台风“苏拉”登陆福建后降水的非对称成因分析

利用常规天气资料、NCEP再分析资料、卫星云图、新一代天气雷达等资料,分析了2012年第9号台风"苏拉"降水预报失败的原因及其暴雨成因。结果表明:此次台风暴雨预报失败的主要原因在于预报过程中没有关注台风垂直结构的改变及其对降水落区的影响。"苏拉"台风暴雨是在中高纬稳定的环流形势下发生的,低层到高层引导气流的变化导致"苏拉"高层风暴中心向南倾斜;环境风垂直切变导致了台风降水的非对称分布,环境风垂直切变方向的左侧是强降水发展的区域;此外,随着台风环流中心在垂直方向发生偏移,改变了涡度平流的垂直分布,从而导致了福建省南部的暴雨。因此关注登陆台风中心在垂直方向的偏移对台风降水预报非常重要。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

台风“巨爵”强度突变及惠州局地强降水成因分析

利用常规气象资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析2009年9月台风“巨爵”登陆前强度突变及惠州市局地强降水的成因.结果表明:高空辐散加强、西南季风加大、水平垂直切变减小和副热带高压减弱东退,是台风“巨爵”登陆前迅速加强的重要条件.台风登陆后,低层西南急流加强,为惠州强降水提供充足水汽,切变线、风速辐合是中尺度系统的触发机制,而地形抬升作用则有利于台风降水维持和雨强加大.     

相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨对比分析

一般认为相似路径台风的影响大致相似,但实际上相似路径台风的风雨分布尤其是暴雨分布往往有很大差异,因此,对相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨成因的对比分析有助于加强台风暴雨发生机制的认识和预报。“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)逐日降水分布对比分析表明,两者登陆前降水分布类似,而登陆后降水分布差异比较大。利用NCEP/GFS 1 °×1 °分析资料对热带气旋登陆前后天气形势、水汽通量和水汽通量散度进行诊断分析,结果表明：“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)登陆前引起浙闽沿海地区大降水主要是热带气旋外围偏东气流和地形共同影响下形成。“海棠”登陆后,维持在浙江东部沿海东南风急流不断输送水汽到“海棠”倒槽内引起浙东南沿海强降水,深入内陆后,降水主要由“海棠”自身环流携带的水汽辐合引起的,降水比沿海地区明显减弱;而“碧利斯”登陆后,有明显的南海季风环流输送水汽并入热带气旋南侧环流,在其南侧形成偏南风急流,使南侧水汽输送得到明显加强,造成“碧利斯”南侧水汽通量辐合,北侧水汽通量辐散,南侧降水比北侧降水强很多;深入内陆后,“碧利斯”环流仍维持并引导北方槽后弱冷空气渗透到其西南侧,使南侧降水进一步增幅。本文还探讨了包括热带气旋外核在内区域平均垂直风切变和热带气旋强降水落区的关系,结果表明：“海棠”和“碧丽斯”大暴雨落区均对应于暴雨区区域平均垂直风切矢量左侧水汽通量散度负值区。“海棠”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径后方是造成“海棠”强降水分布在其移动路径右侧的重要原因,“碧利斯”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径前方是造成“碧利斯”强降水分布在其移动路径左侧的重要原因。因此,利用垂直风切结合水汽输送条件可以作热带气旋大暴雨落区预报可能是一种比较有效的方法。     

强热带风暴"碧利斯"致洪暴雨的特征及成因

利用常规气象观测资料、中央气象台台风定位资料、NCEP/NCAR分析资料等,对0604号强热带风暴“碧利斯“登陆后引发的致洪暴雨特点及成因进行了分析,发现大陆副高的加强,使“碧利斯“从福建进入江西后路径南折.正是由于处在大陆副高和西太平洋副高之间的有利环境场中,再加上强盛的西南季风的输入,使减弱后的“碧利斯“气旋性环流长时间在江西、湖南以及广西上空维持,从而导致强降水的持续.强的东南至偏南气流遇到我国东南沿海地形后的爬升作用是东南沿海强降水的重要原因.前期华南北部的大气不稳定热力结构也是强降水出现的有利因素之一.偏北、偏西、偏西南3支气流强力辐合以及南岭山脉的地形抬升作用,是湖南南部及广东西北部一带强降水出现的重要原因.     

台风“山竹”登陆结构变化及造成广西强降水异常分布的成因分析

利用地面加密自动站观测资料、多普勒天气雷达及NCEP格点再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆前后环境场、动力热力场结构变化特征进行了分析,并初步探讨台风造成广西强降水分布异常的成因。(1) 200 hPa南亚高压稳定维持、西南季风与越赤道气流、西太平洋气流卷入提供水汽和能量是台风登陆后强度减弱缓慢的重要因素。(2)台风登陆移入广西过程中,其中高层θ_se漏斗状结构、正涡度柱状结构维持,东侧和北侧低层有深厚入流辐合上升,高层有明显出流。(3)水平风场的不对称分布导致台风东侧到北侧存在明显的风向切变和风速辐合,出现垂直螺旋度正值中心和强水汽辐合区,对应有螺旋对流回波带发展、维持,这可能是“山竹”强降水出现在台风偏北侧的重要原因。(4)云贵高原冷空气的侵入加剧了热力不稳定,加上地形抬升增幅作用,导致桂北和桂西持续强降水。(5) “山竹”降水分布与低层湿位涡负值区有较好对应,强降水主要出现在湿正压项(MPV1)负值中心附近和MPV1负值区与湿斜压项(MPV2)正值区相叠加的区域。      

台风“海葵”（2012）造成的景德镇特大暴雨过程分析

利用NCEP再分析资料和常规观测资料等,对2012年8月8-10日“海葵”台风引发的景德镇地区特大暴雨过程的原因进行分析。结果表明,因北方高压脊阻挡,台风低压在安徽省南部地区长时间停滞,导致景德镇地区出现持续性的强降水。强降水发生期间,高层辐散,低层辐合,上升运动深厚而强盛。台风登陆后在向西偏北方向行进的过程中,中心西侧有弱冷空气补充,大气层结由对流稳定变为对流不稳定,景德镇地区的强降水的性质也随之发生改变。对应两次暴雨极值的出现,景德镇地区高、低空的动力、热力、水汽和不稳定条件,均有利于降水的加强。向西南开口的“簸箕”地形有利于西南暖湿气流的抬升,从而导致此次台风暴雨的加强。     

秋季台风“纳沙”大范围暴雨的机制研究

利用T213、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对1117号强台风“纳沙”造成广西持续大范围暴雨的成因进行分析,造成广西大范围暴雨的主要原因是:“纳沙”登陆后,副热带高压强大,台风环流与副热带高压之间气压梯度增大,其右侧辐合加强,深厚偏东气流给台风输送了大量的水汽和能量,西南风急流与副高西侧强东南气流形成辐合,北方冷空气从低层南下,东北风与台风后部的东南风形成切变产生对流降水;加上台风自身带来的降水、急流降水以及冷空气入侵降水三部分相接,组成了“纳沙”影响期间的持续性强降水过程.     

“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响

2011年9月14日-10月5日,“纳沙”和“尼格”2个台风先后登陆海南,均产生了较强的区域性暴雨或大暴雨.利用常规资料,对这2个台风的移动路径和暴雨形成机制进行了对比分析.分析结果表明,台风登陆后,由于副高形态及其演变的不同,使得两个台风路径变化不同.利用0.5°×0.5°NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站和日本静止卫星0.05°×0.05°TBB等资料,综合分析登陆台风“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响.结果表明:台风中心附近环境风垂直切变密集带的跨度变化与台风强度相关,日平均海表温度与热带气旋(TC)强度维持或加强密切相关;登陆TC动力结构和水汽辐合的不对称分布导致台风暴雨落区和强度存在显著差异,强降水与局地发生的对流云对应较好时表现为明显的对流性降水,对降水有增幅作用.     

华南登陆台风降水不对称性及持续性问题

针对登陆华南台风降水及模式预报存在的突出问题,就当前关于登陆台风降水分布的不对称性及台风登陆后期持续性暴雨发生机理的研究状况进行回顾和分析,提出了需要深入研究的相关科学问题及模式预报技术改进的应对措施,为促进登陆华南台风暴雨预报工作和效果的不断改进提供参考。分析指出环境风场垂直切变、低层气团边界(如冷池边界)、干冷空气侵入、中尺度对流系统以及地形等是造成登陆华南台风降水不对称分布的重要影响因素。台风登陆后期华南发生的持续性暴雨往往与季风活动增强相关,活跃的西南季风为强降水中尺度对流系统(MCSs)发展提供有利条件,MCSs通过潜热加热反馈于大尺度环流,可使台风涡旋环流和西南季风得以维持并致使MCSs反复发生发展、暴雨持续。开展相关科学问题的深入研究,有针对性地考察评估目前模式的预报性能并提出有效改进方案,是进一步提高模式预报效果的重要途径。     

Effects of Vertical Wind Shear on Intensity and Rainfall Asymmetries of Strong Tropical Storm Bilis （2006）

The effects of environmental vertical wind shear(VWS)on the intensity and rainfall asymmetries in Tropical Storm(TS)Bilis(2006)have been analyzed based on TRMM/TMI-estimated surface rainfall data,QuikSCAT wind fields,850-and 200-hPa winds of the NCEP-NCAR reanalysis,precipitation data at 5-min intervals from automatic weather stations over mainland China,and the best track data of TS Bilis(2006). The results show that the simultaneous and 6-hour-lagged correlation coeffcients between VWS and storm intensity(the minimum central sea level pressure)are 0.59145 and 0.57438(P0.01),respectively.The averaged VWS was found to be about 11 m s-1 and thus suppressed the intensification of Bilis(2006). Distribution of precipitation in Bilis(2006)was highly asymmetric.The azimuthally-averaged rainfall rate in the partial eyewall,however,was smaller than that in a major outer rainband.As the storm intensified,the major rainband showed an unusual outward propagation.The VWS had a great impact on the asymmetric distribution of precipitation.Consistent with previous modeling studies,heavy rainfall generally occurred downshear to downshear-left of the VWS vector both near and outside the eyewall,showing a strong wavenumber-one asymmetry,which was amplified as the VWS increased.     

河西走廊一次突发性暴雨天气的诊断分析

对2006年7月14日发生在甘肃省永昌县南部山区的局地强暴雨从天气学、物理量场、水汽条件、降水强度、卫星和雷达特征等方面进行了综合分析,发现500 hPa气旋式风切变是局地强降水形成的主要形势诱发因子,风的垂直切变为上升运动的维持提供了有利条件,有利于对流的产生和发展;由涡旋云系外部气流引发的对流单体,造成了这次局地强对流降水。同时发现高能区和S i场的分析对强对流天气的预测有良好的指示作用。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

强热带风暴碧利斯 (0604) 引发的特大暴雨中尺度结构多普勒雷达资料分析

强热带风暴 “碧利斯” (Bilis) 于2006年7月14日12:50在福建省霞浦县北壁镇再次登陆, 与南海季风相互作用, 在福建省引发特大暴雨。作者利用双多普勒雷达三维风场反演技术对厦门和龙岩新一代多普勒雷达时间同步探测资料进行了风场反演, 综合利用雷达回波强度资料, 对造成长泰、 漳州特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明: (1) 此次特大暴雨主要是由中低层西南[CD*2]东北走向的β中尺度辐合线引发的, 辐合线对于水汽输送以及暴雨的形成、 触发、 维持具有重要作用, 辐合线在暴雨的整个生命史过程中经历了由弱变强、 由强变弱的演变过程, 变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。 (2) 由于丰富的水汽供应和中低层辐合线的动力抬升作用, 西南[CD*2]东北走向的β中尺度回波带的西南不断有新的γ中尺度对流单体生成, 在沿着辐合线向东北移动过程中进一步发展、 合并形成β中尺度对流线, 造成持续的强降水。最后, 还给出了此次特大暴雨的三维云系结构模型。     

风切变对中尺度对流系统强度和组织结构影响的数值试验

采用我国实际观测的探空作为中尺度模式Weather Research and Forecasting(WRF)的理想试验的背景场,分别改变整层、低层和中层的垂直风切变,研究其对中尺度对流系统强度和组织结构的影响。结果表明,改变整层垂直风切变对对流系统的强度和组织结构影响最显著,增加整层垂直风切变,对流强度增强且易组织成线状,减小整层垂直风切变,对流强度弱且呈分散状态。从垂直速度、水平风场、散度场和冷池的三维结构特征分析了其影响的机制:(1)风切变增加,上升气流与下沉气流的相互干扰减弱,有利于垂直速度的维持和增强;(2)垂直风切变增加造成水平涡度增加,扭转项的作用分别使上升和下沉运动得到加强;(3)垂直风切变增加,冷池强度和高度增加且集中在系统后部,使系统线状组织性增强。研究还发现,增加垂直风切变造成近地面大风和降水增强,且强降水出现在大风之后,这主要是因为在对流发展阶段上升运动与下沉运动互不干扰情况下,强下沉运动造成的近地面大风,而成熟阶段上升运动不断增强或维持造成雨水比湿不断增加形成强降水。     

一次强降水超级单体风暴的动力特征分析

利用NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)逐6 h再分析资料、常规观测资料、多普勒雷达资料对2018年9月19日晚发生在四川盆地东北部的强降水超级单体风暴进行诊断分析。研究表明：此次强降水超级单体风暴发生在较强的不稳定能量、很低的抬升凝结高度、低层深厚湿层、较弱的对流抑制能量及中等到强的垂直风切变的背景条件下,低层冷空气的侵入最终触发了本次过程。在强降水超级单体风暴发展演变过程中,中低层较强垂直风切变的重要作用是产生水平涡管。水平涡管又在上升气流的作用下抬升为垂直涡管,最后产生垂直涡度。而通过对大气垂直涡度方程的分析发现：垂直涡管在随高度增加的上升气流的拉伸作用下,不断加强,致使上升气流更强烈旋转,水平旋转又反过来加强了上升气流。上升气流与水平涡旋持续不断的正反馈机制是形成中气旋的重要原因。     

对强台风“纳沙”（1117）登陆海南岛前后降水非对称性的分析

利用NCEP 1 °×1 °再分析资料和卫星资料,以2011年强台风“纳沙”为例,分析了“纳沙”登陆海南岛前后的降水特征,并分析了“纳沙”周围TBB、湿度、水平风速和垂直速度在其路径两侧分布的不对称性,并从空间结构的分布上讨论了降水分布的可能成因。结果表明:登陆海南岛前后,“纳沙”的降水在其路径两侧的分布呈显著的不对称性,强降水主要集中在其路径左侧。“纳沙”除温度距平的分布较对称外,其它物理量在台风周围的空间结构均表现为显著的不对称性:（1）TBB,在路径左侧的强对流云系的强度和范围均比右侧大;（2）湿度,路径左侧的湿区范围比路径右侧大;（3）水平风速,台风位于海上和登陆时,路径右侧的最大风速比左侧强,台风登陆时其左右两侧最大风速相差20 m/s;在登陆前和登陆后路径右侧的相等大风速区范围比左侧大;（4）垂直速度,路径左侧的上升运动比右侧强,尤其在台风登陆时左侧的垂直上升速度比右侧大-2.4 Pa/s。通过对比上述物理量的非对称分布与降水分布可知,湿度可能是台风降水非对称分布的原因之一,而垂直速度可能是造成“纳沙”非对称降水的主要原因。另外,从垂直风切变作用进一步探究台风降水非对称性的形成机制,结果发现“纳沙”登陆前后的强降水均集中在顺切变方向及其左侧。垂直风切变可较好地解释路径左侧的强垂直上升运动和强降水区。此外海南岛的地形条件也导致“纳沙”在登陆期间海南岛西部的降水显著增加。      

“碧利斯”与“圣帕”引发湘东南特大暴雨雷达回波对比分析

利用多普勒天气雷达、常规气象观测等资料,从雷达气象学和中小尺度天气学出发,对引发湘东南特大暴雨的两次强热带风暴"碧利斯"与超强台风"圣帕"进行了对比分析.结果表明:两次过程均为东风带系统影响,地形增幅作用显著.螺旋带状、弥合加波阶段是造成强降水的主要时段.均有低质心暖性降水虽波特征,降水效率高."列车效应"是造成特大暴雨的关键,但形成方式不同:"碧利斯"主要由带状回波形成,而"圣帕"主要由回波在同一区域加强形成."碧利斯"回波强度、回波顶高均大于"圣帕"过程,对流更旺盛,范围小而雨强大,与西风带冷式切变线暴雨回波相似."圣帕"回波均匀,持续时间长,与西风带暖式切变线暴雨回波特征相似,回波移动缓慢,降水总量大.两次过程都有暖平流上叠加辐合风场的特征,形成了有利于强降水的环境背景.中γ尺度"大风核"造成有组织的次级环流,可能是"列车效应"形成和维持的主要原因.谱宽表明,受地面的摩擦作用,低层有强烈的湍流和乱流,有利于低压中心从低层减弱.中层为强而稳定的气流,有利于气旋强度的维持,形成长时间强降水.     

韶关"7.19"暴雨成因分析

通过对常规气象资料、卫星云图和多普勒雷达资料的分析，发现在西南季风爆发的背景下，当高空槽超前于低层切变和地面锋面，在高空槽附近有不稳定能量积累，华南中部生成的中尺度对流云团往北发展造成了韶关南部的连续暴雨；而韶关北部的强降水则属于典型的锋面低槽降水。     

一次突发性强降水过程成因分析

利用常规观测资料、自动站、卫星云图、雷达回波等资料对2006年6月18日龙岩强降水过程进行成因分析。结果表明:有利的大尺度环流、充足的水汽条件和较强的上升运动,同时低层有冷空气入侵激发此次强降水的产生。强降水是由有利的中尺度地形中局地发展起来的中小尺度系统产生的。新一代天气雷达资料分析表明,对流单体有明显的典型的液态强降水系统特征。雷达资料风场反演表明风速辐合、切变等小尺度系统是产生短时强降水的成因。