台风“罗莎”低空流场与降水中尺度结构的观测资料分析

为了进一步了解台风的水平风场结构和降水雨带的分布特征与台风强度变化的关系,利用观测资料和多普勒天气雷达探测资料对0716号台风"罗莎"的降水云系、反演的水平风场和雷达回波进行分析,结果显示:(1)在台风减弱为强热带风暴以前,低空卷入台风中心的强回波带开始出现分裂;减弱为热带风暴时,低空的强回波带出现明显的分离和断裂。雷达探测的向台风中心卷入的低空强回波带的分离和断裂,可以为台风减弱预报提供参考。(2)多普勒雷达探测资料反演的低空水平风场分析显示,虽然所处的环境风场截然相反,我国和美国两地区的热带气旋在低空存在相似的中尺度流场结构。我国东南沿海即将登陆的台风的西南侧外围与环境风场的交汇处,存在一处气流汇合带和气流辐散带,气流汇合带对应台风南侧的强降水中心。(3)通过多普勒雷达反演的低空水平风场与强度回波的叠加分析显示:台风的螺旋雨带与反演的低空水平风场的中尺度风切变线对应。这种中尺度切变在常规观测中难以发现。     

多源数据融合在强对流天气中地面风场的识别应用

利用多普勒天气雷达探测数据、常规观测资料和ERA5再分析资料,综合分析了2019年7月6日发生在江苏省的一次强对流天气过程的天气形势和雷达回波强度演变特征,并进行了多源数据融合的试验。试验通过VAP技术将雷达径向速度数据反演为矢量风场,并利用典型相关分析的方法（CCA）对雷达径向速度资料反演的风场、再分析资料的风场和气象自动站资料的风场进行数据融合。通过风场融合试验,获得了强对流系统更加丰富准确的地面风场信息,与雷达探测的特征对应,消除了反演风场的量级误差,填补了被过滤的风场信息,恢复了气流的旋转特征。强对流天气过程中,江苏省地区受高空冷涡影响,在高空冷槽、高空急流、低层切变线和地面辐合线的配置条件下,形成了上干冷、下暖湿的层结不稳定结构。通过融合风场的识别：强对流天气系统发展阶段,地面有气旋性辐合流场,包含中γ尺度气旋和辐合线,与反气旋和辐散相伴。气旋性气流对应着雷达回波中的入流缺口,辐合线位于风暴前沿（移动方向）。强对流天气系统强盛阶段,地面流场转变为强辐合弱旋转,灾害性天气发生。     

利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构

山东齐河CINRAD/SA和滨州CINRAD/SC雷达相距125.5km,组成了双多普勒雷达观测网,利用2004年6月21—22日的一次强飑线过程的多普勒天气雷达探测资料,分析了双雷达观测资料的质量控制结果,并根据双多普勒雷达反演的三维风场研究了飑线的三维结构。结果表明,两部雷达探测的回波在水平位置上有2.0km的差别,回波强度滨州雷达低5.2dBz,回波结构也有一定的差别,径向速度在可比较的区域一致性很好。飑线不同位置的水平风场结构有很大不同,在飑线北端,低层是气旋性辐合风场,飑线南端是反气旋性辐合风场,而中部沿强对流窄带的前部是偏西和东南风的风场辐合。中高层云中风逐渐转为西北风,强对流回波带上空对应辐散风场;垂直于强对流带方向的风场垂直结构表明:成熟阶段,强对流窄带前部的低层是入流气流,即东风气流,它与对流带后部的西风相遇后向上倾斜上升,在中高层向前流出形成飑前砧状云。减弱阶段,低层的西风分量增强并向前穿过强对流回波带,导致前面的入流气流风速减弱、下边界抬高,这一垂直风场结构和演变特征与美国中纬度飑线的结构基本一致。     

热带大气季节内振荡对西北太平洋地区热带气旋路径的影响

利用NOAA的逐日OLR场资料、ECMWF逐日风场(850 hPa)资料、以及美国联合台风预报中心(JTWC)的热带气旋(TC)数据,参考Wheeler和Hendon提出的MJO指数,通过Combined-EOF方法定义热带20～90 d振荡(ISO)的指数,对西北太平洋(WNP)区域进行ISO不同相位的划分,深入研究西北太平洋地区ISO对于热带气旋(TC)路径变化的影响。研究结果表明,在ISO东风位相中,在ISO反气旋性环流东北侧气流影响下,西太副高南侧偏东气流较弱,生成在副高中的TC在140 °E以东转折的比率较大;而在西风位相,副高南侧偏东气流受ISO气旋性环流影响加强,生成在该区域的TC在偏东气流引导下首先向西,当西北移动至近海区域后,在西南季风气流以及副高西侧偏东南气流的共同作用下,容易发生顺时针的北折,因而在140 °E以西转折类的TC比率较高。还分析了台风个例中的ISO流场形势,发现当ISO气旋(反气旋)性环流中心与热带气旋中心重合时,热带气旋路径会发生突然的右折。      

单多普勒雷达反演热带气旋近中心风场的VAP扩展应用方法

在尝试运用VAP方法和扩展VAP(EVAP)方法,对"韦帕"台风期间移动天气雷达(CINRAD/CCJ)观测基数据进行单雷达风场反演时,发现部分区域出现风向、风速不合理的情况.分析认为,在热带气旋近中心区域风向风速变化均较剧烈,而上述两种算法的假定条件难以准确代表风场的实际变化.根据热带气旋发展成熟阶段的气旋环流近似轴对称的特点,文中提出一种新的假定条件,即在与热带气旋中心等距离的圆周上局地风速不变、风向均匀变化,对VAP方法进行扩展应用,称为EVAPTC(EVAP for Tropical Cyclone)方法.对理想模型流场试验及对实际个例的反演结果表明,EVAPTC方法简便,反演误差相对较小,能够基本反映出台风近中心的环流特点,尤其是螺旋云带上的风场特征.例如"韦帕"台风螺旋云带内侧有明显的辐合气流进入螺旋云带,螺旋云带尾部的外围气流绕着云体移动,螺旋云带上的强回波区存在着风场扰动等.     

三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究

为研究降雹超级单体风暴的三维结构特征,利用厦门、龙岩、梅州3部新一代天气雷达（CINRAD/SA）基数据,采用基于动态地球坐标系的双雷达和三雷达三维风场反演技术,分析了2016年4月8日傍晚福建省南部漳州地区出现的一次冰雹过程的回波强度、三维风场及相关物理量分布变化。主要结果为：（1）冰雹云初生、发展阶段,低层水平流场出现气旋性辐合,云体内部形成较强的上升运动。（2）冰雹云强盛阶段,回波顶高度达16 km,其中大于60 dBz的回波高度由5.3 km发展至9 km,最强回波达74.5 dBz,伴随出现最长达25 km的三体散射长钉回波和32.7 km的旁瓣回波。低层水平维持气旋性流场的同时,高层出现反气旋性流场。4-8 km高度内,大于20 m/s的强上升气流持续近37 min。最大垂直速度达51.06 m/s,出现在超级单体悬垂部（约7.5 km高度处）。（3）降雹时段,出现明显的下沉气流。降雹超级单体的三维流场结构表现为：风暴移向前沿低层气旋性气流进入风暴后逐渐倾斜上升,到达风暴顶形成反气旋性气流,并逐渐向下形成下沉气流。（4）系统减弱阶段,出现系统性下沉气流,强回波底及地。双雷达和三雷达能较好地反演降雹超级单体的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹预报能力。     

上海2004年7月12日飑线系统中尺度分析研究

利用上海地基单多普勒雷达观测资料反演2004年7月12日17—19时(北京时,下同)上海市一次飑线过程的水平风场结构,并用自动站观测的风场资料、卫星云图以及根据雷达回波和时间的连续性和径向速度的特征是否吻合等方面进行综合检验,结果表明反演风场可对飑线进行详尽分析提供可靠的高分辨率资料。在综合多种观测资料的基础上,对这次飑线过程的中尺度系统进行分析,结果表明:(1)这次过程是前倾冷锋前暖区3个主要的β中尺度对流单体和新生的小单体共同作用所致,这3个主要的β中尺度对流单体不是通常个例表现的线状排列,而是冷锋前的两个单体与相对方向的一个单体共同作用,在气团的边缘形成强烈风切变;(2)200多公里长的飑线是由具有独立结构的较小的对流系统串成。在飑线前部存在中尺度的气旋流场,飑线北部末端存在一个气旋流场,南部末端存在一个反气旋流场。而每个单独的弓状回波有自己独立的结构,包括弓状回波后部很强的辐散气流和飑前低压。文中给出了水平风场和回波的结构示意图;(3)在飑线出现以前,低空存在有利于不稳定天气产生的顺时针垂直风切变,而高层则是逆时针垂直风切变。此外,低层入侵的浅薄冷空气为飑线过程提供形成低层不稳定的又一有利因素;(4)飑线中对流单体的移动方向与低层风场方向存在夹角,与锋面云带整体向东移动的趋势也不同,但与1.5 km以上到4.5 km左右的西南气流方向相同,即整体向东北方向移动。这种特征可以对系统短时间移动方向的预报提供帮助。     

QuikSCAT洋面风资料及其在热带气旋分析中的应用

QuikSCAT洋面风场资料可以提供海面上10米的风场信息，为热带气旋的进一步监测与分析提供帮助。通过对QuikSCAT洋面风轨道资料再处理和精度检验，国家卫星气象中心生成了更高分辨率的格点风场数据。通过洋面风资料对近年编号热带气旋的辅助分析实验，分析总结了洋面风资料在热带气旋定位、定强、发展趋势以及大风分析中的一些应用方法。结果表明：尽管存在一定误差，QuikSCAT洋面风场资料可以有效校正海上热带气旋特别是弱热带气旋的定位和定强偏差，反映热带气旋大风区的分布和低层环境流场，为进一步推断热带气旋的发展和移动趋势提供帮助。     

一次台风外围局地暴雨的中β尺度风场特征分析

利用新一代多普勒天气雷达资料、常规天气和卫星云图资料,分析了一次远距离台风暴雨的中尺度风场特征。结果表明：此次过程主要受远距离台风倒槽、副高和弱冷空气共同影响,暴雨出现在低层东南风转东北风的区域。单雷达产品显示强回波移动缓慢,速度场中存在逆风区。双多普勒雷达反演风场显示,与逆风区对应的2.0km以下近地层气旋性风场随回波发展逐渐加强,之后形成闭合气旋性环流;随着高度增加反气旋性风场逐渐加强并占主导地位。     

新疆一次强飑线过程双多普勒雷达观测的中尺度风场结构分析

利用新疆乌鲁木齐和五家渠的双多普勒雷达同步观测资料与双多普勒雷达风场反演技术,结合多种气象资料(1 min间隔的地面自动站资料、探空资料和NCEP再分析场资料等),综合分析了2005年6月26日新疆乌鲁木齐附近一次强飑线过程。其流场特征是低层存在明显的辐合线,中层辐合,高层辐散。中低层的风场辐合使旧回波右侧(西南侧)一定距离处依次生成新回波并与旧回波合并,对流单体间的辐合线促使其迅速合并,是飑线发展的重要原因。对流单体间的合并是从中层开始的,然后扩展到低层。在低层对流单体合并后,飑线前部有一明显的辐合线,入流区、大的回波强度梯度区和弱回波区非常明显;同时,不同发展阶段的风场配置有明显的不同,上升气流和下沉气流在多单体风暴中同时存在。本次飑线过程中低层是东南风的入流气流,与对流带后部的西北风气流相遇后向上倾斜上升,在中高层形成飑前砧状云,这与国内外中纬度飑线的结构基本一致,但本次飑线过程只有前缘强烈的对流区,没有尾随的层状云降水。自动气象站、多普勒雷达及其反演的风场很好地揭示了该飑线的发生、发展、爆发过程及其回波和风场的空间结构特点。     

IMPROVEMENT OF NUMERICAL SIMULATION OF TYPHOON RANANIM (0414) BY USING DOPPLER RADAR DATA

Typhoon Rananim (0414) has been simulated by using the non-hydrostatic Advanced Regional Prediction System (ARPS) from Center of Analysis and Prediction of Storms (CAPS). The prediction of Rananim has generally been improved with ARPS using the new generation CINRAD Doppler radar data. Numerical experiments with or without using the radar data have shown that model initial fields with the assimilated radar radial velocity data in ARPS can change the wind field at the middle and high levels of the troposphere; fine characteristics of the tropical cyclone (TC) are introduced into the initial wind, the x component of wind speed south of the TC is increased and so is the y component west of it. They lead to improved forecasting of TC tracks for the time after landfall. The field of water vapor mixing ratio, temperature, cloud water mixing ratio and rainwater mixing ratio have also been improved by using radar reflectivity data. The model’s initial response to the introduction of hydrometeors has been increased. It is shown that horizontal model resolution has a significant impact on intensity forecasts, by greatly improving the forecasting of TC rainfall, and heavy rainstorm of the TC specially, as well as its distribution and variation with time.     

热带气旋登陆华南前后的强降水大尺度环境场特征

运用2001年和2002年7个热带气旋 (TC) 登陆华南前后的38个日降水量、NCEP/NCAR再分析资料以及卫星云图, 经普查和分析将TC造成的降水区划分为纬向型、经向型、NE—SW向型3种; 对各型高、中、低层中的主要气象因子作了详细分析, 如高层流场、中层副热带高压、低层急流和切变线或辐合线、整层水汽通量散度以及季风云涌等, 在此基础上归纳概括出了这些降水型各自前24 h的大尺度环境场特征概略模型图, 并对其强降水形成机理尽可能地给出了解释, 为TC登陆前后的超短期降水预报提供某种参考方法。     

AN ANALYSIS OF DISTRIBUTION AND MESOSCALE STRUCTURE OF PRECIPITATION ABOUT LANDFALL TROPICAL CYCLONE KOPPU (0915)

Observation from automatic weather stations, radars and TRMM satellites are employed to investigate the precipitation distribution of tropical cyclone (TC) Koppu (0915) that made landfall on Guangdong province in 2009. The results show that the precipitation of landfall TC Koppu is featured by significant asymmetry and mesoscale structure, and occurs mainly to the left of its moving path. By examining the sea surface temperature (SST), water vapor flux, Q vector, vertical wind shear of environment etc., it is found out that the distribution of SST, water vapor convergence, low-level convective ascending and vertical wind shear facilitates the TC precipitation to take place to the left of the TC moving path. The mesoscale structure separated by Barnes band-pass filter presents that the precipitation of landfall KOPPU has some organized mesoscale spiral structures, which is around the TC center and composed of the form of belts or blocks. The heavy local rainfall of landfall TC Koppu is primarily associated with the rainfall due to mesoscale spiral structure.     

登陆台风的多普勒雷达资料质量控制和水平风场反演

消除噪音和速度模糊、进行水平风场的反演并检验是正确使用和充分利用多普勒雷达探测资料的前提.对2005年8月山东烟台多普勒雷达探测到的0509号台风"麦莎"的存在速度模糊的径向速度资料首先进行噪音和速度模糊消除处理,检验结果表明对资料的退模糊处理是成功的;其次进行了水平风场的反演,并对反演的风场从雷达径向速度的特征、大尺度环境风场特征、与卫星云图云带的对比和以台风中心为圆心计算的径向风垂直剖面特征等方面进行检验.结果表明,利用单多普勒雷达探测资料得到的水平风场能够清晰地给出登陆热带气旋内部存在的中小尺度系统,及其水平和垂直结构,并表明与台风外围雨带强降水区域相对应的是明显的中尺度水平风场的切变与辐合区.反演风场也可以为进一步利用单多普勒雷达探测资料分析和研究登陆台风内部的中尺度结构提供高分辨率的可靠的分析资料.同时证明,使用的退速度模糊方法能够有效地应用于较完整资料的速度模糊的自动消除,以及VAP方法对于中小尺度风场分析的实用性.     

OBSERVATIONAL ANALYSIS OF ASYMMETRIC DISTRIBUTION OF CONVECTION ASSOCIATED WITH TROPICAL CYCLONES “CHANCHU” AND “PRAPIROON” MAKING LANDFALL ALONG THE SOUTH CHINA COAST

Observational data of mesoscale surface weather stations and weather radars of Guangdong province are employed to analyze the asymmetric distribution of convection prior to, during and after landfall for tropical cyclones of Chanchu and Prapiroon making landfall on the south China coast in 2006. The results showed that strong convection is located in the eastern and northern sectors of the landfalling Chanchu and Prapiroon, namely in the front and right portions of the TC tracks, for a period of time starting from 12 h prior to landfall to 6 h after it. Their convection also had distinct differences in the vertical direction. The analysis indicated that although the landfall of Chanchu and Prapiroon has the same asymmetric distribution of convection, the causes are not exactly the same. The asymmetric distribution of convection in the case of Chanchu is mainly correlated with the impacts of a strong environmental vertical wind shear, low-level horizontal wind shear, and low-level convergence and divergence. In the case of Prapiroon, however, the asymmetric distribution of convection is mainly associated with the impacts of low-level convergence and divergence.     

EFFECTS OF VERTICAL WIND SHEAR ON INTENSITY AND STRUCTURE OF TROPICAL CYCLONE

In this study,the effect of vertical wind shear(VWS)on the intensification of tropical cyclone(TC)is investigated via the numerical simulations.Results indicate that weak shear tends to facilitate the development of TC while strong shear appears to inhibit the intensification of TC.As the VWS is imposed on the TC,the vortex of the cyclone tends to tilt vertically and significantly in the upper troposphere.Consequently,the upward motion is considerably enhanced in the downshear side of the storm center and correspondingly,the low-to mid-level potential temperature decreases under the effect of adiabatic cooling,which leads to the increase of the low-to mid-level static instability and relative humidity and then facilitates the burst of convection.In the case of weak shear,the vertical tilting of the vortex is weak and the increase of ascent,static instability and relative humidity occur in the area close to the TC center.Therefore,active convection happens in the TC center region and facilitates the enhancement of vorticity in the inner core region and then the intensification of TC.In contrast,due to strong VWS,the increase of the ascent,static instability and relative humidity induced by the vertical tilting mainly appear in the outer region of TC in the case with stronger shear,and the convection in the inner-core area of TC is rather weak and convective activity mainly happens in the outer-region of the TC.Therefore,the development of a warm core is inhibited and then the intensification of TC is delayed.Different from previous numerical results obtained by imposing VWS suddenly to a strong TC,the simulation performed in this work shows that,even when the VWS is as strong as 12 m s-1,the tropical storm can still experience rapid intensification and finally develop into a strong tropical cyclone after a relatively long period of adjustment.It is found that the convection plays an important role in the adjusting period.On one hand,the convection leads to the horizontal convergence of the low-level vorticity flux and therefore leads to the enhancement of the low-level vorticity in the inner-core area of the cyclone.On the other hand,the active ascent accompanying the convection tends to transport the low-level vorticity to the middle levels.The enhanced vorticity in the lower to middle troposphere strengths the interaction between the low-and mid-level cyclonical circulation and the upper-level circulation deviated from the storm center under the effect of VWS.As a result,the vertical tilting of the vortex is considerably decreased,and then the cyclone starts to develop rapidly.     

台风“艾云尼”（2018）外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征

2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80 km、160 km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能（CAPE）、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1 km垂直风切变值超过15×10-3 s-1。中小尺度雷达特征分析表明:（1）两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60 dBz,强度≥50 dBz强回波发展高度在4 km以下,微型超级单体有水平尺度2~3 km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9 min广州S波段雷达能自动识别中气旋。（2）与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。（3）两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片（TDS）特征,南海X波段雷达能提前30 min监测到入流急流,提前27 min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。（4）佛山四部X波段组网雷达反演的1 km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。      

次千米至次百米高分辨率模拟的热带气旋眼墙低层极端上升运动特征分析

观测发现热带气旋(TC)眼墙附近低层(3 km以下)存在着强烈的上升运动,严重威胁低空观测飞机的安全,由于对实际TC观测的样本非常有限,目前对极端上升运动(大于10 m/s)的了解不多。通过三个水平分辨率自次千米(333 m)至次百米(37 m)大涡数值试验模拟眼墙附近低层上升运动的分布特征。结果表明,TC眼墙附近的最强上升运动主要分布在眼墙处最大风速半径(RMW)内侧,并且主要出现在台风眼墙强对流的一侧。对比不同试验发现,在大涡试验中,随着模式水平分辨率的提高,模式可以模拟出更强的上升运动,且极端上升运动最大频数的分布高度随着水平分辨率的提高而降低。研究表明,与现有观测结果比较,当大涡试验水平分辨率到达111 m时,可以模拟出与实际观测比较相似的极端上升运动空间分布和强度。      

用风廓线资料分析热带气旋“帕布”的风场结构

使用香港风廓线资料,进行时空转换,得到热带气旋“帕布”近香港时的水平和垂直风场剖面结构：气旋近地面层风场以径向风为主;气旋东西两侧水平风场结构明显不同,东侧偏东风明显,西侧随高度增加切向风不断增强,并监测到东北风急流的向下传播;尽管两侧风场结构不同,水平风速却表现出较好的对称性,但气旋西侧由于急流的存在,风速总体较东侧高;近中心上升气流明显偏于中心西侧,下沉气流总体较上升气流要强,且更对称。     

一次强雹云结构的双多普勒雷达观测分析

利用石家庄SA多普勒天气雷达和饶阳X波段双偏振雷达探测资料，结合常规综合观测资料，对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析，重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点的三维风速（流场），并结合回波特征分析了雹云云体结构。结果显示，高空强劲的偏北风急流促使涡后横槽转竖，槽后冷空气沿偏北气流南下，形成上干冷、下暖湿的不稳定层结，在低空低涡附近及地面辐合线上发展造成这次风雹天气；双多普勒雷达反演风场表明，雹云的中层强回波中心呈明显的“S”形水平流场和悬挂回波配置特征，构成了具有成雹的“0线”结构；不仅佐证了雹云降雹“0线”结构的存在，而且证明其呈现形式具有多样性。