台风Chanchu(0601)变性过程中的强度变化及环境场分析

利用非静力中尺度WRF模式模拟的台风Chanchu(0601)的输出资料,探讨了Chanchu减弱变性过程的强度及结构变化。分析结果表明:在台风Chanchu北移过程中,高层的暖心被破坏,强度快速减弱,眼壁对流发展高度降低,眼壁对流由对称结构演变为非对称,内核对流减弱。此减弱变性过程与惯性稳定度减小、垂直风切变增强、低层锋生等环境要素有关。惯性稳定度与台风强度变化一致,随着惯性稳定度降低,最大切向风减弱并不断外扩,Rossby变形半径增大从而潜热释放不集中难以维持台风强度,台风减弱;同时,内核区的高层暖心更易径向频散,从而高层暖心难以维持;环境的垂直风切变增强使台风的斜压性增强,台风垂直结构的倾斜度增大,对流发展高度降低;低层冷空气侵入台风中心趋于填塞,也利于台风强度减弱;台风登陆以后冷暖空气对比导致的锋生使得不稳定能量释放从而重新加强了Chanchu环流内的中低层对流活动,但较台风最强时刻而言对流强度减弱。总体减少的对流和降低的对流高度,导致潜热能释放减小,其向心输送也减少,不足以维持强暖心结构,最终使得台风减弱并变性。      

台风菲特暴雨诊断分析

"菲特"台风暴雨具有阶段性特征,包括台风远距离降水、台风倒槽和内螺旋雨带降水、台风外部螺旋雨带降水、台风残留低压环流与冷空气相互作用降水4个阶段。利用地面观测、气象雷达观测、NCEP分析资料,对"菲特"台风暴雨环流形势进行了分析。引导台风东移的高压东西部具有不同热力属性,东部暖性深厚、西部冷性浅薄。浅薄冷高压阻挡登陆台风继续西移,延长台风倒槽和外围螺旋雨带的降水时间。"丹娜丝"台风的靠近,有利于东南风水汽输送的增强。副热带高压的增强,在黄海上空逼近东移高空槽形成稳定的高空急流。文章提出与传统垂直风切变大、高空急流强的冷空气阻挡型不同的侵入型冷空气和台风相互作用形势。侵入型冷空气从低层入侵,影响台风残留低压的外围环流。在低压外围环流的北部形成较强的东北风,并与海上的东风对峙辐合形成海岸锋。冷空气侵入型的空间不对称特征明显:对流有效位能东高西低,垂直风切变西北高东南低。残留低压的中层受冷空气影响较小,沿海地区的东南风持续的时间更长。中层高位涡区与地面海岸锋的互应,为变性的台风残留低压暴雨提供有利条件。     

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Faxai(1403)低纬变性的结构演变特征分析

利用气旋相空间法(cyclone phase space,CPS)对1403号台风Faxai变性前后的环境场及结构演变特征进行分析。结果表明:相空间法能够很好地指示低纬变性台风Faxai的变性起止时间。此次过程是由减弱的台风环流与TC西北侧的短波槽结合发展产生,分析台风Faxai的结构演变特征可知,变性阶段TC低层厚度场由均匀对称分布转为非均匀分布,增大了环境斜压性,变性后B值最大达30 m,为弱的斜压非对称结构。Faxai东侧的偏南风暖湿气流与偏北风气流相交汇,使得经向位温梯度增加从而在TC东北象限形成一带状锋区,锋区正好位于南北两大风圈之间的位置。整个变性阶段Faxai西侧几乎无明显冷锋锋生,只在环流东北侧有一定程度的暖锋锋生,这与典型的锋面气旋的发展过程有所不同。变性前,TC呈现对称分布的暖核结构;变性阶段,冷空气从热带低压西侧对流层中低层下沉入侵,TC呈现左侧冷、右侧暖的非对称斜压结构,中层增温可能与槽后强的下沉气流有关。对锋生函数各分量分析发现,散度场主导了气旋周围的标量锋生,倾斜项的贡献次之,涡度场是引起旋转锋生的主要因素,其余两项可忽略不计。      

Winnie(1997)和Bilis(2000)变性过程的湿位涡分析

9711号台风Winnie和0010号台风Bills均在中国大陆发生变性,但前者变性后再度加强,而后者变性后减弱消亡。从湿位涡理论出发,对比分析两者的变性过程,结果表明：作为变性台风,Winnie和Bilis均在北上过程中与中纬度西风槽发生作用,但前者与高空槽发生耦合,后者仅接近高空槽底部,没有发生耦合;Winnie变性加强过程表现为一个温带气旋在低层锋区上的强烈发展过程,主要与高层正位涡扰动下传、低层锋区及热带气旋低压环流之间的相互作用有关。Pm湿斜压项增长引起的倾斜涡度发展是登陆热带气旋变性加强的主要因子。在Bills变性过程中,高层无明显的正位涡扰动下传,热带气旋低压环流内无锋区面出现,大气斜压性弱且变化不明显。     

高空槽对两类热带气旋变性阶段强度变化影响的数值模拟研究

选取9711号台风"Winnie"和0713号台风"Wipha"分别作为变性加强和变性减弱类台风个例进行数值模拟,而后利用模式结果对大尺度场及涡度收支场进行诊断分析。结果表明:台风"Winnie"变性过程中,其西北侧高空槽呈西北—东南走向,南亚高压强度弱,对高空槽东移阻塞作用小。变性前期阶段主要是锋面系统和斜压性起关键作用,变性完成后,"Winnie"在斜压、高层辐散及涡度平流的共同作用下再次加强。台风"Wipha"变性过程受强大的南亚高压和副高影响,其西北侧高空槽稳定少动且呈东北—西南走向,冷空气入侵不明显,斜压区面积和强度都受到了限制。另外高层辐散场和涡度平流场均未能为"Wipha"提供有利的环境使其再加强。     

一次台风变性过程的锋生位涡反演诊断

采用锋生位涡反演诊断方法,对一次发生在西太平洋上的台风变性过程进行了诊断分析和机制研究。主要从锋生演变的角度,定量诊断了西风带高空冷涡低槽的动力强迫作用、中纬斜压锋区扰动、台风环流本身以及非平衡风场在台风变性过程的不同阶段所起的作用和影响,并对以上各物理过程的相互作用、造成台风变性以及变性后再度增强的演变发展机制进行了分析讨论。结果表明,台风变性过程具有显著的非平衡特征,在台风变性过程的不同阶段具有明显不同的发展演变机制。     

高空槽对9711号台风变性加强影响的数值研究

9711号台风Winnie是一个在中国大陆长久维持(2—3 d)并产生强降水的热带气旋(TC),在其深入内陆过程中变性加强为一个温带气旋。用MM5V3对不同强度高空槽影响下Winnie的变性加强过程进行了数值研究。结果表明:(1)Winnie变性加强过程表现为强锋面侵入台风内部、冷空气包裹台风中心、一个温带气旋在近地层锋面上强烈发展的过程;(2)Winnie在陆上的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关。TC与不同强度高空槽相互作用过程中,较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散,从而有利于TC的维持和变性发展。数值试验中,高空槽越强,Winnie变性加强越明显,温带气旋的发展越快;(3)模拟结果的位涡分析表明,Winnie的温带变性发展与对流层高层正位涡下传、低层锋区和TC低压环流三者之间的相互作用有关。     

9617台风TOM演变为温带气旋特征分析

文章分析了１９９６年第１７号台风ＴＯＭ演变成温带气旋的某些特征。结果指出：台风ＴＯＭ演变为温带气旋没有新鲜冷空气侵入，而属于中，低纬天气系统之间相互作用引起的锋生现象；文章揭示了台风外围西北侧出现的远远超过风暴中心最大风速的特强偏北大风后对强风的成因进行了初步分析；指出这是由台风环流，梯度风和静止锋共同作用的结果。     

台风“芭玛”(2009)近海突然加强的模拟研究

通过对台风"芭玛"在北部湾近海突然加强过程进行模拟研究,结果表明:台风"芭玛"突然加强过程中其内部暖心结构有显著变化;弱冷空气被不断从台风环流外围卷入到台风低层内部,抬升暖湿气流促进水汽凝结潜热释放;台风"芭玛"在其突然加强过程中存在环流重组情况,其环流内圈包括极大风速等的分布不断对称化发展,并将其外围的螺旋云系进行重新整合,将外围周边的对流云团发展释放的能量不断卷入到台风环流中,同时将外围松散正涡度重新组织到台风内部;综合因子叠加作用使得台风"芭玛"在近海突然加强。     

一次变性台风再增强过程的敏感性试验

采用位涡反演技术与数值模拟相结合的方法,通过初值敏感性试验和物理量场的诊断分析,对台风变性后再度增强的影响因子和物理机制进行了深入的分析和研究。结果表明:台风低压由变性减弱转为发展增强主要是由于台风低压环流与西风带斜压锋区之间的相互作用所造成的,随着高空冷涡低槽的加深南下和台风低压的继续北上,两个系统之间的距离逐渐减小,西风带高空槽与台风低压之间相互作用的正反馈机制逐步成为台风变性后强烈加深发展的主要原因。     

北上变性热带气旋对辽东半岛降水的影响

9711(Winnie)和0509(Matsa)是两个登陆北上影响辽东半岛的变性台风,Matsa直接登陆辽东半岛,但降水量仅为穿过渤海间接影响辽东半岛的Winnie的一半.分析其变性过程与辽东半岛热带气旋降水的关系发现,Winnie和Matsa的降水差异与其北上期间与西风带系统的相互作用密切相关.Winnie变性北上期间被中纬度西风槽"捕获",发生耦合,高层正湿位涡扰动下传,西风带冷空气与热带气旋暖湿气流相互作用,有利于对流云团的生成、发展,在半岛地区产生大暴雨的降水雨带由多个β中尺度云团组成.Matsa在北上变性过程中,只是靠近高空槽底,没有发生耦合,高层正湿位涡扰动不强,没有与低层环流相互作用,冷空气偏南偏弱,变性过程中半岛地区只有1个β中尺度云团生成,降水量较小.     

变性台风Winnie(9711)环流中的锋生现象

基于T106一日四次1.125°×1.125°格点资料, 采用非地转湿Ｑ矢量对登陆台风Winnie(9711)变性加强过程中环流内的锋生现象进行诊断分析。结果表明, Winnie变性加强与其环流内的中尺度锋生过程密切相关, 其低层环流中可发现包围台风中心的环状锋生现象。其中, 北侧锋带与西侧锋带在结构、性质上有所不同, 北侧锋具有暖锋特征, 而西侧锋具有冷锋特点。台风残余低压环流中心位于两条锋带的交汇处, 其变性加强过程类似于一个温带气旋在地面锋上的发展过程。Winnie变性加强过程中, 北侧暖锋锋生强, 锋面次级环流明显, 降水区主要出现在该锋带附近。西侧冷锋锋生弱, 无明显锋面次级环流, 降水不明显。强锋生区首先在台风上空高层产生, 随后增强下传, 加强了低层锋生过程。中低层锋生强度以及锋上垂直运动与凝结潜热作用有密切关系。     

2019年台风利奇马引发山东特大暴雨成因分析

利用地面观测资料、雷达资料、FY-2G卫星云图资料及欧洲中心细网格资料,对台风利奇马登陆北上引发山东特大暴雨的成因进行分析。发现:利奇马登陆北上过程中,冷空气先后从台风的西部、西南部与南部侵入至台风中心内部,使其暖心结构逐渐减弱,其变性时段发生在10日20:00至11日08:00。山东的特大暴雨主要出现在台风变性前12h至台风变性后6h。变性之前的暴雨主要是由于台风螺旋云带与高空槽尾部云系相叠加造成的,变性之后的暴雨则是由于冷空气侵入致使台风外围云系演变成强对流复合体造成的。变性之前,对流层内800～500hPa风速小,500～250hPa风速大,气层内有暖平流,整层的上升运动,降水以暖区对流降水为主;变性之后800～500hPa风速大,500～250hPa风速小,500hPa至地面是上升运动,以上为下沉运动,降水以斜压锋区附近的对流降水为主。当500hPa至地面气层内出现冷平流时,湿层变薄,降水趋于减弱。特大暴雨区出现在台风中心西北方向,与850hPa假相当位温锋区与水汽通量散度辐合大值区相吻合。     

冷涡背景下吉林省双台风暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料及NCEP1°×1°再分析资料,从环流背景、物理量场等方面对吉林省2018年8月23—26日发生的一次暴雨过程进行了分析。结果表明：(1)本次天气过程分为两个阶段,第一阶段受东北冷涡和台风(苏力)倒槽及双台风外围水汽影响,暴雨主要发生在吉林省中东部,第二阶段受冷涡诱发的低空低涡和减弱的台风(苏力)残余水汽影响,降水强度较第一阶段显著减弱,但影响范围较大;(2)第一阶段双台风外围的低空偏东风急流叠加形成来自日本海区域的暖湿水汽输送带,并在吉林省中东部强烈辐合,为暴雨的产生提供了有利的水汽条件;(3)第一阶段在冷暖平流作用下东北冷涡斜压发展加强与北上台风(苏力)倒槽相互作用在吉林省东南部产生暖锋锋生,斜压锋生下次级环流的发展及高低空急流耦合作用显著,有利于降水强度增强,同时Q矢量锋生函数对暴雨落区有一定指示意义。     

台风“洛克”远距离引发陕西暴雨过程的成因分析

利用常规高空、地面观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2011年9月17-18日台风"洛克"引发陕西中南部暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明,台风是此次暴雨过程的主导系统,主要表现在:(1)台风和西太平洋副热带高压阻碍了西风带系统的东移,使陕西中南部长时间处于槽前较强的西南暖湿气流中,为形成大范围暴雨提供了有利的环流背景;(2)远距离台风激发了大气扰动,它向中国大陆方向传播的过程中与中纬度低值系统相遇并相互作用,使青藏高原东部到陕西南部的气压梯度增强,风速增大,诱发了低空急流的形成,高低空急流耦合,又激发了次级环流的形成,为形成暴雨提供了水汽、能量和足够的动力抬升条件;(3)地面锋面是强降雨的触发机制,台风通过扰动传输到中国大陆的暖湿空气与冷空气相遇产生锋生,降雨加强。     

台风Polly（9216）和Matmo（1410）对辽东半岛降水影响的对比分析

台风Matmo(1410)和Polly(9216)影响辽东半岛时的路径近乎重合,但台风Polly造成了大范围的暴雨和大暴雨,而台风Matmo仅个别测站出现暴雨。利用中国气象局热带气旋年鉴、FY-2D卫星的黑体亮度温度(TBB)产品(0.1°×0.1°)、日本气象厅TBB资料、大连地区逐时自动气象站降雨量资料、常规观测资料和欧洲中期数值预报中心ERA-Interim全球再分析资料(0.125°×0.125°),对两个台风影响辽东半岛的降水过程进行了对比分析。结果表明:(1)两个台风均进入西风槽区而变性,在其西侧和北侧分别具有冷锋和暖锋锋生,辽东半岛的降水均发生在台风低压环流北侧的锋生区和环境风垂直切变明显增大过程中。但两个变性台风的大尺度环流背景却差异显著,台风Polly与西北侧较强冷空气相互作用,锋区随高度增加向西北倾斜,且与低空东南急流相连获得丰富水汽供应,强降水持续时间长,而台风Matmo与东北部对流层低层冷空气相互作用明显,锋区随高度增加略向东北倾斜,但其低空急流水汽通道被快速隔断,不稳定度和动力抬升条件减弱,强降水持续时间短。(2)台风Polly和Matmo的降水分布非对称明显,均出现在顺垂直切变方向的左侧,但台风相对于高空槽的位置不同,对流活动发展的方位有所差异。台风Polly中尺度对流活动在其北侧发展旺盛,且向西南弯曲,而台风Matmo对流活动仅发生在台风环流东北侧。(3)台风的强降水落区还与其低层环流内冷、暖平流的活动密切相关。台风Polly西北侧的冷平流加强,辽东半岛位于台风北侧低层冷暖平流交汇区,水平辐合加强,深厚的上升运动维持,而台风Matmo东北侧的冷平流加强,辽东半岛逐渐位于台风西侧,低层为冷平流控制的下沉运动区,大气层结趋于稳定。     

热带气旋“Malakas”与中纬度系统的相互作用及其结构变化

本文利用中尺度数值模式WRF和LAGRANTO轨迹模式对2010年变性台风"Malakas"进行数值模拟和轨迹分析,分析了Malakas在变性过程中与中纬度系统的相互作用,以及在相互作用过程中Malakas的结构变化特征。结果表明:Malakas变性过程经历了三个阶段:(1)高层扰动加强期,高层的正位涡产生的气旋性环流使低层Malakas中心北部的斜压带西侧产生负的温度平流,表现为冷空气的入侵;(2)Malakas和中纬度系统相互作用时期,台风北上导致斜压带出现,深对流的爆发使低层暖湿气流沿着斜压带上升,快速上升气流中的潜热释放导致低PV空气向对流层上部净输送,在其北部高层重新构建出一个脊;(3)Malakas变性成温带气旋,残存的台风内核与斜压带逐渐合并,负的位涡平流带着非绝热外出流驱动了下游最初脊的构建,加速并且固定了中纬度急流,并整体放大了上层Rossby波模式。     

副热带高压对登陆台风等熵面位涡演变影响的数值模拟研究

选取1997年第11号台风“温妮”为研究个例, 通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、 变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis et al.(1996) 提出的片段位涡反演方法, 提取具有副热带高压物理意义的位涡扰动, 采用片段位涡反演的方法, 改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度, 并引入Ertel等熵面位涡收支方程, 深入分析不同强度的副热带高压环流系统在登陆台风结构演变的过程中等熵面位涡的守恒性, 以及守恒性与非守恒性相对作用的大小。研究表明: 台风北上深入内陆的过程中, 高空槽大值位涡源源不断的输送使得对流层低层西北侧位涡增长, 台风中心上空的辐散形势有利于台风强度的再次增强。由于摩擦和非绝热加热的存在, 对流层位涡局地变化主要决定于位涡的水平平流 (守恒项)、 位涡的垂直平流、 加热的垂直微分 (非守恒项) 的分布。台风经历变性及再增强的过程中, 其影响范围内位涡守恒性经历了先减弱后增强的过程, 非守恒项中位涡的垂直平流能较好地描述对流层中层位涡局地变化趋势, 而加热的垂直微分则在对流层低层和高层表现良好。副高强度的加强使台风加速北上, 加快了台风变性速度, 高层位涡的向下输送明显提前且强度增强, 位涡守恒性的破坏、 重建也相应提前, 位涡垂直平流的整层负值减小, 加热垂直微分对对流层低层位涡增长的正贡献加强, 且持续时间更长。     

登陆热带气旋海马（0421）变性加强的诊断研究

利用台风年鉴、NCEP/NCAR再分析资料、旋转风及辐散风动能诊断方程对热带气旋海马(2004)的变性加强过程进行了诊断分析。结果表明,海马变性加强发生在向极运动过程中,与高空槽前急流发生耦合,西风槽引导冷空气侵入海马环流内部,形成半冷半热结构。进一步利用辐散风动能方程诊断分析发现,海马变性加强的主要能量来源有两个,一个是西风槽带来的冷空气下沉侵入低压环流释放的有效位能,另一个是海马与环境系统发生相互作用导致其低压环流不均匀分布的总动能通过辐散风向低压动能的转化。二者的值为同一量级。此外,此两种能量来源均可使海马低层平均风速在6h增加10m/s以上,地面摩擦和大气内摩擦是TC动能消耗的主要原因,而动能垂直通量的散度项使得动能由低层输送至高层。