2019年超强台风“利奇马”引发浙江特大暴雨过程分析

利用NCEP FNL 0.25°×0.25°的再分析资料和浙江省中尺度气象站降水资料,从产生强降水的条件来对“利奇马”特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)强降水主要集中在近台风中心的西南部分及其稍远的北部,其中近台风中心为眼壁降水,北部为螺旋云带降水;(2)850~925 hPa水汽通量辐合中心与暴雨落区一致,水汽辐合强度差异是造成台风眼壁强降水落区差异的关键;(3)台风强度大时近中心上升运动强烈,正垂直螺旋度中心值的减小和中心下降对应强降水的发生,低层正螺旋度和高层负螺旋度中心的重叠区对对流性降水落区有一定的指示;(4)本次过程地形增益最明显地区在台州北部,在水汽条件处于劣势情况下出现降水副中心。     

浙东地形对台风“利奇马”极端降水的影响分析

利用自动站实时降水资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,结合中尺度数值模式WRF对台风"利奇马"在浙东地区产生的极端降水过程进行分析,重点研究了浙东地形对极端降水的影响。结果表明,"利奇马"影响期间,浙东强降水过程出现2个雨量峰值,依次由台风外层螺旋云带和台风中心附近的多个中尺度对流云团持续影响所造成,浙东地形对这一系列对流云团有明显的加强作用。浙东地区西部山脉对"利奇马"有阻滞和辐合抬升两方面作用,前者通过地形阻挡拖曳,延长强降水时长,后者通过山前显著的动力抬升作用和水汽辐合加强造成降水增幅。根据估算可知,括苍山脉在强降水阶段对暴雨的增幅可达11 mm·h~(-1),接近此时段内总雨量的2.5成。通过敏感性试验降低地形高度后,浙东地区辐合及上升运动减弱,雨量也明显减少,进一步验证了浙东地形是造成此次极端降水事件的重要原因。     

超强台风“利奇马”登陆前后多模式降水预报评估对比分析

利用欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、美国全球预报系统(GFS)、中国气象局全球区域一体化同化预报系统—全球数值预报系统(GRAPES_GFS)、上海区域中尺度数值预报业务系统(SMSWARMS)、以及浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)和浙江省快速更新同化预报系统(ZJWARRS)降水预报资料,开展了各模式对超强台风"利奇马"登陆前后浙江省强降水的预报性能检验评估。结果表明:(1)过程降水预报方面,ECMWF对降水落区预报表现最佳,但对降水极值中心强度的预报技巧较低; 3个区域模式各有优势,其中ZJWARRS和ZJWARMS对登陆点附近及浙西北强降水落区、强度的预报均与实况一致,SMSWARMS对几个强降水落区的预报也表现较好,但雨强偏弱。(2)对逐日降水预报技巧上,登陆前全球模式ECMWF、GFS评分较高,而临近登陆及登陆后区域模式表现较好;其中SMSWARMS、ZJWARRS和ZJWARMS在预报时效12 h内的大暴雨及特大暴雨的预报上有较大优势,尤其ZJWARRS对0～3 h大暴雨的预报技巧表现最为突出。(3)对强降水致灾地区(永嘉、临海、临安)的短时降水预报方面,ZJWARMS无论在落区还是强度预报方面均表现较好,ZJWARRS与之接近,对多个降水中心的预报方面可互为补充;SMSWARMS对降水中心的预报往往存在位置偏差且雨强显著偏弱;全球模式对致灾强降水的短临预报参考价值较低。(4)各模式对850 hPa水汽通量及辐合区的预报差异较大是导致"利奇马"预报降水差异显著的重要原因。对于浙江省级区域来说,ZJWARRS及ZJWARMS在强降水落区及强度的短临预报方面有显著优势。     

登陆福建热带气旋短时强降水特征

利用地面逐时降水资料、常规天气资料、雷达、卫星以及台风年鉴资料,对39个登陆福建不同地段的台风短时强降水空间、时间分布及强降水强度、落区、过程雨量分布及其与登陆时台风强度关系等进行统计分析,揭示登陆福建台风短时强降水规律,结果表明:(1)登陆中部台风强降水站数虽多,但单站强降水持续时间最短;登陆北部台风强降水站数虽少,但单站强降水持续时间最长。(2)强降水主要时段登陆北部、中部类是登陆前5小时至登陆后5小时,登陆南部及南海北上类是登陆时至登陆后15小时。此外,南海北上类及登陆北部类强降水落区多数在内核区;登陆中部类强降水落区在台风中心附近的频率是几类中最低的,大部分强降水落区在北侧的螺旋雨带上。     

“尼伯特”台风暴雨过程中温州北部和南部降水差异的成因分析

利用温州地面自动气象站资料和日本0.5°×0.5°分析资料,对2016年7月8—9日"尼伯特"台风暴雨过程中温州北部与南部降水差异的成因进行分析。结果表明:1)北部东南气流较弱,降水小;南部受东南低空急流影响时间较长,有利于产生强降水。2)北部水汽辐合弱,提供的水汽有限;南部水汽辐合强,提供的水汽充足。3)南部的SWEAT指数高于北部,强降水的不稳定条件优于北部。4)北部低层辐合弱,高层辐散弱,低层非地转湿Q矢量辐合小,上升运动弱,降水也弱;南部低层辐合强,中低层和高层辐散强,低层非地转湿Q矢量辐合大,上升运动强,有利于产生强降水。     

台风苏迪罗登陆次日分散性暴雨成因及预报着眼点

利用常规气象观测,卫星、雷达资料,数值模式和中央气象台定量降水预报数据以及FNL分析数据等对台风苏迪罗的定量降水预报进行检验,探讨台风登陆次日分散性暴雨成因和预报着眼点。苏迪罗登陆次日,暴雨分布相对较分散,各家数值模式对其把握均较差。NMC的24 h定量降水预报虽在模式基础上有较好订正,但仍存在明显的暴雨空、漏报现象:暴雨落区预报较实况偏南,导致南侧空报、北侧漏报。受环境场和台风非对称结构影响,强降水产生的有利动力、水汽条件均位于台风北侧和东部沿海地区。台风东北象限对流层低层存在两条强辐合带,其间为降水较弱的弱辐散和下沉运动区。预报员对台风结构的非对称性及风场的非均匀性把握不足,对台风中心附近和两条辐合带间的弱降水区预报偏强,造成暴雨空报。在地形作用下,浙江沿海不断有强降水产生,随后沿切线方向发展为螺旋雨带并逐渐北扩。预报员对地形不断强迫作用下降水沿螺旋雨带的发展及向外围的扩散没有预期,导致浙江北部暴雨漏报。台风登陆次日分散性暴雨的预报着眼点包括:台风非对称性、风场非均匀性、螺旋雨带发展及地形作用等。非对称性影响较大尺度的降水落区;低层风场非均匀的辐合带及急流分布则引起螺旋雨带的发展、演变,决定了台风的精细强降水落区。除地形对局地降水具有增幅作用外,强降水沿螺旋雨带的发展还会对下游地区产生影响。     

1909号台风“利奇马”登陆后强降水分布特征

利用逐小时加密观测站资料、三源融合降水资料以及NCEP/NCAR再分析数据,分析了2019年第9号台风"利奇马"登陆后强降水的分布及演变特征,并对不同时段内与强降水落区有关的大尺度环境条件及水汽条件等因素进行了分析。结果表明:"利奇马"登陆后强降水范围出现了三次增幅,分别出现在登陆后3 h、登陆后14 h和次日清晨。进一步分析发现降水效率在登陆后也明显增加,第一次强降水主要由台风本体降水造成,并与低空急流的维持以及水汽输送的贡献有关;第二次降水增幅与北侧螺旋雨带的稳定维持密切相关,另外干冷空气的侵入也是造成降水结构非对称的原因;第三次在山东半岛出现的强降水与台风倒槽和干冷空气的叠加形成的锋生作用有关。     

“海棠”台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因研究

"海棠"台风(2005)再次登陆福建省前后24 h期间(2005年7月19日00时—20日00时(世界时,下同)),给位于台风路径右侧的福建省东北部及浙江省境内(记为R区)造成大范围暴雨,同时,位于台风路径左侧福建省中南部及广东省境内(记为L区)仅有小雨发生,台风路径左右两侧暴雨落区呈明显非对称分布。基于WRF模式模拟结果诊断分析了"海棠"台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因,结果表明:(1)中尺度天气系统对"海棠"台风暴雨的垂直运动场的强迫作用是主要的,大尺度天气系统所起的强迫作用基本处于次要位置。地形抬升对"海棠"台风暴雨形成一直起着稳定、持续的促进作用,地表摩擦作用主要在台风登陆以后与"海棠"台风暴雨形成密切相关。(2)Q矢量强迫产生的降水场、地形强迫产生的降水场均呈左右非对称分布特征,气象因子是"海棠"台风降水非对称特征形成的主要因素,它一方面直接导致降水非对称特征形成,同时还引发地形因子强迫发挥了重要的促进作用。(3)进一步界定诊断范围对比分析表明,对于R区来讲,存在强烈的上升运动,并将低层汇聚的充沛水汽向上层输送,导致R区强降水发生,而对于L区来讲,上述与降水发生密切相关条件均较R区弱,不利于强降水发生。最后,对未来台风降水成因研究工作进行了初步展望。     

地形对台风“海燕”暴雨增幅作用的观测与模拟

1330号台风"海燕"过程影响海南岛的强降水落区和强降水极值点(毛感乡)均位于南部地区,利用海南省区域加密自动站、三亚多普勒雷达以及0.25°×0.25°ERA-interim再分析资料对强降水成因进行观测分析,应用WRF Ver3.1.1模式对"海燕"进行模拟试验。结果表明:(1)"海燕"从海南岛南部近海北上阶段,其外围的偏东风或偏南风与五指山、吊罗山形成向南开口的"厂"字形地形正交,加密自动站和多普勒雷达在五指山区及"厂"字形地形南侧均探测到多个β中尺度风向辐合切变线或气旋性辐合涡旋,毛感乡附近存在明显的风向辐合,地面辐合中心与小时雨量大值区基本吻合。(2)"厂"字形地形迎风坡的强迫抬升导致气流垂直速度增大,毛感乡附近存在的水平的β中尺度辐合切变和垂直的β中尺度环流,有利于边界层辐合和中高层辐散增强,降水显著增幅。(3)数值模拟的强降水落区和降水极值点与实况基本一致,极值雨量较实况偏小;地形对山区及山脉迎风(背风)坡的雨量增(减)幅作用明显;有地形时,在五指山区及"厂"字形地形南侧容易产生β中尺度风向辐合区。     

登陆福建台风造成浙江强降水的分布特征和成因分析

利用常规气象观测资料、中尺度加密观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,分别对登陆福建且对浙江造成明显影响和一般影响的台风进行合成,对比分析两类台风的雨量场、环流形势场和物理量场,结果表明:登陆福建台风造成的强降水主要发生在浙江南部和东部地区,暴雨中心一般出现在浙江温州地区,过程平均雨量在100 mm以上;暴雨发生前台风北侧有高压坝,台风低压和高压坝之间强东南风急流为暴雨区带来东风扰动和云团;暴雨区具有低层辐合、高层辐散的结构,有一个高能中心,向北延伸经过暴雨区的台风倒槽上对应有高能舌和不稳定层结;在边界层,台风中心北侧有南风急流和东风急流形成东—西向的气流辐合线,暴雨云团在辐合线上生成发展,并向下游传播,形成持续性暴雨。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

1907号南海台风“韦帕”造成防城港大暴雨诊断分析

利用1°×1°NCEP再分析资料、卫星云图和雷达资料等,采用天气学诊断方法,分析1907号南海台风"韦帕"造成防城港大范围大暴雨的原因。结果表明:(1)"韦帕"引导气流弱、移动速度缓慢、强度减弱慢、中心登陆防城港是造成防城港大暴雨的主要原因;(2)"韦帕"对流云系长时间滞留防城港上空,是造成防城港大暴雨的直接原因;(3)台风过程降水为对流性降水,台风降水效率高导致防城港出现大范围大暴雨;(4)防城港上空一直位于925 hPa水汽辐合中心和850 hPa垂直上升运动中心或附近,有利于大量水汽集结抬升形成对流云系产生持续性强降水;(5)"韦帕"影响防城港期间大气对流非常不稳定,湿正压项(MPV1)分布对较强降水落区有指导意义,强降水主要出现在湿正压项负值中心附近;(6)"韦帕"环流后部在防城港上空有一条偏东南风急流带,这条急流带在十万大山山脉前被迫抬升形成对流,对防城港出现大暴雨有明显增幅作用。     

台风“利奇马”与“云娜”对浙江风雨影响的对比分析

利用浙江省自动站气象要素资料、FNL全球分析资料和雷达资料,对比分析路径相似的2019年台风"利奇马"和2004年台风"云娜"给浙江带来的影响。结果表明:"利奇马"风雨大值区位于浙东和浙北,"云娜"风雨大值区位于浙东和浙南;"利奇马"带来的整体降水比"云娜"带来的降水大,但单站雨量极值"云娜"强于"利奇马";极端大风"利奇马"强于"云娜"。究其原因与台风登陆时的强度、登陆后移动路径、滞留时间等有很大关系。环境场的不同对台风路径产生影响,也影响台风的不对称结构,进而影响台风带来的风雨分布。极端降水与降水条件和台风滞留时间有很大关系,极端大风与台风自身结构和强度、海岛位置有关。     

“西马仑”与“海贝思”台风特大暴雨对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料、卫星云图和雷达回波等资料,采用多种物理量诊断分析方法,对路径相似、在闽南地区产生特大暴雨的1308号台风"西马仑"和1407号台风"海贝思"的环流形势特征、云系结构特征及水汽、动力、热力条件进行了对比分析。结果表明:"西马仑"的过程特点是雨强大、降水时间集中,而"海贝思"的特点则是雨强小、降水时间长;"西马仑"云系结构紧密,属中尺度对流云团降水,而"海贝思"云系结构松散,其外围的螺旋云带产生的列车效应是产生特大暴雨的重要原因;两个台风都具有低空急流、风速辐合、低层辐合高层辐散流场等有利于产生特大暴雨的环流形势特征;两个台风都存在低空偏东风和偏南风急流,两支急流为暴雨区提供了充足的水汽条件,低空急流较强的时段与强降水时段相对应;台风中心附近强辐合辐散区的建立和维持是产生特大暴雨重要的动力条件,水汽辐合区的面积和强度与暴雨区范围和降水强度相吻合;垂直速度大值区的维持时间与强降水的维持时间相一致;垂直速度、假相当位温和水汽通量散度的增大和减小,可作为降水增大和减弱的重要依据之一;暴雨区主要落在700 h Pa螺旋度场大值区内,所以螺旋度分析可为台风暴雨落区预报提供参考依据。     

一次台风引发的远距离暴雨诊断分析

台风对远距离暴雨的作用形式复杂,容易出现极端降水,量级和落区的预报难度大。2014年8月8日江苏东部到浙江北部出现暴雨,通过研究数值预报形势场、再分析场和各类实况资料,发现暴雨的产生与远在1300km外的西太平洋上的台风"夏浪"有关。江苏东部暴雨主要由中尺度涡旋造成,台风通过北侧偏东气流向暴雨区输送暖湿空气,有利于暴雨的形成与维持;浙江北部暴雨是中尺度涡旋与台风环流结合的产物,台风北上过程中,中心与中尺度涡旋逐渐靠近,台风外围环流对涡旋产生牵引,流场形势发生改变,引导弱冷空气在浙北近海附近与暖空气交汇辐合抬升引发暴雨,不稳定能量剧烈释放产生的中γ尺度气旋造成了极端强降水。     

集合动力因子对登陆台风“莫拉克”(0908)暴雨 落区的诊断与预报研究

“莫拉克”是2009年登陆我国热带气旋中影响范围最广、造成损失最大的台风.“莫拉克”带来的强降水导致台湾南部发生50年来最严重的水灾,福建、浙江等省的部分站点过程雨量超过50年一遇.因此,在台风暴雨(强降水)预报中,能否准确把握其落区就显得尤为重要.本文首先利用中尺度非静力数值模式WRF对台风“莫拉克”进行高分辨率数值模拟(三层嵌套,最高分辨率为2 km).模式较好地再现了台风中心的移动路径、强度;模拟的降水分布区域与实况也较为相符.利用再分析资料及模拟的高分辨率资料对暴雨成因进行诊断分析,表明造成此次强降水过程的水汽主要由西南季风输送,并且垂直运动旺盛,贯穿整个对流层.根据集合动力因子预报方法,运用广义湿位温、对流涡度矢量垂直分量及水汽散度通量对暴雨落区进行了诊断和预报,发现广义湿位温等值线的“漏斗状”区域与暴雨落区对应关系显著;基于NCEP-GFS每日四次的预报场资料,利用对流涡度矢量和水汽散度通量做出的降水落区预报表明,二者对降水落区均有一定的指示意义.强降水主要位于对流层中低层对流涡度矢量垂直积分量的梯度大值区附近,其时间演变与观测降水的演变具有相当高的一致性;水汽通量散度抓住了垂直运动和水汽散度这两个引发暴雨的关键因子,对降水的发生范围和强降水极值中心的判断更为准确.这三个动力因子都可以为“莫拉克”台风暴雨(强降水)落区提供信号,对台风暴雨落区具有一定的诊断和预报意义.     

引入对流凝结潜热作用对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量的改进研究

结合2009年第8号台风"莫拉克"登陆福建省引发的强降水过程,通过考虑对流凝结潜热加热,探讨了对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量(Qum)的改进。结果表明:(1)2009年8月9日08:00(北京时,下同)～10日08:00台风"莫拉克"给浙江大部分地区和福建中北部地区带来了一次暴雨过程,WRF模式较成功地模拟出了此次强降水过程。(2)850hPa Qum矢量散度场对同期降水落区具有一定指示意义,散度辐合强度变化与降水强度变化趋势有一定的对应关系。(3)此次暴雨过程中伴有大量的对流凝结潜热释放,最大潜热中心主要位于600hPa。(4)考虑对流凝结潜热加热作用得到改进的Qum矢量,600hPa改进后的Qum矢量散度辐合区对同期降水落区的指示作用得到进一步增强,诊断能力也得到进一步提高。     

“苏拉”台风引发福建西部大暴雨成因分析

利用常规天气资料、NCEP 1°×1°再分析资料、地面降水资料以及福建新一代天气雷达资料对2012年"苏拉"台风登陆后引发福建西部大暴雨天气成因进行分析,结果表明:"苏拉"登陆后高空涡旋受大陆高压东侧偏北气流引导向偏南方向移动,同时,台风登陆后进入大的环境风垂直切变区并向切变左侧倾斜,使得台风南倾结构进一步加大。台风结构南倾为福建西部大暴雨区提供了良好的动力条件,"苏拉"自身带来的水汽及台风南侧西南气流为暴雨区提供了充足的水汽来源,高空冷空气入侵与低层的高温高湿区形成上冷下暖结构呈现出条件不稳定层结,有利于深厚湿对流产生,结合充分的水汽供应,出现大暴雨天气。大范围暖平流配合风速辐合,中高层冷空气入侵与低层西南暖湿空气结合以及低层的西南急流建立是三个强降水阶段对应的中尺度天气特征。     

“苏迪罗”(201513)台风引发浙南特大暴雨成因分析

利用常规气象资料和卫星、雷达、区域自动站等资料和NCEP再分析资料,对2015年"苏迪罗"台风给浙南造成的特大暴雨成因做了初步分析,结果表明,"苏迪罗"影响期间,浙南降水主要是由台风本体螺旋雨带造成,前期局部强降水是由台风外围云系造成,后期降水则由其残留云系引起;温州南部持续强降水是由台风本体的持续强回波导致列车效应而造成的。通过对物理量的分析发现,"苏迪罗"台风水汽主要来自南海和西北太平洋,而强的水汽输送和水汽辐合配合低层强辐合、强上升运动以及中高层的强辐散导致浙南地区暴雨的发生;地形对暴雨的形成有一定的增幅。     

台风“利奇马”期间苏州大暴雨物理量诊断和微物理特征分析

采用日本气象厅的最佳台风路径及强度资料、NCEP/NCAR逐6 h细网格再分析数据,分析了"利奇马"暴雨影响相关的云水含量、假相当位温、水汽通量散度、Q矢量、湿位涡等物理量;通过苏州雨滴谱资料,分析降雨强度、雨滴数密度、雨滴平均直径、雨滴含水量、雷达反射率因子、雨滴谱宽等微物理量特征。结果表明降水落区位于环境垂直风切变顺切的左侧。暴雨期间能量和水汽条件较好,低层Q矢量梯度使辐合上升增强,且其非对称性对暴雨落区有指示意义,湿位涡的发展也有利于暴雨的加强;另外,微物理分析表明冷云降水机制使降水效率大幅提高,雨滴谱能较好地反映台风降水特征,强降水主要由层状云中嵌入的对流降水引起。强降水时段雨滴谱的相关微物理量等都呈现较大值。