一次登陆台风倒槽暴雨过程的初步诊断

利用常规探空和地面观测资料、卫星雷达资料以及NCEP再分析数据,应用非地转湿Q矢量和湿位涡理论,诊断分析了2018年第4号台风"艾云尼"登陆后的倒槽暴雨过程。结果表明,台风倒槽东侧偏南气流为暴雨区温湿能量的主要来源,倒槽顶部的暖式切变和倒槽西侧高值湿位涡的下传,使大气斜压性和低层不稳定度增强。倒槽附近温度场与风场的不平衡配置易于激发次级环流,有利于潜热能的释放和暴雨的增幅。暴雨区对流层低层(925 hPa)湿位涡分量总满足MPV10,MPV20。中层非地转湿Q矢量散度与未来6 h降水落区对应较好,对此类台风倒槽类暴雨预报具有一定的指示意义。     

台风暴雨落区研究综述

台风暴雨最重要的两个因素是雨强和降雨分布,后者即为暴雨的落区。影响台风暴雨落区的因子主要有3个：1）台风涡旋内部结构;2）台风周围环境大气影响;3）台风下垫面强迫作用。本文对这3类因子的作用和影响作了总结。台风暴雨可分为台风环流内的暴雨和台风环流之外的暴雨两大类。本文把台风环流内的暴雨概括为5个落区,包括眼壁暴雨、螺旋雨带暴雨、小涡暴雨、倒槽暴雨、切变暴雨。把台风环流之外的暴雨分为台前飑线暴雨、远距离暴雨和变性下游效应暴雨。地形可能会改变两类暴雨的强度和落区。本文对每一个落区的暴雨特点和形成机理作了总结,对台风暴雨业务预报有一定的参考价值。     

台风“浪卡”（2016）暴雨成因及数值预报模式偏差分析

利用常规气象资料及NCEP再分析资料,采用天气学分析和检验方法,对2020年第16号台风"浪卡"造成广西暴雨的成因及数值模式预报偏差原因进行分析。结果表明:(1)南亚高压快速西移使高层辐散加强,500 hPa台风倒槽加强,低层东南急流形成的水汽强辐合,地面冷空气侵入的触发抬升是造成此次台风暴雨的主要原因;(2)副热带高压加强西伸使台风与高压之间气压梯度增大,高原东侧低压槽与台风倒槽的结合是造成500hPa台风倒槽发展加强的重要原因;(3)登陆越南后路径预报偏南、登陆后副高强度预报偏强、低空偏东风急流漏报以及地面冷空气预报偏强是EC数值模式暴雨落区预报偏差的原因。     

0505台风低压倒槽后退东移的原因分析

0505台风"海棠"在福建登陆后减弱为低气压,其中心在陆地的移动路径为自福建经江西至湖南。伴随台风低压一同西北移的台风倒槽,在经过河南区域时,移向发生了明显的变化:在从河南东部移至西部后,没有继续西行,而是发生了转向后退,从114°E以西退回到114°E以东,倒槽北段退后尤为明显。倒槽后退导致暴雨落区随之东移,使暴雨落区预报出现较大偏差。为了探讨这种情况出现的原因,以正确判断倒槽移向,减少预报失误,为今后预报积累经验,使用常规高空、地面报文和1°×1°的NCEP再分析资料,对0505台风倒槽影响河南时的天气形势和物理量场演变进行分析。结果发现:台风低压倒槽后退的直接原因为北方较强冷空气南下,在低层侵入倒槽西部,使该处的北风区域扩大、北风风速明显加强,迫使倒槽东退;而在高层则为北方南下冷空气致副高东南退,引西风带系统东移,大陆高压跟进,高压前部北风取代台风倒槽西部的东北风,致倒槽东退并变性为两高之间的辐合线。由于来自贝加尔湖以东高纬度地区的强冷空气从华北南下进入河南西北部,阻止了台风倒槽的继续西移,并迫使其后退,动力上升运动区与水汽输送带随之东退至豫东北,致使该地区暴雨出现。北方南下冷空气的强弱及与台风倒槽的相对位置,是决定此次台风低压倒槽移动的重要因素。当台风倒槽移动前方或北方24 h变温场上出现连片小于-2℃的负变温区,并且在温度平流场上出现连片小于-3℃的冷平流区时,未来12~24 h台风倒槽的移向可能发生变化,或停滞或转向东退,可综合其他因素做出正确判断。     

能量锋生与台风倒槽暴雨

当台风临近或登陆我国东南沿海时,一般可以发现在距台风中心较远的我国中纬度地区有一块暴雨区。特别是当台风有一个向北延伸的例槽时,在距台风中心相当远的倒槽区很容易发生暴雨。台风例槽暴雨由于持续时间比较长而且雨量比较大往往导致洪涝灾害。台风倒槽形势有利于能量锋生。本文利用能量锋生运动学的观点讨论了台风倒槽暴雨发生的可能机理。同时在考虑凝结潜热的情况下,推导了湿ω方程和湿位势倾向方程并利用湿ω方程分析了能量锋生的动力效应。最后,计算了7504号台风倒槽暴雨的能量锋生函数,并同暴雨落区进行比较。     

能量锋生与台风倒槽暴雨

当台风临近或登陆我国东南沿海时,一般可以发现在距台风中心较远的我国中纬度地区有一块暴雨区。特别是当台风有一个向北延伸的例槽时,在距台风中心相当远的倒槽区很容易发生暴雨。台风例槽暴雨由于持续时间比较长而且雨量比较大往往导致洪涝灾害。台风倒槽形势有利于能量锋生。本文利用能量锋生运动学的观点讨论了台风倒槽暴雨发生的可能机理。同时在考虑凝结潜热的情况下,推导了湿ω方程和湿位势倾向方程并利用湿ω方程分析了能量锋生的动力效应。最后,计算了7504号台风倒槽暴雨的能量锋生函数,并同暴雨落区进行比较。     

AERE台风远距离降水形成机制分析

应用螺旋度、湿位涡理论,计算1°×1°的NCEP再分析资料,对0418号台风艾利造成河南东部大暴雨过程作诊断分析,探讨这次暴雨天气发生、发展的热力学和动力学机制。结果表明,台风倒槽外围的东南急流为暴雨提供了水汽条件和热力条件,台风倒槽顶部的强辐合作用则是暴雨发生发展的动力机制;由于弱冷空气从低层侵入,暴雨区MPV1由负值转变为正值,导致了垂直涡度加强,促进了降水的发展。因此弱冷空气的侵入在一定程度上增加了降水量;而925hPa垂直螺旋度大值带的移动和发展能示踪倒槽位置,又对暴雨落区有较好的指示意义;暴雨发生时暴雨区处于负的MPV1大值区。     

登陆台风远距离暴雨的观测研究和预报

对１９８７￣１９９２年在汕头以北登陆的全部台风个例分析表明：登陆台风陆上活动类型和远距离暴雨特点与台风在近海的活动方式有关；登陆台风远距离暴雨的发生与台风登陆前后大气低层东南气流里是否存在中尺度暖区有关，落区与中尺度暖区在台风、副高系统中的相对位置有关，最后，建立了台风远距离暴雨预报的天气学模式。     

金华市一次暴雨过程成因及EC预报误差分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密资料、欧洲数值模式(ECMWF,简称"EC")资料对2018年5月7日08时至8日08时出现在金华市的一次暴雨过程进行成因分析,并将EC预报的环流形势、物理量场与实况进行对比分析,找出预报误差产生原因,提出春夏交替季节暴雨落区预报的订正着眼点。分析结果表明,此次暴雨落区沿850 hPa切变线呈带状分布,高低空系统呈后倾槽结构,强降水主要位于850 hPa切变线附近,地面倒槽顶后部;降水前期低空急流的建立为暴雨区输送了充分的水汽,与高空急流的耦合作用加强了上升运动;低层冷空气入侵为斜升不稳定提供了动力条件,江南倒槽及地面中尺度辐合中心的抬升触发作用加强了此次降水。而EC的暴雨落区预报偏东偏南,金华市暴雨漏报,浙南和东南沿海的暴雨空报,其主要原因:一是形势场和物理量场预报与实况有偏差;二是没有考虑到高低空系统呈后倾槽配置,暴雨倾向于出现在倒槽后部。低层弱冷空气迫使暖湿气流爬坡斜升,使暴雨落区偏北;三是没有结合中尺度模式来调整中尺度辐合中心的位置;四是没有根据特殊地形的抬升作用来调整暴雨落区。以上4点也是对此次数值预报暴雨落区进行订正的着眼点。     

豫西台风倒槽型大暴雨的环境条件与触发机制分析

2012年8月4日夜里到5日,受台风倒槽影响,豫西出现一次罕见的大暴雨天气过程,暴雨中心嵩县日降雨量达196.6 mm,仅次于历史极值(264.7 mm)。为深入研究豫西地区台风倒槽大暴雨的形成机理,提高对此类天气的预报能力,依据河南省地面常规气象观测资料、降水资料,利用NCEP(1°×1°)再分析资料、FY2D卫星云图资料、FY2E卫星TBB资料、洛阳市新一代多普勒雷达等资料,对此次大暴雨过程产生的环境条件和触发机制进行了诊断分析。结果表明:1)此次大暴雨事件主要是由随高度西倾的台风倒槽、700 hPa干线及925 hPa偏东北气流与台风"苏拉"减弱后的热带低压后部东南气流共同作用所致。2)低层对流不稳定,中高层有弱的干冷空气侵入,为大暴雨的产生提供了有利环境条件;925 hPa中尺度辐合线及地面冷空气为台风倒槽中形成暴雨提供了启动条件。3)台风倒槽云系中,有多个中尺度对流云团生成并组织化持续影响,是导致这次局地大暴雨的主要原因,同时地形对降雨量有一定增幅作用。4)对流参数中的对流有效位能(CAPE)、K指数、Li抬升指数在暴雨发生前后有明显的拐点,对大暴雨的预报有很好的指示意义。     

一次秋季台风倒槽大暴雨过程诊断及中尺度分析

利用FNL再分析资料,结合加密自动站、多普勒雷达、卫星资料和数值模式预报产品,对2018年9月16—17日长三角地区一次典型的秋季台风倒槽大暴雨进行了分析。结果表明:大暴雨是在远距离台风倒槽、低空急流和高空槽共同影响下,由冷暖空气持续交汇激发的4个中尺度对流云团活动造成。第一阶段长江口区强暴雨发生在3号云团快速增强期间,暴雨出现在云团北侧TBB梯度大值区中,雨强随云顶温度降低快速增强;4号云团缓慢东移造成第二阶段暴雨,降水累积效应使长江口区降水量进一步加大。东北风(偏北风)与东南风(偏东风)形成的地面中尺度辐合线是暴雨的关键触发机制,气旋性辐合中心的形成对雨团增幅具有重要作用。多普勒雷达径向速度场上中气旋的形成提前于强暴雨增幅约30 min,具有良好的先兆性和预报预警意义。(超)低空急流持续的水汽和能量输送、高低空急流耦合及冷空气侵入形成的倾斜上升支和垂直环流圈、上干冷下暖湿的对流不稳定层结有利于中尺度暴雨云团的形成和维持。表征冷暖空气结合的地面辐合线位置是暴雨落区预报的关键,对于秋季台风倒槽暴雨,要特别重视冷空气对暴雨的触发和增幅作用,基于实况资料监测及时订正模式预报结论。     

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。     

基于ECMWF和华东区域中尺度模式的暴雨预报特征研究北大核心

为探讨ECMWF、华东区域中尺度模式(简称为CMA-SH9模式)多个时效对夏季(2019年6—8月)暴雨预报特征,采用目标对象检验方法对不同类型影响系统下模式预报的强降水落区面积、位置、形状等进行评价,并对预报难度较大的受西风槽和西太平洋副热带高压(以下简称副高)边缘切变线影响的高空要素场及环流形势场进行了研究。结果表明:ECMWF和CMA-SH9模式对夏季暴雨预报偏小3个量级次数最多,CMA-SH9模式各时效对暴雨及以上降水预报的准确率大多高于ECMWF;ECMWF和CMA-SH9模式对热带气旋与中纬度系统相互作用的暴雨预报最好,其次是冷涡影响,预报较差的是受西风槽及副高边缘切变线影响的暴雨过程;西风槽及副高边缘切变线影响时ECMWF的位势高度场预报略好于CMA-SH9模式,温度的预报500 hPa以上CMA-SH9模式略好于ECMWF,500 hPa以下二者相差不大,相对湿度的预报CMA-SH9模式误差小于ECMWF,且CMA-SH9模式850 hPa的36 h和60 h时效预报误差最小;受西风槽及副高边缘切变线影响的一次暴雨过程中,相对湿度90%及以上落区的预报ECMWF与实况10 mm·h^(-1)降水落区几乎无交集,CMA-SH9模式的预报包含了10 mm降水落区。     

“8·23—24”上海远距离台风大暴雨影响分析

利用常规天气资料、物理量场资料、雷达资料、云图资料以及主要业务模式预报资料等,对2015年8月23和24日上海地区大暴雨进行了分析。分析表明这是一次远距离台风与北方扩散南下冷空气共同影响产生在上海及周边地区的大暴雨过程。1515号台风天鹅北侧外围的偏东风急流为强降水区提供了源源不断的水汽;北方扩散南下冷空气与台风北侧外围的东风急流汇合使得辐合抬升得到加强;各业务模式的检验表明,由于无法精确预报台风的位置、台风外围的偏东风气流影响的强度和地区以及冷空气强度等,大部分业务模式无论是降水落区、强度及最强降水时段预报均存在较大的误差。在模式预报有误差的情况下,要重视实时资料应用,及时做出短时暴雨预警。     

9012台风倒槽结构与暴雨中尺度系统

利用高空资料、地面资料和红外卫星云图资料,对发生在浙江中北部的9012台风倒槽暴雨的机制进行分析,揭示了该台风倒槽的结构和暴雨的环境场。并进一步研究了产生暴雨的中尺度暴雨云团及其周围的垂直气流分布与地面降水的对应关系。对暴雨云团所对应的高、中、低(地面)层系统亦进行了分析。     

“7·11”陕西区域性暴雨诊断分析及预报着眼点

利用常规气象观测资料、陕西区域自动站观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和卫星探测资料,对2018年7月10—11日陕西一次区域性暴雨过程(简称“7·11”暴雨)进行了诊断分析、总结预报着眼点,结果表明:本次暴雨属于西风槽、副热带高压、远距离台风共同影响型;低层东路弱冷空气及高空槽携带西北路冷空气先后入侵暴雨区,共同起到了冷垫作用;西北路冷空气是暴雨的触发机制,而东路弱冷空气对暴雨雨带东移有阻挡作用;偏南气流突然加强对暴雨有先兆作用,大气整层水汽通量大值区、850hPa的θse低能干冷空气夹击能量舌的位置,均可判断强降水落区位置;地面辐合线的形成时间、移动速度及移动方向是此类暴雨起始时间和落区预报的着眼点。     

登陆北上台风暴雨突发性增强的一种机制研究

采用一个三维混合模式对1992年8月30日至9月2日一次登陆北上台风暴雨过程进行了模拟。模式可以较准确地预报出与地面倒槽相一致的地面降水位置及降水量值。模拟的台风云系结构与卫星云图比较表明,外围云场与实例云况吻合很好,验证了本模式模拟卫星云图的能力,对卫星云图预报有实际意义;暴雨突然增幅的直接原因是高层冰云与低层供水云的突然北移重叠造成的。受地面倒槽附近强烈辐合抬升的动力作用,各相态云系的分布与垂直运动紧密相关;辐合线右侧的东南低空急流为降水的增幅及维持提供水汽来源;云的相变潜热非绝热加热作用对暴雨的增幅及维持具有正反馈作用,它对暴雨维持具有积极贡献。     

1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因

通过对1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因进行回顾,同时基于美国NOAA HYSPLIT4模式,对“莫兰蒂”水汽来源进行轨迹聚类,针对不同路径来源的水汽在“莫兰蒂”浙江沿海降水中的贡献差异进行定量分析,结果表明:数值模式对“莫兰蒂”路径预报偏西、降水预报偏小,直接影响了主观预报服务中降水强度和落区的判断,而数值产品对中纬度环流作用和浙江沿海台风倒槽的预报出现偏差,同时对1616号台风“马勒卡”路径预报偏东,导致主观预报忽略了“莫兰蒂”与其他天气系统的相互作用,影响了对降水动力和水汽因子的判断,也是降水预报偏小的原因之一。“莫兰蒂”水汽输送有3支气流,分别来自东北、东南和偏南洋(海)面,后2支气流为主要水汽来源,浙北沿海以东南向水汽输送最重要,对水汽和降水贡献高达70%以上,表现出1616号台风“马勒卡”对“莫兰蒂”在浙北沿海降水的重要作用,而浙南沿海台风本体的偏南气流与“马勒卡”的东南气流的水汽输送作用相当。可见台风降水预报中,需要密切关注台风环流与其它天气系统以及双台风间的相互作用。      

“麦莎”远距离台风暴雨的排熵指数分析

对2005年8月5日山东省一次远距离台风暴雨过程进行了诊断分析。从引起远距离台风暴雨的几个因素,分析此次山东地区强降水过程与台风“麦莎”及中纬度西风带系统的关系,判别台风暴雨的类型;应用耗散结构理论,分析了排熵指数与远距离台风暴雨区的关系。结果表明：该次暴雨过程是在远距离台风（0509号“麦莎”台风）和西风槽相互作用下产生的;非纬向的高、低空急流对本次暴雨过程起着重要作用;负熵变区（IRE〈0）对应着暴雨区,负熵变区的汇合反映远距离台风暴雨的落区,排熵指数对远距离台风暴雨分析预报有一定的指示作用。     

湖南汛期暴雨天气过程环流客观分型技术研究

利用2006—2014年4—9月湖南117例强降雨天气过程高空、地面观测资料,依据湖南省暴雨预报经验和方法,将强降雨天气过程分为低涡冷槽型、地面暖倒槽锋生型、副高边缘型、台风型、梅雨锋切变型和华南准静止锋型6种类型。在此基础上,以同期222个暴雨日当天08时20°—35°N、105°—120°E范围内500 h Pa高度场和850 h Pa径向风为参数,采用K-均值聚类法,通过反复迭代得到6类暴雨日客观天气型。结果表明:第1、2、6类暴雨日天气形势场特征和强降雨落区分别有60%以上与台风型、低涡冷槽型、地面暖倒槽锋生型强降雨过程的特征吻合;第3、4、5类暴雨日分别出现在2种或以上强降雨天气过程期间,其天气形势场和强降雨特点对应强降雨过程的不同阶段;6类聚类结果较为客观地反映了湖南省汛期暴雨的天气形势和降雨特点,分型结果可作为湖南汛期暴雨预报客观分型的参考依据。