TOVS中热带气旋结构及其在数值预报中的应用

利用TOVS资料分析了2000年几个热带气旋的结构,发现与经典概念模型所描述的结构有一定的差异,主要表现在:(1)在水平结构上,非对称结构呈多样性,高度场的低层低值中心(或高层高值中心)与温度场的高值中心并不一定重合;(2)在垂直结构上,高度场的低层低值距平与高层高值距平的配置也呈多样性,特别是存在上、下层距平中心倾斜,或高层只是处于高压区的边缘,不存在明显的高值距平中心与热带气旋相对应.还参照TOVS中的热带气旋结构,进行了修订热带气旋数值预报模式系统中人造台风模型(台风BOGUS)结构的研究,发现修订后的台风BOGUS 能够更好地与环境场协调,并且能对热带气旋的路径预报取得较好的效果.这一方面说明了台风BOGUS的结构对其路径预报有较大的影响,另一方面也说明利用TOVS资料中的热带气旋结构能改善热带气旋路径预报.这也为台风BOGUS的修订和发展提供了依据.     

2005年世界气象组织热带气象工作组会议综述

世界气象组织(WMO)大气科学委员会(CAS)热带气象研究工作组(WGTMR)会议,于2005年12月12-16日在深圳市举行。会议总结回顾过去4年热带气象领域所开展的研究工作,包括:热带气旋预报研究成果和进展,主要在热带气旋活动(频率、变化、强度等);热带气旋预报技术;确定热带气旋预报研究发展的优势领域等;季风预测的研究成果和进展,分别涉及东亚季风(含南海季风),南亚季风和南美季风等;热带干旱研究成果和进展主要在热带致雨天气系统的研究,对热带人工影响天气新方法新途径的探索,东非的降雨量季节变化特征、年代际雨量变化特征和雨季的开始和结束等;各国业务化运行的数值天气预报系统;以及热带气象和气候变化是在全球气候变化背景下开展研究。大会的特邀报告就利用科学技术进步不断提高气旋预警工作水平、全球变暖与热带气旋活动的关系、热带气旋强度变化共识预报的研究工作、我国新一代数值预报模式、以及目前我国业务使用的台风数值模式等专题进行学术报告。     

热带气旋"黄蜂"登陆过程诊断分析

应用了高分辨率的卫星TRMM资料以及多种类资料的同化资料对登陆广东吴川的强热带风暴"黄蜂"进行了诊断分析.分析了登陆前阶段和登陆阶段"黄蜂"风场的不对称性、降水分布、热力结构的变化特征,讨论了北方干冷气流和南方西南季风相互作用对"黄蜂"增强和减弱的影响作用.结果表明,热带气旋"黄蜂"在风速分布、降水分布、对流活动等方面存在不对称性.在登陆前阶段"黄蜂"经历了一次强对流云团发展为螺旋云带的过程,降水增加;"黄蜂"登陆阶段,对流迅速减弱,降水明显减少.登陆前阶段的发展与北方小股干冷气流从中层进入,影响了"黄蜂"内部的热力结构,其位势不稳定得到加强有关;登陆阶段,北方干冷气流进入"黄蜂"内部低层以及西南季风水汽输送减弱,导致"黄蜂"迅速减弱.     

环境气流及非绝热加热对热带气旋结构和移动的影响

设计一个三层的准地转斜压模式,研究了不同结构环境气流和环境非绝热加热场中热带气旋移动路径和结构的特征.数值试验的结果表明:(1)无外界影响下热带气旋向西北方向移动,垂直速度场有明显的螺旋结构;(2)热带气旋主要受基本环境气流引导,非对称环流中的小扰动干扰了热带气旋的移动;(3)非绝热加热场对热带气旋影响较大,热带气旋有向加热中心移动的倾向,同时热带气旋的水平、垂直结构都有较大的变化.     

热带气旋路径数值模式业务试验性能分析

在中国气象局数值预报创新基地开发的GRAPES基础上,建立了热带气旋路径预报系统(GRAPES-TCM)。并对2002、2003年热带气旋进行了一系列时间为48 h的路径后报试验,对2004年的热带气旋路径进行准业务预报。针对热带气旋路径预报的分析表明,GRAPES-TCM对热带气旋路径具有良好的预报能力。比较了2004年GRAPES-TCM准业务预报同北京数值预报和日本数值预报的结果,GRAPES-TCM的预报结果比北京的好,与日本数值预报相比仍有较大的差距。GRAPES-TCM计算的总的热带气旋24、48 h平均距离误差大约为150、250 km。GRAPES-TCM计算的热带气旋路径的平均距离误差随着其初始强度的增强而减小,台风级的热带气旋路径的24 h平均距离误差仅为111 km,48 h平均距离误差也在210 km左右,与此同时,预报的强热带风暴的24和48 h平均距离误差则为166.6和242.6 km。GRAPES-TCM后报的"突然转向"和"突然变速"热带气旋的平均距离误差24 h达到280 km,48 h则在300 km左右,超过其总的平均距离误差。对于"回旋"路径的热带气旋也有一定的预报能力。对不同分辨率的对比试验结果表明,提高GRAPES-TCM的分辨率可为稍长时间的热带气旋路径预报提供更为可靠的结果,2004年的热带气旋路径预报的48 h平均距离误差不到200 km。     

热带气旋路径趋势数值预报的试验研究

给出了一个嵌套于欧洲中期天气预报中心全球谱模式中的套网格模式，用于预报热带气旋路径趋势，提出了一种以欧洲中期天气预报中心提供的时距为24小时的预报场为基础的“接力预报”方法；设计了五种不同的“接力预报”方案；并对8507号和8509号两个热带气旋就各种不同预报方案进行了数值预报试验。结果表明，本模式对热带气旋路径趋势具有较强的预报能力，对疑难路径也具有一定的预报能力，为开展热带气旋的路径趋势预报提供了一个新的途径。文中还对影响热带气旋路径趋势的一些主要因子结合各预报结果进行了分析，为模式尽早投入业务提供了一定的依据。     

浙西南热带气旋强降水主要影响因子

对1950-2010年影响浙西南的热带气旋降水的移动路径、影响时间、强度、西风槽、西南季风以及地形等主要因子进行分析.结果表明:在玉环南-厦门一带登陆的热带气旋是影响浙西南的热带气旋中正面影响浙西南的类型,影响时间和最大平均过程降雨量、最大过程雨量存在着正相关关系,热带气旋的强度与其降水强度相关性较高.西风槽的存在不仅影响着热带气旋路径的变化,其槽前的西南气流也为热带气旋降水提供充足的水汽,同时槽后冷空气与热带气旋相结合,使丽水的西北部出现另一个强降水中心.西南季风为登陆后的热带气旋提供了水汽条件,使降水得到增幅.浙西南独特的地形,使在厦门以北到玉环以南登陆后西进、西北行或西北行后在120°E以西转向北上的热带气旋迎着山脉进入,降水强度明显加强.     

热带气旋路径客观预报的若干问题

对多时刻环境因子与热带气旋路径相关的统计分析表明，初始时刻环境场因子对热带气旋路径的预报能力随预报时效的增长而下降；未来时刻环境因子的预报能力高于初始时刻环境场因子；对于一定预报时效的热带气旋路径，具有较高预报能力环境场因子出现时刻大多不与预报时效同时刻；对于４８￣１２０小时的预报时效，初始时刻后４８－７２小时的环境场因子具有较高的预报能力。对ＮＷＰ产品进行统计释用的热带气旋路径预报模式优于用初如     

滞后平均法（LAF）在热带气旋路径集合预报中的应用

本文用-正压模式，采用滞后平均法(LAF)对2000年热带气旋进行路径集合预报试验，并与基于热带气旋初始结构扰动的集合预报方法进行了比较分析，结果表明LAF方法对热带气旋路径预报具有较好的改进作用。但LAF的集合预报效果受模式本身误差的影响，在完美模式的假设下，LAF集合预报相对于控制试验的技巧水平20～40％。     

地形对登陆热带气旋"黄蜂"(2002)强度影响的模拟研究

以"目标登陆台风外场试验研究"(CLATEX)项目的目标热带气旋"黄蜂"为对象,在用高分辨数值模式模拟其近海加强和登陆减弱过程的基础上,通过5组对比数值试验,从定量和时间演化角度细致地分析了热带气旋周边海陆和地形分布对热带气旋强度的影响及其机理.分析表明,华南西部地理因子(地形、粗糙度、海陆分布等)对热带气旋强度变化具有重要影响.华南西部地形的存在,有利于低层弱冷空气向南侵袭,从而激发对流发展,使气旋迅速加强,是"黄蜂"近海加强的关键原因;登陆后冷空气切入造成的稳定层结抑制了对流发展,阻断了对流潜热能源,是"黄蜂"登陆后迅速减弱的重要原因;华南西部真实地形下的地表摩擦效应是"黄蜂"登陆后迅速减弱的重要原因之一;南海热带气旋区的地表热交换以潜热输送(蒸发)为主,其量值一般是感热输送的5～10倍;洋面热交换与气旋强度间存在正反馈关系,符合热带气旋发展的"WISHE"(风引起的表面热交换)机制观点,即"WISHE"可能是南海热带气旋发展的一种重要机制.     

全球变暖背景下热带大气季节内振荡的变化特征及数值模拟

利用欧洲中期数值预报中心的ERA40再分析逐日的200 hPa风场资料,选取1958—1977年和1980—1999年各20年,对比分析了在全球变暖背景下前后两个时段热带大气季节内振荡(ISO)的特征及其变化。研究表明:近20 a来,原来在赤道中太平洋上活跃的ISO减弱,而在中印度洋、孟加拉湾地区ISO变得活跃;全球变暖背景下,ISO的强度变化幅度加大,表明ISO更加活跃,且季节变化明显,冬、春季强,夏、秋季弱;对流层上层的纬向风能量更集中于1—3波,ISO的频率有加大的趋势。还利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的耦合气候系统模式FGOALS-1.0g中的控制试验及其二氧化碳浓度加倍试验结果,分别对应实测资料的前后20年进行对比分析。发现模式对ISO的空间结构模拟较好,但低估了ISO的强度;时空谱分析表明模式结果中包含有更多的纬向风的高频成分,由于能量的分散,导致对ISO活动强度的低估。但通过对模式的控制试验和温室气体增加试验结果的对比分析,发现耦合模式还是较好地反映出在全球变暖背景下ISO在中印度洋、孟加拉湾地区变得活跃、频率加大等变化特征。     

增长模在热带地区发展的分析研究

利用T63L9全球谱模式对制作集合预报的增长模繁殖法(BGM)在热带地区的适用性进行研究,分析了在热带地区扰动增长的机理。设计与物理过程、积云对流参数化方案及湿物理过程有关的3个敏感性试验及1个控制试验。为了讨论不同物理过程对BGM生成扰动的影响,定义扰动动能变化率对试验结果进行分析。结果表明:在热带地区积云对流强盛区内风场扰动能够快速增长。扰动增长机制在热带地区与中高纬地区有本质区别,热带地区扰动的发展主要受物理过程的作用,其中模式积云对流及湿物理过程对扰动中快速增长的部分起着至关重要的作用。中高纬地区扰动发展与背景场的斜压不稳定有关。     

NUMERICAL SIMULATION ON RE-INTENSIFICATION OF TROPICAL REMNANT RE-ENTERING THE SEA: A CASE STUDY

When Typhoon Toraji(2001)reached the Bohai Gulf during 1-2 August 2001,a heavy rainfall event occurred over Shandong province in China along the gulf.The Advanced Research version of the Weather Research and Forecast(WRF-ARW)model was used to explore possible effects of environmental factors,including effects of moisture transportation,upper-level trough interaction with potential vorticity anomalies,tropical cyclone(TC)remnant circulation,and TC boundary-layer process on the re-intensification of Typhoon Toraji,which re-entered the Bohai Gulf after having made a landfall.The National Centers for Environmental Prediction(NCEP)global final(FNL)analysis provided both the initial and lateral boundary conditions for the WRF-ARW model.The model was initialized at 1200 UTC on 31 July and integrated until 1200 UTC on 3 August 2001,during which Toraji remnant experienced the extratropical transition and re-intensification.Five numerical experiments were performed in this study,including one control and four sensitivity experiments.In the control experiment,the simulated typhoon had a track and intensity change similar to those observed.The results from three sensitivity experiments showed that the moisture transfer by a southwesterly lower-level jet,a low vortex to the northeast of China,and the presence of Typhoon Toraji all played important roles in simulated heavy rainfall over Shandong and remnant re-intensification over the sea,which are consistent with the observation.One of the tests illustrated that the local boundary layer forcing played a secondary role in the TC intensity change over the sea.     

热带大气垂直环流圈对海温场响应的数值试验

本文用一个热带地区两层原始方程模式在赤道东太平洋异常增暖和降冷两种情况下,计算了大气的垂直环流圈对海温异常的响应。试验结果进一步发展了Bjerknes的假说,支持了我国气象工作者提出沃克环流和哈得莱环流存在相互制约的发展趋势。同时通过试验对比,我们指出,热带东西海温梯度在形成这两个正交的垂直环流圈中起主导作用,即由这一海温梯度形成的热力性赤道纬圈环流可以引导出与它有相反变化趋势的经圈环流,反之则不然。     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。     

NUMERICAL ANALYSIS ON THE ROLE OF TROPICAL STORM NAMTHEUN IN THE UNUSUAL TRACKS OF THREE TROPICAL CYCLONES IN 2010

Tropical cyclones (TCs) Lionrock, Kompasu, and Namtheun were formed successively within 40 hours in 2010. Over the next several days afterwards, these TCs exhibited unusual movements which made operational prediction difficult. Verifications are performed on the forecasts of the tracks of these TCs with six operational models, including three global and three regional models. Results showed that the trends of TC tracks could be reproduced by these models, whereas trajectory turning points and landfall locations were not simulated effectively. The special track of Lionrock should be associated with its direct interaction with Namtheun, according to a conceptual model of binary TC interaction. By contrast, the relation between Kompasu and Namtheun satisfied the criteria for a semi-direct interaction. Numerical experiments based on the Global and Regional Assimilation and Prediction System-Tropical Cyclone forecast Model (GRAPES-TCM) further confirmed the effect of Namtheun on the unusual tracks of Lionrock and Kompasu. Finally, the physical mechanism of binary TC interaction was preliminarily proposed.     

TROPICAL CYCLONE GENESIS EFFICIENCY：MID-LEVEL VERSUS BOTTOM VORTEX

Cloud resolving Weather Research and Forecasting(WRF)model simulations are used to investigate tropical cyclone(TC)genesis efficiency in an environment with a near bottom vortex(EBV)and an environment with a mid-level vortex(EMV).Sensitivity experiments show that the genesis timing depends greatly on initial vorticity vertical profiles.The larger the initial column integrated absolute vorticity,the greater the genesis efficiency is.Given the same column integrated absolute vorticity,a bottom vortex has higher genesis efficiency than a mid-level vortex.A common feature among these experiments is the formation of a mid-level vorticity maximum prior to TC genesis irrespective where the initial vorticity maximum locates.Both the EMV and EBV scenarios share the following development characteristics:1)a transition from non-organized cumulus-scale(~5 km)convective cells into an organized meso-vortex-scale(~50 to 100 km)system through upscale cascade processes,2)the establishment of a nearly saturated air column prior to a rapid drop of the central minimum pressure,and 3)a multiple convective-stratiform phase transition.A genesis efficiency index(GEI)is formulated that includes the following factors:initial column integrated absolute vorticity,vorticity at top of the boundary layer and vertically integrated relative humidity.The calculated GEI reflects well the simulated genesis efficiency and thus may be used to estimate how fast a tropical disturbance develops into a TC.     

北上热带气旋发展与不发展的对比分析

重点分析了一个北上热带气旋（８５０９号台风）变性发展过程中扰动能和扰动有效有效位能的收支平衡关系及其与中纬地区高空环境场、Ｑ矢量散度、旋度特征和锋生锋消现象的联系，并和与此台风前期路径及强度相似、但进入西风带后很快消失了的８４０６号台风的诊断结是要 进行了对比。结果表明：有利的大尺度环境是台风变性发展的主要因子和先决条件，斜压过程是否能有效和大量地制造扰动动能以抵消台风北上过程中的能量耗散是其能否     

次千米至次百米高分辨率模拟的热带气旋眼墙低层极端上升运动特征分析

观测发现热带气旋(TC)眼墙附近低层(3 km以下)存在着强烈的上升运动,严重威胁低空观测飞机的安全,由于对实际TC观测的样本非常有限,目前对极端上升运动(大于10 m/s)的了解不多。通过三个水平分辨率自次千米(333 m)至次百米(37 m)大涡数值试验模拟眼墙附近低层上升运动的分布特征。结果表明,TC眼墙附近的最强上升运动主要分布在眼墙处最大风速半径(RMW)内侧,并且主要出现在台风眼墙强对流的一侧。对比不同试验发现,在大涡试验中,随着模式水平分辨率的提高,模式可以模拟出更强的上升运动,且极端上升运动最大频数的分布高度随着水平分辨率的提高而降低。研究表明,与现有观测结果比较,当大涡试验水平分辨率到达111 m时,可以模拟出与实际观测比较相似的极端上升运动空间分布和强度。      

南半球冷空气入侵与热带气旋的形成

文中采用NCAR/PSU研制的非静力中尺度模式MM 5 ,研究了南半球冷空气入侵在热带气旋形成中的作用。初始场为纬向平均场 ,不含任何扰动 ,但为热带气旋的发生提供了基本条件 ;通过改变设在赤道的南边界条件 ,设计系列数值试验反映南半球不同强度冷空气的入侵。数值试验结果表明 :南半球冷空气侵袭后 ,在菲律宾以东洋面上形成热带气旋 ;没有冷空气入侵时 ,只有扰动产生 ,没有热带气旋形成。在对流不稳定的背景场中 ,即使没有冷空气入侵 ,低层小尺度辐合引起强上升运动 ,产生的非绝热加热 ,在热带洋面上也能形成扰动。但是非绝热加热使得稳定度增加 ,没有低层强辐合的支持 ,对流不能持续 ,扰动不能发展成为热带气旋。南半球冷空气的入侵 ,一方面气温降低 ,使得中低层层结稳定度降低 ;另一方面 ,冷空气形成向北的气压梯度 ,在低纬度产生南风 ,导致低层强辐合。稳定度因子和低层辐合的共同作用 ,驱动深厚的垂直环流 ,产生十分显著的非绝热加热 ,形成了暖心的热带气旋。上述研究结果一定程度上肯定了存有疑义的冷空气学说