使用多普勒速度进行台风拟合定位的试验

通过合理的假设,构建一个由8个参数控制的简单台风风场模型。通过计算得到或直接给定参数初值,并以初值为中心双向变化一个步长,8个控制参数的变化组合,形成数千个拟合风场方案。再将这些拟合风场投影到雷达径向上,并在距台风中心的一定范围内与实际多普勒风场进行比较,寻找均方差最小的拟合方案。再将该方案中的参数作为下一次的搜索迭代的中心值,如此反复多次,直至参数中心值不再变化,从而最终确定台风中心坐标。该方法具有较高的“抗干扰性”,定位成功率高,定位精度高。     

对流参数化方案的改进对GRAPES模式台风预报的影响研究

将由NCEP改进之后的SAS(Simplified Arakawa-Shubert Scheme)对流参数化方案（NSAS方案）应用到GRAPES模式中,并对“启德”台风进行模拟,通过和原来SAS方案的预报结果进行比较,发现新方案对台风路径预报有显著改进。通过对NSAS方案中几个新增加的因素进行敏感性试验,发现其中对由于对流引发的扰动气压场如何影响动量输送这个问题的处理使得台风路径预报效果变差,采用动量的水平混合代替风场切变来对扰动气压场进行参数化以后,可有效改进该方案的预报效果。考虑动量的水平混合系数随高度变化可进一步改善预报结果。通过比较多个台风的预报结果发现,这种改进对台风路径预报的改进较稳定      

不对称环流对台风强度变化的影响

利用卫星云图和NCEP再分析风场资料对0207号台风HALONG云系和风场变化特征进行了分析.结果表明,台风云系不对称的结构,台风西侧高空急流向台风中心的移动和辐散是台风迅速减弱的主要原因.为了了解不对称台风环流对台风强度的影响,还对比分析了0417号台风AERE、0216号台风SINLAKU在中国沿海减弱和重新加强的环流特征.在低层流入台风中心南侧的西风分量大,在高层流入台风中心西侧的北风分量小,有利于台风的加强.台风南、北两侧的东西向风场垂直切变梯度差异不利于台风加强.东西向风场垂直切变对台风强度的影响比南北向风场更重要.     

1223号台风“山神”转向成因分析

利用micaps常规观测资料、ncep再分析资料,分析台风“山神”后期东北转向的原因,分析表明：500hPa副高东退南落是“山神”转向的关键;台风沿假相当位温高值轴线方向移动;环境风场的变化、200hPa高空辐散场中心偏离台风中心、卫星云图特征变化等都可能引起台风的转向;台风的内部特征（散度场、垂直速度场）的分布特点对台风移向有一定的关系.     

西北太平洋历史台风风场重建模型参数试验

基于Yan Meng风场模型,使用中国近海浮标观测资料,对影响风场模拟的台风最大风速半径Rmax、压力分布常数B、粗糙度z03个参数进行估算试验,结果表明:台风中心最大风速Vmax和台风所处纬度的组合方案对估算Rmax更合理;海面(浮标站)在z0=0.005 m,B=1.0时风速模拟效果较好.选取登陆闽北浙江、北上东海...     

拖曳系数参数化方案对工程台风模拟风场的影响研究

基于台风边界层的最新观测和研究成果,提出了最大风速半径、边界层风速比、拖曳系数等关键参数的经验方案,并依据垂直平均水平运动方程,建立适用于西北太平洋的工程台风风场模型,最高分辨率为2 km。通过理想试验,验证了所建模型的合理性,并重点关注模拟风场对拖曳系数参数化方案的敏感性。结果表明,不同拖曳系数参数化方案（增长型、饱和型、下降型）对强台风内核区的风场模拟有显著影响,但对最大风速的模拟影响不大。为验证所建模型对实际西北太平洋台风的适用性,选取台风“海葵”（1211）进行个例试验,得到最大风速的平均误差为-0.36 m/s,均方根误差为2.22 m/s。进一步选取我国沿海6个受“海葵”影响的测站,进行模拟风向、风速与观测的对比分析,发现所建台风风场模型能很好地模拟出台风影响过程中的风向转变,但各测站的风速均方根误差在1.61~6.92 m/s之间。较大的风速误差主要出现在位于台风中心附近的测站,意味着我国沿海复杂地形对台风的衰减作用在模型中考虑不足,是未来的改进方向。      

一种基于分析增量更新技术的台风初始化方案

台风初始化方案最大的困难在于其只能根据有限的观测资料（台风中心位置、最低气压、最大风速和大风半径等）来构造一个与模式动力-物理过程协调的涡旋模型。首先根据实际观测资料对背景场中的涡旋扰动进行重定位和风速调整,然后将分析增量更新（Incremental Analysis Update,IAU）技术应用于台风初始化方案中,将调整后的涡旋当作一个强迫项逐渐加入到模式预报过程中,通过模式自身调整来得到一个协调性较好的台风初始结构,从而改善模式对台风的预报性能。对“山竹”台风的多次预报结果表明:（1）台风初始化对于台风路径误差影响较小,对于强度预报改进则比较明显。特别是在台风生成初期,台风初始化技术能够有效地增强全球模式分析场中的涡旋强度,并解决预报过程中强度较弱的问题。（2）根据预先给定的三维风场,IAU技术能通过模式自身预报过程对其他变量进行调整,从而得到一个热力和动力协调的初始涡旋结构。相对于仅对初始风场的调整,它对24 h之后的路径和强度预报误差会有更进一步的改善。（3）对IAU中的松弛时间进行参数敏感性试验,发现该变量取3—6 h效果较好。      

"登台入闽"型台风个例10 m风场 特征分析及模拟研究

通过浮标资料和模拟试验,对比不同路径下台风的10 m风场的时空演变规律。结果表明,由于登陆台湾岛位置不同,三种路径的台风在台湾海峡内风场随时间变化差异较大,北路台风在海峡内风向转变最早,中路台风风速极值出现最早,南路风速被削减最明显。在中尺度数值模式(Weather Research Forecasting, WRF)模拟试验中,YSU边界层参数方案模拟效果最优,对于中路台风的模拟效果最好。模拟结果表明,北路台风在过岛过程中,大风圈从北部绕过海拔较高的地形,风速减弱不明显;中路和南路台风由于中低层环流难以过山,强风中心通过动力减压作用出现在背风坡,并范围逐渐增大,取代原中心。地形敏感性试验表明,受中央山脉影响,在靠近台湾岛时迎风面大气堆积风速增强,南路台风的风场在登陆福建前受地形阻挡削减最大,中心风速减小幅度为20 m·s^-1。     

1508号台风“鲸鱼”路径与强度分析

采用NECP资料绘制200h Pa和500h Pa高度场,分析2015年第8号台风"鲸鱼"发展前后期的环流形势,并对比预报路径以及实际路径的偏差,发现除了副热带高压为主要影响因子以外,南亚高压和同时出现的孟湾低压也可能对台风路径产生影响。通过垂直涡度剖面分析"鲸鱼"出现强度加强的两个时段,水汽通量和风场的变化表明了台风中心周围水汽的分布和分布走向,其后期登陆越南后水汽通量中心值偏北给广西南部沿海城市带来了较大范围的降水。     

利用双多普勒雷达资料对一次台风流场结构的分析

应用Qiu等提出的两步变分反演法,由厦门、长乐两部雷达观测资料反演0604号台风"碧利斯"登陆福建霞浦前的风场,并利用反演的水平风场检验几种常用的台风涡旋模型对此次台风的合理性,以期对雷达资料应用于台风过程分析和模拟有更进一步的认识。结果表明,两步变分法可以较好地反演出台风的水平、垂直风场特征,水平风场呈现不对称性且有明显的偏心结构,流场随高度表现出漏斗形特征,垂直风速与水平流场对应较好,台风中心有下沉气流,外围有上升气流。通过对台风物理量的分析发现,此次台风过程存在以最大风速半径随高度向外倾斜的主环流圈和低层向中心流入,高层向外流出的次环流圈。利用反演的水平风场对常用的对称风场涡旋模型进行了验证,发现在最大风速圈内取Rankine模式,最大风速圈外取Chen3模式对此次台风过程拟合较好。     

积云参数化和微物理方案不同组合应用对台风路径模拟效果的影响

利用美国国家环境预测中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合研发的天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF),研究了不同积云对流参数化方案和微物理过程方案对0514号台风"彩蝶"路径的影响.结果表明,积云对流参数化方案对台风路径影响较大,KF方案比BM方案能更好地模拟出台风路径;使用KF方案时,选择微物理方案比不选微物理方案对于台风路径有更好的模拟结果,其中,Ferrier、WSM6和Lin非常接近于实况;KF方案较好地模拟出副热带高压(简称副高)的西伸和东退的变化以及台风环流的风场分布和强度.     

基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋路径集合预报研究

构建了一个基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋集合预报系统，通过积云参数化方案和边界层参数化方案的9个不同组合，采用MM5模式进行了不同时间的短时预报。对预报结果使用“镜像法”得到18个初始成员，为同化提供初始背景集合。将人造台风作为观测场，同化后的结果作为集合预报的初值，通过不同参数组合的MM5模式进行集合预报。对2003～2004年16个台风个例的分析表明，初始成员产生方法能够对热带气旋的要素场、中心强度和位置进行合理扰动。同化结果使台风强度得到加强，结构更接近实际。基于同化的集合路径预报结果要优于未同化的集合预报。使用“镜像法”增加集合成员提高了预报准确度，路径预报误差在48小时和72小时分别低于200 km和250 km。     

大气边界层的初值形成

采用850毫巴和地面的大尺度天气状况和物理特性作为外参数,将大气边界层下层的地表层进行特殊处理,考虑了层结的作用,其上分成等距15层,考虑地转民随高度线性变化。上下层耦合,建立一个定常平衡初值模型,并将所得的初值作为第一级近似,再利用地面、300、600、900、1500米五个高度测风资料进行动力调整,试图建立一个更加接近实际状态的边界层初值。 文中利用所建立的模型,对大气边界层的一些物理参数的作用进行了分析,并对动力调整过程以及垂直分层的选取等作了讨论。 最后例举华北地区1966年8月23日08时边界层的各层次风场和垂直运动,清楚地显示出边界层内的细致结构。     

一个与卫星TBB相匹配的人造台风构造方案

在台风数值预报中需要重点考虑的问题是初值条件,特别是人造台风的构造(typhoon bogusing)在当中起着重要作用.一个新的人造台风构造方案被提出,该方案在初值中引入了较真实的台风结构,尝试利用卫星探测TBB资料来改进人造台风中对流加热的分布,确定与卫星TBB协调一致的人造台风径向环流场,这能改善风-压平衡,使得模式对强加入的人造台风更协调.     

一种初始方程中应用实测风进行风场初值化的方法

本文提出一种利用实测风场、高度场、温度场和地面三小时气压变化资料,考虑风场和质量场之间基本满足准地转平衡关系,大气具有准无辐散性,但又保留一部分与地面气压变化相应散度的地转偏差,将以实测的等压面风场插到σ坐标的风场进行订正的初值化方法,并用一个单时资料进行初步试验.文中还对风场初值化问题进行了讨论.     

台风模拟中QuikSCAT风场的非对称加强订正及同化应用

针对QuikSCAT 散射计风场资料对台风级别的强风速区还无法准确刻画这个技术问题,引入台风移速、移向、摩擦等客观因素对该风场产品资料进行非对称加强订正;然后利用四维同化技术,并设计了先同化后预报两个阶段的试验方案,对“云娜”台风进行了数值模拟试验。试验结果表明：通过模式约束调整,四维同化技术可以把QuikSCAT 海面风场资料引入到整层模式大气中,并对整层风场和气压场的强度及路径模拟都有很大的改进,而且该资料还提高了预报阶段台风强度的模拟效果,并对登陆点的预报起到了积极作用。     

台风“罗莎”低空流场与降水中尺度结构的观测资料分析

为了进一步了解台风的水平风场结构和降水雨带的分布特征与台风强度变化的关系,利用观测资料和多普勒天气雷达探测资料对0716号台风"罗莎"的降水云系、反演的水平风场和雷达回波进行分析,结果显示:(1)在台风减弱为强热带风暴以前,低空卷入台风中心的强回波带开始出现分裂;减弱为热带风暴时,低空的强回波带出现明显的分离和断裂。雷达探测的向台风中心卷入的低空强回波带的分离和断裂,可以为台风减弱预报提供参考。(2)多普勒雷达探测资料反演的低空水平风场分析显示,虽然所处的环境风场截然相反,我国和美国两地区的热带气旋在低空存在相似的中尺度流场结构。我国东南沿海即将登陆的台风的西南侧外围与环境风场的交汇处,存在一处气流汇合带和气流辐散带,气流汇合带对应台风南侧的强降水中心。(3)通过多普勒雷达反演的低空水平风场与强度回波的叠加分析显示:台风的螺旋雨带与反演的低空水平风场的中尺度风切变线对应。这种中尺度切变在常规观测中难以发现。     

有限区域流函数和速度势的计算及其在台风中应用

在Endlich提出求解旋转风和辐散风基础上,本文给出了直接利用风场迭代计算流函数和速度势的方法,该方法不但能求解流函数和速度势,还可将原始风场直接分解为旋转风和辐散风。此方法在有限区域中,能大大降低边界条件对计算结果的影响,不仅能计算准确的涡度和散度,还能很好的重建原始风场。采用此方法,对"0808"号台风"凤凰"进行了诊断分析,得到了台风不同时期的流函数和速度势、旋转风和辐散风。结果发现在台风的不同时期,流函数与高度场相似,可用其低值中心来分析台风移动路径和强度的变化,速度势存在高值区,其中心与高度场低值中心不吻合;旋转风的涡旋中心也可用来反映台风中心,台风南侧辐散风较大,故可用来反映南方水汽供应对台风发展、成熟、衰退的影响。     

人造台风模型中三维风场的改进及敏感性模拟研究

对MM5的人造台风风场方案进行了分析,并引入台风移速、移向、摩擦等客观因素构造非对称切向风场,尝试选择合理的径向风方案,并考虑风场垂直结构,改进出三维非对称台风风场模型.通过对"云娜"台风模式初始场的对比发现,径向风及高空反气旋环流的引入突出了台风的基本特征,与观测事实相接近.最后进行敏感性数值模拟,通过比较台风路径及移速、海平面气压、最大风速等模拟要素,结果表明:改进后的台风模型通过订正初始场,对台风路径及强度预报效果的提高也有正效应.     

南海台风风暴潮数值模拟及其对气象强迫场的敏感性试验

基于FVCOM建立一个南海台风风暴潮与天文潮耦合数值预报模型。在模型的驱动场中加入模型风场与EC0.25 °业务化细网格预报风场融合而成的“组合强迫场”,该方法可提高对台风外围影响岸段的风暴增水及单站先兆增水的模拟精度。利用该模型对2007年9月的天文潮和0814号“黑格比”台风风暴潮过程进行模拟,选取的8个沿海验潮站的平均绝对误差为18.92 cm,平均相对误差为13.33%,对“黑格比”台风过程的最大增水时刻的模拟与实况相近,对最大增水值模拟的误差约为10 cm。分别采用模型气象场和组合气象场对1319号台风“天兔”的风暴潮过程进行模拟,两种方式对过程最大增水值和其出现时刻的模拟结果相似,但是组合气象场较好模拟出台风外围风场在福建中南部引起的增水,以及主要影响岸段潮位站在台风登陆前期的先兆增水,弥补了模型气象场在这方面的不足。