基于MTCSWA风场资料对西北太平洋热带气旋风场结构的气候统计特征研究

基于多平台热带气旋表面风场资料（MTCSWA）,研究了2007～2016年6～11月西北太平洋上不同尺度热带气旋（TC）的气候统计特征,TC各级风圈半径在不同象限的变化特征、风场结构的对称度及二者与强度变化之间的相关性。利用7级风圈半径与TC近中心最大持续风速（MSW）来定义TC的尺度和强度。结果表明,西北太平洋上TC的平均尺度为221.9 km,其中小TC平均尺度为96.4 km,大TC平均尺度为346.4 km。大TC活动位置的空间分布较小TC更为集中,整体活动范围较小TC偏北。TC尺度的峰值出现在8月和10月。在TC的风场结构中,7级、10级、12级风圈的平均半径分别为221.9、121.0、77.4 km。TC风圈的对称度的统计结果表明7级风圈的对称度最低,12级风圈的对称度最高。相关分析表明,在TC的生命史中,各级风圈半径与其强度存在一定的正相关关系,其中12级风圈半径与强度的相关性最低;对于同一风圈而言,在TC的不同发展阶段中,不同象限的风圈半径与强度的相关性不同。在TC的风场结构中,风圈的对称度与TC强度的相关性随着风圈强度的增强而减弱,只有7级风圈的对称度在TC的整个生命周期中表现出与TC强度之间的弱的正相关关系。     

热带气旋风圈统计及业务应用

利用2003—2019年的中央气象台台风实况报文资料,进行了统计分析,结果表明:7级风圈半径频率峰值集中在300 km左右,10级风圈半径为100 km左右,而12级风圈则在40 km左右;7、10、12级风圈半径的频率峰值分别对应着不同的风速,7级风圈频率峰值对应的风速介于28～40 m/s,10级介于35～50 m/s之间,12级介于42～52 m/s之间;各级风圈半径大小基本随热带气旋强度的增加而增加;在此基础上给出了业务中可供预报员参考的、不同台风风圈半径下各级风速对应的百分位风圈数值。     

西北太平洋热带气旋变性过程中的风及降水分布变化特征分析

利用中国气象局上海台风研究所（CMA/STI）整编的热带气旋最佳路径资料、美国飓风联合警报中心（JTWC）最佳路径资料、美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的全球多平台热带气旋风场资料（MTCSWA）和CMORPH降水资料、日本卫星云顶黑体辐射温度（T_BB）资料等,分析1987～2016年30年间西北太平洋228个变性热带气旋（ETTC）的活动规律、风与降水分布及其演变特征。结果表明:（1）ETTC年均7.6个,除1～2月,各月均有分布,峰值在9月。约90.4%的ETTC变性位置在30°N以北,仅约9.6%在30°N以南较低纬度,且多发生于春夏和秋冬交替季节。（2）TC（热带气旋）变性通常发生在其转向后,半数以上移速加快,大多数中心气压升高或维持,仅10.5%降低。（3）变性过程中ETTC近中心最大风速减小,最大风速半径增大,内核趋于松散。其34节风圈半径北侧明显大于南侧,风场结构非对称性增强。（4）ETTC强风和强降水呈显著非对称性分布,其强风区主要出现在ETTC中心东侧,即路径右后方;强降水区主要出现在北侧,且变性后在东北象限向外扩张。（5）较强的环境水平风垂直切变（VWS）是影响ETTC风及降水分布的重要因子。强降水主要出现在顺风切方向及其左侧,强风（去除TC移速时）出现在切变左侧。     

多平台热带气旋表面风场资料在台风结构分析中的应用

本文利用2007-2014年美国海洋和大气管理局的多平台热带气旋表面风场资料(Multiplatform Tropical Cyclone Surface Wind Analysis,MTCSWA)对西北太平洋和南海区域内共210个编号热带气旋进行了统计分析。结果表明,MTCSWA资料中的最大风速(V_(MAX))相较最佳路径强度偏弱10%~15%,对于较弱的台风存在一定的高估。最大风速半径(R_(MAX))与台风强度之间存在一定的线性关系且在不同区域具有不同的分布特征。由于R_(MAX)与台风的强度有关,对于强度达到强热带风暴以上级别的各个海区内台风其结构差异不明显,而对于强度较弱的台风(强热带风暴以下)其最大风速半径具有一定的区域分布差异。对台风各级风圈半径的分析结果显示:7级风圈半径通常是东部大于西部,而10和12级风区半径没有这种现象。利用MTCSWA的内核区高分辨率对1215号超强台风布拉万分析发现,在其内外眼墙置换过程中,内外眼墙之间的距离(R_2-R_1)逐渐减小,内眼墙的风速(V_1)逐渐减小,而外眼墙的风速(V_2)逐渐增加,且在此过程中伴随有台风强度的短暂波动。最后结合MTCSWA资料和数值预报讨论了一种台风结构参数的客观估计方法,其检验结果表明该方法对R_(MAX)和各级风圈半径均有一定的估计能力。     

珠江口海域热带气旋气候特征及最大风速计算

根据1949～2011年热带气旋路径资料,统计分析了影响珠江口海域的热带气旋气候特征,包括热带气旋频数、强度及路径趋向等特征,结果显示,在近63a间共有75个热带气旋样本影响珠江口海域,有3个年份出现多达4个热带气旋影响该海域;出现12级以上强风的台风样本约占总数的3成;热带气旋的移动方向以西北和偏西方向为主,约占总数的7成.分别采用x2检验和Колмогоров法对热带气旋样本频数及最大风速序列分别进行拟合适度检验,结果表明,影响珠江口海域的热带气旋最大风速服从Poisson-Gumbul复合极值分布,计算影响珠江口海域的热带气旋中心附近的概率风速,得到的50a一遇10min平均风速为51.1m.s-1,100a一遇10min平均风速为56.8m/s.     

台风眼壁及周围螺旋云带云属性垂直分布研究

选取2006—2010年间CloudSat监测到热带气旋中心的7个案例,利用CloudSat和其它A-Train卫星的反演数据,主要分析了台风眼壁及周围螺旋云带的云微物理属性的垂直分布并给出了初步的概念模型。结果表明,云中冰水分布在5 km以上高度。冰粒子等效半径随云高度增加呈减小趋势,大值区主要分布在5~10 km高度,7个热带气旋的最大值为171.7~226.6 μm;冰粒子数浓度随云高度增加呈增大趋势,大值区分布在13 km以上高度,7个热带气旋的最大值为550~2 148 个/l;冰水含量随云高度增加呈先增后减的趋势,大值区分布在8~15 km高度,7个热带气旋的最大值为986.0~4 009.0 mg/m3。云中液态水分布在0.5~9.0 km高度。液态水粒子等效半径大值区分布在3~9 km高度,7个热带气旋的最大值为19.1~29.4 μm;液态水粒子数浓度大值区分布在6 km以下高度,7个热带气旋的最大值为93~117 个/l;液态水含量大值区分布在5 km左右高度,7个热带气旋的最大值为659.0~2 029.0 mg/m3。台风或超强台风阶段,云体最大高度存在于台风眼壁,眼壁云高可达17~18 km;近地表降水率、冰水柱含量的高峰值大多存在于台风眼壁区域,其中眼壁区域的近地表降水率可超过20.0 mm/h,冰水柱含量可超过9.1 kg/m2。7个热带气旋的垂直降水率和液态水柱含量值分别小于11.3 mm/h和2.7 kg/m2。      

热带气旋自同化技术试验研究

针对数值预报初始场的热带气旋普遍偏弱,BOGUS技术不能提供气旋内部中小尺度结构信息的问题,提出了热带气旋自同化技术,利用初始场中的热带气旋风场和台风报文中的7级和10级风圈半径,构建人造热带气旋风场,并利用3维变分同化方法得到新的初始场。该方法的优点是在获得新的初始场中尽可能保留背景场中热带气旋的风场结构信息,同时又使气旋得到加强。从4个个例的72 h模拟试验结果表明,自同化方法取得了较好的效果,结果优于BDA方法。且该方法简单易行,具有一定的业务应用价值。     

登陆海南的热带气旋中尺度降水分布变化特征

利用每小时地面观测资料和卫星资料,以1996-2005年在海南岛登陆的热带气旋为研究对象,按照气旋移动路径将其分为4大类,从4类不同路径的7个个例分析揭示了登陆海南热带气旋降水的中尺度特征及其分布变化.结果表明,不同路径的热带气旋登陆前10个小时之内,中尺度强降水基本上分布于热带气旋中心附近;而热带气旋登陆后,中尺度强降水开始出现明显的"离心"或"偏心"特征.不同路径的热带气旋在登陆前后,其最大降水中心的强度变化也有明显差异.登陆前后,中尺度强降水基本均出现在气旋中心西南到东南侧100～200km内,表现出明显的南北不对称.个例分析也证明,热带气旋强降水在空间和时间上都具有明显的中尺度特征.     

近海热带气旋迅速加强的气候特征

根据我国近海热带气旋发生、发展的气候特点，规定12小时热带气旋中心附近最大风速增值≥10 m/s为迅速加强。通过1949～1990年近海发生迅速加强的84个热带气旋个例分析，阐述了迅速加强时段的时间分布、地区分布及迅速加强前后气象要素变化的气候特征。     

西北太平洋热带气旋快速增强阶段的风速分布特征

利用联合台风预警中心的最优路径（best-track）资料,筛选出西北太平洋地区快速增强和非快速增强两类热带气旋样本。利用美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的多平台热带气旋表面风分析资料,对比分析了两类样本的风速和涡度的分布特征。结果显示,快速增强的热带气旋样本通常结构更紧凑,最大风速较大,最大风速半径较小,台风内区的风速较大。在涡度上表现为快速增强热带气旋样本内区的涡度和涡度梯度较大。对两类样本进行t检验,结果显示两类样本内区的切向风差异明显,说明热带气旋的内区风速分布与其发展之间存在密切联系。其物理机制可能是:当存在较大的内区涡度梯度时,涡度隔离机制有利于对流单体向涡旋中心汇聚,此外较大的涡度意味着较大的惯性稳定度,有利于非绝热加热向热带气旋动能的转换,二者共同作用有利于热带气旋的快速发展。      

海南岛附近区域热带气旋低层风场的变化特征

利用1979~2015年JTWC(Joint Typhoon Warning Center)最佳路径资料(2001~2015年资料用于台风风圈结构分析)及ERA-interim(0.5°×0.5°)再分析数据,统计分析我国海南岛附近区域(15.5°N~23.5°N,106°E~116°E)热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)低层风场的变化特征。结果表明:(1)年均5.5个TC于4~12月主要以西偏北路径进入该区域,其中海南岛东南侧海域TC出现频率最高且强TC比例最多,而岛西北区域出现频率最低,强TC比例最少。(2)TC中心位于海南岛不同方位时,其外围低层风场分布具有不同的非对称特征,且大风出现比率也各有差异;TC中心位于海南岛上时出现大风比率最高,位于岛南侧时次之,位于岛北侧时最小。(3)该区域TC平均最大风速半径(RMW)为58.3 km;TC位于岛上时RMW最大,而位于岛西南侧最小。(4)TC近中心最大风速由海上向陆地急剧减小,其高值中心主要位于雷州半岛东侧及西侧海域。(5)研究区域内TC的34节风圈半径在TC环流的东侧大而西侧小,强TC大而弱TC小。(6)不同区域TC变形程度有所差异。平均而言,位于岛西南侧TC变形最大而位于岛东南侧时变形最小。     

A COMPOSITE STUDY OF RAINFALL ASYMMETRY OF TROPICAL CYCLONES AFTER MAKING LANDFALL IN GUANGDONG PROVINCE

Based on observed rainfall data, this study makes a composite analysis of rainfall asymmetry in tropical cyclones(TCs) after making landfall in Guangdong province(GD) during 1998—2015. There are 3.0 TCs per year on average making landfall in GD and west of GD(WGD) has the most landfall TCs. Most of TCs make landfall in June,July, August, and September at the intensities of TY, STS, and TS. On average, there is more rainfall in the southwest quadrant of TC in CGD(center of GD), WGD, and GD as a whole, and the maximum rainfall is located in the southwest near the TC center. The mean TC rainfall in the east of GD(EGD) leans to the eastern side of TC. The TC rainfall distributions in June, July, August, and September all lean to the southwest quadrant and the maximum rainfall is located in the southwest near the TC center. The same features are found in the mean rainfall of TD, TS, STS, TY,and STY. The maximum rainfall is mainly in the downshear of vertical wind shear. Vertical wind shear is probably the dominate factor that determines asymmetric rainfall distribution of TCs in GD. Storm motion has little connection with TC rainfall asymmetry in GD.     

Mean Structure of Tropical Cyclones Making Landfall in Mainland China

The mean kinematic and thermodynamic structures of tropical cyclones （TCs） making landfall in main-land China are examined by using sounding data from 1998 to 2009. It is found that TC landfall is usually accompanied with a decrease in low-level wind speed, an expansion of the radius of strong wind, weakening of the upper-level warm core, and drying of the mid-tropospheric air. On average, the warm core of the TCs dissipates 24 h after landfall. The height of the maximum low-level wind and the base of the stable layer both increase with the increased distance to the TC center;however, the former is always higher than the latter. In particular, an asymmetric structure of the TC after landfall is found. The kinematic and thermodynamic structures across various areas of TC circulation diff er, especially over the left-front and right-rear quadrants （relative to the direction of TC motion）. In the left-front quadrant, strong winds locate at a smaller radius, the upper-level temperature is warmer with the warm core extending into a deep layer, while the wet air occupies a shallow layer. In the right-rear quadrant, strong wind and wet air dwell in an area that is broader and deeper, and the warmest air is situated farther away from the TC center.     

最佳子集多元线性回归模型在热带气旋风圈变化预报中的应用

基于最佳路径（IBTrACS）数据集和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的再分析（ERA-Interim）数据,建立了西北太平洋上（Western North Pacific, WNP）热带气旋（Tropical Cyclone, TC）的七级风圈（R17）变化的最佳子集多元线性回归（bs-MLR）模型。首先根据2001～2014年6～11月TC初始半径（R_{17_0}）的第1～25、26～50、51～75、76～100个百分位点将TC分为4类,建立针对各类TC的bs-MLR模型,再利用2015年6～11月的全部TC对模型的预报效果进行检验。结果表明:对TC生命周期中任意时刻的未来12小时R17（R_{17_12}）进行预报时,当R_{17_0}小于92.6 km及R_{17_0} 在111.1～138.9 km范围内时,模型对于 R_{17_12}的趋势预报和大小预报均具有较好的效果;对TC生命周期中任意时刻未来24小时R17（R_{17_24}）进行预报时,当R_{17_0}在111.1～138.9 km范围内时,模式对R_{17_24}的趋势预报的效果较好。整体而言,bs-MLR模型对于R_{17_12}的预报准确性高于对R_{17_24}。     

我国登陆热带气旋引起的大陆地面风场分布

利用逐小时风速观测资料以及台风年鉴资料,分析了2008~2014年登陆我国大陆地区的51次热带气旋（TC）的地面风场分布特征,包括TC登陆期间大陆地面风场演变和大风分布特征、海岛站和内陆站的风速差异以及海拔对风力造成的影响等。结果表明:6级及以上大风主要发生在距离TC中心300 km内、TC强度达到台风（TY）以上时,并主要位于TC移动方向的右侧,尤其是右前象限;华南区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（Ⅰ类）造成,较大风速区包括广东西南部沿海、雷州半岛附近和海南西部沿岸;华东区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（Ⅱ类）造成,杭州湾出海口以及浙闽沿海是较大风速区;6级及以上大风广泛分布在华南和华东沿海,6~7级地面大风高频站主要位于杭州湾附近,8级及以上地面大风高频站点在杭州湾和福建沿海分布比广东西南部更为密集;TC登陆前后均可能造成大风,大风出现时间与站点至TC中心的距离密切相关;同等强度TC在海岛站造成的风速比陆地站更大,对高海拔站点造成的风力大于低海拔站点。本文研究结论对于TC大陆地面风场的预报具有一定参考价值。     

基于历史资料的热带气旋大风定点预报及检验

热带气旋是沿海地区最具破坏力的自然灾害之一。研究近海热带气旋对深圳三个重点港湾码头站的定量阵风预报。在前人研究的基础上,除了考虑热带气旋强度、热带气旋相对于气象台站的距离、方位角等热带气旋特性因素外,进一步详细分析了热带气旋尺寸对热带气旋引发重点区域的定点阵风预报影响。研究使用2014年以前的港湾码头站在热带气旋影响期间的小时极大风观测记录与各热带气旋特性因素建立预报模型,用2015—2018年的14个近海热带气旋对港湾码头站的小时极大风影响来检验预报模型的实用性。结果发现在进一步考虑了热带气旋尺寸因素对热带气旋引发定点大风影响后,预报模型可以精准地预报重点区域的最大阵风值,其预报结果可为行业气象风险评估提供有价值的参考。      

Impact of spectral nudging on the downscaling of tropical cyclones in regional climate simulations

This study investigated the simulations of three months of seasonal tropical cyclone (TC) activity over the western North Pacific using the Advanced Research WRF Model. In the control experiment (CTL), the TC frequency was considerably overestimated. Additionally, the tracks of some TCs tended to have larger radii of curvature and were shifted eastward. The large-scale environments of westerly monsoon flows and subtropical Pacific highs were unreasonably simulated. The overestimated frequency of TC formation was attributed to a strengthened westerly wind field in the southern quadrants of the TC center. In comparison with the experiment with the spectral nudging method, the strengthened wind speed was mainly modulated by large-scale flow that was greater than approximately 1000 km in the model domain. The spurious formation and undesirable tracks of TCs in the CTL were considerably improved by reproducing realistic large-scale atmospheric monsoon circulation with substantial adjustment between large-scale flow in the model domain and large-scale boundary forcing modified by the spectral nudging method. The realistic monsoon circulation took a vital role in simulating realistic TCs. It revealed that, in the downscaling from large-scale fields for regional climate simulations, scale interaction between model-generated regional features and forced large-scale fields should be considered, and spectral nudging is a desirable method in the downscaling method.     

登陆台湾岛热带气旋强度和结构变化的统计分析

利用1949—2008年共60年的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》资料及CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,2001—2008年美国联合台风警报中心(JTWC)热带气旋尺度相关资料及日本气象厅(JMA)的TBB资料,统计分析西北太平洋(包括南海)热带气旋(TC)在登陆台湾过程中强度和结构变化的基本特征,主要结论有:(1)TC登陆台湾时强度为台风及以上级别的样本数占总样本数约60%,主要出现在6—9月,东部登陆TC的强度一般比在西部登陆的强;(2)大部分TC在岛上维持6 h左右,登陆时最大风速≤5级和强度为超强台风的TC穿越台湾岛时移动比较缓慢;(3)126个登陆台湾的TC样本过岛后近中心海平面气压平均增加5.61 hPa,近中心最大风速平均减小3.58 m/s,在台湾东部地区登陆TC的衰减率比在西部登陆的大3倍左右;(4)TC在登陆台湾前6 h至离岛后6 h期间其8级和10级风圈半径均明显减小,TC形状略呈长轴为NE-SW向的椭圆状,而其最大风速的半径却逐渐增大;(5)TBB分析结果显示,TC登陆台湾前,其外围对流主要出现在南侧和西侧,结构不对称,登陆以后,TC北部及东部的对流显著发展,外围结构区域对称;但中心附近的强对流则从登陆前6 h开始逐渐减弱消失。表明TC穿越台湾过程中内核结构松散、强度减弱。