台风“海棠”的螺旋雨带结构及特征

利用中尺度数值模式WRF对2005年7月19—20日台风＂海棠＂登陆前后螺旋雨带的结构及特征进行了模拟和诊断分析。结果表明,本次台风造成的沿海暴雨与主次两条雨带活动有关。主雨带是涡旋Rossby波激发的螺旋雨带,与850 hPa正涡度带有很好的对应关系,降水强度大,辐合层次低,处在温度和切向风速梯度最大处。次雨带辐合层次相对较高,最大温度梯度和相当位温梯度发生在700 hPa以上,无明显切向风梯度配合,其发展主要与台风中心附近的阶梯状相当位温锋区有关。当台风中雨带合并时,易造成降水增幅。台风登陆前后存在螺旋雨带的断裂现象,台风中心西侧及西北侧的中低层的辐散流场使高层的气旋性流场出现和加强,台风在高层的气旋性环流与西部低压结合,使台风西部产生辐合,引起螺旋雨带的断裂,当高层的低压形成明显的气旋式切变时,也可使切变下方螺旋雨带断裂。     

超强台风韦帕（0713）螺旋雨带中尺度结构双多普勒雷达研究

超强台风＂韦帕＂（Wipha）是2007年登陆中国大陆最强的台风,在浙江省造成了特大暴雨。利用宁波和舟山双多普勒天气雷达同步观测资料,对＂韦帕＂的两条螺旋雨带进行了双雷达三维风场反演;并综合利用组网雷达拼图数据等资料,对螺旋雨带的三维精细结构进行了分析。研究表明：（1）两条螺旋雨带的三维结构有很多相似之处。螺旋雨带内部低层有多个强回波区,水平速度大值区主要分布在强回波带上;强回波带的低层有较强的上升气流,最强上升气流超过4 m/s。在螺旋雨带中存在多个辐合辐散对、上升下沉气流对,这对于螺旋雨带的维持和进一步发展具有重要作用。在沿着台风中心的垂直剖面内,螺旋雨带内部的强回波区向雨带外侧倾斜。雨带外侧2 km高度以下的低层有较强的内流,最大值为5 m/s;雨带内侧有较强的外流,2 km高度以上均受外流控制;内流和外流在雨带中部低层汇合抬升。切向速度的强中心出现在3 km高度,速度值随高度增加而逐渐减小。（2）两个时段的螺旋雨带也存在差异。前一个时段的螺旋雨带对流发展更旺盛,45 dBZ的回波高度为4.8 km,而后一个时段的螺旋雨带45 dBZ的回波高度仅3.2 km。垂直剖面内,前一个时刻螺旋雨带低层辐合更强,最强辐合值超过-15×10^-4s^-1,正是由于低层的强辐合和充足的水汽供应,才使得雨带内部中低层的回波发展旺盛。     

不同微物理方案对台风“利奇马”雨带模拟的影响分析

云微物理过程是影响台风降水数值模拟的关键过程。利用华东中尺度模式系统,选取Thompson与CLR两种微物理参数化方案对台风“利奇马”进行数值模拟,对比观测、卫星资料,评估两个微物理参数化方案对台风模拟的影响,结果表明:相比于Thompson方案,CLR方案对台风“利奇马”的模拟在登陆后的路径、强度、降水明显更接近观测;Thompson方案在距离台风中心约100 km形成较强的螺旋雨带,而CLR方案在距离台风中心150 km左右的位置形成了较弱的螺旋雨带。进一步的分析表明,CLR方案模拟出的外围雨带距离台风中心的距离更远,是由于CLR方案中冰、霰等冰相态水凝物下落速度更小,更有可能被推送到距离台风中心更远的位置,从而形成不同的雨带分布。      

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。     

台风“温比亚”影响山东期间GPM资料的降水分析

为研究GPM（Global Precipitation Measurement）资料对台风雨带降水结构的探测能力,利用GPM卫星资料、地基雷达资料和地面降水实况对2018 年第18号台风“温比亚”影响山东期间的降水结构进行分析。结果表明：台风螺旋雨带造成的降水远大于台风外围云系产生的降水;台风螺旋雨带的雨顶高度大于外围云系的雨顶高度,基本在7 km以上,最大雨顶高度达到15 km;台风螺旋雨带及其外围云系都以层云和对流云降水为主,其中螺旋雨带中对流云降水所占比例高于外围云系,对流云的平均降水率是层云的3倍左右,对流云降水对应近地面降水率和雨顶高度的大值区;台风螺旋雨带的降水柱与外围云系中的降水柱相比,具有数量多、密度大、高度高的特点,这与台风螺旋雨带中对流发展旺盛有关;2A DPR数据产品对降水估测具有较好的指示意义。研究结果为用GPM产品估测降水结构提供了参考依据。     

0920号超强台风“卢碧”引起的强海上大气波导成因分析与数值模拟研究

基于中国台湾地区主持的侵台台风之飞机侦察及下投式探空仪观测实验（Dropwindsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region,DOTSTAR）获得的高分辨率下投式探空仪探测资料,分析了2003年9月—2012年8月所有发生在中国台湾地区附近海域的台风型大气波导事件,遴选出一次由0920号超强台风“卢碧”引起的强台风型海上大气波导过程作为研究对象。利用欧洲中期数值预报中心（ECMWF）再分析资料（水平分辨率0.125°×0.125°）,对此次波导的生成原因进行了分析;基于WRF模式比较了不同初始化方法对台风强度、尺度和周围台风型大气波导的模拟能力。结果表明,此次强台风型大气波导发生在台风环流西北侧外围的弱下沉运动区,其形成与850 hPa高度附近北方强干空气平流导致湿度随高度锐减密切相关。在数值模拟中运用台风动力初始化方法,可以有效改进台风强度、路径和尺度的模拟效果,进而有利于改善台风型大气波导尤其是波导层所在高度的模拟效果。台风外围出现的大气波导通常以悬空波导为主,模拟效果与台风螺旋雨带和内核尺度的模拟关系密切,而与台风强度和眼墙结构关系不大。中尺度数值模式WRF具有模拟台风型大气波导的能力,是研究台风型大气波导的有力手段。      

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅱ:云微物理参数化对强度和路径的影响

在分析云微物理参数化对云结构和降水特征的影响的基础上,研究云微物理参数化过程对台风"云娜"强度与路径的影响.结果表明:云微物理过程对台风强度和路径有一定影响,其中不考虑雨水蒸发冷却效应后,比其他试验最终地面最大风速强7 m/s以上,但此时登陆地点误差最大,与对照试验偏离150 km左右.我们还从螺旋雨带结构变化及环境风切变影响角度分析台风临近登陆时强度模拟减弱的原因,发现过强的外围螺旋雨带以及环境风场垂直切变对于台风的加深、维持是不利的,他们可能会造成"云娜"临近登陆时强度的下降.不难看出,云微物理过程可以加强甚至产生外螺旋雨带,当外围雨带发展加强之后,可以引起局地辐合强度增强,从而限制了大量水汽和能量向台风内核输送,从而会导致台风强度下降.此外,外围螺旋雨带的发展,还可以从对流层中层带来干冷空气入侵行星边界层;而当入流边界层中雨水下落时,其自身的蒸发也会使周围气块温度下降;这些干冷气团在入流气流的输送下进入台风内核,从而对云墙产生了"冷侵蚀",最终引起台风强度下降.因此,减小上述两方面的模拟误差,应能改进台风"云娜"登陆过程中强度的模拟效果.     

台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究

2016年9月14~15日超强台风“莫兰蒂”（1614）登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF（V3.9）对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能（假相当位温、比湿）锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带（正位涡带）、雨带（位于高湿静力能区）南侧低湿静力能带（即湿静力能锋区）,对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。     

"碧利斯"(2006)台风低压暴雨数值模拟试验

利用NECP 1°×1°的6h分析资料,采用中尺度数值预报模式WRF对2006年7月16~19日“碧利斯”(2006)台风低压引发的暴雨天气过程进行了数值模拟。结果表明,WRF模式对这次暴雨过程的雨带位置和走向均有较好的模拟,对这次暴雨过程中尺度天气系统的发生、发展及加强均在模拟结果中有所显现。     

台风“妮妲”的数值模拟与暴雨成因分析

利用NCEP再分析资料(1°×1°),使用WRF模式对1604号台风"妮妲"进行了数值模拟,分析了该次台风暴雨形成的环流形势、动力、热力等条件,并探讨台风外围环流触发强对流天气过程的各云微物理量分布特征,结果表明:(1)"妮妲"是在副高偏强且稳定的环流背景下发生的,台风路径为稳定西北向,降水分布南多北少;(2)整个过程可分为台风本体降水和台风外围雨带降水,相对于本体降水,台风外围雨带产生的降水更具有短时强降水的特点;(3)对台风外围环流强降水的预报,能否准确判断冷空气的位置成为预报准确与否的关键;(4)该次台风过程外围环流引发的强降水天气、雪和霰的大值区分别位于雨水大值区的下游和上游方向,结合雷达产品,可能对降水大值区有一定的指示作用。     

台风云娜后部强降水分析

通过对中尺度自动站、常规气象要素、1°×1°NCEP格点资料和多普勒雷达资料的诊断分析,发现台风云娜登陆后西行路径对其后部的强降水起了关键性作用;高层辐散和低层辐合差加大,抽吸作用加强,上升运动加剧是后部降水加强的动力原因;沿海较冷的温度场配合台风后部强烈的东南偏南水汽输送,是台风后部降水加强的热力原因;台风后部海面上形成北上的螺旋雨带是造成台风后部强降水的直接原因;浙江东部地形与台风后部强烈的东南偏南水汽输送正交是造成台风后部降水增幅的重要原因。该分析结果对今后台风预报服务实际工作具有一定的参考作用。     

1323号台风“菲特”螺旋云带中“列车效应”特征及形成分析

本文针对1323号强台风“菲特”螺旋云带中出现“列车效应”的特征及形成开展了分析研究。研究发现,浙江钱塘江湾南岸持续性降水中具有“列车效应”特征,按照雨带的稳定位置,将其分为两次“列车效应”过程,时间跨度都在3～4小时左右,空间跨度在1～2个经度距离;暴雨区呈现出带状特征,降水效率高,每小时降水超过25 mm并向前线性传播;台风螺旋云带中强度在35 dBZ以上的雷达回波平均反射率也呈现线性带状结构;降水带走向和雷达回波运动方向与台风中心运动方向产生了大致在25°以上的向右偏离。从“列车效应”的形成来看,高空引导气流的方向和地面中尺度扰动辐合带走向与“列车效应”中对流单体运动方向基本一致,为其呈近线性排列提供依据。沿海形成的中尺度扰动辐合或扰动涡旋,为螺旋云带中对流在沿海地区发生或发展提供重要条件,形成了对流云的快速增长和后续发展的启动和维持机制,对于“列车效应”的形成、发展和维持起了重要作用。     

“莫拉克”台风螺旋雨带与水平涡度的关系

利用实况资料和WRF模拟资料,分析2009年8月6—10日"莫拉克"台风在台湾地区造成强降水过程中台风螺旋雨带与水平涡度的关系。结果表明:模式较好地模拟出了本次台风暴雨的发生发展过程。在7日00时—9日00时,台风外围有两条螺旋雨带,一支位于台湾的中部偏南,一支位于台湾的南部,暴雨主要位于这两支螺旋雨带上;暴雨出现在环流上升支附近,在中低层,雨带对应着较大的指向东的水平涡度,且随着水平涡度大值区移动而移动,显示出两者较密切的联系;水平涡度的大值区与垂直涡度的大值区也有较好的对应关系,存在水平涡度向垂直涡度的转化;水平涡度的旋度正值区对应上升运动区,其旋度的大值区对应强的螺旋雨带与降水。当水平涡度减小时,若水平涡度的旋度正值区存在,雨带仍然可以维持。     

登陆福建台风外围环流中宁波地区强对流天气分析

利用中央气象台台风定位定强、常规气象观测、浙江省自动气象站、宁波及华东多普勒天气雷达、美国NCEP/FNL（1 °×1 °）再分析等多种资料,对2015—2016年5个福建中南部沿海登陆后西北行的台风进行对比分析。这5个台风路径相似,宁波地区仅受外围环流影响,但均出现了暴雨到大暴雨,其中4个出现强对流。分析表明:浙江沿海保持较强的高层辐散和低层辐合,为强对流天气发生提供了环流背景。强对流天气发生在台风中心位于闽赣交界处、强度迅速减弱阶段,浙北沿海中低层处于台风气旋性环流、副热带高压环流和中纬度西风环流之间,宁波地区上空低层（约1.5 km以下）风向随时间变化不大,并可能出现逆时针旋转,1.5 km往上则为明显的顺时针旋转,风向在垂直方向上表现为随高度顺时针旋转且切变增大,同时中上层风速往往同时增大,进一步增大了风垂直切变,有利于强对流天气的发生,强对流均发生在风垂直切变（有时仅表现为风向切变）增强阶段。强对流天气发生在台风外围螺旋雨带中,但强对流回波走向与螺旋雨带明显不同,多个个例表现出由东南-西北逐步转为西南-东北走向,与中上层引导气流的变化一致。出现强对流的台风个例,宁波地区低层存在较明显的温度梯度,其他热力不稳定因素表现不明显,倒槽、中尺度涡旋等为需要密切关注的动力触发因子。最后归纳出此类台风强对流天气典型的高、中、低层大气环流配置模型,为预报提供参考。      

台风麦莎（Matsa）特大暴雨及其结构特征分析

利用自动站资料、雷达观测资料、NECP1°×1°再分析资料,采用相对于台风中心的移动坐标合成分析方法以及WRF模式的诊断分析,对2005年8月登陆浙江造成历史罕见特大暴雨的台风麦莎(Matsa)降水量分布特征进行分析,讨论与特大暴雨有关的台风结构变异。结果表明:①台风麦莎影响期间降水量的分布与通常热带气旋以螺旋雨带结构为主要特征的风雨分布特征显著不同,台风麦莎(Matsa)系统的右前、右后(第1、第2)象限出现了结构显著变异,对台风特大暴雨的特征落区分布有明显影响。②雷达与自动气象站资料分析揭示,在台风第1和第2象限发现有多个雨团重复生成和移动,它们与雷达回波观测到的强弱相间的中尺度上升和下沉气流相间区域相对应,是中尺度"降水细胞"频繁再生与移动的强烈发展区,对构成台风特大暴雨和灾害起重要作用。③具有再生能力的"暴雨细胞"特征结构的强烈发展区域出现动能的显著聚集,有利于台风中水汽在该区域的抽吸。台风系统的局部出现这样结构变异特征,对台风强降水落区的监测预报有重要指示意义。     

1208号台风“韦森特”异常路径及其对珠三角南部暴雨影响成因分析

利用1°×1°NCEP再分析资料、全省遥测站资料、卫星云图、香港雷达图等资料,分析台风“韦森特”的环流背景场、物理量场特征,找出“韦森特”在南海中北部原地摆动和对珠三角南部强降水过程的物理成因：“韦森特”的原地摆动,与副热带高压、南海中部海温、还有台风内在的云系和风场结构的不对称有关;珠三角地区两侧附近存在弱的水汽通量辐合,在降水中心附近存在明显的上升运动,低层辐合、高层辐散,另外垂直螺旋场与降水中心的第一段降水期具有很好的对应关系.     

0812号台风鹦鹉分析

利用常规观测资料、雷达资料分析了台风＂鹦鹉＂影响过程的环流形势特征,发现：（1）台风鹦鹉的影响期间,南压高压中心位置稳定在青藏高原东部,有利于台风右侧高层的辐散流场;（2）副高强度偏弱位置偏东,不利台风东侧水汽输送。700hPa槽后的偏北气流大举南下与台风前的偏北气流合并,台风中层冷空气的入侵影响有利暴雨的发生;（3）暴雨期间,低层切变在广西南部频繁摆动为当地暴雨提供动力条件,台风强度和云系的维持主要来自于南海20°N以北的一条较狭窄的急流带为台风前西侧降水提供水汽条件;（4）南宁多普勒雷达速度图上的γ中尺度系统与强度场上雨团强度分布有很好的对应关系,造成暴雨的原因是不断发展的强对流单体。     

2006年“珍珠”台风影响期间福建省降水酸度分布特征分析

利用2006年"珍珠"台风影响福建省期间的酸雨监测资料和新一代天气雷达回波资料,对城市降水酸度分布特征及福州市短时段降水酸度进行分析,结果表明:来自海上的台风降水呈偏碱性;登陆后台风对福建省城市降水酸度的影响与其螺旋雨带上降水云团的移动路径及城市周边污染源分布有关;"珍珠"台风的短时段降水酸度并非保持恒定,对福州市降水酸度的影响会随着台风强度、风场结构的变化及螺旋雨带上降水云团途经下垫面城市大气污染排放状况而发生改变.