲇鱼最佳引导气流所在高度低于初夏台风珍珠。另外,不同的路径预报方法、不同的模式和超级集合预报提供了各种台风路径预报信息,在应用这些信息时要密切结合实况天气形势的变化,进行路径预报订正。     

人造台风模型中三维风场的改进及敏感性模拟研究

对MM5的人造台风风场方案进行了分析,并引入台风移速、移向、摩擦等客观因素构造非对称切向风场,尝试选择合理的径向风方案,并考虑风场垂直结构,改进出三维非对称台风风场模型.通过对"云娜"台风模式初始场的对比发现,径向风及高空反气旋环流的引入突出了台风的基本特征,与观测事实相接近.最后进行敏感性数值模拟,通过比较台风路径及移速、海平面气压、最大风速等模拟要素,结果表明:改进后的台风模型通过订正初始场,对台风路径及强度预报效果的提高也有正效应.     

2009—2015年ECMWF热带气旋集合预报的检验及分析

本文从四个方面检验分析了ECMWF 2009—2015年西北太平洋热带气旋集合平均预报性能。结果表明：集合预报对路径的预测能力逐年提高,对强度预报整体偏弱。随着热带气旋强度增强,集合预报对移速和移向的预测能力提高,而移向预报偏左、移速预报偏慢、强度预测偏弱的现象较明显。将影响热带气旋的引导气流分为偏强、中等、偏弱三类,引导气流偏弱时热带气旋移动偏慢,因此移向预报的不确定性大;而引导气流偏强时热带气旋移向明确,只是移速预报不稳定。进入南海的三类路径热带气旋,集合预报对西行、西北行两类的移速、移向预报效果较好,而西行后北折的预报较差,在热带气旋北折前,移向预报发散度很大,向北转折后移向趋于稳定,移速预报的误差相对较大。这几种情形的检验结果,在热带气旋集合预报的业务应用中值得注意。     

海南岛地形对过岛台风影响的初步研究

本文对1949—1976年40次经过海南岛台风的强度、移速和移向等特性进行了统计分析。结果得出:强台风受地形影响过岛前后衰减较大,弱台风则受影响较小;当台风路径比较平直时,其移速在登陆后有所减小,但在登陆前弱台风的移速反而有所增大;移向的偏转与台风路径有关,但除在登陆前后转向的台风外,都在登陆后有向左偏的现象。上述结果与过去有关岛屿地形对台风影响的研究进行了比较。     

影响台风移动因子的数值研究

本文采用有辐散的正压原始方程模式对影响台风涡旋移动的因子进行了数值试验,试验结果表明:(1)在无环境风条件下,台风涡旋向西北方向移动,移速与台风切向风速、台风半径和台风区f场的特征有关,台风外区(指最大风速半径以外台风区域)切向风速越大、台风半径越大,台风涡旋移速向北分量越大。(2)均一环境风场中,台风移动受基本气流的平流、β效应和指向引导气流左侧的横向加速度的作用,其中基本气流的引导作用是主要的。台风移速与引导气流速度比在东风气流中要大于西风气流中,而台风移向与基本气流之间的偏角在西风气流中要大于在东风气流中。(3)台风涡旋有沿基本气流绝对涡度梯度方向的次级运动分量。(4)台风涡旋在有切变的西风气流中比在均一西风气流中易发展加强,而它的移动更偏向引导气流的左侧。      

2004年台风“艾利”与“米雷”路径异常变化分析

2004年西北太平洋上生成的台风"艾利"和"米雷"开始都是向西北方向移动,当快要进入东海时两个台风的路径均发生变化,"艾利"转向西南方向,形成倒抛物线形的路径,而"米雷"突然向东北方向转折。通过对这两个台风的不同时间尺度环境场及其与台风相互作用的分析表明,对于西南转向的"艾利",副热带高压(副高)西伸明显,台风位于副高的南侧,天气尺度风场对副高低频分量的涡度平流,使得台风西北侧出现负涡度,同时由于罗斯贝波能量频散,台风东南侧出现负涡度,与负涡度相联系的天气尺度异常环流导致台风西北侧和东南侧的天气尺度引导气流的作用相互抵消,台风主要在低频环流引导下向西南方向移动;对于突然向东北转向的"米雷",副高位置偏东,转向时刻只有东南侧增强的天气尺度西南风,天气尺度引导气流导致台风向东北转折。     

台风“梅花”路径转折期间的结构特征分析与模拟

利用多种资料对2011年第9号热带气旋“梅花”的两次路径转折过程进行诊断分析和数值模拟,结果表明:副热带高压、中纬度槽和越赤道气流等外部大环境场的变化对路径转向有影响,第一次路径转折期间,眼墙和螺旋云带分布变化不大;第二次路径转折前后,台风眼墙从双眼墙结构演变成明显的非对称结构,台风眼区发生了眼墙置换与合并,以及螺旋云带与眼墙合并过程。机制的定量分析表明:第一次转向期间,环境风场的纬向和经向分量对引导气流的贡献在83%以上,表明外部环境风场对其路径转向的影响较大,内部的风暴尺度风场对其路径转折的影响程度较小;第二次转向期间,风暴尺度场的纬向分量对引导引流贡献的百分比从23%上升到36%,经向分量对引导引流贡献的百分比介于35%~47%之间,表明内部非对称结构与外部大尺度环境流场对第二次路径转折都有影响。     

我国台风路径业务预报误差及成因分析

利用2005 2009年中国气象局(CMA)提供的西北太平洋(包括南海)台风路径业务预报资料,比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差,登陆台风不同阶段以及华东登陆和华南登陆台风的路径预报误差。结果表明:CMA在2005 2009年的路径预报水平与1999 2003年的相比有了显著提高。平均南海台风预报误差大于西北太平洋。异常路径台风主要出现于南海,三个预报时效(24、48和72 h)异常路径的预报误差平均都小于正常路径。将登陆台风分为远海、登陆期间和登陆后三个阶段,显示登陆期间台风预报误差最大,同一阶段华南登陆台风的预报误差大于华东登陆台风。台风登陆位置在24、48和72 h预报时效的平均预报误差分别为71.1、122.6和210.6 km,48和72 h台风实际登陆时间有70%早于预报时间,平均分别提早8和12 h。比较大尺度引导气流与台风移动的偏差及24 h路径预报误差,得到南海三种典型登陆台风路径的大尺度引导气流与台风移动的偏差及其与路径预报误差的关系不一样,即误差成因不同。南海倒抛物线型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最大,其预报误差最小;西一西北型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最小,其预报误差最大,可能与大尺度环流预报准确性差有关。登陆华东的预报误差小于登陆华南台风的预报误差,这与台风登陆华南时其大尺度引导气流和台风移动的偏差大于登陆华东的台风有关。     

ECMWF驱动场谱逼近对浙江超强台风“利奇马”（2019）精细化数值预报的影响

为提升高分辨率区域数值天气预报模式性能,基于高质量的ECMWF全球预报模式产品和动力谱逼近方法优势,本文以2019年重创浙江的超强台风“利奇马”为例,探讨了ECMWF驱动场水平风场谱逼近技术对浙江台风精细化预报性能的影响。结果表明:（1）谱逼近对路径预报影响较明显,逐小时路径误差最大修正可达80 km。谱逼近的垂直层次选取对于谱逼近效果有一定影响,总体上800 hPa高度以上谱逼近对台风路径和强度预报改进最佳。（2）谱逼近对浙江台风大风和强降水精细化预报均有大幅改进,对于8级以上大风ETS评分平均改进率为8.0%,最大改进率达20.8%;对最强日降水的暴雨、大暴雨以上降水TS评分改进幅度达11.8%、26.2%。（3）谱逼近对台风路径西偏和浙西南风雨高估的改进主要与对流层形势场及台风引导气流修正、近地层风力减弱、局地山脉地形降水增幅作用减弱有关。     

Improving Simulation of a Tropical Cyclone Using Dynamical Initialization and Large-Scale Spectral Nudging： A Case Study of Typhoon Megi （2010）

In this study, an approach combining dynamical initialization and large-scale spectral nudging is proposed to achieve improved numerical simulations of tropical cyclones (TCs), including track, structure, intensity, and their changes, based on the Advanced Weather Research and Forecasting (ARW-WRF) model. The effectiveness of the approach has been demonstrated with a case study of Typhoon Megi (2010). The ARW-WRF model with the proposed approach realistically reproduced many aspects of Typhoon Megi in a 7-day-long simulation. In particular, the model simulated quite well not only the storm track and intensity changes but also the structure changes before, during, and after its landfall over the Luzon Island in the northern Philippines, as well as after it reentered the ocean over the South China Sea (SCS). The results from several sensitivity experiments demonstrate that the proposed approach is quite effective and ideal for achieving realistic simulations of real TCs, and thus is useful for understanding the TC inner-core dynamics, and structure and intensity changes.     

一次东风波演变过程及其对台风“鲇鱼”北翘路径的影响

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF) ERA Interim全球再分析资料(1.5 °×1.5 °)分析了1013号超强台风“鲇鱼”存在期间其东侧东风波的演变、结构以及对台风“鲇鱼”北翘路径的影响。结果显示:在“鲇鱼”存在期间,副热带高压南部、台风“鲇鱼”以东存在明显的中高空东风波。在“鲇鱼”以东和180 °以西存在明显的两脊一槽结构。从250 hPa的位势高度场中心位置来看,其路径经历了西南偏西向西北偏西方向的转变,并最终同“鲇鱼”的高空环流合并。由于东风波槽西移,位于“鲇鱼”南侧的低压环流上空东风迅速增强,垂直切变加大,从而使得此低压环流减弱、消失。低压环流的消失使得“鲇鱼”南侧南风迅速加强。东风波槽的减弱、北抬,其两侧的高压脊区加强、合并。在“鲇鱼”西北侧西风槽发展南落的共同影响下,台风“鲇鱼”路径发生北翘。      

A SIMULATION STUDY OF THE INFLUENCE OF LAND FRICTION ON LANDFALL TROPICAL CYCLONE TRACK AND INTENSITY

A quasi-geostrophic barotropic vorticity equation model is used to simulate the influences of topographic forcing and land friction on landfall tropical cyclone track and intensity. The simulation results show that tropical cyclone track may have sudden deflection when the action of topographic friction dissipation is considered, and sudden deflection of the track is easy to happen and sudden change of tropical cyclone intensity is not clear when the intensity of tropical cyclone is weak and the land friction is strong.The land friction may be an important factor that causes sudden deflection of tropical cyclone track around landfall.     

VERIFICATION OF TYPHOON FORECASTS BY THE GRAPES MODEL

Four landfalling typhoon cases in 2005 were selected for a numerical simulation study with the Global/Regional Assimilation and Prediction System (GRAPES) model. The preliminary assessment results of the performance of the model, including the predictions of typhoon track, landfall time, location and intensity, etc., are presented and the sources of errors are analyzed. The 24-hour distance forecast error of the typhoon center by the model is shown to be about 131 km, while the 48-hour error is 252 km. The model was relatively more skilful at forecasts of landfall time and locations than those of intensity at landfall. On average, the 24-hour forecasts were slightly better than the 48-hour ones. An analysis of data impacts indicates that the assimilation of unconventional observation data is essential for the improvement of the model simulation. The model could also be improved by increasing model resolution to simulate the mesoscale and fine scale systems and by improving methods of terrain refinement processing.     

GRAPES区域集合预报系统对登陆台风预报的检验评估

针对2015年7—9月登陆中国大陆沿海的台风,利用GRAPES-REPS区域集合预报资料和集合统计诊断分析方法,对登陆台风的移动路径、时间、地点、强度和降水等进行检验评估,以期为预报员应用GRAPES登陆台风概率预报提供依据。检验结果表明,(1)集合平均移动路径要优于控制预报,集合预报各成员登陆地点存在20~340 km差异,但实况登陆地点均能落在集合成员登陆地点中。(2)对24 h和48 h登陆地点误差而言,集合平均较控制预报更接近实况。(3)随着预报时间的趋近,集合平均、控制预报和集合成员登陆地点距离误差逐渐缩小,登陆地点空间位置预报也没有明显的系统性误差。(4)集合成员对台风登陆时间预报偏早,平均提前2.3 h。(5)在强度预报中,尽管最低气压和近中心最大风速存在登陆前偏弱而登陆后偏强的趋势,但登陆点预报值区间包含了实况观测值,表明GRAPES-REPS集合预报能够较好展示多种可能信息。(6)不同量级降水AROC评分为0.56~0.76,具有预报参考价值;另外AROC评分的高低及台风暴雨落区的准确性与台风登陆点和登陆时间误差密切相关。可见,GRAPES-REPS区域集合预报可以在台风登陆地点、时间、强度和降水预报等方面提供更多的预报不确定性信息,有助于做出正确的预报决策。      

IMPACTS OF UPPER-LEVEL COLD VORTEX ON THE RAPID CHANGE OF INTENSITY AND MOTION OF TYPHOON MERANTI (2010)

Typhoon Meranti originated over the western North Pacific off the south tip of the Taiwan Island in 2010.It moved westward entering the South China Sea,then abruptly turned north into the Taiwan Strait,got intensified on its way northward,and eventually made landfall on Fujian province.In its evolution,there was a northwest-moving cold vortex in upper troposphere to the south of the Subtropical High over the western North Pacific(hereafter referred to as the Subtropical High).In this paper,the possible impacts of this cold vortex on Meranti in terms of its track and intensity variation is investigated using typhoon best track data from China Meteorological Administration,analyses data of 0.5×0.5 degree provided by the global forecasting system of National Centers for Environmental Prediction,GMS satellite imagery and Taiwan radar data.Results show as follows:(1)The upper-level cold vortex was revolving around the typhoon anticlockwise from its east to its north.In the early stage,due to the blocking of the cold vortex,the role of the Subtropical High to steer Meranti was weakened,which results in the looping of the west-moving typhoon.However,when Meranti was coupled with the cold vortex in meridional direction,the northerly wind changed to the southerly at the upper level of the typhoon;at the same time the Subtropical High protruded westward and its southbound steering flow gained strength,and eventually created an environment in which the southerly winds in both upper and lower troposphere suddenly steered Meranti to the north;(2)The change of airflow direction above the typhoon led to a weak vertical wind shear,which in return facilitated the development of Meranti.Meanwhile,to the east of typhoon Meranti,the overlapped southwesterly jets in upper and lower atmosphere accelerated its tangential wind and contributed to its cyclonic development;(3)The cold vortex not only supplied positive vorticity to the typhoon,but also transported cold advection to its outer bands.In conjunction with the warm and moist air masses at the lower levels,the cold vortex increased the vertical instability in the atmosphere,which was favorable for convection development within the typhoon circulation,and its warmer center was enhanced through latent heat release;(4)Vertical vorticity budget averaged over the typhoon area further shows that the intensification of a typhoon vorticity column mainly depends on horizontal advection of its high-level vorticity,low-level convergence,uneven wind field distribution and its convective activities.