台风Chanchu（0601）强度日变化特征分析

利用非静力中尺度模式WRF模拟了台风Chanchu（0601）,模式再现了台风Chanchu的路径、强度及结构。利用模式资料分析了台风Chanchu发展增强过程中其流出层和流入层风速的日变化特征、造成该日变化特征的机制及其对台风强度的影响。分析表明:台风Chanchu流出层和流入层的风速均存在显著的日变化特征,表现在低层径向入流和高层径向出流在夜间至清晨明显增强,在白天增加缓慢;切向风变化趋势同径向风类似,位相较径向风落后约6 h。通过对比夜间和白天云顶温度（CTT）和垂直速度频率（CFADS）的分布,发现夜间对流较白天更加活跃,这与夜间云顶冷却所导致的静力稳定度降低有关。利用切向风倾向方程进行收支分析,结果显示太阳辐射日变化通过调节对流日变化,引起高低层径向气流的日变化,进而造成切向风速的日变化,从而影响台风强度,在一定程度上揭示了日变化对台风强度变化的指示意义。      

台风Chanchu(0601)变性过程中的强度变化及环境场分析

利用非静力中尺度WRF模式模拟的台风Chanchu(0601)的输出资料,探讨了Chanchu减弱变性过程的强度及结构变化。分析结果表明:在台风Chanchu北移过程中,高层的暖心被破坏,强度快速减弱,眼壁对流发展高度降低,眼壁对流由对称结构演变为非对称,内核对流减弱。此减弱变性过程与惯性稳定度减小、垂直风切变增强、低层锋生等环境要素有关。惯性稳定度与台风强度变化一致,随着惯性稳定度降低,最大切向风减弱并不断外扩,Rossby变形半径增大从而潜热释放不集中难以维持台风强度,台风减弱;同时,内核区的高层暖心更易径向频散,从而高层暖心难以维持;环境的垂直风切变增强使台风的斜压性增强,台风垂直结构的倾斜度增大,对流发展高度降低;低层冷空气侵入台风中心趋于填塞,也利于台风强度减弱;台风登陆以后冷暖空气对比导致的锋生使得不稳定能量释放从而重新加强了Chanchu环流内的中低层对流活动,但较台风最强时刻而言对流强度减弱。总体减少的对流和降低的对流高度,导致潜热能释放减小,其向心输送也减少,不足以维持强暖心结构,最终使得台风减弱并变性。      

Chanchu台风(0601)精细结构中的熵流特征分析

在耗散结构理论的基础上,根据热力学第二定律推导出了熵平衡方程。利用高分辨率模式输出资料通过对比Chanchu台风(0601)螺旋雨带上游、中游和下游及眼壁附近不同区域对流单体和熵流分布情况,揭示出负熵流值与台风的强对流单体有密切联系。基于负熵流与台风精细结构的配置分析,研究中尺度范围内熵流随Chanchu台风发生、发展、消亡各阶段的演变特征。分析表明,对流单体在从雨带上游至下游的演变过程中,熵流分布特征也会发生相应的变化,强对流单体与负熵流大值区相对应;当对流单体减弱,负熵流也随之减弱;当单体最后合并并汇入眼墙时,负熵流彼此合并旋入眼墙,有助于眼墙中深厚对流的维持和发展;此外,负熵流对于Chanchu台风在各发展阶段的强度变化也有一定的指示意义,揭示了负熵流对大气系统的组织化作用。      

基于天津255m气象塔对近年天津近地面风和气温变化特征的研究

通过分析2010—2018年天津气象塔风、温度资料,对近年来天津城市边界层粗糙度、大气稳定度和逆温特征进行研究。结果表明:随着城市发展,气象塔周边各方向粗糙度和零平面位移明显增高,气象塔周边建筑物对80 m高度以下风场的影响较为明显。受湍流强度日变化影响,各季节中气象塔高层和低层风速日变化特征差异明显。通过温差-风速法计算大气稳定度发现稳定类层结多出现在秋冬季的夜间,稳定层结条件下逆温情况多发,其逆温强度、逆温层厚度和贴地逆温比例也明显高于不稳定和中性层结。天津城市热岛强度的时间分布表现出夜间强于白天,秋冬季强于春夏季的特征。城市热岛强度与大气稳定度时间分布具有一定相关性。     

塔中秋冬季大气稳定度频率分布

采用温度梯度法、理查逊数法、总体理查逊数法分别分析塔中地区秋、冬季的大气稳定度的差异以及大气稳定度的分布频率特征.结果表明:不同的方法对大气稳定度的计算结果有很大影响,采用Ri法和BRi法能够较好的反映塔中秋冬季大气稳定度的变化;塔中秋、冬季大气层结以稳定层结为主,不稳定层结出现频率次之,中性层结出现的频率最小;秋季、冬季稳定度频率有一定差异,秋季中性层结、稳定层结频率小于冬季,不稳定层结大于冬季.     

塔中秋冬季大气稳定度频率分布特征

采用温度梯度法、理查逊数法、总体理查逊数法分别分析塔中地区秋、冬季的大气稳定度的差异以及大气稳定度的分布频率特征。结果表明:不同的方法对大气稳定度的计算结果有很大影响,采用Ri法和BRi法能够较好的反映塔中秋冬季大气稳定度的变化;塔中秋、冬季大气层结以稳定层结为主,不稳定层结出现频率次之,中性层结出现的频率最小;秋季、冬季稳定度频率有一定差异,秋季中性层结、稳定层结频率小于冬季,不稳定层结大于冬季。     

西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较

比较分析中国气象局(CMA)、美国台风联合警报中心(JTWC)和日本RSMC Tokyo台风中心(JMA)台风资料频次的年际、年代际变化和周期变化特征,结果表明,不同资料中心的热带气旋(TC)、台风(TS强度及以上的TC)生成数的气候值存在一定的差异,热带气旋生成数的差异较为明显,台风生成数的差异相对要小,CMA资料中热带气旋、台风生成数相对偏多;CMA与JTWC间热带气旋生成数年际间变化差异显著而难以忽略,其差异主要来自TD生成数的明显不同;三个中心关于台风生成数的一致性比较好,其中JMA台风资料与另外两个中心资料间的一致更好;CMA与JTWC西北太平洋热带气旋生成数的周期变化间无明显差异,但年代际间变化有明显差异,主要表现为1990年代的反位相;台风生成数资料可能在1960年代后期存在非均一性。     

福建沿海区域大气稳定度分类方法对比研究

利用福建沿海某个厂址所建的100 m气象铁塔观测数据,采用2018年1月1日至2018年12月31日塔层所获取的风向、风速、温度的观测资料以及地面站太阳辐射表观测的总辐射值和净辐射值,用太阳辐射法、温度梯度法、温度梯度—风速法、理查逊数法计算大气的稳定度。从观测区域各类稳定度结果四季的分布、各类稳定度频率的日变化和不同来流情况下各类稳定度的分布三个方面,分析了这四种方法在该地区稳定度分类结果的不同。鉴于该区域日间辐射强、低层风速值较小的特点,四种分类方法中以温度梯度—风速法和理查逊数法对本区域大气稳定度的划分适用性比较好。     

北京地区气溶胶粒度谱分布初步研究

本文对北京地区气溶胶数浓度及其诸分布特征进行了初步研究。重点探讨了气溶胶数浓度分布与相对湿度的关系。研究结果表明，气溶胶浓度和谱分布存在明显的日变化和逐日变化，并在很大程度上受空气相对湿度和理查森数影响。     

非均匀层结与台风的发展及移动

本文通过对8607号和8114号二个强度、路径均不同的台风的分析,发现层结稳定度(N~2)(N~2=g(dlnθ)/θ)的水平变化对台风的强度和路径关系密切。台风一般总是朝层结稳定度小的区域移动,层结稳定度小值区有利于台风加强。这对预报台风强度和路径有一定指示作用。     

辐射对高原涡形成和发展影响的模拟研究

已有研究表明辐射对热带气旋发生发展具有明显调制作用,高原涡与热带气旋有类似的暖心低压结构,辐射在高原涡发生发展过程中的作用也值得探讨。本文利用ERA-Interim再分析资料,通过中尺度数值模式WRF-ARW研究了辐射日变化对高原涡个例发展的影响机制。模拟结果表明,太阳短波辐射对高原涡的发生发展具有明显的调制作用。控制试验（CTL;即保留太阳辐射日变化）较好的再现了高原涡的发展过程。在去掉短波辐射过程的夜间试验（All_night）中,前期高原涡发展速度较快。而在白天（All_day）试验中,短波辐射过程抑制了高原涡的发展。诊断分析表明,夜间长波辐射冷却加强对流层温度递减率,减弱大气静力稳定度;同时,大气温度的降低使得夜间相对湿度增大,有利于对流层低层出现位势不稳定,进而促使高原涡的形成和发展。反之,太阳短波辐射有利于对流层高层增温,加强大气静力稳定度,从而抑制对流活动发展。夜间低层辐合更为强盛,有利于上升运动的加强并诱发高原涡形成;非平衡项结果显示,在高原涡环流中心区域存在正值区,而低涡四周为明显的负值区。从动力学和热力学特征来看,高原涡的发展与热带气旋具有一定的相似性。     

Simulation of formation of a near-equatorial typhoon Vamei (2001)

Summary A community mesoscale model is used to simulate and understand processes that led to the formation and intensification of the near-equatorial typhoon Vamei that formed in the South China Sea in December, 2001. The simulated typhoon resembles the observed in that it had a short lifetime and a small size, formed near the equator (south of 2° N), and reached category-one intensity. The formation involved the interactions between the scales of the background cyclonic circulation (the Borneo Vortex of order ∼100 km) and of mesoscale convective vortices (MCVs, in the order ∼10 km). Before tropical cyclone formation MCVs formed along a convergent, horizontal shear vorticity line on the eastern edge of an exceptionally strong monsoonal northerly wind surge. The typhoon genesis is marked by three rapid intensification periods, which are associated with the rapid growth of potential vorticity (PV). A vorticity budget analysis reveals that the increases in low-level vorticity during the rapid intensification periods are attributed to enhanced horizontal vorticity fluxes into the storm core. The increase of the horizontal vorticity flux is associated with the merging of areas of high PV associated with MCVs into the storm core as they are advected by background cyclonic flows. The increases in PV at upper levels are associated with the evaporation of upper level stratiform precipitation and increases of vertical potential temperature gradient below the maximum stratiform cloud layer. It appears that two key sources of PV at upper and lower levels are crucial for the build up of high PV and a deepening of a cyclonic layer throughout the troposphere.     

利用FY-3星载微波资料对热带气旋云系和暖核特征的分析

介绍了中国FY-3系列卫星搭载的微波遥感仪器性能特点,以“1109”超强台风“梅花”为研究个例.通过微波湿度计单通道微波图像和微波成像仪双极化通道散点图,分析了台风云系中云雨粒子对遥感通道辐射的吸收和散射效应,揭示了台风在微波图像上表现形式的内在物理原因.利用微波向量辐射传输模式的模拟表明:微波温度计各氧气吸收通道对热带气旋系统水汽和水凝物含量变化的敏感性不大.因此,可利用权重函数峰值位于对流层中上层的通道3,探测出台风暖核辐射信息.根据两者相匹配的5个较理想时次数据,选取距“梅花”中心400 km范围为研究区域,并提出用于修正扫描点分辨率不均匀所带来取样偏差的方法,分别计算出订正临边效应后的暖核强度,发现它同表征台风强度的中心海平面气压变化趋势相一致.     

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.     

南海台风Vongfong(2002)登陆前后内核结构和近海加强原因的数值模拟研究

利用6 km细网格区域的显式模拟结果分析了Vongfong(2002)的内核结构;对Vongfong近海加强的动力学机制进行了研究.结果表明:(1) 轴对称性结构中,Vongfong最大风速半径(RMW)在强盛期随高度递减.Vongfong在近海时,低层最强的流入在其移行的前方,而流出区在其后方.这些特征与大西洋飓风和西太平洋台风相反.(2) 动力场和热力场都有明显的不对称结构.在强盛期,对流西北强、东南弱;强对流云带与最大风速区的位置一致.在加强期,低层西冷东暖、中高层西暖东冷;到强盛期,低层和中高层都有明显的暖心结构.(3) 中纬度中上层冷低压系统和台风的相互作用是Vongfong近海加强的重要原因.①由于冷低压系统外围的冷空气从西北侧进入台风的中层,低层有暖湿空气配合,使得位势不稳定能量增加,对流发展.②因为冷低压中心的下沉气流正是二级环流的下沉支,冷低压南移填塞,台风近海加强.两个方面最终通过CISK(第二类条件不稳定)机制来实现.     

Development of an eye-wall like structure in a tropical cyclone model simulation

Structural changes during the intensification of a tropical storm into a hurricane in a numerical simulation are examined. A 10 layer primitive equation model that employs a horizontal grid spacing of 20 km over 4400 × 4400 km area is integrated. An elongated band in vertical motion over the storm area intensifies slowly during the first few hours. In the upper troposphere high pressures arise due to condensational heating. Between 8–12 h strong outflow winds develop in the upper troposphere due to the increased pressure gradients. Strong divergence occurs in the outflow wind region, and a large increase in the vertical motion, condensational heating and intensification rate of the storm ensues. Between 12–24 h the elongated band of the storm stage transforms into an eye-wall like structure, and the tropical storm intensifies into a hurricane. Regions with negative moist potential vorticity appear in the high troposphere. Widening of area of condensation and slanting of the convergence area occurs with height in the high level negative moist potential vorticity regions. Results suggest that the formation of anvil clouds in some cases may be due to the development of slantwise convection on the outer periphery of a hurricane's eye-wall.     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF THE INNER-CORE STRUCTURES AND THE MECHANISM FOR INSHORE STRENGTHENING OF SOUTH CHINA SEA TYPHOON VONGFONG (0214) DURING LANDFALL

An explicit simulation with a fine mesh at intervals of 6 km is used to explore the inner-core structures of Vongfong (0214). The dynamic mechanism for the inshore strengthening of Vongfong is examined. It is found as follows. (1) The radius of maximum wind of the axisymmetric structures of the typhoon decreased with height during its mature stage. When Vongfong was inshore, the strongest low-layer inflow located in front of it and the outflow was to the rear of it, which was just reversed from the Atlantic hurricanes and other Pacific typhoons. (2) The dynamic and thermodynamic fields were highly asymmetric in structure. Convection was stronger in the northwest quadrant of the typhoon than in the southeast; the strongest convective cloud bands were consistent with the maximum wind region. During its strengthening stage, it was cold west of and warm east of the eye in the lower layer but warm in the west and cold in the east of the mid-upper layer. During its mature stage, a warm-core structure was evident in the lower and middle-upper layer. (3) The interactions between a mid-latitude cold low in the middle-upper troposphere and the typhoon were responsible for the latter to strengthen inshore. Firstly, the outer circulation of the cold low entered the typhoon from the middle troposphere when an outer cold airflow from the cold low flowed into the northwest quadrant of the typhoon so that geopotentially instable energy increased and convection developed. Secondly, the downdraft in the cold low was just the corresponding branch of the secondary circulation of the typhoon system; when the cold low weakened while moving south, the typhoon strengthened inshore. Due to the CISK mechanism, these two phenomena might be realized.     

一个内陆台风的湿有效能量分析

该文利用新给出的公式计算了1981年第8号台风各个时段的湿有效能量(MAE)及其三个分量。结果发现:台风系统是一个高能体，温带气旋阶段系统的MAE比热带台风阶段的MAE大。MAE的变化主要是由于它的正压分量和斜压分量变化引起；在系统降水的不同阶段表现出不同的能量特征。台风暴雨的形成主要靠消耗MAE的斜压分量和对流层下层的层结分量能量。     

超强台风 “桑美” (2006) 近海急剧增强过程数值模拟试验

应用PSU/NCAR非静力平衡中尺度模式MM5 (V3.5) 设计试验方案, 对超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的急剧增强和减弱过程进行数值模拟研究, 模式较好地再现了台风的路径和强度变化; 通过地形敏感性试验, 着重研究了地形对近海台风强度变化的影响。结果表明: (1) “桑美” 强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系, 当南亚高压和副热带高压减弱时, 台风急剧增强; 台风中心附近对流层高层辐散的增强导致 “桑美” 急剧增强, 对流层中低层辐散的增强以及中层辐合的增大与 “桑美” 的减弱密切相关; 来自海洋的暖湿气流是 “桑美” 发展的关键条件; 低层气旋性涡旋并入台风环流是 “桑美” 近海急剧增强的重要原因。 (2) 凝结加热过程对 “桑美” 的近海维持和发展增强非常重要, 尤其是对流层中上层凝结潜热的突然增强有利于台风在近海的急剧增强。 (3) 小范围地形对 “桑美” 在近海的强度和路径有一定影响, 但作用相对较小, 而且主要表现在台风登陆前后; 大范围地形导致水平风场的非对称分布和台风中心附近垂直运动的异常, 最终影响到台风的强度变化。