台风暴雨次天气系统影响因素及扰动传播路径

研究了台风暴雨次天气，中尺度系统发生、发展的影响因素。数值试验表明，台风外围环流与中纬系统相互作用可促发局地次天气尺度、中尺度系统的新生扰动、造成非均匀分布的台风暴雨动云团及雨，且一大地形强迫效应在暴雨系统形成中亦起重要作用。台风环流与地形辐合抬升作用可促发中尺度扰动，并以类似重力波特征的波列路径向外传播。     

赤道辐合区中多台风期大尺度和台风尺度的动能收支及其相互作用

本文选了两例西太平洋赤道辐合区中同时有3个台风发生发展的多台风过程,采用滤波法分离出大尺度场和台风尺度场,并建立了完整的包括大尺度平均动能、扰动动能,台风尺度的平均动能、扰动动能收支方程,最后做了各种动能收支计算.结果发现:对于这种条件下台风尺度扰动的发展,大尺度动能转换的贡献不足20％,其发展动能主要是从比台风尺度小的短波尺度中获得.也就是说,在热带短波是台风尺度和大尺度的动能源.     

中尺度系统与台风降水增幅的关系

利用１９９０年ＳＰＥＣＴＲＵＭ试验加密观测资料，分析了９０１２（ＹＡＮＣＹ）台风降水增幅的成因，台风造成的区域降水６４％为强降水率降水，其时间变化与台风位置的南北振荡有关。中－α尺度暴雨区与台风西侧的东北风急流以及台风倒槽相联系。中－β尺度暴雨区与地面强东风区、东风气流的扰动、中尺度辐合区、中尺度气旋、中尺度锋区和中尺度锋生区密切相关。     

台风区和外围暴雨区的旋转风,散度风动能收支

用完全的散度风（ＶＤ）和旋转风（ＶＲ）动能收支方程对８１１６台风和８４０７台风以及８１１６台风与其外围暴雨区的关系作了讨论，结果表明：台风区的有效位能通过散度风动能（ＫＤ）转换为旋转风动能（ＫＲ），台风向区域外部输出功能，在暴雨区上空通过涡度，散度场相互作用的转换机制由ＫＲ向ＫＤ转换，散度风加大触发对流发展产生暴雨，这可能是台风与其外围暴雨联系的一种能量过程。     

台风区和外围暴雨区的旋转风、散度风动能收支

用完全的散度风(v_D)和旋转风(v_R)动能收支方程对8116台风和8407台风以及8116台风与其外围暴雨区的关系作了讨论。结果表明:台风区的有效位能通过散度风动能(K_D)转换为旋转风动能(K_R).台风向区域外部输出动能,在暴雨区上空通过涡度、散度场相互作用的转换机制由K_R向K_D转换,散度风加大触发对流发展产生暴雨,这可能是台风与其外围暴雨联系的一种能量过程。     

“96.8”暴雨过程的尺度分离动能方程的诊断

用尺度分离的动能平衡方程,对1996年8月3～5日华北地区台风暴雨过程雨区内的动能制造和转换进行诊断。结果表明:动能在暴雨发展过程逐渐减小,动能转换项也是逐渐减小的。暴雨发生前,尺度相互作用制造项GKMS起最重要的作用,大尺度动能制造项次之,中尺度动能制造项消耗少量的动能;暴雨发生时,尺度相互作用和天气尺度运动仍制造动能,只是比发生前明显减少,中尺度运动由消耗动能转变为制造动能,动能转换主要来源于低层且数值明显减少;暴雨发生后,动能制造项数值仍为正,此时天气尺度动能制造最重要,但数值比前两阶段小,动能的转换主要出现于高层。可见,此次暴雨过程总动能的制造项一直为正,主要出现于高层,只是其制造量逐渐减小;动能转换是从低层向高层进行的,水平转换项起主要作用,是一种尺度减小的动能转换过程。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

登陆台风与其外围暴雨的相互作用

本文对8116号登陆台风及其环境和外围暴雨区分别作了动能平衡的诊断分析,结果表明,动能制造是三个区域动能平衡的主要能源,动能水平辐散和摩擦消耗则是主要能汇。在台风登陆减弱过程中,暴雨区的动能增加。台风区上层动能水平辐散呈显著的不对称型。台风右侧次天气尺度强风带起了向暴雨区输送动能使暴雨得到发展的作用。暴雨发生后,通过暴雨区北界向环境输送动能,于是,台风辐散的动能通过暴雨区最后输送给环境。这种动能传递过程可能是台风与环境大气相互作用引起台风衰减的机制之一。     

登陆台风维持和暴雨增幅实例的能量学分析

对登陆后迅速消亡的８１１６号台风和登陆后长期维持不消的８４０７号台风的动能平衡作对比分析，结果表明：对流层上部动能水平通量辐散和穿越等压线的运动使８１１６号台风迅速消亡，其中以正压过程为主；８４０７号台风则从环境大气输入动能和位能，这可能是台风暖性低压长久不消的重要原因。最后讨论了台风动能水平通量辐散与外围暴雨增幅的关系。     

一次台风引发的远距离暴雨诊断分析

台风对远距离暴雨的作用形式复杂,容易出现极端降水,量级和落区的预报难度大。2014年8月8日江苏东部到浙江北部出现暴雨,通过研究数值预报形势场、再分析场和各类实况资料,发现暴雨的产生与远在1300km外的西太平洋上的台风"夏浪"有关。江苏东部暴雨主要由中尺度涡旋造成,台风通过北侧偏东气流向暴雨区输送暖湿空气,有利于暴雨的形成与维持;浙江北部暴雨是中尺度涡旋与台风环流结合的产物,台风北上过程中,中心与中尺度涡旋逐渐靠近,台风外围环流对涡旋产生牵引,流场形势发生改变,引导弱冷空气在浙北近海附近与暖空气交汇辐合抬升引发暴雨,不稳定能量剧烈释放产生的中γ尺度气旋造成了极端强降水。     

Diagnosis of kinetic energy balance of a decaying onland typhoon

Diagnostic analysis of the balance of kinetic energy (KE) is made for a decaying onland typoon, its external tor-rential rain area and environment. Results show that, besides low-level frictional dissipation as an energy sink, upper-level horizontal export of KE is another important one for the typhoon. In its decaying KE grows in the exter-nal torrential rain area, and the KB production term Gk represents the chief energy source for the torrential rain. The growth of Gk is attributed to the development of the heavy rain and to the heating effect of released latent heat, and the external torrential rain owes its evolution to the exported KE from the strong windbelt in the east of the ty-phoon and the conversion of synoptic KE into mesoscale perturbation KE. The development of the torrential rain re-sults in the KE feedback to its environment. The KG transfer from toe typhoon to the external torrential rain area and then to the environmental region as a mechanism constitutes one of the causes for the rapid disintegration of the tempest.     

“96.8”暴雨过程中不同尺度系统的相互作用

利用动能方程计算了天气尺度,次天气尺度的动能以及非线性相互作用的动能,分析了“９６．８”暴雨过程强降水时段的主要动力过程,结果表明：在暴雨系统中,存在着天气尺度和次天气尺度系统间的相互作用,天气尺度动能减小,次天气尺度动能增加,即对于次天气尺度系统而言,天气尺度系统是一个动能源,通过非线性相互作用,天气尺度系统把动能传递给次天气尺度系统,使暴雨系统得以发展。     

北上台风暴雨过程涡散场的能量收支和转换特征

利用辐散风和旋转风的动能收支方程,对北方一次北上台风倒槽暴雨过程暴雨区内的涡散场能量收支和转换进行了计算.结果表明:暴雨区内动能的增加是暴雨增幅的一个主要原因.暴雨发展时,就旋转风动能(K_R)而言,旋转风动能通量(HFR)辐合是主要能源,而旋转风的动能产生项(GR)是主要能汇;就辐散风动能(K_D)而言,辐散风的动能产生项(GD)是主要能源,辐散风动能通量(HFD)辐散是主要能汇;总动能水平通量(HF)提供的辐合主要表现于对流层中、低层,这就使得低层辐合加强,上升运动加强,有利于暴雨的增幅.在暴雨过程中次网格尺度效应由能源转变为能汇,在暴雨发展之时能汇减小;能量的转换项C(K_D,K_R)总为正值,在转换项中,地转效应项的贡献很大.说明暴雨过程能量均由K_D向K_R转换,也就是说有效位能经K_D向K_R转换,充分说明了在整个暴雨过程中,尽管辐散风动能变化(∂K_D/∂t)很小,但是它在其中充当“桥梁”作用,C(K_D,K_R)在暴雨发展时达到最大,此时能量转换最为旺盛;对流层低层辐散风动能向旋转风动能的转换是暴雨产生和发展的重要条件.此次暴雨过程,在暴雨区内表现为斜压不稳定和正压稳定共存的特征,其发展过程是系统斜压不稳定增长,正压稳定性减弱的过程,暴雨增幅的另一个重要原因就是暴雨区内低层斜压的发展.     

一次暴雨过程中天气尺度与次天气尺度系统的相互作用

文章利用动能方程计算天气尺度与次天气尺度系统动能以及非线性动能的作用，以分析强降水系统中主要动力过程。结果表明:在暴雨系统中，存在着天气尺度和次天气尺度系统间的相互作用，次天气尺度运动增加天气尺度动能，使暴雨系统得以维持。     

“94·7"北京大暴雨的能量转换

用尺度分离的方法，对１９９４年７月华北一次暴雨过程中雨区内的能量制造和转换进行了计算，目的在于揭示暴雨前后不同的能量制造和转换特征。     

两个相似路径台风残余造成局地特大暴雨的成因机制和能量收支对比分析

本文利用ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、自动站小时和分钟加密资料、风云2G（FY-2G）卫星红外云图及多普勒雷达和风廓线雷达资料对2015年路径高度相似的“苏迪罗”和“杜鹃”台风在浙江沿海引发的局地特大暴雨进行对比分析。这两次降水过程都是在台风减弱为热带低压甚至残压并深入内陆远离浙江沿海后发生的。结果表明,“苏迪罗”降水过程是由低层强东南和偏南急流长时间辐合加上有利地形共同作用导致的;经向环流背景下来自季风持续的水汽输送有利于“苏迪罗”维持较长的生命史和稳定的降水。“杜鹃”残压特大暴雨的触发系统则是高纬地面冷高压底部的东东北出流南下与“杜鹃”北象限的东东南风交汇形成的中尺度倒槽;纬向环流和强盛副热带高压造成的弱引导气流及夏季风南撤和低涡卷挟造成的水汽通道断裂是“杜鹃”登陆后快速减弱为残压和降水维持时间较短的原因。两次台风降水过程中均无外部动能输送和来自有效位能的动能转换。动能收支的主要影响因子为中低层局地次网格运动间的能量转换、旋转风和散度风效应及下垫面的摩擦耗散。所以,虽然“杜鹃”的对流有效位能很小,但仍可造成强对流和特大暴雨。此外,降水过程中释放的凝结潜热造成的局地非绝热加热使气柱中显热能大量累积,促使地面中小尺度涡旋和倒槽不断加深,造成降水的增幅。     

A Case Study on MJO Energy Transport Path in a Local Multi-scale Interaction Framework

A new local kinetic energy (KE) budget for the Madden-Julian Oscillation (MJO) is constructed in a multi-scale framework. This energy budget framework allows us to analyze the local energy conversion processes of the MJO with the high-frequency disturbances and the low-frequency background state. The KE budget analysis is applied to a pronounced MJO event during the DYNAMO field campaign to investigate the KE transport path of the MJO. The work done by the pressure gradient force and the conversion of available potential energy at the MJO scale are the two dominant processes that affect the MJO KE tendency. The MJO winds transport MJO KE into the MJO convection region in the lower troposphere while it is transported away from the MJO convection region in the upper troposphere. The energy cascade process is relatively weak, but the interaction between high-frequency disturbances and the MJO plays an important role in maintaining the high-frequency disturbances within the MJO convection. The MJO KE mainly converts to interaction KE between MJO and high-frequency disturbances over the area where the MJO zonal wind is strong. This interaction KE over the MJO convection region is enhanced through its flux convergence and further transport KE to the high-frequency disturbances. This process is conducive to maintaining the MJO convection. This study highlights the importance of KE interaction between the MJO and the high-frequency disturbances in maintaining the MJO convection.     

华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

长江中、下游暴雨与下垫面加热场的关系

前期地温预报后期降水的可行性研究已得到初步证实。研究表明,暴雨与下垫面热力场背景之间也存在着对应关系。夏季长江中、下游暴雨发生前下垫面地热场出现由深层向上的地热通量,当高空(850 hPa)有切变线与地热场的高地热轴线相配合时,暴雨落在地热高值区;如果地热轴线与高空切变线偏离较远,高空风强且风向垂直于地热轴线时,暴雨落区与地热区会有较大偏离,一般暴雨落在地热轴线的下风方向。