秋季台风“纳沙”大范围暴雨的机制研究

利用T213、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对1117号强台风“纳沙”造成广西持续大范围暴雨的成因进行分析,造成广西大范围暴雨的主要原因是:“纳沙”登陆后,副热带高压强大,台风环流与副热带高压之间气压梯度增大,其右侧辐合加强,深厚偏东气流给台风输送了大量的水汽和能量,西南风急流与副高西侧强东南气流形成辐合,北方冷空气从低层南下,东北风与台风后部的东南风形成切变产生对流降水;加上台风自身带来的降水、急流降水以及冷空气入侵降水三部分相接,组成了“纳沙”影响期间的持续性强降水过程.     

双台风“纳沙”和“海棠”登陆后强度变化成因及对比分析

利用NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析资料对2017年双台风“纳沙”（1709）和“海棠”（1710）先后登陆福建后的强度变化特征进行对比分析。结果表明：低纬水汽输送的强弱变化是造成双台风强度变化的主要原因,而越赤道气流对水汽输送起到关键作用。副热带西风急流与中低空风场强弱变化一致,西风急流增强伴随中低空东风加强是“海棠”陆上强度维持不减的原因之一,反之“纳沙”快速减弱。双台风效应对强度变化也起着重要作用：双台风靠近相吸作用下,“纳沙”残余环流卷入“海棠”环流中,为其输送正涡度因子及斜压能量,也是促使“海棠”强度维持的原因。台风登陆后,其上空三种不同层差的垂直风切变值表现一致减小的变化趋势及低于6 m·s^-1的风切,有利于弱台“海棠”陆上长久维持。海岸锋生及海表通量动热力因子对“海棠”右侧中小尺度对流发展和维持起到重要作用,加剧了“海棠”非对称性结构,促使“海棠”强度维持不减。     

2011年台风“纳沙”和“尼格”移动路径和强度对比分析

从环流背景入手,分析“纳沙”和“尼格”移动路径发生改变的主要原因,再从冷空气、水汽输送、海温、风垂直切变、高空散度等物理量进行分析,发现可以作为台风强度预报的重要参考因子,结合云系特征,也可初步判定台风移动路径和强度演变的趋势.     

1117号强台风“纳沙”引发海南岛特大暴雨过程分析

利于MICAPS资料、NCEP资料和多普勒天气雷达资料分析了1117号强台风“纳沙”造成海南岛特大暴雨过程分析。结果表明,强盛的西南季风为其提高了充足的水汽和能量;双重“列车效应”是造成海南岛特大暴雨的主要原因．暖平流上叠加辐合风场有利于强降水的形成和维持,“逆风区”与强降水中心一致;地形对降水起到明显的增幅作用。     

台风“纳沙”路径和降水诊断分析

利用常规资料分析冷空气对2011年17号台风“纳沙”路径改变及降水影响.结果表明:(1)在副热带高压南侧东南气流引导下,台风较稳定西北移,后期由于冷空气南下阻挡推动台风移动折向西偏南方向移动;(2)强盛的西南暖湿气流为暴雨产生提供足的水汽条件;(3)低层水汽辐合、高层辐散和强烈的上升运动是暴雨产生的动力条件.     

强台风“纳沙”的路径和降水诊断分析

利用1°×1°的NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站等资料,综合分析环流背景对强台风"纳沙"的路径和降水变化的影响,并对"纳沙"影响过程的物理量特征进行诊断分析。结果表明:(1)台风路径稳定西北偏西行的主要原因是500hPa副高为带状分布,副高南侧边缘偏东和东南引导气流加强;(2)"纳沙"活动区域较高的海表温度、弱的环境风垂直切变与"纳沙"的增强有着密切的关系,这些要素可以作为台风强度预报的重要参考因子;(3)"纳沙"在西北偏西移动过程中其涡度、垂直运动、水汽通量散度等各物理量场均表现出有利于降水加大的特征。     

影响广西的两次台风暴雨中尺度对比分析

利用多普勒天气雷达、地面加密观测资料及NCEP格点再分析资料,从低层环境场、雷达回波特征、湿位涡分布等方面,对比分析路径相似的"启德"(1213号)和"纳沙"(1117号)台风造成广西降水条件的差异。结果表明:"启德"东侧的东南风急流强,水汽强辐合中心偏于台风中心附近,降水强度大,而"纳沙"水汽辐合主要位于东北气流与东南气流的汇合区,降水范围大;两者在越南北部登陆后其后部均存在窄长带状的中尺度强回波特征,但"纳沙"的螺旋回波雨带伸展范围更宽、持续时间更长;"纳沙"因有冷空气侵入,近地面层气流出现多个分支,更有利于形成中尺度涡旋和气流汇合带,是其比"启德"产生较大范围强降水的重要因素;两者的降水分布与低层湿位涡负值区有较好对应关系,强降水落区主要位于湿正压项(VMPV1)负值区和斜压项(VMPV2)正值区相叠加的区域,而"启德"的VMPV1负值比"纳沙"小,其对应的降水强度也较大。     

“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响

2011年9月14日-10月5日,“纳沙”和“尼格”2个台风先后登陆海南,均产生了较强的区域性暴雨或大暴雨.利用常规资料,对这2个台风的移动路径和暴雨形成机制进行了对比分析.分析结果表明,台风登陆后,由于副高形态及其演变的不同,使得两个台风路径变化不同.利用0.5°×0.5°NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站和日本静止卫星0.05°×0.05°TBB等资料,综合分析登陆台风“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响.结果表明:台风中心附近环境风垂直切变密集带的跨度变化与台风强度相关,日平均海表温度与热带气旋(TC)强度维持或加强密切相关;登陆TC动力结构和水汽辐合的不对称分布导致台风暴雨落区和强度存在显著差异,强降水与局地发生的对流云对应较好时表现为明显的对流性降水,对降水有增幅作用.     

对强台风“纳沙”（1117）登陆海南岛前后降水非对称性的分析

利用NCEP 1 °×1 °再分析资料和卫星资料,以2011年强台风“纳沙”为例,分析了“纳沙”登陆海南岛前后的降水特征,并分析了“纳沙”周围TBB、湿度、水平风速和垂直速度在其路径两侧分布的不对称性,并从空间结构的分布上讨论了降水分布的可能成因。结果表明:登陆海南岛前后,“纳沙”的降水在其路径两侧的分布呈显著的不对称性,强降水主要集中在其路径左侧。“纳沙”除温度距平的分布较对称外,其它物理量在台风周围的空间结构均表现为显著的不对称性:（1）TBB,在路径左侧的强对流云系的强度和范围均比右侧大;（2）湿度,路径左侧的湿区范围比路径右侧大;（3）水平风速,台风位于海上和登陆时,路径右侧的最大风速比左侧强,台风登陆时其左右两侧最大风速相差20 m/s;在登陆前和登陆后路径右侧的相等大风速区范围比左侧大;（4）垂直速度,路径左侧的上升运动比右侧强,尤其在台风登陆时左侧的垂直上升速度比右侧大-2.4 Pa/s。通过对比上述物理量的非对称分布与降水分布可知,湿度可能是台风降水非对称分布的原因之一,而垂直速度可能是造成“纳沙”非对称降水的主要原因。另外,从垂直风切变作用进一步探究台风降水非对称性的形成机制,结果发现“纳沙”登陆前后的强降水均集中在顺切变方向及其左侧。垂直风切变可较好地解释路径左侧的强垂直上升运动和强降水区。此外海南岛的地形条件也导致“纳沙”在登陆期间海南岛西部的降水显著增加。      

1117号强台风“纳沙”触发玉林强降水分析

利用常规观测资料从环流形势、物理量场、卫星云图等方面对1117号强台风“纳沙”移动路径及其造成玉林强降水过程进行分析.结果发现:西太平洋副高强盛稳定是台风路径趋势稳定少变的主要原因.冷空气侵入、西南季风气流和副高西南侧东南气流的共同作用增强了台风暴雨.水汽通量散度负值区与降水区域有一定的对应关系,水汽通量散度梯度最大的区域对台风暴雨落区预报有一定的指示意义.低层辐合、高层辐散产生强烈的垂直上升运动,为强降雨的产生提供了有利条件,高层涡度最大负值出现的时段与玉林市降雨最强时段相对应.     

强台风“纳沙”外围环流引发佛山强雨带的成因分析

采用Micaps观测资料、广东省中尺度自动站及广州多普勒雷达资料,分析2011年登陆强台风"纳沙"外围环流引发的佛山市强降雨带成因。结果表明:副热带高压和冷空气共同作用使得"纳沙"稳定西北西行;在其外围环流影响下,佛山具备低层辐合、中高层辐散的有利动力抬升条件,同时南海到珠江口的水汽输送强烈并在珠江口西侧到粤西存在水汽通量辐合,而东路冷空气的入侵为强降水发生提供了触发机制。中尺度观测表明,对于浅薄的冷空气入侵,河谷地形作为气流通道的作用是明显的。该次过程就是在有利的环流背景下,冷空气经北江、东江河谷入侵,与珠江口北上的强盛东南暖湿气流交绥,形成地面中尺度辐合线,触发了强降水过程。     

登陆热带风暴“Bilis”维持和暴雨增幅与低纬水汽输送的关系及其数值试验

采用WRF中尺度数值模式、NCEP/NCAR再分析资料、地面加密观测资料和JMA最佳路径数据集对0604号强热带风暴“Bilis”的水汽输送特征进行诊断分析与数值模拟。结果表明,“Bilis”登陆后,一直与低纬水汽通道相联结,索马里和80～100 °E越赤道气流异常活跃,将大量水汽输送到“Bilis”环流中,有利于其在陆上长久维持并引发沿途暴雨增幅。对“Bilis”的维持过程进行数值模拟和水汽敏感性试验结果显示,低纬水汽输送的减弱不利于登陆热带风暴“Bilis”的维持和暴雨增幅,索马里和80～100 °E越赤道气流的持续水汽补充有助于“Bilis”环流在陆上长久维持,减少外界水汽尤其是索马里越赤道气流的水汽输送后,TC暴雨强度和范围衰减十分剧烈。来自低纬水汽输送减弱不利于热带风暴中的强对流活动,不利于“Bilis”获得能量长久维持,雨量也随之相应减少。      

1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因

通过对1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因进行回顾,同时基于美国NOAA HYSPLIT4模式,对“莫兰蒂”水汽来源进行轨迹聚类,针对不同路径来源的水汽在“莫兰蒂”浙江沿海降水中的贡献差异进行定量分析,结果表明:数值模式对“莫兰蒂”路径预报偏西、降水预报偏小,直接影响了主观预报服务中降水强度和落区的判断,而数值产品对中纬度环流作用和浙江沿海台风倒槽的预报出现偏差,同时对1616号台风“马勒卡”路径预报偏东,导致主观预报忽略了“莫兰蒂”与其他天气系统的相互作用,影响了对降水动力和水汽因子的判断,也是降水预报偏小的原因之一。“莫兰蒂”水汽输送有3支气流,分别来自东北、东南和偏南洋(海)面,后2支气流为主要水汽来源,浙北沿海以东南向水汽输送最重要,对水汽和降水贡献高达70%以上,表现出1616号台风“马勒卡”对“莫兰蒂”在浙北沿海降水的重要作用,而浙南沿海台风本体的偏南气流与“马勒卡”的东南气流的水汽输送作用相当。可见台风降水预报中,需要密切关注台风环流与其它天气系统以及双台风间的相互作用。      

云南两次局地暴雨过程水汽输送特征分析

采用常规观测资料、NCEP再分析资料,结合数值试验,对2012年5月24日和2015年9月27日云南两次局地暴雨过程水汽输送特征进行分析。结果表明：（1）两次过程主要受副热带高压影响,强降雨及其水汽输送伴随副热带高压西伸而中断,“5.24”过程动力条件主要由天气尺度系统提供,“9.27”过程动力条件主要为地形抬升作用;（2）两次过程水汽源地均为孟加拉湾、南海、西太平洋,“5.24”过程以西南路径水汽输送为主,输送距离较远,“9.27”过程以东南路径水汽输送为主,输送距离较短,局地特征更显著;（3）“9.27”过程水汽通量及最大雨量值均高于“5.24”过程,水汽通量与强降雨相关性较好,对强降雨具有一定指示意义;（4）两次过程水汽输送均集中在600hPa以下层,以经向偏南水汽输送为主,水汽输送增强时间较强降雨开始时间提前48～72h;（5）数值模拟结果与常规分析一致,同时可显示水汽垂直输送特征,低层以偏南路径为主,中层西南路径增多,中层以上出现偏西路径,存在沿西风带来自印度半岛及青藏高原的水汽贡献。     

热带风暴“Bilis”(0604)暴雨增幅前后的水汽输送轨迹路径模拟

采用水平分辨率1°×1°的NCEP 再分析资料、1°×1°的NCEP GDAS资料和2.5°×2.5°的NOAA大气环流资料, 结合NOAA HYSPLIT v4.8轨迹模式对0604号热带风暴“Bilis”整个生命史的水汽输送特征进行模拟分析, 并分析了“Bilis”暴雨增幅前和增幅后的水汽输送轨迹及不同来源的水汽贡献。结果表明, “Bilis”整个活动过程中主要有四支水汽输送通道, 分别是源自索马里、孟加拉湾、120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽, 其中源自索马里和孟加拉湾的西南水汽输送(偏南水汽通道)占主导地位, 120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽是西南水汽随着“Bilis”环流逆时针旋转, 自环流中心东北侧进入雨区(东北水汽通道), 是低压环流与偏南风相互作用的结果。其中, 偏南通道水汽大部分输送到850 hPa以下的低层, 自环流北侧输入的水汽则主要输送到暴雨区上空850 hPa以上。对比暴雨增幅前后各通道的水汽贡献率发现, 孟加拉湾西南气流输送的低纬水汽对此次暴雨增幅的形成、发展起重要作用。     

郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

两个不同季节台风引发广西特大暴雨的水汽和螺旋度对比分析

利用CMA热带气旋最佳路径数据、NCEP/NCAR再分析资料、广西区域自动气象站观测资料以及中国气象科学数据共享服务网提供的降水资料,对引发广西特大暴雨的深秋台风“海燕”(1330) 和盛夏台风“威马逊”(1409) 进行对比分析,结果表明:深秋季台风“海燕”特大暴雨中冷空气作用明显,而夏季台风“威马逊”则受西南季风影响较大。由于西南季风的作用,“威马逊”影响广西期间其水汽输送比“海燕”强,“海燕”则完全靠台风本身的水汽输送;而动力条件上,“海燕”则较“威马逊”强,表现为相对风暴螺旋度最大正值中心比“威马逊”大,同时广西上空的水汽辐合层厚度也比“威马逊”要厚得多。广西的降雨开始于东边界水汽输入达到最大值之后开始减小、南边界由水汽输出转为水汽输入且开始出现明显突增现象时,而最强降雨时段则发生在南边界水汽输入达到峰值的前后。相对风暴螺旋度正值中心与强降雨落区有很好的对应关系,并且有至少6 h的提前量,因此,相对风暴螺旋度在台风暴雨预报中可作为一个重要的参考因子。      

0604和0605号台风的数值模拟与暴雨成因对比分析

利用MM5模式对0604号强热带风暴“碧利斯”和0605号台风“格美”进行数值模拟和水汽、动力、热力学分析。分析结果表明,“碧利斯”与“格美”前期都没有与北方冷空气发生作用,后期前者受到西南季风槽的影响得到大量水汽能量补充,在台风路径左侧产生强降水,后者的水汽、动力和能量条件较差,在华南产生的降水相对弱一些,但在北方冷空气的影响下在黄河中下游部分地区造成洪涝灾害。     

郑州“7·20”极端暴雨的水汽输送特征

在亚洲中高纬度“两槽一脊”的稳定环流形势下,西北太平洋副热带高压和台风“烟花”“查帕卡”等共同作用,引导水汽在郑州地区辐合,导致2021年7月19—21日郑州地区出现降水极值超过800 mm的罕见极端暴雨(以下简称为“郑州“7·20”极端暴雨”),造成重大人员伤亡和财产损失。针对此次郑州“7·20”极端暴雨过程,采用HYSPLIT模式追踪其水汽来源和输送特征。结果表明:郑州“7·20”极端暴雨的水汽主要来自北太平洋西部和南海北部,北太平洋西部的水汽受西北太平洋副热带高压和台风“烟花”的共同影响,南海北部的水汽受台风“查帕卡”和“烟花”的共同影响。水汽主要在850 hPa以下高度输送,而来自南海北部的水汽在向北输送的过程中逐渐抬升,临近郑州地区时接近700 hPa。基于HYSPLIT后向追踪的水汽轨迹进行定量计算,得到来自北太平洋西部和南海北部的水汽贡献分别约占73%和27%。     

0509号台风"麦莎"进入山东前后水汽分布特征

通过对0509号台风“麦莎”进入山东前后云图和可降水量、比湿、水汽通量等反映水汽含量的物理量场分析,发现台风在移动过程中对应的水汽云团和水汽场都存在突然增强的现象。分析风场资料发现,对流层中低层的南风急流使向北的水汽通量增大,从而造成水汽的强辐合,引起水汽场的突然增强,也是云团增强的重要原因。