广西热带气旋 6 h 降水天气概略模型及其应用

选取 2001, 2002 年和 2003 年登陆华南西部的 9 个热带气旋(TC), 运用广西 89 站每 6 h 雨量资料、NCEP/NCAR 格点资料以及卫星云图, 分析 TC 登陆华南西部前后广西 6 h 强降水的物理量场特征。 经普查分析将 TC 造成的降水区划分为纬向型、经向型、NE—SW 向型和 NW—SE 向型 4 种; 在对各型高、中、低层主要因子详细分析的基础上, 概括归纳出了这些降水型各自前 6 h 的物理量场特征概略模型图及各降水型的主要转化趋势, 对其强降水形成机理尽可能地给出了解释, 并给出降水区及降水强度的确定方法, 可以为 TC 登陆华南西部前后广西区降水临近预报提供某种参考。     

华东登陆热带气旋降水不同分布的对比分析

利用CMORPH降水资料，将热带气旋（TC）登陆后的降水分为路径左侧降水（L型）和右侧降水（R型）两类，并针对登陆华东地区TC的 L型和R型降水的大气环流场、环境水平风垂直切变以及台风环流内的动热力条件进行对比分析，结果表明:2005～2014年间登陆华东地区的20例TC中包括12例L型和8例R型。总体来看，大气环流因子对于登陆华东TC降水分布起主要作用。L型降水TC高层南亚高压主要呈纬向带状分布，在登陆过程中路径左侧维持偏东风高空辐散气流，中层西风槽偏东，西太平洋副热带高压（简称副高）偏南，环境水平风垂直切变指向西南。R型降水TC高层南亚高压断裂，呈经向分布。TC路径左侧风场较均匀，右侧东南风高空辐散气流明显。副高的位置偏北呈块状，同时环境水平风垂直切变指向东北，有利于路径右侧降水。台风环流内，低层冷暖平流输送以及水汽辐合与降水落区也有较好对应关系。L型TC低层暖平流的输送使TC西南象限低层增暖，大气稳定度降低。同时水汽辐合区也主要位于西南象限，有利于TC路径左侧降水。而R型TC副高位置偏北可将南侧的东南暖湿气流向台风环流更西部输送，东北象限维持暖平流，有利于路径右侧降水发生。     

登陆的0915号热带气旋“巨爵”降水分布及其中尺度结构的分析

利用自动气象站、雷达和TRMM卫星的观测资料,对2009年广东登陆热带气旋(TC)“巨爵”(0915)的降水分布进行了分析。结果表明:登陆TC“巨爵”的降水具有明显的非对称性和中尺度特征,TC降水主要位于移动路径的左侧。通过对海表温度(SST)、水汽通量、Q矢量和环境风垂直切变等分析发现,SST分布、水汽辐合、低层对流上升运动和垂直切变都有利于在TC移动路径的左侧产生降水。通过Barnes带通滤波对中尺度结构进行分离发现,登陆TC“巨爵”的降水存在明显的围绕TC中心的中尺度螺旋结构,呈带状或块状形式;登陆TC“巨爵”的局地强降水主要与中尺度螺旋结构的降水有关。      

环境场季节内振荡对中国东南部热带气旋降水的调制作用

利用1985—2015年6—8月登陆中国东南部(福建和浙江)的35个西北行热带气旋(TC)和站点观测的日降水量,根据区域TC过程降水量,分为强降水、适量降水和弱降水TC,分析影响各级TC降水的环境场异常特征及其季节内振荡(ISO)的调制作用。(1)对流层低层850 hPa表现为中心位于福建东部强的气旋异常,来自孟加拉湾和南海强水汽输送在中国东南部产生强的水汽辐合促使TC强降水的发生,其中10~20天和30~60天ISO的环流和水汽输送都有贡献,但东南部的水汽辐合主要受10~20天ISO的影响;与TC强降水相比,TC弱降水对应的异常气旋和水汽辐合明显减弱。(2)影响TC强降水的10~20天ISO环流异常在TC登陆过程,自菲律宾群岛附近向西北方向传播至中国东南部,30~60天ISO环流异常自南海向东北偏北方向传播至台湾西南部,且环流异常强度不断加强。(3)影响TC弱降水的10~20天ISO环流异常自菲律宾西部向北传播,30~60天ISO环流异常自南海南部向东北方向传播。      

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.     

登陆热带气旋在鄱阳湖区的活动特征及原因分析

鄱阳湖流域是受登陆热带气旋（简称TC）影响最为频繁的内陆地区之一。利用中国气象局热带气旋年鉴资料、地面观测资料、中国气象局一日两次的常规探空资料以及NCEP/NCAR一日四次的2.5°×2.5°再分析资料,研究了过鄱阳湖TC的活动特征及其影响。首先统计1949~2012年进入鄱阳湖区域61个TC的活动特征发现,平均而言进入鄱阳湖地区的TC具有移速减慢,强度衰减变缓及降水增幅特征。大尺度环流场分析表明,登陆进入鄱阳湖区的TC处于太平洋副热带高压和东亚大陆高压之间的鞍形场中,引导气流减弱,水平风垂直切变减小,有利于其移速减慢、衰减减缓以及降水累计。几个典型TC个例的观测分析发现,TC降水降低了鄱阳湖区浅层土壤温度和低层大气温度及其日较差,但增加了土壤和空气湿度。鄱阳湖区域下垫面较高的地面热量有利于TC维持。而湖区对流有效位能在TC进入后明显降低,说明TC触发了该区域对流有效位能释放,有利于其降水增幅。     

台风Lekima(1909)登陆前后动热力结构变化对浙江极端降水的影响

利用NCEP FNL 1 °×1 °的全球再分析资料、FY-2F卫星相当黑体亮温TBB资料、中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料和多普勒天气雷达资料,重点分析了台风Lekima(2019)发展演变过程中的动热力结构变化和水汽分布特征与浙江极端强降水之间的关系。台风Lekima(2019)近海急剧加强为具有特殊双眼壁结构的超强台风,登陆前后环境水平风垂直切变维持较小值是主导台风高强度维持的重要原因。浙江上空维持着强盛的低层辐合和高层辐散场,高低层辐散风的高强度维持使得次级环流抽吸作用强,低层旋转风和辐散风对水汽、动量和热量的输送和分布起到显著的再分配作用,而中层的辐散风风向和风速变化对螺旋云带中的中尺度对流性降水具有重要的指示意义。登陆前后台风低层东北侧(超)低空急流和中层的辐合线是此次浙江台风暴雨的关键点,业务中需密切关注登陆前后台风东北侧的低空急流的影响区域及其变化。此外,700 hPa上非地转湿Q矢量散度场能较好指示未来1小时短时强降水的落区和强度变化,同时结合垂直速度场和低层水汽辐合场来综合判断台风降水落区的效果更佳。      

“苏拉”台风引发福建西部大暴雨成因分析

利用常规天气资料、NCEP 1°×1°再分析资料、地面降水资料以及福建新一代天气雷达资料对2012年"苏拉"台风登陆后引发福建西部大暴雨天气成因进行分析,结果表明:"苏拉"登陆后高空涡旋受大陆高压东侧偏北气流引导向偏南方向移动,同时,台风登陆后进入大的环境风垂直切变区并向切变左侧倾斜,使得台风南倾结构进一步加大。台风结构南倾为福建西部大暴雨区提供了良好的动力条件,"苏拉"自身带来的水汽及台风南侧西南气流为暴雨区提供了充足的水汽来源,高空冷空气入侵与低层的高温高湿区形成上冷下暖结构呈现出条件不稳定层结,有利于深厚湿对流产生,结合充分的水汽供应,出现大暴雨天气。大范围暖平流配合风速辐合,中高层冷空气入侵与低层西南暖湿空气结合以及低层的西南急流建立是三个强降水阶段对应的中尺度天气特征。     

华南登陆热带气旋“珍珠”和“派比安”的对流非对称分布观测分析

采用广东省中尺度地面气象站和天气雷达的观测资料,对2006年登陆华南的热带气旋(TC)"珍珠"和"派比安"的对流非对称分布进行了分析.结果表明:在登陆TC"珍珠"和"派比安"从登陆前12小时到登陆后6小时期间,强对流主要位于TC中心的"东"、"北"象限,即TC移动路径的右侧和前方;同时TC对流在垂直方向也存在明显的差异.分析还发现,虽然登陆TC"珍珠"和"派比安"都有相同的对流非对称分布,但是引起这种对流非对称分布的原因并不完全相同,登陆TC"珍珠"的对流非对称分布主要与强的环境垂直风切变、低层水平风场切变、低层辐合和辐散的影响有关,而登陆TC"派比安"的对流非对称分布主要与低层辐合和辐散的影响有关.     

基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力-统计集合预报模型

数值天气预报(NWP)过去几十年在热带气旋(TC)预报方面的最大进步是越来越准确的路径预报。对于登陆TC降水的预报,目前以数值模式为代表的技术手段预报能力还十分有限。围绕动力-统计结合之方法研究,初步发展了登陆热带气旋降水(LTP)预报的一种新方法:基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力统计集合预报(LTP_DSEF)模型。该方法主要分为五步:TC路径预报、相似路径TC识别、其他特征相似性的判别、TC降水集合预报和最佳预报方案选择;涉及两个关键技术:TC降水分离的客观天气图分析法(OSAT)和TC路径相似面积指数(TSAI)。LTP DSEF模型对2012-2016年影响华南地区出现最大日降水量≥100 mm的21个TC的定量降水预报(QPF)试验结果显示,该模型对登陆TC过程降水的预报结果优于动力模式。登陆TC过程降水≥50 mm情况下,建模样本和独立样本平均TS评分均高于动力模式(EC、GFS、T639)相应的最好表现。对LTP_DSEF模型三个最佳方案的参数取值分析显示,起报时刻参数设定为最临近影响时刻即TC对陆地产生降水的前一天12:00 UTC、集合参数取最大值时预报效果稳定趋好。     

登陆热带气旋与夏季风相互作用对暴雨的影响

利用《热带气旋年鉴》资料、NCEP/NCAR再分析资料采用动态合成分析方法,研究了登陆热带气旋降水与夏季风急流之间的关系,同时对登陆热带气旋与夏季风急流发生相互作用的典型个例强热带风暴Bilis (0604) 利用数值模拟方法研究了二者之间的相互作用对暴雨的影响。结果表明:登陆后造成大范围强降水的热带气旋往往与低层急流长时间相连,其水汽通量和潜热能显著大于弱降水热带气旋。数值试验结果表明:夏季风低空急流向热带气旋输送水汽对热带气旋结构维持有利,当水汽输送被截断后,热带气旋气旋性结构被破坏,强降水减弱、范围明显缩小;季风急流风速增强时可增加水汽通量输送,使得强降水范围增加、强度增强;在夏季风影响背景下,热带气旋在陆上的移动改变水汽和不稳定能量的分布,而热带气旋本身独特的动力结构使得强降水强度增加。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971-2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华南沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析.建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型.分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支.结果表明:在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次.暴雨的范围广、强度大.出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后.在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆.中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北.500 hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合.低层850-700 hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制.热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东.在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送.在台风登陆后12-48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入.暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨.     

Impact of the Monsoonal Surge on Extreme Rainfall of Landfalling Tropical Cyclones

A comparative analysis and quantitative diagnosis has been conducted of extreme rainfall associated with landfalling tropical cyclones(ERLTC) and non-extreme rainfall(NERLTC) using the dynamic composite analysis method.Reanalysis data and the tropical cyclone precipitation dataset derived from the objective synoptic analysis technique were used.Results show that the vertically integrated water vapor transport(Q_(vt)) during the ERLTC is significantly higher than that during the NERLTC.The Q_(vt) reaches a peak 1-2 days before the occurrence of the ERLTC and then decreases rapidly.There is a stronger convergence for both the Q_(vt) and the horizontal wind field during the ERLTC.The Qvt convergence and the wind field convergence are mainly confined to the lower troposphere.The water vapor budget on the four boundaries of the tropical cyclone indicates that water vapor is input through all four boundaries before the occurrence of the ERLTC,whereas water vapor is output continuously from the northern boundary before the occurrence of the NERLTC.The water vapor inflow on both the western and southern boundaries of the ERLTC exceeds that during the NERLTC,mainly as a result of the different intensities of the southwest monsoonal surge in the surrounding environmental field.Within the background of the East Asian summer monsoon,the low-level jet accompanying the southwest monsoonal surge can increase the inflow of water vapor at both the western and southern boundaries during the ERLTC and therefore could enhance the convergence of the horizontal wind field and the water vapor flux,thereby resulting in the ERLTC.On the other hand,the southwest monsoonal surge decreases the zonal mean steering flow,which leads to a slower translation speed for the tropical cyclone associated with the ERLTC.Furthermore,a dynamic monsoon surge index(DMSI) defined here can be simply linked with the ERLTC and could be used as a new predictor for future operational forecasting of ERLTC.     

热带气旋低层水平流场的平面动力系统分析

利用中国气象局上海台风研究所整理的热带气旋最佳路径资料,热带气旋云图、气象雷达回波图资料,ECMWF ERA-Interim再分析风场资料;并用大气运动方程和天气学原理分析得到热带气旋低层水平流场结构,根据流场建立平面非线性自治动力系统。结果表明,TC在成熟阶段或发展很强时期,由两组二维驻定微分方程组解确定水平流场,TC眼区以内气流沿顺时针方向流动,TC眼区以外气流沿逆时针方向流动。TC眼区内外相反方向风场之间为风向切变圆环,圆环上不断有气旋形成,并存在低空急流,是狂风暴雨出现区域。结论与合成雷达回波观测结果一致。      

2014年8月西北太平洋和南海无TC生成之原因分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°的月平均再分析资料、NOAA卫星观测的OLR资料和中国气象局台风年鉴资料,对2014年8月西北太平洋和南海无TC生成的原因进行了诊断分析,结果表明：极地冷空气南侵,造成8月上中旬副热带高压偏东偏南,下旬冷空气减弱,副热带高压偏西偏南,致使副热带高压南侧偏东信风与赤道西风的汇合区位置异常偏南;马斯克林高压偏弱,导致索马里急流和东印度洋越赤道气流也弱,印度半岛中低层季风低压或季风槽极其不活跃。澳大利亚高压路径偏东或偏西和势力偏弱,则南海南部越赤道气流亦弱。8月上中旬台风主要源地的海表温度明显偏低,不能酿成低层高温高湿的大气;月内西北太平洋和南海大气的对流活动很弱,层结较稳定、风速垂直切变大,均不利于TC发生发展。在南海到菲律宾以东洋面低层为弱的正涡度区和负散度区,有辐合上升运动,但垂直速度很小,不能满足TC尺度的环流发生和发展;南亚高压和副高南侧东风扰动造成对流层高层为弱上升区,不能形成高空辐散机制,不利于上升气流维持和加强。故此,8月在异常偏南的ITCZ中生成的4个热带扰动最终均未能发展成台风。     

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。     

影响宁夏的热带气旋远距离暴雨特征和预报概念模型

利用JMA最佳TC路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,普查了1961—2010年宁夏的暴雨个例,并对影响宁夏的热带气旋远距离暴雨进行了统计和合成分析。结果表明:宁夏各测站远距离暴雨日数在暴雨总日数中普遍占比达30%~46%,是宁夏暴雨类型里十分重要的一类。远距离暴雨主要集中发生在8月,较宁夏暴雨气候多发期推迟10~20天。台湾岛及其以东洋面和海南岛附近是宁夏产生远距离暴雨的热带气旋高频影响关键区,在两个TC高频影响区域之间还存在一个少台风甚至无台风影响的海域。进一步诊断分析表明,热带气旋、中纬度槽(涡)、副热带高压、水汽通道及高空急流是产生远距离暴雨的主要影响系统。根据诊断特征将远距离暴雨分为两类,揭示其环流差异主要体现在热带气旋和副高位置、水汽输送通道及海平面气压场,并在此基础上归纳了两类远距离暴雨的预报概念模型。      

春夏季节黄河气旋经渤海发展时影响因子对比研究

利用2008—2012年台站资料、NCEP(National Centers for Environ mental Prediction) FNL(Final Operational Global Analysis)1°×1°再分析资料,将近5年经过渤海持续发展的黄河气旋分为夏季型和春季型,采用动态合成法对两类气旋的结构和黄渤海海域的热力、动力、水汽等影响因子进行对比分析。结果表明：经过渤海时,夏季型气旋主要伴随大范围的强降水,而春季型气旋主要形成强风区。春夏季黄河气旋均为冷暖交汇的斜压性结构,但夏季型有偏暖中心,斜压性弱于春季型。春季高空急流位于气旋南部,其左侧正涡度区维持气旋的深厚,且气旋后部高空动量下传与锋面二级环流及平坦海面配合有利于气旋低层大风迅速增强。夏季高空急流位于气旋北部,高空强辐散区和低层辐合区配置加强了气旋中的上升运动,有利于气旋强降水和凝结潜热释放。气旋发展阶段,扰动位能向动能的转化,支持气旋动能的维持与加强。湿位涡计算显示,夏季气旋中有深厚的干空气下沉,干湿梯度强,尺度大,有利于气旋的强降水,春季气旋中干湿梯度小,分布零散,对应降水强度和范围均小。黄渤海为气旋主要水汽输送通道,夏季海温相对春季高,水汽充沛,春季水汽辐合量仅为夏季三分之一。海洋下垫面作用对春季气旋影响大,在夏季作用不明显。夏季海面潜热加热影响为主,春季感热加热影响明显。