国产海洋气象漂流观测仪在台风观测中的应用分析

介绍了由我国自主研制的、基于北斗导航通信卫星的、集海洋水文要素和气象要素一体观测的、在恶劣海况条件下能进行连续、可靠观测的海洋气象漂流观测仪,及其在多个海域开展实际的外海观测试验情况。2017年8月20日至9月5日,三台漂流观测仪在广东博贺海洋气象综合试验基地,经历了2017年第13号台风天鸽和第14号台风帕卡两次台风天气过程。对试验期间获取的台风天气过程中气温、气压、海温等观测数据的分析表明,漂流观测仪所获得的观测数据与相关国家级业务观测站点的观测数据具有较好的相关性,揭示了台风天气过程的明显特征,并表现出合理、清晰的日变化特征。上述试验表明,国产海洋气象漂流观测仪已具备在恶劣海况下进行实际观测的能力。     

Comprehensive Marine Observing Experiment Based on High-Altitude Large Unmanned Aerial Vehicle(South China Sea Experiment2020 of the “Petrel Project”)

In collaboration with 12 other institutions, the Meteorological Observation Center of the China Meteorological Administration undertook a comprehensive marine observation experiment in the South China Sea using the Yilong-10 high-altitude large unmanned aerial vehicle(UAV). The Yilong-10 UAV carried a self-developed dropsonde system and a millimeter-wave cloud radar system. In addition, a solar-powered unmanned surface vessel and two drifting buoys were used. The experiment was further supported by an intelligent, reciprocating horizontal drifting radiosonde system that was deployed from the Sansha Meteorological Observing Station, with the intent of producing a stereoscopic observation over the South China Sea. Comprehensive three-dimensional observations were collected using the system from 31 July to2 August, 2020. This information was used to investigate the formation and development processes of Typhoon Sinlaku(2020). The data contain measurements of 21 oceanic and meteorological parameters acquired by the five devices, along with video footage from the UAV. The data proved very helpful in determining the actual location and intensity of Typhoon Sinlaku(2020). The experiment demonstrates the feasibility of using a high-altitude, large UAV to fill in the gaps between operational meteorological observations of marine areas and typhoons near China, and marks a milestone for the use of such data for analyzing the structure and impact of a typhoon in the South China Sea. It also demonstrates the potential for establishing operational UAV meteorological observing systems in the future, and the assimilation of such data into numerical weather prediction models.     

台风及海洋气象一体化预报平台的开发与应用

台风及海洋气象一体化预报平台为面向台风和海洋气象业务的预报预警服务的支撑系统,集数据采集、转换、预报、分析、产品制作、发布等功能于一体。该平台基于人机交互气象信息处理和天气预报制作系统MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4）框架开发,结合台风、海洋气象新型的观测和预报数据,实现台风、海洋气象数据的集约化检索与显示、精细化格点编辑、台风和海洋气象产品制作、产品发布等功能。台风及海洋气象一体化预报平台设计基于面向服务和分层体系结构,采用组件化设计方法,涵盖数据解析、分析处理、产品制作、交互工具、配置管理等核心组件,形成可扩展的业务功能模块和二次开发接口,目前已作为中央气象台台风海洋气象预报预警业务的主要平台投入使用。     

台风“摩羯”（1814）的路径特点与预报分析

2018年8月13—16日台风“摩羯”（1814）及其残余低压环流影响山东,造成区域性暴雨或大暴雨。利用常规气象观测资料和区域自动气象站、天气雷达、气象卫星等资料及数值天气预报产品对此过程进行分析,总结了“摩羯”的路径特点。此次台风“摩羯”路径特殊,并出现突变。通过对“摩羯”的路径预报仔细分析,得出台风路径预报着眼点和部分有指示意义的预报指标。环流形势分析是预报台风路径的一个重要前提,大陆高压显著增强是环流形势调整的一个信号,是预报“摩羯”路径的一个关键因素;台风前进方向的对流层温度脊线和500 hPa正涡度轴线对台风未来路径有良好的指示作用。分析结果能够为提高山东台风路径预报的准确率提供参考。     

First Rocketsonde Launched from an Unmanned Semi-submersible Vehicle

The unmanned semi-submersible vehicle(USSV) developed by the unmanned surface vehicle team of the Institute of Atmospheric Physics is an unmanned, rugged, and high-endurance autonomous navigation vessel designed for the collection of long-term, continuous and real-time marine meteorological measurements, including atmospheric sounding in the lower troposphere. A series of river and sea trials were conducted from May 2016 to November 2017, and the first rocketsonde was launched from the USSV. Real-time meteorological parameters in the marine atmospheric boundary layer(MABL) were obtained, including sea surface temperature, and vertical profiles of the pressure, temperature, relative humidity, wind speed,and wind direction. These data are extremely useful and important for research on air–sea interactions, sea surface heat and latent heat flux estimations, MABL modeling, and marine satellite product validation.     

雷达资料同化对2015年台风彩虹数值模拟改进

基于WRF中尺度模式,采用集合卡尔曼滤波方法同化中国岸基多普勒天气雷达径向速度资料,对2015年登陆台风彩虹（1522）进行数值试验。从台风强度、路径、结构等方面验证了同化效果,并对不同区域雷达观测资料的同化敏感性进行讨论。试验结果表明:在同化窗内同化分析场台风位置误差相比未同化平均减小15 km,最多时刻减小38 km,同化资料时次越多,确定性预报路径误差越小。同化雷达资料后较好地反映出台风彩虹（1522）近海加强过程,台风中心最低气压同化分析和预报误差相比未同化最大减小超过25 hPa,台风眼的尺度、眼墙处对流非对称结构相比未同化与观测更加接近。试验还表明:台风内核100 km范围内的雷达观测对同化效果影响最大,仅同化这部分资料（约占总量的20%）各方面效果与同化全部资料相近,而仅同化100 km以外资料效果明显不及同化所有资料。仅同化台风内核雷达观测资料可以在不影响同化效果的前提下,使集合同化计算机时减小为原来的1/3,该策略可为台风实际业务预报提供一定参考。     

利用卫星遥感资料分析台风“烟花”(202106)的影响过程

2021年第6号台风“烟花”于7月18日生成,7月30日变性为温带气旋,生命史长达13 d,先后对中国东部14个省市造成影响,其主要特点是移动速度慢、陆上滞留时间长和累积雨量大。基于静止气象卫星、极轨气象卫星和全球降水测量卫星的多通道观测和产品,对“烟花”的影响过程进行分析。结果表明：“烟花”空间尺度较大（最大半径约为350 km）,登陆前对流深厚、云系螺旋特征显著,登陆后云系结构遭到破坏、中等对流分布密集但没有组织性;“烟花”在洋面上时液态水和冰态水含量丰富并表现出非对称分布,登陆后液态水和冰态水主要集中在台风前进方向的右侧。基于微波成像仪的降水反演结果显示：降水主要分布在台风外围螺旋雨带位置,且在位置和形态上与实况较吻合;虽然雨量估计值与实况存在一定偏差,但对降水预报,特别是常规资料稀少区域的降水预报仍具有参考意义。     

一个中国沿岸台风风暴潮数值预报系统的建立与应用

依据三维斜压海洋环流模式POM建立了一个中国沿岸台风风暴潮数值预报业务系统.台风风场模型考虑了台风移动和周围环境风场的影响,采用了较合理的强风情况下的风应力计算公式,建立了稳定合理的模式海洋环流气候状态和模式边界条件.大量的数值模拟结果表明,该模式能较好地重现历史台风风暴增水过程,对近2年台风风暴潮个例的预报结果表明,该业务系统对台风风暴增水具有较好的预报能力,文章同时分析了模式存在的一些问题.该业务系统实现了从资料采集、模式运行到预报结果输出的全自动化,显示采用图片和MICAPS两种方式,后者与现有气象业务平台一致.     

华南台风业务系统

华南台风业务系统是根据近期台站计算机装备情况和业务、服务工作的需要而设计的微机应用系统，有区域中心和地（市）气象台二种应用版本，内容包括台风资料管理，预报服务分发，演示及值班流程等子系统。系统的运行可简化台风预报过程，减少手工操作，提高台风业务工作效率。     

基于GPRS的远程气象观测数据实时采集传输系统及其应用

通过对远程自动气象站数据实时采集传输通讯方式的比较，提出基于通用分组无线业务（GPRS）的远程自动气象站数据实时采集和传输系统的技术方案，以小数据流方式，实现野外自动气象站观测数据的实时采集、传输和对观测设备运行的监控，达到节约经费，提高数据传输时效的目的，并将此系统成功地用于苏通长江公路大桥施工期气象环境监测与预警系统中。     

FY-3A SATELLITE MICROWAVE DATA ASSIMILATION EXPERIMENTS IN TROPICAL CYCLONE FORECAST

China’s new generation of polar-orbiting meteorological satellite FY-3A was successfully launched on May 26,2008,carrying microwave sounding devices which had similar performance to ATOVS of NOAA series.In order to study the application of microwave sounding data in numerical prediction of typhoons and to improve typhoon forecasting,we assimilated data directly for numerical forecasting of the track and intensity of the 2009 typhoon Morakot(0908)based on the WRF-3DVar system.Results showed that the initial fields of the numerical model due to direct assimilation of FY-3A microwave sounding data was improved much more than that due to assimilation of conventional observations alone,and the improvement was especially significant over the ocean,which is always without conventional observations.The model initial fields were more reasonable in reflecting the initial situation of typhoon circulation as well as temperature and humidity conditions,and typhoon central position at sea was also adjusted.Through direct 3DVar assimilation of FY-3A microwave data,the regional mesoscale model improves the forecasting of typhoon track.Therefore,the FY-3A microwave data could efficiently improve the numerical prediction of typhoons.     

影响山东的台风温比亚（1818）中尺度云团“列车效应”特征分析

基于多普勒天气雷达、区域气象观测站、常规观测和NCEP再分析数据等,利用三维雷达拼图技术对2018年第18号台风“温比亚”造成的山东暴雨中尺度特征进行分析。研究表明：台风“温比亚”造成的山东暴雨,不同阶段雨强特征有较大差异,长时间强降雨是造成灾害性暴雨的主要因素;此次台风暴雨雨团具有很强的移动特征,是否形成“列车效应”是造成灾害性暴雨的重要因素;雷达三维拼图数据可以清晰识别和分析暴雨过程中尺度雨团的移动、合并和发展规律,这些对准确监测预报暴雨的发生至关重要。     

登陆台风启德近地层强风特性观测研究

根据Airda3000Q型边界层风廓线雷达获取的台风启德(1213)强风观测数据,分析了强风条件下的近地层风廓线特征,发现以下观测事实:台风中心经过前后风速呈现尖耸的"M"形双峰变化,台风眼壁强风区风速最大,台风眼区经过前后100m高度极大10min平均风速分别为35.7、35.4m/s,眼区经过时出现最小风速为16.2m/s;而风廓线幂指数α则呈现比较平缓的"M"形双峰变化,风廓线幂指数α出现极大值的时间比风速出现极大值的时间分别提前约1h和延后3.5h,台风眼区经过时风廓线幂指数α接近最小,甚至出现负值;台风影响期间,风的垂直变化主要发生在200m以下的低空,风的垂直变化率有波动,最大值出现在台风眼壁强风区和台风中心过境后的外围大风区。     

“苏拉”台风倒槽引发鄂西北特大暴雨的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°逐6h再分析资料、地面自动站雨量资料,对1209号台风“苏拉”倒槽造成鄂西北特大暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:本次强降水天气过程是在“苏拉”台风倒槽、东南风和东风超低空急流、华北冷锋共同作用下产生的;台风倒槽建立了来自海上的水汽通道,为特大暴雨区提供了源源不断的水汽,降水强度则与水汽通量散度密切对应。      

FY-3A微波资料在“莫拉克”台风预报中的同化试验

我国新一代极轨气象卫星FY-3A于2008年5月26日发射成功,携带的微波垂直探测仪与NOAA系列卫星的ATOVS性能相似。为研究微波垂直探测仪资料在台风数值预报中的作用,实现我国FY-3A卫星的微波探测资料的直接同化,达到改进台风预报的目的,利用FY-3A微波探测资料,以WRF-3DVar系统为基础,针对2009年第8号台风"莫拉克"路径和强度预报,开展数值预报直接同化技术研究。试验结果表明,直接同化FY-3A微波资料对数值模式初始场改进要优于仅仅同化常规观测资料,对缺乏观测资料的海洋上改进尤为明显,模式初始场更加合理地反映海上台风环流形势以及温湿条件,海上台风的模式初始位置也得到了校正;经过FY-3A微波资料三维变分直接同化后,区域中尺度模式对台风路径预报效果具有积极的改善作用。     

2020年西北太平洋和南海台风活动概述

利用中央气象台台风实时业务定位资料和地面气象观测资料对2020年西北太平洋和南海的台风活动主要特征以及主要影响我国的台风路径、强度及风雨情况进行了统计分析。2020年西北太平洋和南海共有23个台风生成,较多年平均值（27.0个）偏少4.0个;有5个台风登陆我国,较多年平均值（7.0个）偏少2.0个。2020年台风活动的主要特征有：台风生成源地明显偏西;生成总数偏少,极值强度偏弱;7月“空台”,是1949年以来历史首次;8月台风活跃,出现多个近海快速增强的台风;8月下旬至9月上旬,3个台风连续北上影响我国东北地区,历史罕见;10月生成的台风个数较常年偏多,先后影响我国南海或中南半岛。     

珠海市台风及其次生风暴潮特征分析与评估

基于1961—2018年广东省珠海市气象观测资料以及珠海三灶站1964—2018年逐日潮位数据,分别对珠海市台风及风暴潮进行特征分析和频率计算。通过构建台风数据集,计算得到影响珠海的可能最强台风的中心气压、移动速度、最大风速半径以及可能移动路径,并模拟该台风引起的珠海三灶站的最高潮位和极值增水,最后通过1713号台风“天鸽”和1822号台风“山竹”对模拟结果进行了验证,验证结果与计算方案下强台风级别在台山登陆引起的计算结果一致。      

GOES-9云图资料在热带气旋路径相似预报中的应用

利用1996～1999四年的GMS-5红外云图资料、NCEP资料和〈台风年鉴〉给出的热带气旋资料,以及GOES-9红外云图资料,使用逐步相似法对2004年热带气旋进行了路径预报试验.结果表明,GOES-9资料与GMS-5资料可以融合使用,用云图灰度场结合高度场作相似预报的方法可以实现热带气旋移动路径的定量预报,表现了较好的准确性,具有良好应用前景.     

台风“苏拉”登陆福建后降水的非对称成因分析

利用常规天气资料、NCEP再分析资料、卫星云图、新一代天气雷达等资料,分析了2012年第9号台风"苏拉"降水预报失败的原因及其暴雨成因。结果表明:此次台风暴雨预报失败的主要原因在于预报过程中没有关注台风垂直结构的改变及其对降水落区的影响。"苏拉"台风暴雨是在中高纬稳定的环流形势下发生的,低层到高层引导气流的变化导致"苏拉"高层风暴中心向南倾斜;环境风垂直切变导致了台风降水的非对称分布,环境风垂直切变方向的左侧是强降水发展的区域;此外,随着台风环流中心在垂直方向发生偏移,改变了涡度平流的垂直分布,从而导致了福建省南部的暴雨。因此关注登陆台风中心在垂直方向的偏移对台风降水预报非常重要。     

台风过程对广西红树林净生态系统碳交换的影响研究

为研究台风过程对广西红树林净生态系统碳交换的影响,利用北海红树林生态观测试验站涡度相关系统观测的红树林碳通量和气象观测数据,分析台风“韦帕”登陆前后红树林净生态系统碳交换变化特征及其与气象因子的响应关系。结果表明:(1)红树林净生态系统碳交换碳汇峰值在台风登陆前递增并达到极值,台风登陆时碳汇峰值迅速降低,而在台风登陆后期逐渐恢复;(2)饱和水汽压差是小时尺度上红树林净生态系统碳交换的主要影响因子,最大风速和降雨量是日尺度上红树林净生态系统碳交换的限制因子。