谱逼近方法对台风Megi(2010)路径模拟的改进及影响分析

将谱逼近方法应用到台风Megi(2010)数值模拟试验中,通过选择不同物理量配置,分析得到影响台风Megi路径变化的关键环境场因子,并在此基础上分析关键因子不同高度范围和不同尺度信息对台风路径变化的影响。结果表明,采用谱逼近方法能够有效降低整个模拟时段,尤其是路径北折阶段台风路径模拟偏差,其中天气尺度环境风场是影响台风路径变化的关键因子。在过岛阶段,谱逼近850 hPa以上的中低层环境风场造成模拟路径偏差增大,但是改善了台风路径北折阶段的路径模拟结果;此外500~1 000 km尺度的中尺度环境风场对Megi转折以及转折后的移速移向具有重要影响,也减小了过岛阶段路径偏差的增长程度。通过分析各试验对主要天气系统、引导气流以及台风内部结构的模拟结果表明,谱逼近环境风场能够改善模式对中低纬环流系统的模拟,有利于更为准确地得到路径转折阶段的引导气流;同时谱逼近环境风场后会影响台风内部结构,对台风路径模拟的移速移向造成影响。      

越赤道气流不同波长分量对台风Megi（2010）路径偏折的影响与模拟检验

基于NCEP再分析资料和NOAA高分辨率海温资料,采用空间傅里叶滤波法,分析了台风Megi(2010)路径北折过程中越赤道气流强度随时间的变化,以及其不同波长分量对台风移动路径转折的影响,利用谱逼近方案的数值模拟对分析结果进行验证。结果表明,加里曼丹岛附近越赤道气流突然增强北涌对台风移动路径北折具有重要影响。经纬向波长为500km以上的低层风场分量的环流结构能明显反映出加里曼丹岛附近越赤道气流中的中尺度反气旋系统。模拟试验结果与分析结果一致,即环境风场的中尺度分量是影响台风路径北折的重要因子,其中经纬向波长为500 km以上风场分量体现了加里曼丹岛附近越赤道气流风场结构中的中尺度反气旋系统对台风路径的影响,因此,其模拟路径与观测路径最为接近。     

台湾岛地形对“麦德姆”台风的影响

采用WRF模式,以2014年10号台风"麦德姆"为例,针对台湾岛中央山脉的局部地形,设计精细化地形试验,数值模拟了"麦德姆"台风登陆台湾岛前后地形对其路径、强度及风雨分布的影响。研究结果表明:真实的地形能更好的模拟和再现"麦德姆"台风发生发展的过程;台湾岛中央山脉地形对登岛"麦德姆"台风的路径有实质性的影响,降低台湾地形高度试验导致台风路径向西南偏转,而提高台湾岛地形高度则导致台风路径向东北偏转,地形高度改变的程度与路径偏转程度成正相关,地形高度改变所导致阻挡效应及台风环流与大尺度环流的相互作用是导致路径偏转的主要原因;台湾岛地形高度的改变对台风强度有明显的影响,增加或减少台湾岛地形高度,都会使台风强度有所减弱,这与地形变化引起的动力狭管效应、云水物质分布及外围云带的对流运动有关;台湾岛地形影响"麦德姆"台风降水的机制更为复杂,其不仅与地形引发的台风强度及结构变化有关,更与地形引起的眼区对流活动和螺旋云带及外围云系的时空分布有关。     

“8·31”云阳特大暴雨地形动力作用数值研究

利用NCEP再分析资料和WRF模式对2014年8月31日云阳特大暴雨过程进行环流形势分析和数值模拟,并针对大巴山和齐岳山进行地形敏感性试验。结果表明:西南涡、辐合切变线、低空急流是本次暴雨的直接影响系统。大巴山对暴雨的影响主要是阻挡作用和迎风坡作用。大巴山高度降低后,低涡明显向北扩展,降水中心向东北方向偏移,低层辐合减弱导致垂直次级环流上升支强度和对流高度降低使暴雨减幅。齐岳山对暴雨的影响主要是地形狭管效应。齐岳山高度降低后,狭管效应减弱,低空急流强度减弱、位置南压;低层辐合区位置偏南导致垂直次级环流上升支的位置偏南。     

台风珍珠和鲇鱼北折路径对比分析

“珍珠”（0601,Chanchu）和“鲇鱼”（1013,Megi）都是发生北折路径的台风,通过分析发现导致台风珍珠和鲇鱼路径北折的天气形势变化有一些相同点：都发生在环境场的调整中,有西风槽影响华南的副热带高压,使之减弱东退、台风移速减慢,然后副热带高压加强并从台风南部向西南伸展、与赤道高压打通,其西侧的偏南气流与越赤道气流会合引导台风向北移动;同时有弱冷空气南侵。上述环境场的突然变化导致引导气流方向发生突然变化,是这两个台风西行北折的重要原因。引导气流分析还发现,秋台风鲇鱼最佳引导气流所在高度低于初夏台风珍珠。另外,不同的路径预报方法、不同的模式和超级集合预报提供了各种台风路径预报信息,在应用这些信息时要密切结合实况天气形势的变化,进行路径预报订正。     

近年来台风登陆台湾岛后路径偏折的若干统计特征

利用中央气象台逐小时的台风中心定位资料,对2007—2016年共10 a登陆台湾岛后的台风移动路径特征进行了统计分析。结果表明:1)10a间登陆台湾岛后台风移动路径发生左折最多,比右折和直行之和多25%,右折最少。左折平均偏折37.73°,主要集中在15°～45°,占折角总数的80%。2)一般台风移动缓慢时折角大,移动快时折角小。一般台风强度较弱时折角大,强度较强时折角小。3)登陆台湾岛后台风的突变路径主要分为西折、打转且北折两类,其中西折最多。西折分西北行西折和北上西折,其中西北行西折最多。其余为打转且北折,主要为西北行打转后北折路径。突变折点主要分布在台湾北部,且多为左折突变。4)台湾岛地形诱生偶极涡与台风环流相互作用是台风路径发生偏折的重要原因。     

2013年“苏力”与“潭美”相似路径台风大暴雨落区差异分析

以2013年两个路径相似但大暴雨分布有较大差别的台风“苏力”和“潭美”为研究对象,从台风结构及其动力、水汽等方面讨论了它们的降水条件差异,结果表明:台风登陆过程中,“苏力”结构发生南倾是造成台风南侧大暴雨产生的主要原因;副高南侧弱东风气流导致“苏力”北侧水汽辐合上升运动较弱,水汽辐合呈现南强北弱的分布;流场垂直运动南强北弱的不均分布是台风环流南侧大暴雨产生的有利动力条件;台风受南亚高压的东南侧东北气流影响,二者的相对位置,有可能影响到台风辐合区随高度向南倾斜和高层辐散场南强北弱的分布,从而对台风暴雨南强北弱的分布产生重要影响;中层弱冷空气侵入台风环流西南侧,对台风南侧暴雨增幅起重要作用。台风“潭美”结构对称,低空西南与东风两支急流将充沛水汽汇合于台风环流北侧,副高南侧东风急流的增强和闽东北地形抬升对台风北侧暴雨的增幅作用十分显著。台风位于南亚高压东环的西南侧,受偏东气流的分流辐散影响,“潭美”辐合中心随高度北倾和中层弱冷空气侵入台风环流北侧,也是促进台风北侧暴雨增强的原因。      

近海台风对“21·7”河南极端暴雨过程水汽通量和动、热力条件影响的模拟

本文利用WRF模式对近海台风“烟花”及“查帕卡”影响2021年7月19日至21日河南极端暴雨的过程进行数值模拟。控制试验（CTL）对台风路径、强度、大尺度环流形势,以及河南暴雨的强度和空间分布型等均给出合理的模拟,基本再现了本次河南极端暴雨的发展过程。敏感性试验表明,在移除台风“烟花”后,副热带高压系统显著南压并在南侧形成东南风急流,河南地区的南风分量减弱、东风增强,东西方向的水汽输送占主导,有利于降水分布型由CTL试验的南—北向转变为东—西向;另一方面,由于低层东南风急流相较于移除“烟花”前的东风急流偏弱,河南降雨区的局地辐合减弱,水汽通量净流入值较CTL试验降低5.81%,且中纬度冷气团西移减慢,引起局地相当位温梯度减弱,最终导致移除台风“烟花”试验的降雨强度偏弱。移除台风“查帕卡”后,大尺度环流形势几乎未受影响,河南南侧的水汽输送略有减弱,因此强降水分布基本与CTL试验类似,降雨强度略有减小。与台风“烟花”相比,“查帕卡”对河南暴雨的影响较弱。     

区域气候模式对地形影响东亚大气环流季节变化的数值模拟研究

利用ICTP新推出的高分辨率第三代区域气候模式RegCM3,进行了有、无地形高度两个数值试验.通过分析两个试验模拟的环流场和降水场等的差异特征来研究东亚地区地形影响大气环流的季节变化特征.结果表明,东亚地形对大气环流的影响存在较明显的季节变化.冬季/夏季高层流场差异场的特点是以高原为中心成反气旋/气旋性环流形势,这种结构特征对西风急流的季节性北进南退起主导作用.位势高度差异场呈北高南低的分布形势,大致以30 °N为分界线,冬季/夏季呈"北弱南强","陆地低海洋高"/"北强南弱"、"陆地高海洋低"的分布特征,这种配置对西风急流越过高原后强度的增强减弱关系密切.此外,地形对大气的辐射加热作用的季节性变化以及海陆热力差异的季节性振荡也说明地形不仅能通过动力和热力作用来直接影响高低层的环流系统,也可能通过调节海陆热力差异来间接影响季风环流.     

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

"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。     

Influence of Island Chains on the Kuroshio Intrusion in the Luzon Strait

By applying a global high-resolution (0.1°) OGCM, the influence of the island chains in the Luzon Strait (LS) on the Kuroshio intrusion is studied systematically. The island chains in the LS are separated into three parts: the south island chain, the middle and north island chain, and Babuyan Island. One control and three sensitivity experiments are conducted by adding these three parts of the topography gradually. From comparisons of the circulation, temperature, and salinity structures, it is found that the south island chain decreases the westward bending of the main Kuroshio path, the middle and north island chain increases the westward bending, and Babuyan Island also increases the westward bending. These results are extremely clear in winter. Dynamic diagnoses suggest that the westward bending increases with an increase in the incidence angle of the Kuroshio and an increase in the Kuroshio east branch transport. Moreover, the middle and north island chain can split the Kuroshio into two parts, the Kuroshio west and east branches, which can be seen clearly in the satellite altimeter maps.     

北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟，分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用，并设置了升降地形敏感性试验。结果表明：数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度，台风大风区明显不对称分布，台风登陆后第一、四象限过境山区，其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带，水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动，动力条件极好，水汽输送带由近地面向对流层低层延展，山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡，强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心，是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%～50%，地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

台风莫拉克 (0908) 影响期间近地层风特性

通过对台风莫拉克 (0908) 影响范围内的33座测风塔观测资料的分析可知:台风莫拉克越靠近陆地,风场的非对称性越明显,其行进方向的左侧测风塔风向呈逆时针旋转,右侧测风塔风向顺时针旋转。在远离台风莫拉克的地方风向稳定,湍流强度变化较平稳;在台风莫拉克登陆点附近,风向、风速和湍流强度均会出现突变。台风莫拉克影响期间,湍流强度与风速的关系未出现IEC标准曲线那样随风速增大稳定减小,其I₁₅达B级和A级及以上的平均湍流强度会在风速7~17 m·s-1形成一个峰值;无论南风或北风,风速越大,各层湍流强度差异趋于减小,同等风速、高度的湍流强度偏南大风均大于偏北大风。位于台风莫拉克登陆点北侧测风塔湍流强度随风速的增加先减小后增大,最终各高度全部超过IEC标准A级曲线,而位于南侧测风塔湍流强度随风速的变化比北侧小,并随风速增大趋于标准A级曲线;另外北侧测风塔湍流强度大于南侧,且各高度偏北大风湍流强度之间的差异比南侧相应风向明显,表明北侧垂直方向的扰动更强。台风莫拉克阵风系数为1.2~1.7,其随高度变化与地形有关,一般情况下随高度升高而减小,在复杂地形条件下不符合随高度升高减小的规律。     

台湾海峡西岸台风大风特征及极端大风典型个例分析

利用1987-2016年福建省沿海台风大风资料、美国NCEP再分析资料和FY2C卫星云顶亮温（TBB）资料,采用统计和天气学诊断方法,对台湾海峡西岸台风大风和极端大风进行定义并对特征进行分析。结果表明：台湾海峡西岸台风大风以7-9级为主,极端大风在10-14级,海峡西岸中部是大风重灾区。将研究时段内的台风大风样本按路径归为4类,发现产生大风的台风以登陆闽中北-浙中和登陆闽南-粤东路径居多,大风区总体位于登陆台风路径的右侧。对0608号"桑美"和1614号"莫兰蒂"产生极端大风的典型个例对比研究发现,地面北高南低形势及气压梯度越密集越有利于大风提早产生,台风上空中层冷平流侵入激发低层中尺度对流发展强盛是导致地面大风增强的可能成因。     

台湾岛地形对台风“海棠”(0505)移动路径影响的数值试验研究

利用非静力模式MM5模拟台风“海棠”（0505）穿过台湾岛再次登陆的移动路径,分析了“海棠”登陆台湾岛前后结构特征变化。结果表明：台风自身的非对称结构与台风异常移动路径密切相关。另外,就台湾岛地形对台风“海棠”登陆台湾前打转和在台湾海峡出现“V”型移动异常路径影响进行数值试验表明：台湾岛地形不但可以直接影响台风移动路径,而且通过影响台风非对称结构来改变台风移动路径,因此,登陆台湾前逆时针打转异常路径是在弱引导气流中台风自身非对称结构和台湾岛地形共同作用的结果;台湾岛地形有使台风东北-西南向非对称增大趋势,而在台风进入台湾海峡前后对东南。西北向非对称有明显不同影响。     

A NUMERICAL STUDY OF THE EFFECT OF TAIWAN ISLAND TERRAIN ON TYPHOON HAITANG （0505） TRACK

The track of Typhoon Haitang (0505), which passed through the Taiwan Island and landed again,has been successfully simulated by using the non-hydrostatic mesoscale atmospheric model MM5. Itsstructure is analyzed on the landing stage, and it is found that there exist good relationships between thetyphoon abnormal moving track and its asymmetry structure. The effect of terrain of Taiwan Island on thetyphoon Haitang, which made it rotate before landing and present a "V" type abnormal moving track inTaiwan straits, has also been simulated. Further analysis shows that the terrain of Taiwan Island not onlydirectly affects the typhoon moving track, but also changes the typhoon track by affecting its asymmetricstructure. Therefore, the typhoon asymmetric structure and the effect of terrain of Taiwan Island togetherresults in the abnormal rotating track. The terrain of Taiwan Island tends to increase the SW-NEasymmetric structure of the typhoon and has different effect on SE-NW asymmetric structure during thelandfall process of typhoon Haitang before entering and moving out of the Taiwan straits.     

ANALYSIS OF CAUSATION OF ASYMMETRIC PRECIPITATION ASSOCIATED WITH SEVERE TYPHOON DAMREY

Severe typhoon Damrey moved across Hainan Island from 00:00 UTC 25 September to 00:00 UTC 27 September in 2005 and gave rise to a significant rain process during its 48-h passage. The precipitation intensity on the southern part of the island is stronger than that on the northern, showing obvious asymmetric distribution. Using Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) data, the associated mesoscale characteristics of the precipitation were analyzed and the formation of asymmetric rainfall distribution was investigated in the context of a subsynoptic scale disturbance, vertical wind shear and orographic factors. The results are shown as follows. (1) The subsynoptic scale system provided favorable dynamic conditions to the genesis of mesoscale rain clusters and rainbands. (2) The southern Hainan Island was located to the left of the leeward direction of downshear all the time, being favorable to the development of convection and leading to the asymmetric rainfall distribution. (3) Mountain terrain in the southern Hainan Island stimulated the genesis, combination and development of convective cells, promoting the formation of mesoscale precipitation systems and ultimately resulting in rainfall increase in the southern island.     

ECMWF驱动场谱逼近对浙江超强台风“利奇马”（2019）精细化数值预报的影响

为提升高分辨率区域数值天气预报模式性能,基于高质量的ECMWF全球预报模式产品和动力谱逼近方法优势,本文以2019年重创浙江的超强台风“利奇马”为例,探讨了ECMWF驱动场水平风场谱逼近技术对浙江台风精细化预报性能的影响。结果表明:（1）谱逼近对路径预报影响较明显,逐小时路径误差最大修正可达80 km。谱逼近的垂直层次选取对于谱逼近效果有一定影响,总体上800 hPa高度以上谱逼近对台风路径和强度预报改进最佳。（2）谱逼近对浙江台风大风和强降水精细化预报均有大幅改进,对于8级以上大风ETS评分平均改进率为8.0%,最大改进率达20.8%;对最强日降水的暴雨、大暴雨以上降水TS评分改进幅度达11.8%、26.2%。（3）谱逼近对台风路径西偏和浙西南风雨高估的改进主要与对流层形势场及台风引导气流修正、近地层风力减弱、局地山脉地形降水增幅作用减弱有关。