不同再分析资料对热带气旋Roke(2011)外流-高空急流相互作用的对比

利用CFSv2、ERA-I、MERRA2和JRA-55四种最新的大气再分析资料、CIMSS高分辨率卫星云图资料以及JTWC、CMA和JMA三种最佳路径与强度资料对热带气旋Roke (2011)外流-高空急流相互作用进行初步分析。研究发现,在Roke (2011)外流-高空急流相互作用的过程中,朝向极地的外流急流以及辐散增强,同时中纬度高空急流向南延伸出的弱正PV与Roke (2011)中心区的正PV逐渐接近并部分叠加,导致了Roke (2011)强度的迅速发展(RI);对比各种再分析资料发现,CFSv2中Roke (2011)外流-高空急流相互作用过程的高层风场和散度场与CIMSS资料中的分布与演变相似,并清楚地再现了高空急流区对弱正PV的输送过程,CFSv2对Roke (2011)的路径与强度变化的描述最接近观测。     

卫星在热带气旋快速增强观测中的应用进展

热带气旋(TC)快速增强(RI)对我国影响大且预报难度较大,在常规观测资料稀少的海洋上,卫星探测技术的发展,提供了更多的RI TC内部结构变化的有效信息,能够帮助人们进一步认识TC强度的变化规律.文中总结了静止轨道及极地轨道卫星上搭载的可见/红外扫描仪、微波成像仪、降水测量雷达、风场测量仪器、闪电成像仪和云雷达资料在TC RI中的应用以及存在的问题,指出发展小卫星星座及静止轨道微波探测,加强RI TC内部的降水、云微物理和风场等重要信息的时间演变分析,并结合数值模拟进一步研究TC RI的物理机制将是未来的发展方向.     

热带气旋快速增强区域气候漂移及成因初步分析

利用中国气象局上海台风研究所(CMA-STI)1949—2015年热带气旋(TC)最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料,对西北太平洋(含南海海域)1949—2015年TC快速增强(RI)集中区位置变化和影响因素等进行统计分析。结果表明:(1) RI的发生频数及伴有RI发生的TC频数均呈减少趋势,RI持续时间占TC生命史的比例及伴有RI发生的TC占TC总频数的比例呈震荡减小趋势。(2) RI集中区北界南移、南界北移,总体收缩南移,东界西移、西界东移,总体收缩西移。(3)西北太平洋环境风垂直切变(VWS)的弱切变区向西向南的气候漂移和海表面温度正距平区域的向南扩展是导致发生RI的TC最北纬度显著向南漂移的可能原因,发生RI的TC最南纬度向北的漂移则可能与高海表面温度(SST)向北扩展密切相关。(4) RI集中区的200 hPa高空辐散变强、850 hPa水汽输送加强等有利环境场条件的叠加,也对RI集中区的气候漂移有重要影响。     

登陆华南热带气旋强度变化与大尺度环流的关系

应用UK再分析资料,采用合成分析方法,对比分析了登陆华南的登陆前迅速增强的TC（Rapid Intensifying TC,简称RITC）和迅速减弱的TC（Rapid FillingTC,简称RFTC）登陆前24h的大尺度环流背景特征。结果表明：从外流、入流强度和范围上看,RITC的低空入流和高空外流均明显强于RFTC,两类TC高空外流强度的差异比低空入流明显,RITC的次级环流径向范围大;从外流垂直伸展高度上看,RITC的平均外流主要集中在500hPa以上,而RFFC的平均外流比较分散,向下伸展到850hPa;从高空流场配置看,RITC上空除西北象限外均有较强外流,而RVrC仅在东北象限有较强外流,相应的RITC和RVrC的高空辐散在范围和强度上均有明显的差异,其中RITC的高空辐散明显强于RFTC;强烈的西南季风水汽输送是登陆华南的TC登陆前突然加强的先兆条件,RITC的对流活动明显比RFTc活跃;RITC的纬向风垂直切变比RFTC小,有利于RITC的强度增强。     

西北太平洋近赤道热带气旋生成的特征分析

1979—2012年西北太平洋存在70个形成于0°～5°N的低纬度地区的热带气旋(TC),占TC总量的8%,其中达到台风等级的个数占64%。而针对此类缺少一定科氏力作用而形成的罕见TC生成的研究相对较少。本文利用JTWC的TC最佳观测资料、ERA-Interim再分析资料,以及NOAA-OISST海温资料,以西北太平洋近赤道TC为研究对象,统计诊断了其年际、年代际、季节分布特征,分析了其大尺度环境背景场,重点探讨了近赤道TC生成的影响因子。研究结果表明,近赤道TC具有明显的年际与年代际变化,并且近赤道TC具有与西北太平洋总TC恰好相反的季节变化。近赤道TC生成的大尺度环境背景场是东北冬季风与其在近赤道地区偏转形成的西北风之间的气旋性环流。对流层低层的绝对涡度动力项与对流层中层的湿度热量项是近赤道TC生成的主要贡献因子,并且相对于5°～10°N生成的TC,近赤道TC对对流层低层的正涡度与对流层中层的湿度条件的要求更高。     

湖北省不同类型雷暴大风的时空分布及环境参数特征

基于常规观测资料、NCEP再分析资料、闪电定位资料和雷达资料,对湖北省2007-2015年雷暴大风的天气类型、时空分布和环境条件进行了分析,并根据箱线图展示的结果分区域分季节讨论了各型雷暴大风的环境参数特征。结果表明:(1)湖北雷暴大风分为高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型,其发生在3-8月,其中夏季(6-8月)雷暴大风占其全年总数的78%;一天中,其主要发生在15-19时,峰值在16时;雷暴大风空间分布不均,其高频中心位于鄂西南的宜昌和鄂东的黄石。(2)各型雷暴大风存在季节和区域差异,斜压锋生型主要出现在春季,高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、准正压型主要出现在夏季;高空冷平流强迫型在鄂西北发生最多,低层暖平流强迫型在宜昌地区、江汉平原、鄂东均出现较多,准正压型和斜压锋生型在鄂东发生最多。(3)高空冷平流强迫型雷暴大风的850 hPa与500 hPa温差(ΔT₈₅)和中低层(925-500 hPa)风垂直切变(S_L95)较大,850 hPa露点温度(T_d85)偏低;低层暖平流强迫型的S_L95、K指数均较大;准正压型的对流有效位能(CAPE)较大、S_L95、低层(925-700 hPa)风垂直切变(S_L97)较小;斜压锋生型的S_L95和S_L97均较大。(4)湖北雷暴大风的对流参数K指数、ΔT₈₅、CAPE的阈值分别为35℃、25℃和925 J·kg^-1,鄂西北、鄂东的对流参数离散度较大,按区域归纳各型雷暴大风的对流参数阈值,对当地雷暴大风预报预警更有指导意义。     

Chaba (0417) 台风变性前后热力结构特征

运用美国NOAA-15极轨气象卫星高分辨率的AMSU探测资料, 结合NCEP/NCAR再分析资料和GMS-5气象卫星红外云顶亮温(TBB)资料, 对2004年Chaba(0417)台风(TC)变性前后的热力结构特征进行分析。发现变性前TC暖核结构呈对称分布, 在高空存在一强暖心; 变性后原TC对称暖心结构消失, 存在于温带气旋上空的相对暖区呈现出倾斜的非对称分布, 在高、低层各形成一弱的暖区中心, 锋面的斜压特性显著。通过热力结构对比, 进一步揭示出TC在向高纬度方向移动时, 与中纬度系统相互作用发生变性, 实质上是两个相继过程, 即热带气旋的消亡和温带气旋的生成发展。TC西侧高空干冷空气的入侵下沉, 破坏了其发展所需的水汽条件, 造成TC对称暖核结构的削弱和损毁。与此同时, 在TC残留区域, 由于空气较暖且存在气旋式环流, 暖空气在东侧呈气旋式上升, 与西侧高空入侵下沉的干冷空气形成偶极, TC暖气团与冷空气相交发展形成斜压的结果, 则为温带气旋的生成和发展创造了有利条件。     

西太平洋大尺度环境场对TC生成初期的影响

利用NCEP/NCAR水平分辨率为1°×1°、逐6 h的分析资料,以及JTWC(美国联合台风预警中心,Joint Typhoon Warning Center)最佳TC路径资料,对2004—2010年5—9月北半球100°E~180°范围内,118例TC生成时刻周围系统辐散风的大小以及时间和空间分布特征进行了统计分析,根据作用系统的不同将TC分为7种类型,其中:1)越赤道气流型;2)越赤道气流和副高相当型;3)越赤道气流强,副高弱型;4)副高型,这4种类型最多,占总数的91.5%以上。以TC为中心,在新生TC闭合环流外500 km范围内,第Ⅰ象限为副高的影响,在第Ⅱ象限多为副高与大陆高压影响,第Ⅲ象限为越赤道气流影响,而在第Ⅳ象限多为越赤道气流影响,少数为副高影响。区域平均越赤道气流辐散风的影响强度在0.7~3.5 m·s~(-1)的范围内,副高辐散风的影响强度在0.6~1.5 m·s~(-1)的范围内。对0704号的控制试验和敏感性试验表明,去掉TC自身的作用后,仍然会在一段时间后生成新的TC,这也验证了周围系统对TC的生成有重要的作用。     

登陆热带气旋引发云南强降水的环境场特征

应用《西北太平洋热带气旋年鉴检索系统》资料、NCEP/NCAR再分析资料及云南降水资料,对1959-2007年热带气旋(以下简称TC)西行登陆引发的云南强降水过程进行了分类统计,得到4类TC强降水环流模型,分别是TC低压环流型、TC低压外围或倒槽型、TC低压与低槽冷空气相互作用型和TC与两高辐合相互作用型.环境场特征显示,100 hPa南亚高压中心位置在90°E以西,高空东风急流提供了强大的辐散场,低空西南季风气流与TC环流相连接,高低层涡度差呈负值区分布,使TC低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢;西南季风气流中的低空急流、副热带高压外围及TC低压东部的偏南急流共同作用,向云南输送充沛的水汽和能量,是登陆TC强降水产生的重要天气系统配置形势;强降水分布在低空急流左侧,TC低压或倒槽西北侧的正涡度中心附近;冷空气南下进入云南,增加了大气斜压不稳定,使TC外围降水增强.     

“05.6”华南暴雨中低纬度系统活动及相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星逐时云顶亮温资料(分辨率为0.05°×0.05°)及射出长波辐射资料(分辨率为0.5°×0.5°)、实时地面加密观测和实况探空资料等,对"05.6"华南持续性暴雨过程期间南海季风活动、副热带高压演变、冷空气影响、高低空急流耦合等进行深入分析,探讨中低纬度不同尺度系统的活动特征及相互作用。结果表明:"05.6"华南暴雨是在中纬度地区位势高度场稳定的北高南低背景下,由东亚沿岸槽和青藏高原短波系统引导中纬度冷空气与低纬度地区季风系统相互作用下产生的;南海副热带季风的活跃与100°～120°E处越赤道气流通道的消失密切相关,其两次大规模向北推进是过程开始和结束的重要标志;副热带高压较多年平均明显偏南且强度达到最强,700 hPa中纬度冷空气的明显南侵对暴雨过程有重要贡献;高空急流入口区右后方与低空急流左侧由于强烈的高空辐散和非地转平衡强迫,构成一支横跨低空急流的经向次级环流,高低空急流耦合的正反馈机制是华南暴雨异常的重要原因之一。     

西北太平洋热带气旋迅速增强特征及其影响因子

选取西北太平洋上热带气旋(TC)24小时风速变化累积频率达95%所对应的15.4 m/s作为迅速增强(RI)的标准,研究了RI个例的基本特征以及TC自身特征因子与环境因子对RI的作用。结果表明,TC迅速增强过程的持续时间平均为33小时,最长可达78小时,并且TC经过迅速增强过程几乎都达到了台风级别以上,其中,一半以上达到了强台风级别以上。对比迅速增强(RI)和非迅速增强(non-RI)个例得到,RI个例相对于non-RI个例发生区域偏南偏东,两者的移动速度没有明显差异,但RI个例有较大向西移动分量并且前12小时增强较大;相对于non-RI个例,RI个例离最大潜在强度较远并且发生在较暖水区和55%～75%的低层相对湿度的条件下;RI个例发生在较小的垂直风切变和较弱的对流层上层东风气流情况下,由上层槽或冷低压引起的强迫弱于平均状况时RI较易发生。TC前12小时强度变化(DVMX)、海表面温度(SST)和垂直风切变(SHR)是影响迅速增强的主要因子,当DVMX≥6.3 m/s时RI发生的可能性最大,达到17.2%。当有若干个影响因子共同起作用时发生RI可能性显著增加,其中以较大的前12小时强度变化(DVMX≥6.3 m/s)、较高的海表面温度(SST≥29.4℃)、较弱的垂直风切变(SHR≤5.9 m/s)、较小的相对涡旋角动量通量辐合(REFC≤-1.6 m/(s.d))、偏东经度(LON≥138.2°E)和低纬度(LAT≤16.7°N)共同作用时,RI发生的可能性达到最大,可达66.7%。     

西北太平洋热带气旋强度变化的若干特征

使用NOAA海表温度资料、ECMWF再分析资料和JTWC台风最佳路径数据,对1984—2013年30年西北太平洋热带区域（100 °E~180 °,0~60 °N）内热带气旋（TC）的强度变化特征及其与环境风垂直切变（VWS）、海表温度（SST）、最大风速半径（RMW）的关系作了统计分析,尤其关注TC强度突变。结果表明:（1）在研究区域内,TC样本中35.2%强度稳定,52.8%强度变化缓慢,仅12.0%强度突变,约92.7%的迅速加强TC样本发生在其台风及以上强度等级;（2）2000年以来,TC强度稳定样本减少,强度迅速变化样本增多。5月和9—10月是TC强度突变的高频期;（3）超过12 m/s的环境VWS下TC迅速加强较少,且只有台风及以上强度TC才能在大于12 m/s的VWS下迅速加强;（4）TC加强和迅速加强主要在28.5~30.0 ℃的SST洋面上发生,在较低SST下仍迅速加强的TC强度等级较高;（5）TC样本的RMW多小于100 km,其中强度突变TC RMW峰值区在20~40 km;（6）加强TC的RMW的24 h变化一般减小,减弱TC的RMW则增大;其中强度突变TC尤其明显,超强台风发生迅速加强时,RMW减小的比率达84.6%,但仍有15.4%比率的RMW增大。      

西北太平洋热带气旋快速增强阶段的风速分布特征

利用联合台风预警中心的最优路径（best-track）资料,筛选出西北太平洋地区快速增强和非快速增强两类热带气旋样本。利用美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的多平台热带气旋表面风分析资料,对比分析了两类样本的风速和涡度的分布特征。结果显示,快速增强的热带气旋样本通常结构更紧凑,最大风速较大,最大风速半径较小,台风内区的风速较大。在涡度上表现为快速增强热带气旋样本内区的涡度和涡度梯度较大。对两类样本进行t检验,结果显示两类样本内区的切向风差异明显,说明热带气旋的内区风速分布与其发展之间存在密切联系。其物理机制可能是:当存在较大的内区涡度梯度时,涡度隔离机制有利于对流单体向涡旋中心汇聚,此外较大的涡度意味着较大的惯性稳定度,有利于非绝热加热向热带气旋动能的转换,二者共同作用有利于热带气旋的快速发展。      

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。     

Assimilation of All-sky Geostationary Satellite Infrared Radiances for Convection-Permitting Initialization and Prediction of Hurricane Joaquin (2015)

Intensity forecasting is one of the most challenging aspects of tropical cyclone (TC) forecasting. This work examines the impact of assimilating high-resolution all-sky infrared radiance observations from geostationary satellite GOES-13 on the convection-permitting initialization and prediction of Hurricane Joaquin (2015) with an ensemble Kalman filter (EnKF) based on the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Given that almost all operational global and regional models struggled to capture Hurricane Joaquin (2015)’s intensity, this study examines the potential in improving Joaquin’s prediction when assimilating all-sky infrared radiances from GOES-13’s water vapor channel. It is demonstrated that, after a few 3-hour cycles assimilating all-sky radiance, the WRF model was able to forecast reasonably well Joaquin’s intensity, including its rapid intensification (RI). The improvement was largely due to a more realistic initial hurricane structure with a stronger, warmer, and more compact inner-core. Ensemble forecasts were used to further explore the important physical mechanisms driving the hurricane’s RI. Results showed that the RI forecasts were greatly impacted by the initial inner-core vortex structure.     

热带气旋强度变化研究进展

自20世纪90年代后期以来,热带气旋强度变化研究越来越受到人们的重视,随着研究的不断深入,热带气旋强度变化研究取得了可喜的进展,文中总结近年来热带气旋强度变化的主要研究成果,主要包括(1)热带气旋的发生、发展和最大可能强度的研究;(2)行星涡度梯度、环境均匀流、环境流场垂直切变以及热带气旋外流与环境流的相互作用对热带气旋强度的影响及物理机制;(3)热带气旋结构与强度的变化关系,着重总结环境流场导致的非对称结构变化而引起的热带气旋强度变化以及对涡旋倾斜发展理论验证,分析了涡旋Rossby波的最新研究;(4)海洋热状况变化以及海洋飞沫对热带气旋强度的影响研究成果。分析指出,今后进一步开展用现代化卫星探测资料研究热带气旋强度变化外,还应加强热带气旋外流与环境流场的相互作用,海-气交界面的参数化问题,热带气旋结构变化与TC强度变化关系以及这种关系的物理本质的研究,通过深入研究,认识热带气旋强度变化的物理机制,提高热带气旋强度变化的预报能力。     

湿地边界层通量影响热带气旋登陆维持和降水的数值试验

用MM5v3模式及其TC Bogus方案对台风Nina(7503)在中国大陆上的维持加强过程进行模拟,并通过各种敏感性试验,研究了饱和湿地对热带气旋在大陆上维持和降水的影响。结果表明:湿地边界层内各通量对登陆热带气旋的强度、结构及其降水具有明显影响。潜热通量和感热通量均有利于热带气旋的维持和加强,其中潜热输送的作用显著,感热输送的作用较小。潜热和感热通量有利于热带气旋雨带螺旋结构的维持,对台风降水分布有明显影响,动量通量对热带气旋风场有显著的削弱作用,是其能量耗散、低压填塞的主要原因,但对台风降水具有局地增幅作用。     

热带气旋强度与结构研究新进展

主要回顾热带气旋(TC)强度与结构变化的研究发展近况。以往热带气旋的理论研究认为在给定的大气和海洋热状况下,存在着一个TC所能达到的最大可能强度(MPI)。但实际上,海洋生成的热带气旋达到的最大强度普遍要比由MPI理论计算得到最大强度要低。近几年的研究表明,存在着内部和外部的不利因子通过对TC结构的改变来阻碍其加强,从而限制TC的强度。以往认为在诸多因子中,垂直风切变产生的内核区非对称结构与眼墙区下方海水上涌造成的海面冷却是制约TC达到MPI的主要因子。最新的研究进一步指出,产生TC非对称性的中尺度过程对其强度与结构的变化至关重要。中尺度过程包含有对流耦合的涡旋Rossby波、内外圈螺旋雨带、嵌于TC环流内的中尺度涡旋。外部的环境气流也是通过这些眼墙的中尺度过程影响到TC的强度与结构变化。     

IMPACT OF SEA SPRAY ON TROPICAL CYCLONE STRUCTURE AND INTENSITY CHANGE

In this paper,the effects of sea spray on tropical cyclone(TC)structure and intensity variation are evaluated through numerical simulations using an advanced sea-spray parameterization from the National Oceanic and Atmospheric Administration/Earth System Research Laboratory(NOAA/ESRL),which is incorporated in the idealized Advanced Research version of the Weather Research and Forecast (WRF-ARW)model.The effect of sea spray on TC boundary-layer structure is also analyzed.The results show that there is a significant increase in TC intensity when its boundary-layer wind includes the radial and tangential winds,their structure change,and the total surface wind speed change.Diagnosis of the vorticity budget shows that an increase of convergence in TC boundary layer enhances TC vorticity due to the dynamic effect of sea spay.The main kinematic effect of the friction velocity reduction by sea spray produces an increment of large-scale convergence in the TC boundary layer,while the radial and tangential winds significantly increase with an increment of the horizontal gradient maximum of the radial wind, resulting in a final increase in the simulated TC intensity.The surface enthalpy flux enlarges TC intensity and reduces storm structure change to some degree,which results in a secondary thermodynamic impact on TC intensification.Implications of the new interpretation of sea-spray effects on TC intensification are also discussed.     

A STUDY ON THE VARIATIONS OF ANNUAL FREQUENCY FOR TROPICAL CYCLONE IN NORTHWEST PACIFIC DURING THE LAST HUNDRED YEARS

In this paper, a study on the variation of annual frequency of tropical cyclone (TC) and its relation with SST, Southern Oscillation index, sunspot relative number and number of days for specific circulation patterns was made by using 1884-1988 data of annual frequency for Northwest Pacific TC occurrence, which had been corrected to tendencies.Preliminary results indicated that in the variation of annual TC frequency there exist obvious p.6riods of 21, 31, 15 and 6 years and sustaining periods lasting 12 years in average.Well-defined processes of inflexion were observed in 1931, 1959 and 1977 over the past hundred years.The results also suggested insignificant statistic tendency of annual TC frequency increasing (decreasing) in winter/spring (summer/autumn )in the El Nino years.When the stratosphere was in the zonally westerly phase, the northern zonal circulation would abnormally develop and solar activity would enhance to favour the generation and development of TC.