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。     

一次东风波演变过程及其对台风“鲇鱼”北翘路径的影响

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF) ERA Interim全球再分析资料(1.5 °×1.5 °)分析了1013号超强台风“鲇鱼”存在期间其东侧东风波的演变、结构以及对台风“鲇鱼”北翘路径的影响。结果显示:在“鲇鱼”存在期间,副热带高压南部、台风“鲇鱼”以东存在明显的中高空东风波。在“鲇鱼”以东和180 °以西存在明显的两脊一槽结构。从250 hPa的位势高度场中心位置来看,其路径经历了西南偏西向西北偏西方向的转变,并最终同“鲇鱼”的高空环流合并。由于东风波槽西移,位于“鲇鱼”南侧的低压环流上空东风迅速增强,垂直切变加大,从而使得此低压环流减弱、消失。低压环流的消失使得“鲇鱼”南侧南风迅速加强。东风波槽的减弱、北抬,其两侧的高压脊区加强、合并。在“鲇鱼”西北侧西风槽发展南落的共同影响下,台风“鲇鱼”路径发生北翘。      

台风“鲇鱼”异常路径的诊断分析和数值模拟

从高空环流和基本气流的演变对2010年第13号台风＂鲶鱼＂进入南海以后路径发生向北＂急翘＂的大环流形势进行分析,并应用wrf模式输出的高分辨率资料,对台风中心附近的风场、温度场和θse场的分布进行探讨,得出：＂鲇鱼＂进入南海后,路径发生向北＂急翘＂是由于青藏高压增强并向东移,致使其前部高空槽加深发展,切断了华南高压和副热带高压的联系,并使华南高压南落至中南半岛一带,使台风西行受阻,逐渐转为北移。同时越赤道气流的北涌,使基本气流从东北气流转为西南气流,北偏东移动趋势加大。500～700hPa两层引导气流与＂鲶鱼＂路径有很好的对应关系。最大风速区的水平和垂直结构将影响台风移动的路径,台风中心的有向风速低值区移动的趋势,最大风速区的垂直尺度的变化对台风移动有指导意义。温度场的水平和垂直分布也将影响台风的移动路径,西侧冷空气的入侵使台风偏西移动的趋势减弱,台风中心有向等厚度低值区移动的趋势。θse的高能舌的分布,有利台风向北或北偏东方向移动。     

强台风"珍珠"异常路径的特点、成因及预报

通过对强台风“珍珠”路径4个阶段的特点和影响因素的分析,特别是影响台风移动的诸多因子及其对“珍珠”西行北折异常路径所起的作用分析,发现:大尺度环境场的调整(副高脊线东退南落、越赤道气流的变化、弱冷空气的变化等),使环境场对“珍珠”的引导作用减弱。弱环境流场与“珍珠”的非线性相互作用是“珍珠”西行北折的主要原因。SST的分布也有利于“珍珠”的加强和热力结构的变化,并影响“珍珠”的路径。“珍珠”的水平结构变化,特别是其热力非对称结构的变化,对路径的影响更为明显。各种主、客观预报对“珍珠”的移动路径作出了几乎完美的预报。     

台风“鲇鱼”路径突变前后等熵位涡非对称结构的对比分析

利用高分辨率WRF模式对2010年13号超强台风“鲇鱼”移入南海以后的路径突变过程进行数值模拟,较好模拟出了台风由缓慢西行转为突然北上的过程。利用模拟资料,诊断分析了路径突变前期、突变时和突变后的不同高度上等熵位涡的分布特征。路径突变前期和后期不同高度上的等熵位涡的对称结构较明显;路径突变时各个层次上的位涡等熵分布均表现出明显非对称性。进一步对比分析了该路径突变过程前后台风对流发展和能量分布的变化,结果验证了等熵位涡结构的演变情况。非对称风场的切变存在一次逆时针方向倾斜而后恢复的过程,整层大气动能的分布也由近似轴对称发展为东部强于西部的显著的非对称。位于台风环流东南侧的非对称扰动所引起的平流和次级环流输送有助于台风路径由西行转为北上,这可能是环境流场偏弱条件下台风路径转折的有利触发机制。      

台风自身动力学过程(CISK)对其移动的影响

台风的移动是一个既重要又复杂的气象问题,虽然已经有过许多分析研究,但仍有不少问题没有搞清楚。在台风路径预报中,目前用得较多的方法之一是所谓“引导气流法”,它把台风作为一个“质点”,其移动只受外部流场的引导。不考虑台风自身动力学过程的影响,可能是引导气流法出现台风路径预报误差的重要原因之一。因为实际台风是一种极为活跃的天气系统,不能视其为完全被动的“质点”。除了外界环境(引导气流)对台风的移动有影响外,台风本身的动力学过程和结构也必然对其移动有不可忽视的作用。 根据第二类条件不稳定理论,台风的形成和发展是积云对流和天气尺度低压扰动间正反馈的结果。     

台风"玛姬"(9903)数值模拟试验

通过对台风“玛姬”(9903)个例进行数值模拟,探讨了海温和地形作用对台风“玛姬”(9903)路径的影响,分析了环境气流、台风非对称结构与台风移动路径之间的关系。结果表明：海温对台风“玛姬”(9903)路径有一定的影响,地形作用对台风“玛姬”(9903)路径的影响不可忽视,台风非对称结构对9903号台风异常路径的作用非常重要。     

1109号“梅花”台风对辽宁降水的影响分析

利用逐日NCEP再分析、常规观测、加密自动站、卫星云图及多普勒雷达等资料,分析了1109号台风“梅花”路径、结构和降水变化的原因,并对“梅花”的物理量特征进行了诊断分析.结果表明:副热带高压外围引导气流较强时,台风沿引导气流方向行进,引导气流较弱时,台风受高空槽的吸引,移动路径产生向西的分量;中低层冷空气的侵入,破坏了台风自上而下的暖心、不对称结构,呈现上暖下冷的稳定结构,趋于向温带气旋变性.“梅花”影响辽宁前期,主要受台风外围气流影响,水汽厚度浅薄,但维持时间长,产生的累计雨量较大.后期台风残余云系,在冷空气的作用下,冷暖空气交界处激发出整层上升运动,同时在台风外围水汽、偏南季风水汽共同作用下水汽厚度增加,更充沛的水汽来源为更强降水提供了有利的水汽条件,在辽宁中南部产生暴雨大暴雨天气.此外,雷达、自动站反映的中尺度切变、涡旋,为对流系统发展起到了触发作用.     

超强台风“天鹅”（2015）路径突变过程机理研究

本文采用中国气象局的最佳台风路径数据和美国国家环境预报中心1°×1°每6 h再分析资料作为研究工作的基本场,运用了分部位涡反演方法探讨影响2015年第15号超强台风“天鹅”路径突变的物理机制,得到以下结论:（1）就天气系统而言,“天鹅”整个移动过程中都受到周围环境场及引导气流的影响,主要的影响系统包括西北太平洋副热带高压、季风涡旋、邻近台风“艾莎尼”及台风外围反气旋;（2）定量分析了与各影响系统扰动位涡相关的引导气流矢量,发现整个过程中超强台风“天鹅”的移动始终受西北太平洋副热带高压的影响,其次是来自季风涡旋及台风外围反气旋的贡献,而当“天鹅”有向北转向趋势时,与外围反气旋相关的东北向引导气流导致了台风的路径北折;（3）进一步定量分析了总扰动位涡在不同高度层上相关引导气流的贡献,结果表明在垂直方向上对流层中层系统的引导气流矢量与“天鹅”的移动最为吻合,而形成于低层系统的偏南风气流与“天鹅”向北突然转向有着密切的联系,并在转向后逐渐向中高层发展增强。     

超强台风“梅花”(1109号)的转向原因与预报分析

使用高空探测资料、FY-2C卫星云图、CIMSS气象卫星云图分析资料、历年台风路径、NCEP再分析资料,以及欧洲气象中心全球模式(EC)、日本气象厅全球模式(JMA)、国家气象中心全球模式(T639)、上海台风模式(SHTM)等预报资料,基于对2011年第9号台风"梅花"路径以及台风相似路径的预报等,分析影响台风"梅花"移动路径的环境系统演变,从中找出影响台风"梅花"移动转向的关键系统,分析和检验各数值模式对台风路径预报的结果;同时,研究台风路径相似预报方法。结果表明,位于日本的副热带高压南伸并与"梅花"东南侧的弱反气旋打通,引导气流中偏南风分量逐渐加大是"梅花"路径转向以致不在我国登陆的关键点;对数值模式预报的路径,应根据实况天气形势演变订正其预报误差;根据前期路径选多个关键区找台风相似路径更具参考性。     

2004年台风“艾利”与“米雷”路径异常变化分析

2004年西北太平洋上生成的台风"艾利"和"米雷"开始都是向西北方向移动,当快要进入东海时两个台风的路径均发生变化,"艾利"转向西南方向,形成倒抛物线形的路径,而"米雷"突然向东北方向转折。通过对这两个台风的不同时间尺度环境场及其与台风相互作用的分析表明,对于西南转向的"艾利",副热带高压(副高)西伸明显,台风位于副高的南侧,天气尺度风场对副高低频分量的涡度平流,使得台风西北侧出现负涡度,同时由于罗斯贝波能量频散,台风东南侧出现负涡度,与负涡度相联系的天气尺度异常环流导致台风西北侧和东南侧的天气尺度引导气流的作用相互抵消,台风主要在低频环流引导下向西南方向移动;对于突然向东北转向的"米雷",副高位置偏东,转向时刻只有东南侧增强的天气尺度西南风,天气尺度引导气流导致台风向东北转折。     

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。      

USE OF A NEW STEERING FLOW METHOD TO PREDICT TROPICAL CYCLONE MOTION

A tropical cyclone is a kind of violent weather system that takes place in warmer tropical oceans and spins rapidly around its center and at the same time moves along surrounding flows. It is generally recognized that the large-scale circulation plays a major role in determining the movement of tropical cyclones and the effects of steering flows are the highest priority in the forecasting of tropical cyclone motion and track. This article adopts a new method to derive the steering flow and select a typical swerving track case (typhoon Dan, coded 9914) to illustrate the validity of the method. The general approach is to modify the vorticity, geostropical vorticity and divergence, investigate the change in the non-divergent stream function, geoptential and velocity potential, respectively, and compute a modified velocity field to determine the steering flow. Unlike other methods in regular use such as weighted average of wind fields or geopoential height, this method has the least adverse effects on the environmental field and could derive a proper steering flow which fits well with storm motion. Combined with other internal and external forcings, this method could have wide application in the prediction of tropical cyclone track.     

A study of track deflection associated with the landfall of Tropical Cyclone Sidr (2007) over the Bay of Bengal and Bangladesh

In this study, the dynamics of track deflection associated with Tropical Cyclone (TC) Sidr (2007) are explored using a numerical weather prediction model. It is found that (a) the simulated track of Sidr is sensitive to flow, orographic, and model vertical structure that change the environmental steering flow leading to the track deflection. In particular, the track of TC Sidr is deflected northwestward for cases with lower domain height, horizontal domain covering only part of Himalaya mountains, and varying mountain heights; (b) the simulated track of TC Sidr, when compared with GFS reanalysis data, is mainly controlled by its deep-layer environmental steering flow as a point vortex; (c) the northwestward deflection with lower domain height is caused by an artificially larger high pressure at lower levels in the vicinity of the Himalayas, due to the upward propagation of wave energy being reflected by the upper domain boundary; (d) the significant northwestward deflection associated with the varying mountain height cases is due to the cyclone vortex being advected by the northeasterly monsoonal flow, which is blocked by the mountains in the corresponding cases with mountains; (e) the northeastward track deflection after the landfall of Sidr is explained by the addition of the frictional force.In summary, the model vertical domain height and the Himalaya mountain representation play key roles in influencing the accuracy of TC Sidr track simulation, compared with other factors, such as the vertical resolution, at least for TC Sidr.     

Impact of initial storm intensity and size on the simulation of tropical cyclone track and western Pacific subtropical high extent

Typhoon Megi, the 13th typhoon of the 2010 typhoon season, was selected for case study by utilizing the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Twelve sensitivity experiments with various initial tropical cyclone (TC) intensities and sizes were conducted to investigate their impacts on the simulation of typhoon track. Interaction between TC and the western Pacific subtropical high (WPSH) was also analyzed to explore the mechanism for the impact on TC track of the initial TC intensity and size. Numerical results indicate that the simulated TC size and TC track are sensitive to initial TC intensity and size. Stronger initial TC intensity and larger initial TC size often lead to larger simulated TC size and make TC turn northward earlier. Further analysis suggests that, with the increase of initial TC intensity and size, more air mass enters into the TC region, which subsequently reduces the extent of WPSH. As a result, the steering flow changes significantly and eventually causes the TC to turn northward earlier. The present study confirms that the initial TC intensity and size have certain influences on the TC track simulation, which demonstrates the importance of accurate initial condition for successful simulation of the TC intensity and TC track. Moreover, it also deepens our understanding of the interaction between TC and WPSH, provides helpful clues for the TC track change study, and discusses the future directions for improvement of TC track forecast.     

高空冷涡影响台风Meranti(1010)北翘路径的集合预报分析

路径突变是台风路径预报中的一个难题。2010年第10号台风Meranti（1010）在台湾岛南部海域西移过程中突然北折,而欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报对其北翘路径存在较大分歧。选取预报成功与不成功两组集合成员各8例,对比分析台风Meranti路径变化的主要原因。结果表明:（1）一个来自热带对流层上部槽的切断高空冷涡（UTCL）是该台风路径变化的一个重要影响系统。Meranti北翘路径跟它与UTCL的南北向耦合有关;（2）UTCL通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流。在UTCL移至台风北部过程中,台风的偏南风引导气流明显加强,有利于其路径北翘;（3）UTCL对台风Meranti北翘路径的影响还与其自身结构有关。水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的UTCL对台风路径变化影响更明显;（4）位涡倾向方程的诊断分析表明,在TC与UTCL南北向耦合过程中,台风北部的正位涡水平平流项输送显著,有利于台风向北运动,且UTCL影响下产生的非对称风场在其中起主要作用。     

多时间尺度环流对台风“天鹅”(1515)突变路径的影响

利用NCL滤波方法将NCEP提供的FNL风场资料分离出天气尺度,准双周振荡(QBWO,Quasi-Biweekly Oscillation)和热带季节内振荡(MJO,Madden-Julian Oscillation)环流场,研究不同时间尺度环流对台风"天鹅"(1515)突变路径的影响。台风路径的特征能够分3个阶段,其中第二阶段台风发生突然转折。第一阶段,天气尺度上台风东侧的反气旋和QBWO环流场中的波列共同引导台风向西偏北方向运动,而MJO环流场中的引导气流作用较小;第二阶段,天气尺度上台风东侧的反气旋和低频环流场中台风附近的气旋共同促进了"天鹅"近90°的突然转向,其中,高、低频分量分别促使台风突然向北、向东转向;第三阶段,天气尺度上的气旋与反气旋、QBWO环流场中的反气旋以及MJO环流场中的脊共同引导"天鹅"向东北方向运动,其中MJO环流场中气旋附近的偏东风促使"天鹅"向西运动,但由于它被天气尺度上强烈的偏西风所抵消,故"天鹅"仍向东运动。     

Impact of vortex-removal from environmental flow in cyclone track prediction using Lagrangian advection model

In the present study, a new approach is discussed to find out the residual steering flow from the high-resolution global Numerical Weather Prediction (NWP) model-forecasted wind fields, which have been used in the Lagrangian advection model to determine the track of tropical cyclones formed in the Indian Ocean. The Lagrangian advection model is newly developed model and conceptually closer to the dynamical models, which utilizes environmental steering flow and the effect due to earth’s rotation (the beta-effect) to determine the motion of cyclone. In this approach, the effect of environmental flow on the cyclone track is examined by removing the existing cyclone vortex from the steering flow which is determined by potential vorticity approach. A new approach based on vortex pattern matching has been used to identify the cyclone vortex and to remove it from the steering flow. The tracks of five tropical cyclones (viz., Nargis, Khai_Muk, Nisha, Aila and Phyan) which were formed in the North Indian basin during the period 2008–2009 have been generated by the Lagrangian advection model using the proposed scheme. The position errors were computed with respect to the Joint Typhoon Warning Center (JTWC) best track analysis positions and compared with that of without-vortex-removal scheme. The results show that the mean track errors for five cyclones are reduced by 6–35?% for 12–72?h forecast in case of vortex-removal scheme as compared to the without-vortex-removal scheme.