陆地摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的模拟研究

采用准地转正压涡度方程模式，对地形强迫和陆地摩擦作用下登陆热带气旋的路径和强度进行了模拟研究。模拟结果表明：在考虑地形摩擦耗散作用时，热带气旋可能出现路径的突然偏折；在热带气旋强度比较弱而陆地摩擦作用比较强的情况下，热带气旋路径容易发生突然偏折，且其强度的突然变化不明显；陆地摩擦作用可能是造成登陆前后热带气旋路径突然偏折的一个重要因素。     

近海地形对热带气旋移动影响的数值试验

利用含地形、摩擦及非绝热加热外源强迫的准地转正压涡度方程模式,通过构造理想的坡地地形及椭圆型岛地形,首先分析了孤立地形的动力抬升作用及动力抬升、摩擦、非绝热加热３者共同作用下对热带气旋（ＴＣ）移动的影响。发现：地形的动力抬升、摩擦作用以及地形附近海域的非绝热加热对ＴＣ移动均有影响;然后,引入了我国东南近海的实际地形,通过数值试验分析了ＴＣ移经或登陆在近海不同位置时ＴＣ移向、移速的可能变化,并给出了     

关于台风非对称结构与台风路径的数值分析

采用一个有限区域原始方程双向相互作用的移动套网格台风路径数值预报模式，对１９９２年的两个台风进行了５个个例预报试验，结果表明预报路径和实况有很好的一致性，通过对预报个例的台风非对称结构进行分析，发现非对称结构随时间变化与台风移动路径有着比较密切的联系，如能了解实际台风的非对称结构，将有助于提高台风路径预报的水平。     

西北太平洋热带气旋路径异常偏折的分类特征

基于中国台风网CMA-STI热带气旋（TC）最佳路径资料,对1949—2016年西北太平洋TC路径发生异常偏折的地理位置进行K-means聚类分析,并将其分为五个区域。对各区TC路径异常偏折的频数、方向变化、周期及时间变率等特征进行分析。结果表明:(1)不同分区TC异常偏折高频月份不同,纬度较高区域主要发生在夏季,纬度较低区域则主要发生在秋季。(2)异常右折TC在发生偏折前移向主要为西北向,偏折后为北向;异常左折TC偏折前主要为北向,偏折后主要转为西北向。(3)西北太平洋TC异常偏折总频数存在准2~4年、准3~6年的年际变化周期,其长期变化趋势表现为20世纪80年代中期之前呈增加趋势,其后呈减少趋势, 低纬区域年变化与之最为相似,中高纬区域变化趋势不明显。（4）将研究区域按5 °×5 °进一步栅格化统计TC异常偏折频数的时间变率,发现其地理分布表现为中国沿海为正、台湾岛以东海域为负的变化特征。其中沿海的增加趋势主要由异常右折增加引起,台湾岛以东洋面的减弱趋势主要由异常左折的减少引起。(5)异常右折TC强度增强的高频中心主要位于菲律宾半岛以东洋面,次中心位于中国南海中部,而强度减弱位于台湾岛西南区域;异常左折TC强度增强的高频中心位于南海中部,强度减弱中心位于我国东南沿海。      

近年来台风登陆台湾岛后路径偏折的若干统计特征

利用中央气象台逐小时的台风中心定位资料,对2007—2016年共10 a登陆台湾岛后的台风移动路径特征进行了统计分析。结果表明:1)10a间登陆台湾岛后台风移动路径发生左折最多,比右折和直行之和多25%,右折最少。左折平均偏折37.73°,主要集中在15°～45°,占折角总数的80%。2)一般台风移动缓慢时折角大,移动快时折角小。一般台风强度较弱时折角大,强度较强时折角小。3)登陆台湾岛后台风的突变路径主要分为西折、打转且北折两类,其中西折最多。西折分西北行西折和北上西折,其中西北行西折最多。其余为打转且北折,主要为西北行打转后北折路径。突变折点主要分布在台湾北部,且多为左折突变。4)台湾岛地形诱生偶极涡与台风环流相互作用是台风路径发生偏折的重要原因。     

山脉地形对热带风暴Fitow结构和运动影响的数值试验

热带风暴自东向西穿越琼州海峡时常常与海南西部的强天气相对应,尤其当风暴中心在海峡中部或海峡西端出口处有向西南方向的偏折时。Fitow(0114)是这类热带风暴的一个典型。通过对Fitow热带风暴的研究和分析,揭示了一个事实:Fitow在沿海峡西行过程中,其外围中尺度结构发生明显变化———风暴中心西南象限有一个中尺度对流(MCS)小涡生成和发展。受到这个诱生MCS小涡的“吸引”,Fitow在穿行海南岛北部和琼州海峡时,路径向西南方向偏折。数值模拟结果表明,海南岛中部的五指山地形对Fitow自东向西穿行海峡时的这种结构变化有显著影响:(1)当热带风暴Fitow(0114)自东向西穿过岛屿北部和琼州海峡时,其外围西北气流与山脉的辐合地带往往会诱生出中尺度强对流涡旋系统(MCS)。这种系统经过尺度分离和滤波处理后便会在山脉西北麓显现出来。(2)MCS小涡只生成在地形高度之下的大气层;地形高度之上并不显现这一小涡。用0高度作敏感试验的结果,在相同位置并不生成这种MCS小涡。(3)诱生小涡(MCS)的存在,对Fitow会产生“吸引”作用,使其向西南方向MCS所在处偏折。且MCS越深厚,维持时间越长,对Fitow中心的“吸引”程度越大,其中心向西南方向的偏折和移动越明显。0.0 km高度无MCS小涡时,Fitow中心并无这种偏折,而是向西北方向移动,在雷州半岛登陆。     

北京一次大暴雨过程视热源和视减湿特征分析

应用高分辨ＴＢＢ亮温资料和逐６小时一次的ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料,分析了１９９８年７月５日北京地区发生的一次大暴雨天气过程。结果表明：北京地区雨量分布不均是由于西部山区出现两次对流活动而东部平原地区仅为一次,ＴＢＢ低值区右前方下沉区有利于其后部对流的发展;暴雨阶段视热源（Ｑ１）的视减湿（Ｑ２）局地变化项和平流项均非小项,两者具有反位相变化特征,垂直输送项是视热源和视减湿的主要贡献者;Ｑ１和Ｑ２     

台风移动的基本规律

目前国内外关于台风路径研究,一般着 重于台风环境流场对台风移动的影响,并取 得明显效果,但是,对于客观、定量预报方 面仍然存在许多困难问题。本文利用大气基 本运动方程求出台风中心移动方程表明:台 风外围环境流场和台风本身的环流结构各自 所产生的梯度力,以及台风移动而产生的柯 里奥利力都直接影响台风移动路径。所以该方程具有客观定量预报的基础。     

热带气旋过台湾后再次登陆的路径强度变化统计分析

登陆台湾后再次登陆大陆的热带气旋(TC)由于受复杂下垫面及中低纬天气系统的共同影响,过岛后在海峡内的路径、强度及结构变化复杂,导致登陆大陆的精确化定位、定强及预报难度大。分析了1949—2017年二次登陆的81个热带气旋路径及强度变化特征,并对上海台风所(CMA/STI)、美国联合台风警报中心(JTWC)及东京区域台风中心(RSMC-Tokyo)的热带气旋最佳路径数据中过岛热带气旋的定位定强进行对比分析。结果表明:二次登陆大陆热带气旋强度以减弱为主,少数热带气旋在海峡内增强;过岛后热带气旋路径多数会发生明显偏折,但三家最佳路径资料判断的偏折趋势不一致;由于热带气旋过岛时结构遭到破坏,定位定强难度增大,导致三个业务中心对其定位定强的差异较大,这种不确定性增大了其路径和强度监测预报的难度。     

北半球大气遥相关型冬夏差异及其与温度场关系的探讨

利用55年的NCEP/NCAR再分析资料, 采用合成分析等方法探讨了冬、 夏季北半球大气遥相关型的差异及其与温度场的关系。主要结果有: 北半球冬、 夏季典型的大气遥相关型具有很大的差异, 且大气遥相关路径的偏折与温度场的变化有密切的关系。北半球冬季, 呈经向型分布特征的大气遥相关路径在温度纬向梯度正负号发生改变处发生偏折; 而在北半球夏季, 由于温度场分布呈现纬向特征, 遥相关路径不易产生南北向的偏折, 从而使得异常中心基本上沿纬圈分布, 呈明显的纬向特征。此外, 由于冬季等温线南北起伏明显的区域往往位于东西方向海陆交界处, 因此冬季大气遥相关路径往往在东西向海陆交界处发生偏折。     

热带气旋的路径及登陆预报

用几个非线性数学模型制作热带气旋短期路径预报及热带气旋个数、登陆时段、地段的短期气候预报。5年多的研究和预报试验结果表明：用指数曲线模型制作热带气旋路径预报，准确率较高。24h预报，199次平均误差123km，达到国内先进水平。用多项式等非线性模型，制作登陆我国及登陆广东热带气旋的年、月个数预测，经过3年实际应用检验，准确率达到70％～90％。用非线性预测模型的逐日气压场、逐日雨量场长期预测结果进行分析，制作广东热带气旋登陆时段、地段和南海海面热带气旋出现时间的预报，准确率达到70％～80％，2002年热带气旋的预报，采用长中短期预报相结合，数值预报与统计预报相结合，预报效果较佳。     

DYNAMIC ANALYSIS OF INHERENT CAUSES FOR DEVIATION OF TROPICAL CYCLONE TRACKS

To have a clearer picture of mechanisms responsible for the deviation of tropical cyclone (to be simplified as TC hereafter) tracks, the current work assumes the TC as a circular vortex with a radius of R. A general motion equation of TC is then determined by averaging its horizontal motion equation over the sentire region of TC. In the meantime, with the moving track of TC assumed as a characteristic arc, the curvature equation is derived for the track of movement and patterns of its deviation due to TC structure and variation are discussed. The result shows that the scale, size, maximum wind speed and radius are factors causing the deviation of TC tracks. In addition, asymmetric structure of TC is also important for the deviation of tracks. The results, achieved with hypothesis, agree with facts in some cases but disagree with them in others, which are to be verified with more observations or numerical simulations.     

西北太平洋海温增暖对热带气旋潜在破坏力的影响:高分辨模式个例分析

以三个西北太平洋热带气旋（TC）为例,利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式进行了一系列海表温度（SST）敏感性数值试验,揭示了西北太平洋SST增暖对TC的强度、尺度及潜在破坏力的影响及其机理。结果表明,在距TC中心100 km以内区域的SST升高有利于TC强度增加,但会减小TC内核尺度;而在距TC中心100 km以外的SST升高并不会使TC强度明显增加甚至使TC强度减弱,但同时会增加TC内核尺度。伴随着低层向眼墙的入流,升高的外区SST会使TC区表层的大气温度和湿度升高,造成眼墙附近海气温差和湿度差及向内的气压梯度力减小,进而减少进入TC眼墙内的感热和潜热,不利于TC增强,但有利于眼墙向外移动,使TC内核尺度增加。内区SST升高与外区SST升高对TC强度及尺度变化的作用机理相反。因此,当TC移过冷或暖洋面时,TC的强度和尺度的变化不仅取决于局地洋面的冷或暖状况,还取决于TC内区和外区SST的差异。由于TC内区和外区SST对TC强度和内核尺度的不同作用,可能存在一个临界范围,当暖池范围在这个临界范围之内时TC潜在破坏力随暖池范围的扩大而增大,但当暖池范围超过这个临界范围时TC潜在破坏力便不会随着暖池范围的继续扩大而增大,甚至会有所减小。      

Tropical Cyclone Size Change under Ocean Warming and Associated Responses of Tropical Cyclone Destructiveness: Idealized Experiments

The power dissipation index (PDI), which is defined as the sum of the cube of tropical cyclone (TC) maximum wind speed during TC lifetime, is widely used to estimate the TC destructive potential. However, due to the lack of high-resolution observations, little attention has been paid to the contribution of TC size change to TC destructive potential in response to ocean warming. In this study, sensitivity experiments are performed by using the high-resolution Weather Research and Forecasting (WRF) model to investigate the responses of TC size and TC destructive potential to prescribed sea surface temperature (SST) increase under the present climate condition. The results show that TC size increases with the ocean warming. Possible reasons for TC size change are investigated with a focus on the outer air-sea moisture difference (ASMD). As SST increases, ASMD in the outer zone of the TC is larger than that in the inner zone, which increases the surface entropy flux (SEF) of the outer zone. This change in the radial distribution of SEF causes the increase of tangential wind in the outer zone, which further increases SEF, resulting in a positive feedback between outer-zone SEF and outer-zone tangential wind. This feedback leads to the increase of the radius of gale-force wind, leading to the expansion of TC size. Moreover, to estimate the contribution of TC size change to TC destructiveness, we calculate TC size-dependent destructive potential (PDS) as the storm size information is available in the model outputs, as well as PDI that does not consider the effect of TC size change. We find that PDS increases exponentially as SST increases from 1 to 4°C, while PDI increases linearly; hence the former is soon much greater than the latter. This suggests that the growth effect of TC size cannot be ignored in estimating destructiveness under ocean warming.     

一个与卫星TBB相匹配的人造台风构造方案

在台风数值预报中需要重点考虑的问题是初值条件,特别是人造台风的构造(typhoon bogusing)在当中起着重要作用.一个新的人造台风构造方案被提出,该方案在初值中引入了较真实的台风结构,尝试利用卫星探测TBB资料来改进人造台风中对流加热的分布,确定与卫星TBB协调一致的人造台风径向环流场,这能改善风-压平衡,使得模式对强加入的人造台风更协调.     

热带气旋的登陆及其与中纬度环流系统相互作用的研究

热带气旋的主要灾害往往在登陆前后造成，登陆问题是当今热带气旋 研究的重点。热带气旋与中纬度环流系统相互作用，不仅影响热带气旋的结构和强度变化， 也对中纬度地区天气产生重大影响。西风槽强度的变化可使热带气旋的降水突然 增幅３０％。环境场的急剧调整常引起热带气旋运动突变，在弱环境场中，热带气旋的异常运 动与非对称结构关系紧密。中纬度系统对热带气旋的非对称结构有重要影响。另一方面，热 带气旋向极移动过程中携带了大量可供中纬度地区降水的水汽，在气旋性切变的环境场中， 热带气旋还向环境场输送能量，并激发和增强中纬度气旋性环流系统的发展，触发严重的灾 害性天气。热带气旋有时也会截断低纬向中纬度的水汽输送及中纬度波动的能量频散，９５％ 左右的南海热带气旋对梅雨有显著影响，其中约８６％的热带气旋会导致梅雨减弱中断甚至结 束。     

热带气旋垂直倾斜度估算及在强度分析中的应用

该文给出了热带气旋暖心垂直倾斜度参数F_TC-VGP(TC vertical gradient parameter) 的定义。使用卫星微波遥感的温度垂直分布以及热带气旋最佳路径数据等资料,对2009—2011年典型热带气旋的暖心垂直倾斜度进行计算,并研究其与气旋强度变化的关系。结果表明:暖心垂直倾斜度参数F_TC-VGP变化与气旋自身强度变化有较好的对应性,该参数的变化能够明显地指示气旋强度增强、减弱以及强度突变, 能够指示环境场变化 (冷空气侵入) 等;其与气旋强度变化的周期不同,在强度增强或减弱阶段,倾斜度参数是经过快速适应性调整才完成了对热带气旋变化过程的贡献。因此,F_TC-VGP参数的计算和研究结果实现了对于热带气旋内部三维结构特征的定量描述,可以准确把握热带气旋强度和变化趋势,并对热带气旋的监测、预报具有一定业务参考价值。     

CWRF对中国近海热带气旋活动季节和年际变化及环境场影响的模拟

利用欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim再分析资料驱动CWRF模式对1982-2016年中国近海的热带气旋活动进行了模拟,分析了CWRF对热带气旋频数季节、年际变化和路径的模拟能力,并探讨了环境场模拟对热带气旋模拟的影响。结果表明:CWRF能够合理模拟热带气旋频数的季节和年际变化,但模拟的频数较观测总体偏低,季节变化模拟总体优于年际变化的模拟;模式基本上能模拟出热带气旋路径密度的空间分布,但CWRF明显总体低估了气旋路径密度。进一步分析发现,模式模拟的环境场对模拟结果具有十分重要的影响。850 hPa气旋性与反气旋性环流异常对热带气旋频数影响显著;200 hPa反气旋性环流异常与东亚西风急流对热带气旋路径影响较大;副高会影响洋面对流运动从而影响热带气旋频数,其南侧偏东风则会影响热带气旋路径;垂直风切变偏小,在不同纬度对热带气旋的影响是不同的。     

An Application of the Adjoint Method to a Statistical-Dynamical Tropical-Cyclone Prediction Model (SD-90) Ⅱ: Real Tropical Cyclone Cases

In the first paper in this series, a variational data assimilation of ideal tropical cyclone (TC) tracks was performed for the statistical-dynamical prediction model SD-90 by the adjoint method, and a prediction of TC tracks was made with good accuracy for tracks containing no sharp turns. In the present paper, the cases of real TC tracks are studied. Due to the complexity of TC motion, attention is paid to the diagnostic research of TC motion. First, five TC tracks are studied. Using the data of each entire TC track, by the adjoint method, five TC tracks are fitted well, and the forces acting on the TCs are retrieved. For a given TC, the distribution of the resultant of the retrieved force and Coriolis force well matches the corresponding TC track, i.e., when a TC turns, the resultant of the retrieved force and Coriolis force acts as a centripetal force, which means that the TC indeed moves like a particle; in particular, for TC 9911, the clockwise looping motion is also fitted well. And the distribution of the resultant appears to be periodic in some cases. Then, the present method is carried out for a portion of the track data for TC 9804, which indicates that when the amount of data for a TC track is sufficient, the algorithm is stable. And finally, the same algorithm is implemented for TCs with a double-eyewall structure, namely Bilis (2000) and Winnie (1997),and the results prove the applicability of the algorithm to TCs with complicated mesoscale structures if the TC track data are obtained every three hours.     

An Application of the Adjoint Method to a Statistical-Dynamical Tropical-Cyclone Prediction Model (SD–90) II: Real Tropical Cyclone Cases

In the first paper in this series, a variational data assimilation of ideal tropical cyclone (TC) tracks was performed for the statistical-dynamical prediction model SD-90 by the adjoint method, and a prediction of TC tracks was made with good accuracy for tracks containing no sharp turns. In the present paper, the cases of real TC tracks are studied. Due to the complexity of TC motion, attention is paid to the diagnostic research of TC motion. First, five TC tracks are studied. Using the data of each entire TC track, by the adjoint method, five TC tracks are fitted well, and the forces acting on the TCs are retrieved. For a given TC, the distribution of the resultant of the retrieved force and Coriolis force well matches the corresponding TC track, i.e., when a TC turns, the resultant of the retrieved force and Coriolis force acts as a centripetal force, which means that the TC indeed moves like a particle; in particular, for TC 9911, the clockwise looping motion is also fitted well. And the distribution of the resultant appears to be periodic in some cases. Then, the present method is carried out for a portion of the track data for TC 9804, which indicates that when the amount of data for a TC track is sufficient, the algorithm is stable. And finally, the same algorithm is implemented for TCs with a double-eyewall structure, namely Bilis (2000) and Winnie (1997), and the results prove the applicability of the algorithm to TCs with complicated mesoscale structures if the TC track data are obtained every three hours.