一种适于较强台风的切向风廓线方案及其对异常台风路径的数值模拟研究

针对现今台风数值预报中强热带气旋切向风廓线设计上的困难，提出了一种利用台风报告中7级风和10级风的半径来确定台风切向风廓线的方法。它既可反映真实台风外围结构又避免了强风速切变问题。该方案有可能改进台风尤其是异常路径台风的预报效果，具有广阔的业务应用前景。     

一种台风海面非对称风场的构造方法

针对台风数值预报中由于采用对称模型而导致预报误差的现实，通过引入非对称分布的台风最大风速、最大风速半径等因子，在得到台风报告中7级风和10级风的半径的基础上，利用最佳权系数方案来得到非对称的台风外围风速分布因子，从而对Chan and Williams 1987年提出的切向风廓线方案进行改造，进而得到了台风海面非对称风场的计算式。检验表明，该方法能够描述台风海面风场的非对称分布，具有较好的应用前景。     

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。     

切向风速水平廓线对台风路径和强度的影响

用一个β平面的准地转模式和一个高分辨率的f平面准地转模式，实施了6组试验，研究了初始台风切向风速水平廓线对台风路径和强度的影响。结果表明：切向风速峰值区狭窄，最大风速半径较小的廓线，与偏西北方向的路径以及强度维持或增强相对应；峰值区宽平，最大风速半径较大的廓线，与北折转向的路径以及强度衰减相对应。     

不同集合预报产品对1907号台风“韦帕”的检验

采用3种集合预报模式产品(TRAMS-EPS、EC-EPS、NCEP-EPS),对比分析2019年7月31日12:00(世界时)起报的1907号台风"韦帕"的预报效果,结果表明:(1)在台风路径预报方面,TRAMS-EPS较EC-EPS和NCEP-EPS具有一定的优势,但在较长预报时效(66～72 h)以及台风生命史的预报上,EC-EPS相对更好,而NCEP-EPS在3种模式中表现总体较差;(2)在强度预报方面,3种集合预报产品普遍存在强度偏弱的情况;总体来看EC-EPS的误差在大部分预报时效都较小,TRAMS-EPS在12～30 h时效上误差最小;(3)在结构预报方面,TRAMS-EPS的成员预报离散度最大,并且预报的半径(最大风速半径、8、7、6级)相对偏大,EC-EPS最大风速半径的集合离散度最小,同时8和7级风圈半径同实况最为接近;NCEP-EPS对台风强度的预报明显较其他两家偏弱;3种模式对6级风圈半径都有一定程度的高估。     

涡旋结构和环境场对台风“黑格比”（2020）强度变化的影响

为进一步认识影响台风强度预报的因素,提升对台风最大强度预报的能力,利用高精度集合模拟试验对2020年第4号台风“黑格比”的发展增强过程进行了分析,探讨了初期涡旋和大尺度环境背景对台风最大强度的影响。结果表明：描述初期台风涡旋特征的10 m最大轴对称切向风、最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流以及涡旋的丰满度均与台风最大强度有较好的相关：最大轴对称切向风能够更早且更准确地指示台风最大强度;最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流越强,其伴随的向台风内核区输入的角动量越大,台风的最大强度也越强;初期台风涡旋的丰满度与最大强度的相关远高于外围风圈和最大风速半径与最大强度的相关,意味着对于小台风“黑格比”而言,只要初期涡旋丰满度大,其最大强度也会很强。“黑格比”的最大强度与其西侧“森拉克”台风和东侧副热带高压也密切相关,若这两者都偏强,不仅使得“黑格比”引导气流的向北分量偏强,导致台风快速北移受到干空气影响,还会使得“黑格比”的环境风垂直切变增大,不利于台风达到更强的最大强度。对于这类台风而言,初始涡旋结构和邻近台风及副热带高压的准确描述是提高台风最大强度预报能力的重要前提...     

“天鹅”台风风场结构特征

为了进一步认识台风的动力结构特点,利用组网天气雷达产品三维格点反射率因子资料与两步变分法反演出三维风场,对2009年第7号台风天鹅风场结构做了分析,结果表明：两步变分法较好地反演出“天鹅”台风的水平环流结构;在4km高度上,最大风圈半径内,平均切向风速接近Rankine涡旋模型,通过拟合该高度上最大风圈半径上的切向速度...     

人造台风模型中三维风场的改进及敏感性模拟研究

对MM5的人造台风风场方案进行了分析,并引入台风移速、移向、摩擦等客观因素构造非对称切向风场,尝试选择合理的径向风方案,并考虑风场垂直结构,改进出三维非对称台风风场模型.通过对"云娜"台风模式初始场的对比发现,径向风及高空反气旋环流的引入突出了台风的基本特征,与观测事实相接近.最后进行敏感性数值模拟,通过比较台风路径及移速、海平面气压、最大风速等模拟要素,结果表明:改进后的台风模型通过订正初始场,对台风路径及强度预报效果的提高也有正效应.     

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。     

2006年超级台风“桑美”强度与结构变化的数值模拟研究

使用一个高分辨率、非静力数值模式WRF模式对2006年超级台风Saomei强度和结构进行了数值模拟研究.首先,评估了Makin的粗糙度长度公式对台风Saomei强度和结构变化的影响,结果表明,采用新参数后,使得模拟的台风强度变化与实况最佳路径资料的强度变化更一致,对超级台风Saomei强度预报有改进;但对台风路径的影响不大.通过QuikSCAT、雷达和TRMM非常规资料的验证,进一步表明模拟的台风Saomei的结构与实况很接近,可以再现台风内核区域的部分"双眼墙"和"Annular"结构.其次,通过对台风Saomei边界层过程模拟的改进,表明在平均风速大于40 m/s时边界层各物理量明显改善,使得模式最大强度比传统的简单外推插值方案有显著改进,特别是在台风最强阶段,当台风Saomei眼墙区域的海表面拖曳系数C_d的相对变小,使得其眼墙区域的平均切向风速、径向风速、垂直风速、温度距平、涡旋动能和绝对角动量等物理量均有增强.表明台风Saomei眼墙氏域(20-40 km)各物理量的贡献对其强度和结构变化的影响十分重要.最后,在此基础上进一步分析模式海温和大尺度环境垂直风切变对台风Saomei强度和结构变化的可能影响,讨论了台风Saomei在其增强和消弱阶段中,大尺度环境垂直风切变对其强度变化的负反馈作用.     

IMPROVED SCHEME OF AXISYMMETRIC TYPHOON BOGUS MODEL AND ITS IMPACT ON NUMERICAL SIMULATION OF TYPHOON NOCKTEN （NO.0405）

There is distinct difference in the tangential wind profile between different typhoons in the western North Pacific. At present, only two parameters, maximum wind and radius of maximum wind, are used in NCAR-AFWA bogus for MM5 mesoscale numerical model. As a result, sometimes the outer structure of typhoon cannot be described accurately. The tangential wind profile of NCAR-AFWA bogus is improved by introducing radii of 25.7 m/s and 15.4 m/s, and then the track and intensity of Typhoon Nockten (No.0425) are simulated. The results show that the simulations of track and intensity of typhoon both have been improved by simultaneously introducing the radii in the tangential wind profile of typhoon bogus. At the same time, there is improvement in the gale wind range of the typhoon simulated.     

8616号(WAYNE)台风非对称研究

本文利用西沙群岛、东沙群岛、南海沿岸陆地及船舶等探空资料和航空、卫星、地面雷达等天气报告资料,对8616号台风的动力学特征进行了计算和分析。结果表明,该台风风速分布不对称,气旋性最大切向风位于台风右前象限,风速的垂直切变随台风的加强而减弱。最强的流入位于台风南半圆300hPa以下,流入最大值在700hPa附近。高层最强的反气旋流出在150—100hPa,流出主要位于台风北半圆。此外,该台风的垂直运动分布与台风的发展及所处的位置有密切的关系。      

A METHOD OF ESTIMATING TYPHOON CENTRAL WIND BASED ON SEA LEVEL PRESSURE OF THE TYPHOON YEARBOOK OF CHINA

Based on the Typhoon Yearbook data (1980–2000), some wind-pressure fitting relationships were established for different typhoon intensity at the different latitudes of the western North Pacific. As shown in validations with the 2001-2005 data, the relationships (namely, those between minimum sea level pressure (SLP) and maximum sustained wind near a typhoon center) are stable. They may be applied to correct the overestimated typhoon wind speeds in earlier years (1950–1979). Statistical analysis showed that the stronger the typhoon, the more stable this wind-pressure relationship is. Moreover, it is more stable at the lower latitude belt (10°N–30°N). On the basis of this result, a methodology of correcting typhoon’s wind speeds and frequency in these years was put forward, and the climatological series were reconstructed of yearly total typhoon frequencies over the western North Pacific in 1950-1979 and indices were determined of destructive power of typhoons in the offshore regions of China.     

特大眼台风Winnie（1997）的高分辨率数 值模拟

台风Winnie 1997的眼直径为370 km,是有观测以来发现的最大台风眼之一。应用Penn State/NCAR高分辨率中尺度模式MM5,成功地模拟了Winnie的路径、强度、台风眼及其双眼壁结构。由此根据模式输出结果分析了台风眼及内外眼壁附近的流场和热力场特征。发现Winnie台风的眼壁及其周围风场都显示了明显的非对称性结构。Winnie的外眼壁对应一个极大风速环,也是暖湿环和正涡度环。内眼壁对应一个次极大风速环、暖湿环。上升运动控制整个内眼壁和海平面2 km以上的外眼壁区域,下沉运动则控制眼区和内外眼壁之间。径向入流集中在外眼壁和内外眼壁之间的边界层,流出则位于外眼壁的对流层中上层。     

拖曳系数参数化方案对工程台风模拟风场的影响研究

基于台风边界层的最新观测和研究成果,提出了最大风速半径、边界层风速比、拖曳系数等关键参数的经验方案,并依据垂直平均水平运动方程,建立适用于西北太平洋的工程台风风场模型,最高分辨率为2 km。通过理想试验,验证了所建模型的合理性,并重点关注模拟风场对拖曳系数参数化方案的敏感性。结果表明,不同拖曳系数参数化方案（增长型、饱和型、下降型）对强台风内核区的风场模拟有显著影响,但对最大风速的模拟影响不大。为验证所建模型对实际西北太平洋台风的适用性,选取台风“海葵”（1211）进行个例试验,得到最大风速的平均误差为-0.36 m/s,均方根误差为2.22 m/s。进一步选取我国沿海6个受“海葵”影响的测站,进行模拟风向、风速与观测的对比分析,发现所建台风风场模型能很好地模拟出台风影响过程中的风向转变,但各测站的风速均方根误差在1.61~6.92 m/s之间。较大的风速误差主要出现在位于台风中心附近的测站,意味着我国沿海复杂地形对台风的衰减作用在模型中考虑不足,是未来的改进方向。      

国家气象中心区域台风模式预报性能分析

为了更好发挥区域台风模式GRAPES_TYM在业务预报中的参考作用,利用2017年GRAPES_TYM升级版本对2014—2016年的回算结果同美国国家环境预报中心的全球模式（NCEP-GFS）以及欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的中期预报模式(EC-IFS)进行了对比分析。结果显示:两个全球模式的预报路径平均误差小于区域台风模式GRAPES_TYM的平均路径误差;GRAPES_TYM和NCEP-GFS的路径预报均存在明显的移向正偏差,EC-IFS移向偏差不明显;GRAPES_TYM对我国近海登陆的热带气旋120 h路径预报误差小于NCEP全球模式,同ECMWF差别不大;区域模式的强度（近地面最大风速）预报平均误差在72 h前小于两个全球模式,而三个模式在强度预报上存在明显负偏差,负偏差主要存在于25 °N以南（这一区域为强台风和超强台风主要区域）。      

台风网格风场主客观融合技术的应用及评估

针对实际预报工作中,台风主观预报和模式风场客观预报不一致的问题,基于南海台风模式(CMATRAMS)资料、实时台风主观预报资料,采用一种考虑下垫面作用的动力解释应用方法TCwind,得到了能较合理描述台风风场的数学方程组,结合网格预报技术,进行台风主观预报和模式风场的主客观融合,实现了台风风场预报的订正,能为网格预报提供有效辅助。以实时台风主观预报为评判标准,检验评估了2018—2019年西北太平洋所有台风的融合订正效果,发现订正后的台风风场中心能较准确地向主观路径预报调整;台风中心附近最大风速相较模式显著增强,趋近主观强度预报;台风环流风速比模式原始风速增大,风场结构分布相比模式原始风场也更合理。      

台风“温比亚”停滞少动及转向机理探究

2018年1818号台风“温比亚”进入河南后停滞少动,移向有多次改变,累计在河南省境内滞留长达40小时,造成河南省东部历史罕见的极端暴雨天气。利用高空探测、地面观测、NCEP 1 °×1 °再分析等资料及中央气象台台风定位数据,对“温比亚”登陆进入河南境内后停滞少动及转向机理做详细诊断分析,结果显示:台风低压处在100 hPa高压带中的弱风区里,低层受高压带“包裹”或阻挡,低压缓行或停滞。200 hPa低压附近有风速辐合时,低压移速减慢,反之则加速,低压下游的风向对其移动方向有很好的指示意义。低压周围合成风场显示,北侧偏东风远大于南侧偏西风时,低压西行;东侧南风大于西侧北风时,低压北行;低压周围风场对称分布时,低压停滞;当非对称逐渐加强时,移向转为大风速轴的方向。500 hPa台风低压中心附近最大U、V风风速演变表明,北侧东风逐渐减小,西行低压移速随之变慢;东西风速差及南北风速差均减小到最小值且基本相当时,低压先停滞后转向,而后随着反方向风速的逐渐增大,低压沿着合动量方向移动。584 dagpm与588 dagpm之间风向与低压移动方向有很好的相关性。      

台湾岛邻近海域台风浪模拟分析

本文概略介绍了目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN（SimulationWavesNearshore）及风生浪、底摩擦、白帽耗散、深度诱导波破碎、非线性波－波相互作用等物理过程；在此基础上，以较高的分辨率对袭击台湾岛邻近海域的9015、8616号台风浪过程进行了模拟分析；台风浪高模拟值与实际台风浪资料相符较好，可以为该海域台风浪的模拟提供较好的参考。