台风"云娜"(2004)近海加强的数值模拟研究

本文利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2004年14号台风RANANIM("云娜")在登陆前近海加强及登陆初期的过程进行了54 h模拟,并加入人造台风优化初始场。结果表明:MM5能比较好地模拟出台风近海及登陆初期的移动路径及台风中心气压的变化。利用数值模拟结果,讨论了RANANIM(2004)台风在近海加强过程中的环流、动力和热力结构特征。发现在台风RANANIM近海加强的过程中对应有高空200 hPa净辐散场的存在,台风中心气压随净辐散值的增大而降低,反之亦然。净辐散值的减小对台风中心气压的快速升高有着预示的作用;垂直环流在强度和空间分布上发生了明显的变化。台风加强后,台风中心上方出现了明显的补偿性下沉气流;对流层低层存在明显的冷暖空气堆积,且当冷暖空气强度相当时有利于台风的增强;台风中心上方的正涡度柱逐渐发展为东西不对称分布,垂直方向上伸展高度保持不变或升高,而且在量值上也要更大。     

台风“黑格比”(2004)近海急剧增强特征及成因分析

利用热带气旋最佳路径数据集、FNL全球再分析资料、FY-2G卫星TBB资料和日本气象厅海温资料,对“黑格比”台风近海急剧增强特征和成因进行了分析。结果表明:“黑格比”台风呈现出明显的非对称性结构特征,对流发展主要位于台风中心东侧,导致其东侧云顶亮温更低、垂直上升运动更强;随着“黑格比”强度急剧增强,其正涡度区和暖心高度不断向上伸展,涡旋特征和暖心结构均得到加强;高层强烈辐散、低层强烈辐合的高低空散度配置增强了台风中心附近的垂直上升运动,这是“黑格比”急剧增强的原因之一;在“黑格比”急剧增强期间,东西两侧上升运动区逐渐合并下移,对流发展高度有所下降,台风结构趋于紧实;“黑格比”强度突然增强与南亚高压、副热带高压强度及位置变化关系密切;较弱的环境风垂直切变(基本小于10m/s)、高海温(29℃以上)、有利的高层气流流出条件和强烈的低层水汽输送为“黑格比”强度突然增强提供了有利的环境条件。     

1409超强台风“威马逊”近海急剧加强特征及成因分析

运用实况资料、NCEP/NCAR六小时再分析资料以及2014年CMA热带气旋最佳路径数据集,对1409号超强台风"威马逊"近海急剧加强的特征及成因进行探讨分析,结果表明:高空华北槽东移,引导地面冷空气南下,副高西退略北抬,与"威马逊"形成了"东高西低"和"北高南低"的形势,增大两者间梯度,使"威马逊"强度加强;近海急剧加强24h内,台风暖心对称化结构加强,强暖中心往高低层扩展,低层偏南暖湿气流输送持续加强,对流层上层辐散不断增强,台风高层环流的西侧和北侧亦是辐散的大值区,台风西行北上的过程中利于其强辐散的维持和加强;台风中心正涡度柱急剧增大,并向对流层上层扩展,配合弱的垂直切变,利于台风的急剧加强;另外,物理量的分析也表明,"威马逊"近海急剧加强前24h内,台风环流附近大气层结不稳定度有增大的趋势。     

82年CHCIL台风(8211)加强和路径的分析

8211(CECIL)是一个近海发生,突然加强,长距离缓慢北上的台风。本文仅就这台风的突然加强和这一特殊路径进行分析。 位于台风中心附近一条东、西向的风的垂直切变零线和一组强烈的对流云体是台风突然加强的必要条件,在实际预报中可作为定性判断台风是否突然加强的判据之一。应用TOPEX手册中的T指数可对台风的24小时强度变化作出定量预报。 台风处于周围引导气流很弱的气压场中时,台风的内力作用就不能忽略。台风北侧的副高脊线不断北抬,台风就易缓慢北上。本文通过对8211台风在9日12Z—12日08z出现的蛇形北上路径的计算,对北上蛇形路径的成因予以一种解释。     

台风“海高斯”和“天鸽”快速加强成因的对比分析

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料和国家气象中心提供的逐小时台风业务资料,对比分析了2020年第7号台风“海高斯”和2017年第13号台风“天鸽”的环流形势和强度结构特征,发现二者的尺度都比较小;生成的时间和移动路径比较相似;并且都出现了近海快速加强的过程。从对比分析来看,造成两个台风近海快速加强的共同原因主要有海温异常偏高、环境风的垂直切变较小以及有利的高低层环流配置等,而造成两个台风近海快速加强的不同原因也较为显著,分别从位涡垂直分布、涡度收支和涡度拟能等方面进行诊断分析,得到一些有利于台风强度快速增长的不同因素。     

初夏南海台风的结构分析

根据对8005号南海台风的结构分析,初步得到以下几点:1)南海台风各物理量的水平分布不对称。其湿度中心和暧中心分别位于700hPa和300—200hPa。垂直运动在台风迅速发展时达到极值。2)台风范围内的对流层高层和低层分别存在东北风和西南风大值区,U分量的垂直切变零线在台风发展阶级呈东西向穿过台风中心附近,随着台风加强切变加大。3)通过与西太平洋台风的比较,认为对流层高低层散度之差和涡度之差与南海台风发生发展的关系密切。4)积云对流造成的潜热释放是台风发展期的主要热源。      

台风“芭玛”(2009)近海突然加强的模拟研究

通过对台风"芭玛"在北部湾近海突然加强过程进行模拟研究,结果表明:台风"芭玛"突然加强过程中其内部暖心结构有显著变化;弱冷空气被不断从台风环流外围卷入到台风低层内部,抬升暖湿气流促进水汽凝结潜热释放;台风"芭玛"在其突然加强过程中存在环流重组情况,其环流内圈包括极大风速等的分布不断对称化发展,并将其外围的螺旋云系进行重新整合,将外围周边的对流云团发展释放的能量不断卷入到台风环流中,同时将外围松散正涡度重新组织到台风内部;综合因子叠加作用使得台风"芭玛"在近海突然加强。     

登陆台风变性过程的物理机制分析

0509号台风“Matsa”和0712号台风“Wipha”,均在中国大陆发生变性成为温带气旋。但前者变性后再度加强,后者变性后减弱消亡。用日本JRA25再分析资料,对其变性过程对比分析。表明：“Matsa”和“Wipha”均是在登陆后北上与中高纬西风槽相互作用的过程中,受到冷空气入侵后变性,从垂直对称分布演变为倾斜的非对称分布,且在北上过程中与中纬度高空锋区作用,但“Matsa”中心嵌入中纬度高空锋区,有再加强过程;而“Wipha”仅外围环流与锋区接触,中心未进入锋区,无再加强过程。通过对大气稳定度和垂直螺旋度等进一步分析表明：“Matsa”变性过程是系统性冷空气的南侵,而Wipha的变性只有弱冷空气的入侵;台风中心所在的垂直涡度ζ_p的增长大值区是否落在△θ_e<0的大气对流性不稳定的区域内,对台风变性后是否再加强有一定影响。此外,垂直螺旋度的高低空配置及正涡度柱与上升运动的相互配合是使台风变性加强的重要因素。     

副热带高压对登陆台风等熵面位涡演变影响的数值模拟研究

选取1997年第11号台风“温妮”为研究个例, 通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、 变性及变性后再次发展的演变过程。采用Davis et al.(1996) 提出的片段位涡反演方法, 提取具有副热带高压物理意义的位涡扰动, 采用片段位涡反演的方法, 改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度, 并引入Ertel等熵面位涡收支方程, 深入分析不同强度的副热带高压环流系统在登陆台风结构演变的过程中等熵面位涡的守恒性, 以及守恒性与非守恒性相对作用的大小。研究表明: 台风北上深入内陆的过程中, 高空槽大值位涡源源不断的输送使得对流层低层西北侧位涡增长, 台风中心上空的辐散形势有利于台风强度的再次增强。由于摩擦和非绝热加热的存在, 对流层位涡局地变化主要决定于位涡的水平平流 (守恒项)、 位涡的垂直平流、 加热的垂直微分 (非守恒项) 的分布。台风经历变性及再增强的过程中, 其影响范围内位涡守恒性经历了先减弱后增强的过程, 非守恒项中位涡的垂直平流能较好地描述对流层中层位涡局地变化趋势, 而加热的垂直微分则在对流层低层和高层表现良好。副高强度的加强使台风加速北上, 加快了台风变性速度, 高层位涡的向下输送明显提前且强度增强, 位涡守恒性的破坏、 重建也相应提前, 位涡垂直平流的整层负值减小, 加热垂直微分对对流层低层位涡增长的正贡献加强, 且持续时间更长。     

台风“达维”迅速加强数值模拟研究

利用WRF模式（V311）对0518号台风“达维”(Damrey)进行了72 h的数值模拟。重点分析了影响台风强度迅速加强的可能机制,结果表明：①缓慢加强阶段,东风波与台风高层环流相互作用形成一条东北—西南走向的外流通道,加强台风高层辐散流出,有利于台风强度加强;垂直风切变在积分前12 h减小,台风迅速加强与垂直风切变减小间存在滞后性。②迅速加强阶段,低层指向台风中心的水汽通量大大增加;海表面热通量、潜热通量和水汽通量持续增强,海表面潜热通量对台风的能量贡献远大于热通量。③台风眼壁附近的条件性对称不稳定机制激发斜升气流,倾斜涡度发展引起中心附近相对涡度增大,台风整体强度得到加强。     

台风“苏迪罗”螺旋雨带造成福州特大暴雨成因分析

受2015年第13号台风“苏迪罗”影响,福州出现特大暴雨。为研究台风登陆前局地强降水与地形的关系,针对福建长乐雷达的0 °仰角数据进行了风场反演,得到福州低空风场在强降雨发生时的结构及演变特征,综合利用NCEP 1 °×1 °再分析资料及福州三维地形数据,探索了福州地区持续性短时强降水的发生原因。结果表明:(1) “苏迪罗”影响期间正值南海季风爆发期,为台风提供了充沛的水汽;(2)强降雨发生时,福州地区存在正涡柱,配合强烈上升运动,为短时强降水的发生提供良好的动力条件;(3)雷达风场反演显示:当福州环境风场为东北气流,有一持久、稳定的分流区出现在福清北部,随着台风靠近,环境风逐渐由东北转为偏东风,分流区的位置也一直向内陆延伸,分流气流与台风环境气流形成了明显的辐合带,激发了螺旋雨带内中尺度对流云团的发生发展,造成短时强降水;(4)台风环境气流进入福州后出现的分流现象与福州的盆地地形有关。      

CHANGES OF TYPHOON INTENSITY AND ITS POSSIBLE INFLUENCING FACTORS IN AN f-PLANE BAROTROPIC QUASIGEOSTROPHIC MODEL

By using an f-plane barotropic quasigeostrophic model with the grid-spacing being 5 km,21 experiments whose integration time is 36 h are performed in this paper in order to investigate interactions between a typhoon vortex and its adjacent mesoscale vortices.Results show that whether the interaction leads to the intensification of the typhoon vortex depends on two kinds of factors:one is the value of the maximum wind speed of the typhoon vortex and the intensity of the shearing of circular basic flow:and the other is the condition of mesoscale vortices in the shearing basic flow,such as the spatial distribution,scale,intensity and structure of mesoscale vortices. There is the nonlinear relation between typhoon intensity and the scale and intensity of initial mesoscale vortices.     

影响台风移动因子的数值研究

本文采用有辐散的正压原始方程模式对影响台风涡旋移动的因子进行了数值试验,试验结果表明:(1)在无环境风条件下,台风涡旋向西北方向移动,移速与台风切向风速、台风半径和台风区f场的特征有关,台风外区(指最大风速半径以外台风区域)切向风速越大、台风半径越大,台风涡旋移速向北分量越大。(2)均一环境风场中,台风移动受基本气流的平流、β效应和指向引导气流左侧的横向加速度的作用,其中基本气流的引导作用是主要的。台风移速与引导气流速度比在东风气流中要大于西风气流中,而台风移向与基本气流之间的偏角在西风气流中要大于在东风气流中。(3)台风涡旋有沿基本气流绝对涡度梯度方向的次级运动分量。(4)台风涡旋在有切变的西风气流中比在均一西风气流中易发展加强,而它的移动更偏向引导气流的左侧。      

IMPACTS OF UPPER-LEVEL COLD VORTEX ON THE RAPID CHANGE OF INTENSITY AND MOTION OF TYPHOON MERANTI (2010)

Typhoon Meranti originated over the western North Pacific off the south tip of the Taiwan Island in 2010.It moved westward entering the South China Sea,then abruptly turned north into the Taiwan Strait,got intensified on its way northward,and eventually made landfall on Fujian province.In its evolution,there was a northwest-moving cold vortex in upper troposphere to the south of the Subtropical High over the western North Pacific(hereafter referred to as the Subtropical High).In this paper,the possible impacts of this cold vortex on Meranti in terms of its track and intensity variation is investigated using typhoon best track data from China Meteorological Administration,analyses data of 0.5×0.5 degree provided by the global forecasting system of National Centers for Environmental Prediction,GMS satellite imagery and Taiwan radar data.Results show as follows:(1)The upper-level cold vortex was revolving around the typhoon anticlockwise from its east to its north.In the early stage,due to the blocking of the cold vortex,the role of the Subtropical High to steer Meranti was weakened,which results in the looping of the west-moving typhoon.However,when Meranti was coupled with the cold vortex in meridional direction,the northerly wind changed to the southerly at the upper level of the typhoon;at the same time the Subtropical High protruded westward and its southbound steering flow gained strength,and eventually created an environment in which the southerly winds in both upper and lower troposphere suddenly steered Meranti to the north;(2)The change of airflow direction above the typhoon led to a weak vertical wind shear,which in return facilitated the development of Meranti.Meanwhile,to the east of typhoon Meranti,the overlapped southwesterly jets in upper and lower atmosphere accelerated its tangential wind and contributed to its cyclonic development;(3)The cold vortex not only supplied positive vorticity to the typhoon,but also transported cold advection to its outer bands.In conjunction with the warm and moist air masses at the lower levels,the cold vortex increased the vertical instability in the atmosphere,which was favorable for convection development within the typhoon circulation,and its warmer center was enhanced through latent heat release;(4)Vertical vorticity budget averaged over the typhoon area further shows that the intensification of a typhoon vorticity column mainly depends on horizontal advection of its high-level vorticity,low-level convergence,uneven wind field distribution and its convective activities.     

INFLUENCE OF THE VERTICAL SHEAR OF ENVIRONMENTAL FLOWS ON TYPHOON MOTION

Typhoon is regarded as a convergent,modified Rankine vortex.Based on the vorticity equations written attwo levels,higher and lower in the troposphere,typhoon motions are discussed in this study.The analyticalexpressions of vortex motion direction and speed have been derived for simple homogeneous basic flows at twolevels.The expressions indicate that in the easterties,vertical wind shear enhances the steering of east flow,causing the vortex moving westward faster,otherwise,in the westerlies,it reduces the steering of the west flow,causing the vortex moving eastward slower.These results explain theoretically that“cyclones in the easterliesmove to the right of,and faster than the basic flow;conversely,cyclones in the westerlies move to the left of,andslower than the basic flow.”     

采用预报涡旋的初始化方案对2015年台风“莲花”、“灿鸿”的试验研究

提出了一种采用预报涡旋的初始化方案,用预报涡旋代替bogus模型参与构建模式初始场,采用权重形式合成预报涡旋和分析涡旋获取台风初始涡旋。针对2015年“莲花”和“灿鸿”台风,基于该初始化方案设计了一系列对比试验进行数值模拟,并对结果进行分析。结果表明:(1)该方案得到的台风初始涡旋结构比bogus模型合理;(2)预报涡旋权重不宜取太大;(3)从长时效预报效果看,采用24 h内预报涡旋比采用长时效预报涡旋台风的路径和强度误差减小;(4)采用同一权重方案对“莲花”、“灿鸿”预报的改进效果不同,其原因与预报涡旋和分析涡旋的协调程度有关。多台风情形下可在初步评估的基础上采用不同时效的预报涡旋和不同权重方案。      

台风Rammasun(2014)与飓风Wilma(2005)快速增强过程的内核结构变化比较

热带气旋的快速增强机制目前仍然不太清楚,不少研究开始关注快速增强过程中热带气旋内核结构的变化。通过比较模拟的西北太平洋超强台风Rammasun (2014)和大西洋5级飓风Wilma (2005)快速增强过程中内核结构的变化特点,理解内核结构在快速增强过程中的变化特点。飓风Wilma是一个典型的快速增强热带气旋,快速增强期间具有弱的环境垂直切变、对称的眼墙、较小的中心倾斜以及比较直立的眼墙。但是,台风Rammasun快速增强发生在较强切变(超过10 m/s)环境下,眼墙对流呈高度不对称,强对流基本固定在台风中心的南侧。整个快速增强期间,Rammasun在垂直方向上维持较大的中心倾斜以及较大的眼墙倾斜。结果表明,快速增强也可能在不完全对称的内核结构和倾斜垂直结构的情况下发生。      

涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的数值研究

设计了一个高分辨率f平面准地转正压涡度方程半谱模式，用以研究非线性对台风切向风速变化，以及不同初始异常条件下台风环流内涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化特征。6类(14组)试验的数值结果表明：非线性使台风切向风速的增强减弱，可能使最大风速半径收缩。初始扰动中心位置对涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的影响明显。扰动中心在最大风速半径附近时，台风最大切向风速增强最多；异常中心在台风外区时，使最大切向风速减小。初始异常尺度(范围)减小对台风最大切向风速变化的影响减弱。双涡分布条件下，台风环流外区的涡旋使内区或近眼壁区对流涡旋对台风最大切向风速的影响减弱。     

一次台风变性并入东北冷涡过程的动力诊断分析

台风北移变性并入东北冷涡是造成东北地区夏季大范围暴雨的主要形式之一, 但其中的热动力结构变化特征及其物理机制尚不清晰。本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料对一次台风变性并入东北冷涡过程进行动力诊断分析, 分析结果显示:冷涡冷空气的不断侵入以及台风移动形成的相对冷平流使得台风暖心结构消亡, 其低层低压辐合和高层高压辐散结构消失, 变性并入东北冷涡后气旋整层偏冷, 低层出现冷中心。台风变性并入东北冷涡过程中, 冷涡中心附近高空急流南侧的反气旋切变抑制气旋直接往高空发展, 而急流轴左侧的热动力分布特征有利于垂直涡度的发展, 变性后的气旋环流向冷涡的移近有利于急流轴维持倾斜, 从而促进气旋向高空冷涡倾斜发展。同时, 冷空气在气旋低层附近堆积导致等假相当位温线发生倾斜, 造成垂直涡度在气旋中层倾斜发展。台风变性并入东北冷涡后, 高空冷涡槽底的正垂直涡度平流促进气旋由中层直接向高层发展, 而高空冷涡槽底急流促进正垂直涡度平流的维持。气旋高空环流的发展反过来削弱了东北冷涡的高层环流, 导致高空冷涡中心出现北撤。