台风Haitang(0505)登陆过程地形影响的数值模拟试验

以2005年严重影响我国的登陆台风Haitang为研究对象,在用MM5模式成功模拟台风登陆前后路径、强度、降水以及结构特征的基础上,通过地形敏感性试验,分析了地形对台风的影响及其机理。结果表明:台风在经过台湾及其后在福建登陆期间的异常路径是地形诱生低压发生发展的结果;在降水强度上东部沿海特殊地形对台风北侧东南气流的辐合抬升使得暴雨增幅度1倍以上;地形对台风强度也有一定影响,约为4～5hPa。通过对有无地形影响时台风结构的比较发现地形影响主要在低层,使得高度场分裂两个中心,低层台风主体受山脉阻挡在位置上落后于高层。分析还发现台风登陆前夕移动方向西侧相当位温向西倾斜也可能与地形有关。     

台风Haitang(0505)登陆过程地形影响的数值模拟试验

以2005年严重影响我国的登陆台风Haitang为研究对象,在用MM5模式成功模拟台风登陆前后路径、强度、降水以及结构特征的基础上,通过地形敏感性试验,分析了地形对台风的影响及其机理。结果表明:台风在经过台湾及其后在福建登陆期间的异常路径是地形诱生低压发生发展的结果;在降水强度上东部沿海特殊地形对台风北侧东南气流的辐合抬升使得暴雨增幅度1倍以上;地形对台风强度也有一定影响,约为4～5hPa。通过对有无地形影响时台风结构的比较发现地形影响主要在低层,使得高度场分裂两个中心,低层台风主体受山脉阻挡在位置上落后于高层。分析还发现台风登陆前夕移动方向西侧相当位温向西倾斜也可能与地形有关。     

台湾地形地台风Dot运动影响的数值研究

本文将功能，高分辨率的中尺度数值模拟ＣＳＵ－ＲＡＭＳ改为嵌套网格的台风数值模式，并且用该模式成功地模拟出台风Ｄｏｔ在台湾地形影响下产生不连续跳跃式的异常路径，分析了产生这种异常路径的原因是地形诱生低压发生发展的结果。     

地形摩擦对台风移动的影响

本文从动力学的角度研究了台风流场与台风运动的关系,在实际预报中考虑地形摩擦改变的流场对台风移动的影响取得了明显的效果。     

0709号台风影响下粤东后江湾海滩地形动力过程研究

基于0709号台风"圣帕"影响下粤东后江湾的现场实测海滩前滨地形资料和水动力、风等资料,采用典型相关分析方法识别了台风影响下海滩前滨地形不同的变化过程,揭示了这些不同变化过程的主要控制因子,并尝试给出了物理解释。研究结果表明:(1)台风影响下海滩前滨地形的主要变化过程是水上滩肩被破坏—水下岸坡略有堆积—水下沙坝泥沙向海搬运,控制这一过程的主要动力因子是风速东向量、最大波高和碎波尺度参数;(2)海滩前滨地形的次要变化过程是海滩前滨泥沙向海搬运而形成水下沙坝,控制这一过程的主要动力因子是最大波周期和海滩地下水位;(3)海滩前滨地形也表现出前滨上部地带堆积、下部侵蚀的变化过程,控制这一过程的主要动力因子是沿岸流、海滩地下水位和最大波高。这些研究结果进一步揭示了台风影响下海滩前滨地形动力过程是由多个不同的地形-动力过程耦合作用而组成。     

台湾地形对台风Dot运动影响的数值研究

本文将多功能、高分辨率的中尺度数值模式CSU-RAMS改为嵌套网格的台风数值模式,并且用该模式成功地模拟出台风Dot在台湾地形影响下产生不连续跳跃式的异常路径,分析了产生这种异常路径的原因是地形诱生低压发生发展的结果.     

理想台风驱动的涡旋对吕宋海峡黑潮影响的数值研究*

吕宋海峡以东即北太平洋热带地区常年存在着大量的涡旋,这些涡旋在向西运动的过程中遇到吕宋海峡黑潮后是否会穿越黑潮进入南海值得研究。文章用数值模式来模拟吕宋海峡的黑潮以及吕宋海峡以东的众多涡旋,结果表明没有一个涡旋可以穿越吕宋海峡进入南海。在此基础上引入了一个理想台风风场,通过风应力旋度的形式驱动出强劲的气旋式和反气旋式涡旋,这两个涡旋分别添加在源区黑潮附近,也是在源区黑潮流量最小的8月。以往研究表明,黑潮流量小而涡旋强劲的时候涡旋容易穿越吕宋海峡进入南海,但由何种原因产生的涡旋可以穿越吕宋海峡难以确定;而文章的数值计算结果表明,即使在黑潮较弱的夏季8月,由风应力旋度产生的中尺度涡,无论是气旋式还是反气旋式,都受到了吕宋海峡的阻挡而难以穿越。     

台风“莫拉菲”潜热的数值模拟研究

WRF天气研究和预报模式是新一代中尺度数值预报模式,本文采用最细2公里的网格距对台风“莫拉菲”内核的宏观、微观以及潜热过程进行数值模拟。通过对台风路径、风速大小、降水形态以及内核热力和动力结构的验证,证实了单向六参数WSM6方案的合理性。本文通过计算台风过程中的潜热加热率,揭示了总潜热主要来源于0℃层以下的凝结潜热和0℃层以上的凝华潜热。证实了与霰有关的云微物理过程是对总潜热贡献最重要的因子。除此之外,在本次台风“莫拉菲”的模拟中,其他重要的潜热贡献因子分别是水汽凝结成云水、云冰的凝华增长、雪的凝华增长、云冰的初始化、霰的凝华增长、云水被雪和霰收集、云水和雨水的蒸发、雪的升华、霰的升华、霰的融化以及云冰的升华。总体而言,本文模拟的潜热加热率廓线和TRMM卫星的廓线基本一致,尽管具体数值略有不同。     

云微物理参数化对东亚近海热带气旋活动模拟的影响

基于CWRF模式(Climate Extension of Weather Research and Forecast Model)结果,探讨了8种云微物理参数化方案对1986—2015年间东亚近海热带气旋的空间分布、频数及强度模拟的影响。结果发现:CWRF模式中各云微物理参数化方案模拟的热带气旋频数普遍较观测偏少,其模拟的强度相比观测也偏弱;热带气旋的空间分布和频数对云微物理参数化方案的选择较为敏感,而云微物理方案的选择对热带气旋强度的模拟影响不大; Morrison方案和Morrison-a方案模拟的热带气旋空间分布更接近于观测,但对热带气旋频数及强度的年际变化趋势模拟得较差,而GSFCGCE方案的TS评分及强度、频数的相关系数均较其他方案偏高。综合来看,采用GSFCGCE方案模拟热带气旋活动总体最优。进一步分析发现,相较于Morrison方案和Thompson方案,考虑气溶胶影响的Thompson-a和Morrison-a方案不仅可以有效提高对热带气旋频数及空间分布的模拟能力,还对热带气旋频数及强度年际变化趋势的模拟能力也有所提升。     

台风移行速度与登陆角度对风暴潮的影响:一个理想模型数值实验

The effects of hurricane forward speed(V) and approach angle(θ) on storm surge are important and a systematic investigation covering possible and continuous ranges of these parameters has not been done before. Here we present such a study with a numerical experiment using the Finite Volume Community Ocean Model(FVCOM).The hurricane track is simplified as a straight line, such that V and θ fully define the motion of the hurricane. The maximum surge is contributed by both free waves and a forced storm surge wave moving with the hurricane.Among the free waves, Kelvin-type waves can only propagate in the down-coast direction. Simulations show that those waves can only have a significant positive storm surge when the hurricane velocity has a down-coast component. The optimal values of V and θ that maximize the storm surge in an idealized semi-circular ocean basin are functions of the bathymetry. For a constant bathymetry, the maximum surge occurs when the hurricane approaches the coast from the normal direction when the free wave generation is minimal; for a stepped bathymetry, the maximum surge occurs at a certain acute approach angle which maximizes the duration of persistent wind forcing; a step-like bathymetry with a sloped shelf is similar to the stepped bathymetry, with the added possibility of landfall resonance when the free and forced waves are moving at about the same velocity. For other cases, the storm surge is smaller, given other parameters(hurricane size, maximum wind speed, etc.)unchanged.     

典型厄尔尼诺期间台风降水δ18O变化分析: 以2018年22号台风“山竹”为例

台风因其特殊的物理结构, 带来的降雨有别于一般的暴雨事件, 其降水稳定同位素组成与一般的大气降水事件也有较大的差异。本文根据2018年第22号台风“山竹”登陆前后广州、东莞两地气象资料和每小时间隔的降水样品收集, 分析了此次台风在两地的降水稳定同位素变化特征及其影响因素。台风“山竹”影响期间, 广州降水δ¹⁸O值变化范围为-5.7‰~-19.2‰, 变化幅度达13.5‰, 其平均值为-15.5‰; 东莞降水δ¹⁸O值变化范围为-7.3‰~-20.0‰, 变化幅度达12.7‰, 平均值为-14.8‰; 两地降水δ¹⁸O值均呈现为3个阶段倒U型的变化特征。受到蒸发作用的影响, 两地台风前端和尾端的降水氧同位素值相对偏正, 其中广州为-5.7‰~-9.3‰, 东莞为-7.3‰~-8.1‰。两地台风中端的降水稳定同位素值极端偏负, δ¹⁸O值变化范围分别为-16.0‰~-19.2‰(广州)和-13.0‰~-20.0‰(东莞), 是该地区迄今为止已报道的最为偏负的降水δ¹⁸O值。分析认为, 在厄尔尼诺状态下生成的远源台风“山竹”强度增强, 其内部具有更强的对流和水汽循环过程, 导致降水δ¹⁸O值极端偏负。     

不同驱动场对东亚区域再分析系统中华南台风降水影响的对比研究

使用ERA-Interim和ERA5两套再分析资料分别驱动东亚区域再分析系统(East Asia Reanalysis System,EARS),并输出2015年一年期试验再分析资料,通过评估其中3次代表性的华南登陆台风降水过程,对比不同驱动场对该系统的影响,研究发现以ERA5驱动的EARS输出结果较ERA-Interim驱动的结果更准确,尤其在丘陵和山地等复杂地形下的降水模拟改进明显。进一步用ERA5驱动的EARS输出结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)新一代陆面再分析资料ERA5-Land对比分析,发现ERA5-Land对于台风大尺度降水的把握更好,而EARS对中小尺度降水过程的再现更完整,特别是对沿海降水的模拟更准确。相较于ERA5-Land,EARS目前同化的观测资料有限,对物理过程参数化方案的选择仍欠准确,后续需要有针对性地改进。     

SST对台风“珍珠”影响的数值试验

本文使用了最新的中尺度大气模式WRF模式,结合Nudging方法和自动移动嵌套方法,采用TRMM/TMI观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,进行了5组数值试验,模拟了0601号台风"珍珠",分析了在台风作用下的海面降温对台风路径和强度的影响,对比各组模拟结果表明,SST的变化对台风路径和强度都有较大影响,采用了TRMM/TMI观测资料后,能够显著提高对热带气旋强度的模拟,此外,数值模式模拟结果还表明:SST每增加或减少1℃,热带气旋的最低气压大约增加/减少16 hPa.     

台风过程影响下的滨海湿地物理变量观测及湿地系统响应

如何研究台风等极端天气事件影响下的湿地系统响应过程,进而提出有效的生态完整性维护和管理方案,对关键区域的湿地管理及生态安全维护具有重要意义。本文于2021年9月“灿都”台风期间在南汇东滩南岸设置水动力观测点,采集表层沉积物、测量滩面高程并用无人机获得植被影像,运用ArcGIS空间分析,探讨了台风过程影响下的南汇东滩水动力、滩面沉积变化与植被分布面积响应。结果表明：台风中,观测点近底层平均流速为0.23 m/s,植被边缘平均有效波高和波能是台风前后的1.54倍和2.14倍,近底层1 m的滩面出现“高悬沙浓度层”（>10 g/L）且存在时长为8.13 h。台风后高程低于4 m的稀疏海三棱藨草和互花米草滩面侵蚀0～4.8 cm,高程高于4 m的茂盛互花米草和芦苇滩面淤积0～14.7 cm;研究区植被分布面积共减少1 827.67 m²,减少量占台风前植被总量的1.63%,其中侵蚀滩面植被分布面积减少31.9%,淤积滩面减少68.1%。对台风过程影响后的湿地管理,可以总结为：（1）湿地在台风过程后滩面基本表现为明显的侵蚀、淤积区域共存的特征;（2）对高程低于4 m的侵蚀滩面,建议确定植被适宜生长的高程,结合台风过程冲淤变化通过“微生物膜”和植被斑块移植的方法消浪、固滩和促淤,加速湿地在台风过程影响后的修复。     

台风“达维”对“苏拉”的影响分析

1209号台风"苏拉"生成后,长时间移动缓慢,路径北偏西,但移动过程复杂。位于其东北方向的1210号台风"达维"的活动给"苏拉"的业务预报带来了较大不确定性。当"达维"快速移动后,与其间距小于1000 km达1.5 d,期间双台风互旋不明显。但"达维"的近距离存在,不仅改变了"苏拉"的环境基本引导气流,还改变了"苏拉"的水汽输送、强度变化和结构特征,使"苏拉"的后期路径转向西北,移速加快一倍;登陆福建前后出现非对称结构和降水异常分布;其降雨特点与无双台风影响的相似路径台风"海棠"和"碧利斯"有巨大差异。本文应用卫星云图、新一代天气雷达资料、NCEP1°×1°再分析资料和常规气象资料,着重分析"达维"对"苏拉"的路径和降水影响。     

影响福建沿海的0010号"碧利斯"台风暴雨的地形敏感性试验

采用MM5模式,以2000年10号(0010)台风“碧利斯”为个例,选取台风登陆前后时段,采用不同地形高度来模拟该时段台风暴雨过程.试验结果表明福建东部沿海的特殊地形对登陆福建中部沿海的台风暴雨有着明显的增幅作用.用3个不同区域每隔3h面雨量作比较,并通过对不同方案的垂直风速及不同时段的水平流场进行分析,可见其地形对台风暴雨的最大增幅作用发生在山脉迎风坡的地形坡度与气流正交速度乘积最大的时段.     

岛屿地形对热带气旋强度影响的数值模拟研究

本文用理想数值模拟分析的方法,在MM5模式中构造对称初始涡旋,在理想的环境场中发展为成熟的TC并移动经过从台湾岛抽象出的岛屿地形,揭示岛屿对TC强度和结构影响的机理。结果表明,理想模拟试验的方法对TC强度及结构变化的模拟具有很好的可靠性和客观性;TC中心登岛至到达岛屿山顶过程中,由于岛屿地形的抬升作用使得垂直方向上产生了局地的狭管收缩效应,使得TC在通过时强度短暂加强;TC在过岛过程中,风速垂直结构以及暖心结构的对称性会因地形的抬升和扰动影响而破坏,同时二者的大值区范围缩小;TC在过岛时,暖心结构在中高层分裂成一大一小2个部分,低层暖心偏离TC低压中心而伸向地面,TC由准正压系统变为斜压系统,使得TC整体强度减弱;次生低压对翻山后的TC中心的吸引融合加速了其过山后的北折过程;TC过岛后强度减弱十分明显,这是由于岛屿地形对环流摩擦阻力较大,对水汽供应的减弱和阻断,以及对TC对称结构的破坏。