登陆热带气旋维持的次天气尺度环流特征

971 1 (Winnie)和 94 0 6 (Tim)是 2个在中国登陆后长久维持 (2～ 3d)并产生严重降水的热带气旋。在深入内陆过程中 ,Winnie变性并再次加强为一个温带气旋 ,Tim则衰减消亡。采用移动坐标以及云顶亮温 (TBB)和常规资料 ,对它们在陆上维持期间的次天气尺度环流特征及其与次天气尺度系统之间的相互作用进行对比分析和诊断。结果表明 :(1 )Winnie和Tim登陆过程中具有螺旋波状的次天气尺度云系 ,这种螺旋波结构有利于热带气旋的维持。陆上维持后期 ,Winnie的螺旋云系继续维持并有所加强 ,Tim的螺旋云系趋于零散、消亡。Winnie的螺旋波特征比Tim明显 ,因而维持更长时间 ;(2 )热带气旋次天气尺度环流也具有环绕热带气旋中心的明显波动特征 ,此波动结构能否维持与热带气旋活动的天气尺度背景密切相关。在与西风槽相互作用过程中 ,Winnie的次天气尺度波动结构维持 ,而Tim的次天气尺度波动结构遭到破坏 ;(3)作为登陆后长久维持热带气旋 ,Winnie和Tim均从次天气环流中获得正涡度 ,有助于维持其气旋性环流 ,但Winnie获得的正涡度比Tim明显的大。此外 ,Winnie从次天气尺度环流中获得动能补充 ,Tim则只有次天气尺度环流对其动能的耗散。因此 ,陆上维持后期Winnie再度发展而Tim逐渐消亡     

台风“卡努”的数值模拟与非对称结构的分析

热带气旋登陆过程中受到浅海区大陆架和海岸地形的影响,其结构将发生突变.本文用MM5模式模拟了0515号台风"卡努"登陆浙江的过程,表明MM5模式能很好地模拟出台风路径及其主要雨带.在结构上,登陆后主要完成了从基本对称的垂直分布到东西非对称分布的转换.在热力场方面,登陆后的相当位温、相对湿度、水汽通量散度都比登陆前更加有利于暴雨的发生,登陆后的东西两侧也演变为不对称的分布,东侧的水汽比西侧更充沛,同时东侧的大气层结更加不稳定.     

高空槽对9711号台风变性加强影响的数值研究

9711号台风Winnie是一个在中国大陆长久维持(2—3 d)并产生强降水的热带气旋(TC),在其深入内陆过程中变性加强为一个温带气旋。用MM5V3对不同强度高空槽影响下Winnie的变性加强过程进行了数值研究。结果表明:(1)Winnie变性加强过程表现为强锋面侵入台风内部、冷空气包裹台风中心、一个温带气旋在近地层锋面上强烈发展的过程;(2)Winnie在陆上的变性加强与西风带高空槽的强度密切相关。TC与不同强度高空槽相互作用过程中,较深槽携带较强冷平流、正涡度平流以及较强的槽前高空辐散,从而有利于TC的维持和变性发展。数值试验中,高空槽越强,Winnie变性加强越明显,温带气旋的发展越快;(3)模拟结果的位涡分析表明,Winnie的温带变性发展与对流层高层正位涡下传、低层锋区和TC低压环流三者之间的相互作用有关。     

登陆台风Winnie(1997)的数值模拟研究Ⅱ:结构演变特征分析

利用“登陆台风Winnie(1997)的数值模拟研究Ⅰ”的数值模拟结果 ,讨论了Winnie(1997)台风在登陆后变性阶段和重新加强阶段的环流、动力和热力结构特征以及演变过程。在结构上 ,变性阶段主要完成了从基本对称的垂直分布到斜压非对称分布的转换。在变性阶段的初期 ,热力和动力以及环流结构上都还留有一些热带气旋的影子 ,但是在强度和空间分布上已经发生了明显的变化 ,同时也反映了台风登陆后由于下垫面的变化 ,使来自海面的暖湿水汽输送呈明显的不对称分布 ,导致热力结构上的不对称分布。到变性阶段的后期 ,无论从环流结构还是动力结构上 ,都形成了和冷暖锋相对应的倾斜分布特征 ,并且和冷空气对应的锋区在低层侵入到气旋中心 ,使热带气旋经过变性阶段最终演变为锋面气旋。在重新发展阶段 ,通过与西风带低槽的结合 ,变性后的气旋获得了重新发展的机会。并且在此过程中得到了一次来自附近洋面的高暖湿能量的输送 ,也为发展提供了有利的条件 ,使变性后的气旋进一步加强为成熟的温带气旋。     

发生在中国大陆的台风变性加强过程分析

通过对登陆台风Winnie(1997)的演变过程分析，发现登陆后的台风经历三个阶段：衰减阶段、变性阶段、重新加强阶段。其变性过程类似于Sekioka等人提出的复合型，变性后逐渐演变为Shapiro—Keyser气旋模型。通过对物理量的诊断分析发现，对流层中高层冷空气的下沉入侵以及对流层低层的暖平流是热带气旋变性的原因。冷空气的入侵使具有暖心结构的热带气旋演变为斜压结构的温带气旋。变性后气旋得到了重新发展，低层维持的较明显暖平流以及与高空急流相对应的散度区和高空涡度平流是导致气旋重新发展的重要物理因子。     

1513号台风苏迪罗云系演变特征及模拟分析

用GRAPES_Meso模式对2015年13号台风苏迪罗进行了数值模拟,从台风生成发展、成熟和登陆减弱三个阶段对模拟结果与实况资料进行了台风云系时空演变特征的对比分析,结果表明:(1)模式较好地再现了台风苏迪罗从生成发展、成熟,再到登陆减弱至消亡的整个过程,模拟的台风路径与实况吻合较好,台风强度的变化趋势也得到了较好的模拟再现。(2)"苏迪罗"在发展阶段台风眼模糊,模式对台风云系云量总体分布模拟较好,但模拟的云顶高度比实况偏低。(3)在成熟阶段,"苏迪罗"有一明显的漏斗状台风眼,云系发展更加旺盛,台风西部呈双眼壁结构,云顶高度比实况高度偏低。(4)"苏迪罗"登陆后强度迅速减弱,台风眼不再明显,模式对登陆后的"苏迪罗"云系结构模拟效果总体欠佳。(5)总的看来,模式较好地模拟出了"苏迪罗"云系整体范围,在洋面上的模拟效果好于登陆后,改进GRAPES模式的云量方案可能会提高该模式模拟台风云系的能力。     

对流层中层中尺度涡旋在台风榴莲(2001)生成中的作用—数值模拟及验证

西太平洋热带气旋（TC）的生成和季风槽及中尺度对流系统（MCS）的活动有密切关系,但以往这方面的实例数值模拟很少。为了进一步探讨由MCS对流强迫产生的对流层中层中尺度涡旋（MCV）在TC生成中的作用,作者利用非静力平衡的中尺度模式PSU/NCAR MM5对台风榴莲（2001）的生成过程进行了高分辨率（6 km）数值模拟和比较验证。结果表明:模式成功地模拟出榴莲的生成地点,其与MCS的相对位置关系与以往的观测研究结果一致;模拟的TC移动路径、强度变化与最优观测报告比较接近,准确反映了TC未来登陆地点,以及中心气压缓慢下降和迅速下降两个阶段;对云系演变的模拟,成功模拟出了TC初生时的涡旋云系和季风槽中MCS云系的分离现象,以及在TC登陆前达到成熟阶段时出现的台风眼和螺旋云带。此外,模式还成功模拟出中层MCV,它的水平尺度约200 km,位于800~400 hPa之间,具有暖心结构等,均与已有观测结果相近。模式初始场中包含有充分的MCS信息,是模拟取得成功的关键因素之一。     

台风变性加强过程的数值模拟和试验分析

1997年登陆的Winnie台风经历了变性重新加强的过程,利用中尺度数值模式MM5对该过程进行了数值模拟和分析.等熵位涡分析显示重新加强过程经历了2个阶段:(1)高层扰动加强期,北上的变性气旋在其高层维持了小的位涡区,使上游东移的位涡槽加强;(2)气旋斜压发展期,低层气旋上的斜压带与高层加强的扰动耦合,气旋获得斜压发展.该过程伴随着高层风速的加强并发展为急流,这是动力平衡和低层斜压动能输送的结果.高层扰动和急流演变过程说明了变性气旋自身对其发展的重要性.通过热带气旋分离的方法,利用数值试验对变性气旋以及与气旋相关的物理因子的作用进行分析.结果显示,低层变性的气旋Winnie首先通过潜热过程加强了高层的扰动,然后在其北移过程中和高层的扰动位相锁定而得到斜压发展,演变过程说明了登陆台风自身的重要性.在这个过程中,初始气旋的涡旋环流足最主要的,其次是水汽,而斜压性影响最少.斜压性影响最少是由于在气旋环流和高湿度的环境下,斜压带得到重建,使气旋仍然可以和高层的扰动相互作用而得到斜压发展.所以,斜压性仍是变性气旋再度发展的直接原因.综观台风Winnie的变性以及重新加强过程,气旋中斜压性的产生以及维持都和与降水相关的潜热过程密切相关.     

Winnie(1997)和Bilis(2000)变性过程的湿位涡分析

9711号台风Winnie和0010号台风Bills均在中国大陆发生变性,但前者变性后再度加强,而后者变性后减弱消亡。从湿位涡理论出发,对比分析两者的变性过程,结果表明：作为变性台风,Winnie和Bilis均在北上过程中与中纬度西风槽发生作用,但前者与高空槽发生耦合,后者仅接近高空槽底部,没有发生耦合;Winnie变性加强过程表现为一个温带气旋在低层锋区上的强烈发展过程,主要与高层正位涡扰动下传、低层锋区及热带气旋低压环流之间的相互作用有关。Pm湿斜压项增长引起的倾斜涡度发展是登陆热带气旋变性加强的主要因子。在Bills变性过程中,高层无明显的正位涡扰动下传,热带气旋低压环流内无锋区面出现,大气斜压性弱且变化不明显。     

特大暴雨气象卫生云图分析

通过对６号台风登陆后变为变性的温带气旋云系在北上过程中云型演变，强度变化等云团活动特征及停滞在黑龙江省中南部地区的中纬度锋区云系特征分析，得出两种不同云系的选置区正是大暴雨的主要落区。     

登陆孟湾风暴结构演变特征数值模拟研究

利用MM5V3中尺度数值模式对2004年5月19日登陆的孟湾风暴进行了数值模拟分析,讨论了风暴中心移动路径,分析了风暴登陆前后的流场、动力场和热力场结构,并与西太平洋登陆台风的结构变化做了比较。结果表明,风暴中心的模拟路径与实况路径虽有一定误差,但总趋势均向东北方向移动,表明模式对本个例的模拟预报可以参考;孟湾风暴登陆前后,其结构与登陆台风变性阶段一样,经历了从热带气旋的基本对称的垂直分布结构演变到斜压非对称结构;风暴登陆后,由于地形和冷空气的作用,动力场和热力场表现为对流层中低层锋区增强、倾斜涡度发展,导致对流不稳定和斜压不稳定。     

湿地边界层通量影响热带气旋登陆维持和降水的数值试验

用MM5v3模式及其TC Bogus方案对台风Nina(7503)在中国大陆上的维持加强过程进行模拟,并通过各种敏感性试验,研究了饱和湿地对热带气旋在大陆上维持和降水的影响。结果表明:湿地边界层内各通量对登陆热带气旋的强度、结构及其降水具有明显影响。潜热通量和感热通量均有利于热带气旋的维持和加强,其中潜热输送的作用显著,感热输送的作用较小。潜热和感热通量有利于热带气旋雨带螺旋结构的维持,对台风降水分布有明显影响,动量通量对热带气旋风场有显著的削弱作用,是其能量耗散、低压填塞的主要原因,但对台风降水具有局地增幅作用。     

台风“狮子山”并入温带气旋过程及引发东北强降水的分析

使用常规观测、最佳台风路径数据、风云二号气象卫星亮温(Black body temperature equivalent,TBB)、全球协同探空站资料和NCEP/NCAR全球再分析资料,对2016年第10号台风"狮子山"并入温带气旋过程中,二者相互作用下引发的东北地区强降水进行了分析。结果发现,台风"狮子山"并入温带气旋过程中,其结构由对称的热带涡旋云系向非对称斜压云系发展,最终演变为成熟的温带气旋云系。受温带气旋的影响,台风"狮子山"逐渐进入到强垂直风切变环境,台风涡旋环流、水汽输送、垂直运动呈现明显的不对称和垂直向西倾斜结构,暖心结构遭遇破坏,水汽输送逐渐远离台风环流;台风影响下的高低空急流有利配置对温带气旋形成正涡度平流输送,伴随着锋生作用,使得温带气旋获得动力和能量而发展。对东北地区强降水的分析发现,台风并入温带气旋过程中,温带气旋加强发展,带来了增强的动力、水汽和能量的输送,是引发东北地区强降水的主要原因,降水主要发生在暖平流带中,600 h Pa与900 h Pa之间的厚度梯度大值区对强降水的落区具有很好的指示,强低层辐合、高层辐散,促使强的垂直上升运动,配合强暖平流和充沛水汽的输送,对应着强降水的发生。高层弱的干冷空气缓慢向低层侵入,使得降水持续时间长、结束缓慢。降水总体具有持续性,伴有较强对流降水的发生。     

地形对登陆台风麦莎(2005)影响的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2005年9号台风Matsa("麦莎")登陆后期的过程进行了48h模拟,应用低通滤波器分离模拟结果中的天气尺度和次天气尺度运动,并采用热带气旋动态坐标跟踪考察登陆过程中热带气旋的次天气尺度环流特征.通过研究地形对两种尺度间动能和涡度转换的影响,进一步证明了地形对热带气旋有着不可忽视的影响.结果表明,地形的存在有利于维持热带涡旋性强度,这种影响随气旋中心与地形间距离的缩小而逐渐增强,且强度的增强在对流层中高层表现得更为明显.去掉地形后对流层低层次天气尺度系统向热带气旋输送的动能减少,次天气尺度系统对热带气旋动能的消耗增大;当低层涡度转换项的垂直运动贡献为负时,去掉地形会加剧这种负贡献,即次天气尺度系统从热带气旋得到更多的正涡度;从整体上看,去掉地形后,热带气旋不仅没有从次天气尺度系统获得正涡度,反而将自身的正涡度向外输送.     

热带气旋"黄蜂"动热力特征演变的模拟分析

以"中国登陆台风试验"项目的目标热带气旋"黄蜂"为对象,用高分辨数值模式成功模拟了其近海加强和登陆减弱的过程,从定量和时间演化角度细致分析了热带气旋(TC)各阶段的动、热力特征,包括对流加热特性、温湿结构、稳定度、涡散度、垂直运动、垂直环流、水平环流等基本动、热力因子的时空结构特征,揭示了该热带气旋的大量结构特点,如对流加热的强盛和非对称性、强热带风暴的无眼结构、低层的东暖西冷结构、涡度的准圆形对称结构、东/西侧环流正/斜压性的差异、低层辐合和上升运动的准周期振荡等等.这些结构特征的揭示对深入细致地研究和认识南海热带气旋的特点和演变机理具有重要学术意义.     

辽东半岛热带气旋暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响

利用中尺度非静力模式MM5,对9711号台风Winnie登陆转向渤海、在辽东半岛地区引发的大暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析,并分析了该暴雨过程的中尺度结构特征和地形对辽东半岛降水的影响。结果表明:(1)台风Winnie影响辽东半岛期间,与其西北和东北部的冷空气相互作用,在半岛东侧和北部出现局地垂直次级环流,有利于中尺度暴雨云团的发展。(2)地形对台风降水量有明显的增幅作用,降水量与地形的走向一致,迎风坡降水量增加,背风坡降水量减少,地形强迫抬升作用在辽东半岛地区造成的降水量约占模拟总降水量的40%,强降水区与辐合带相对应。(3)地形强迫作用加强了低层的偏东气流,有利于中尺度气旋性涡旋系统的生成、发展,从而导致中尺度对流云团的加强和维持。(4)地形强迫作用可以改变台风的局部环流。当地形强迫产生与台风环流相同的气旋性扰动时,台风环流局部增强,降水量相应增大;当地形强迫产生与台风环流相反的反气旋性扰动时,台风环流局部减弱,降水量相应减少。     

辽东半岛热带气旋暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响北大核心CSCD

利用中尺度非静力模式MM5,对9711号台风Winnie登陆转向渤海、在辽东半岛地区引发的大暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析,并分析了该暴雨过程的中尺度结构特征和地形对辽东半岛降水的影响。结果表明:(1)台风Winnie影响辽东半岛期间,与其西北和东北部的冷空气相互作用,在半岛东侧和北部出现局地垂直次级环流,有利于中尺度暴雨云团的发展。(2)地形对台风降水量有明显的增幅作用,降水量与地形的走向一致,迎风坡降水量增加,背风坡降水量减少,地形强迫抬升作用在辽东半岛地区造成的降水量约占模拟总降水量的40%,强降水区与辐合带相对应。(3)地形强迫作用加强了低层的偏东气流,有利于中尺度气旋性涡旋系统的生成、发展,从而导致中尺度对流云团的加强和维持。(4)地形强迫作用可以改变台风的局部环流。当地形强迫产生与台风环流相同的气旋性扰动时,台风环流局部增强,降水量相应增大;当地形强迫产生与台风环流相反的反气旋性扰动时,台风环流局部减弱,降水量相应减少。     

海洋飞沫对热带气旋影响的数值试验

将最新版的Andreas海洋飞沫通量参数化方案与中尺度大气模式MM5V3耦合,对0514号热带气旋Nabi进行数值模拟,探讨海洋飞沫蒸发对热带气旋发展和演变的影响.模拟结果表明,考虑海洋飞沫的作用后,热带气旋范围内(气旋中心附近600 km左右范围内)的潜热和感热通量明显增强,尤其是潜热通量,最大值可提高35%～80%,潜热通量的大值区对应热带气旋眼墙处的最大风速区.无论是否考虑海洋飞沫作用,模式均能较好地模拟出热带气旋Nabi的移动路径,但考虑飞沫作用后,由于飞沫对海气界面通量交换的贡献,使得模拟热带气旋中心的最低海平面气压降低,最大风速增强,暖心结构更加明显.     

北上变性热带气旋对辽东半岛降水的影响

9711(Winnie)和0509(Matsa)是两个登陆北上影响辽东半岛的变性台风,Matsa直接登陆辽东半岛,但降水量仅为穿过渤海间接影响辽东半岛的Winnie的一半.分析其变性过程与辽东半岛热带气旋降水的关系发现,Winnie和Matsa的降水差异与其北上期间与西风带系统的相互作用密切相关.Winnie变性北上期间被中纬度西风槽"捕获",发生耦合,高层正湿位涡扰动下传,西风带冷空气与热带气旋暖湿气流相互作用,有利于对流云团的生成、发展,在半岛地区产生大暴雨的降水雨带由多个β中尺度云团组成.Matsa在北上变性过程中,只是靠近高空槽底,没有发生耦合,高层正湿位涡扰动不强,没有与低层环流相互作用,冷空气偏南偏弱,变性过程中半岛地区只有1个β中尺度云团生成,降水量较小.     

一次热带风暴造成辽宁暴雨的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5V3,对1997年8月20日Winnie台风减弱的热带风暴,进行了48h数值模拟。结果表明：MM5不仅比较好地模拟出高空形势场,还成功地模拟出了强降水的时间和强度。应用模拟出的物理量对这次过程进行了诊断分析,并对暴雨形成机制进行了讨论。