强台风“纳沙”引发的特大暴雨过程数值试验

利用中尺度模式WRF对2011年9月29 30日1117号强台风"纳沙"登陆并穿过海南岛北部引发的海南岛西部特大暴雨过程进行了数值模拟和地形敏感性试验。结果表明,在海南岛北部登陆西行的台风降水量分布呈五指山以北地区多、以南地区少的特征,而北面的强降水带又是西部多、东部少。12 km水平格距模拟的48 h降水量和逐3 h降水量与实况基本相符,台风登陆时间与地点误差也较小,路径和强度模拟效果均较好。对比控制试验和地形敏感性试验模拟的24~48 h降水量发现,有地形时,海南岛西部地区24 h降水量普遍有50 mm以上的增幅,西部山区有150 mm以上增幅,西部山区主峰北侧有350 mm增幅。特别是强降水中心与西部主山峰紧密相连,地形的存在对台风"纳沙"在海南岛西部地区的降水量增幅明显。但受五指山脉地形的阻挡,处于台风环流中西北气流背风坡的海南岛东南部地区降水量有50~150 mm的减幅。从低层中小尺度流场和垂直速度的对比分析可以看出,控制试验与零地形试验结果存在明显差别,五指山脉西部的地形可以增强低层扰动,有利于产生中尺度对流小涡,从而增加台风降水。王下乡的特殊地形对台风降水显著偏多起到重要作用。     

北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟，分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用，并设置了升降地形敏感性试验。结果表明：数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度，台风大风区明显不对称分布，台风登陆后第一、四象限过境山区，其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带，水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动，动力条件极好，水汽输送带由近地面向对流层低层延展，山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡，强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心，是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%～50%，地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

浙江省地形对0908台风“莫拉克”降水影响的数值试验

应用ARW—wRF／3DVAR（V3．1）中尺度模式对0908号台风“莫拉克”进行模拟试验,结果表明,模式对宁波市135个自动气象站24h降水量预报与实况相关系数达到0．762,对50、100mm降水Ts评分分别达到0．963和0．778,BS接近1,200mm以上降水Ts评分0．320,漏报率明显增大。模式对“莫拉克”台风北抬过程中雷达回波的移动速度和强度把握具有较高的参考性,模拟降水回波主要出现在迎风坡,垂直结构均匀。地形导致浙江省50mm以上的降水增幅带主要位于28。N以北地区,与地形走向基本一致,降水增幅大值中心一般模式地形也相对高,但降水增幅与模式地形高度并不完全呈线性关系。地形作用在浙江省形成明显的地形辐合线,辐合线呈东北一西南走向,并随高度向浙江西南部收缩,浙北地区地形辐合线在600hPa以下层次表现清楚,而海拔相对高的浙西南地区,辐合线可伸展到400hPa。地形辐合线随着台风中心移动而北抬,其附近降水得到了明显增强,10mm／h以上的降水增幅带基本沿着中低层地形辐合线走向且随辐合线移动。地形导致上升气流和下沉气流相间增强,从而激发出次级垂直环流,进一步增强降水的局地性。     

台风“桑美”的数值模拟和地形敏感性试验

用WRF模式对0608号台风“桑美”进行了数值模拟研究,较为成功地模拟出了台风路径和降水,但模拟的台风中心气压远高于实况。为研究“桑美”登陆期间地形的抬升作用对其降水及结构的影响,通过改变特定区域内的地形高度设计了一组敏感性试验。结果表明,台风登陆过程中地形抬升作用对台风降雨量有显著的增幅作用;台风中心位势涡度、气流垂直上升速度、水平水汽通量散度明显增大;地形抬升机制在台风登陆时刻达到最强。     

台湾地形对1011号台风“凡亚比”影响的数值试验

利用WRF-ARW 3.2.1模式,对台湾岛地形对2010年第11号超强台风"凡亚比"的路径、降水及结构的影响进行了数值模拟和敏感性试验。结果表明:台风登陆台湾岛前,迎风坡地形低压作用使台风中心南落并出现逆时针打转;背风坡地形低压和台风西北侧台湾海峡出现弧状正涡度带,使台风进入台湾海峡时出现"V"型异常路径;台湾岛地形作用使台风西北侧水汽辐合和正涡度减小,而使其东侧、南侧水汽辐合和正涡度增加,台风出现西北弱、东南强的不对称结构和降水不均匀分布;台湾中部山脉地形对台风低层流场的阻挡抬升作用对台风降水具有明显的增幅作用,造成台湾岛降水分布呈南部、东部强而西北部弱的不对称分布。     

地形对台风“海葵”降水增幅影响的研究

使用NCEP GFS资料和WRF V3.4模式对2012年第11号台风"海葵"(1211)引发的安徽强降水过程进行数值模拟,通过改变模式中安徽省大别山区和皖南山区的地形高度,设计一组敏感性试验,对"海葵"降水的地形增幅效应进行研究。结果表明:(1)WRF模式对台风"海葵"降水过程有较好的模拟能力。(2)大别山区和皖南山区地形对"海葵"移动路径、强度以及降水分布、强度均有不同程度的影响;不同地形高度下模拟的台风路径及降水分布差异较大,且降水中心强度与地形高度相关性较好,地形对暴雨增幅作用明显。(3)山区地形有利于中尺度辐合线和低涡生成、发展,并有强水汽辐合中心与之相对应;有地形时对流层低层上升运动比无地形时明显加强,对安徽中南部强降水增幅作用显著。     

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。     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

0907号热带风暴“天鹅”暴雨的数值模拟

利用新一代中尺度数值模式WRF,对登陆后滞留粤西地区近50 h并带来了暴雨以上强降水的0907号热带风暴"天鹅"进行数值模拟,取得了较好的效果。该模式成功模拟出"天鹅"的移动路径、强度和强降水分布,暴雨的中心强度与实况基本一致。利用模式输出的高分辨率结果分析研究"天鹅"的暴雨降水原因,通过改变地形高度的敏感性试验表明,沿海地区地形的抬升作用对降雨有显著的增幅作用,并且使降水分布更加不均匀。     

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。     

两个路径相似台风暴雨过程的模拟分析

以两个路径相似的台风"海棠"和"凤凰"为研究对象,利用MM5模式对其二次登陆过程进行模拟并通过与实况的对比表明,模式对台风路径和暴雨的模拟是成功的。利用模式输出从动力、水汽、不稳定层结和地形等四方面对暴雨落区和强度进行诊断,结果表明:低层螺旋度正值区与未来12 h暴雨落区有良好对应关系,高层螺旋度负值区偏离暴雨区,螺旋度高低层耦合产生的倾斜上升气流是触发和维持台风暴雨的动力机制。在台风登陆过程中,浙南闽北一直有源源不断的水汽输入,登陆点北侧水汽输送大于南侧是造成台风降水非对称分布的重要原因。台风由暖洋面移入大陆"冷场"加强了不稳定层结,在"海棠"台风暴雨过程中,弱冷空气侵入台风环流,触发不稳定能量释放在暴雨增幅中起了重要作用,暴雨出现在相当位温等值线密集的向北倾斜锋区。地形对暴雨的增幅作用十分显著,迎风坡由于地形动力抬升有利于上升运动加强,使得对流发展旺盛,降水增加,形成暴雨中心。     

地形对海南岛冬季暴雨影响的数值试验

利用中尺度WRF模式,针对2013年12月14-15日海南岛东南沿岸(五指山山脉的迎风坡)出现的罕见暴雨过程,从地形角度出发设计了一组控制试验和两组敏感性试验,探讨地形对冬季暴雨的影响及可能机制。结果表明:WRF模式能够较合理地模拟出本次降水过程特征以及相关气象要素的变化过程。五指山脉可使对流层低层偏东风和东南风在山前加强、汇合形成辐合带并长时间维持,降水出现在辐合带上。在偏东气流影响下,地形促使其东侧出现有利于水汽抬升的"低层辐合、高层辐散"环流配置,同时阻挡了中低层暖湿气流向西输送,造成地形东侧水汽大量聚集,为暴雨发生发展提供动力条件和充足的水汽。地形均一试验进一步表明,地形高度及起伏共同作用对水平流场分布、垂直运动发展以及水汽输送等影响更为显著,对暴雨增幅作用更为明显,使得降水的分布形式更为复杂。     

2013年“苏力”台风西行登陆引发闽南大暴雨成因的模拟研究

利用中尺度数值模式对2013 年7 月13~14 日“苏力”台风引发福建南部大暴雨的天气过程进行了数值模拟、诊断分析和敏感性试验。结果发现：台风环流内强的正差动涡度平流和强的低层暖平流叠置是台风对流暴雨形成的有利大尺度强迫环境。台风登陆后移动旋转过程中,其风场、假相当位温场（θ_se）、水汽场、对流有效位能（CAPE）、对流不稳定度的空间结构及其正相对涡度、辐合区随着台风旋转在不断发生变化,台风环流内高θ_se 和高比湿气团的影响、带有CAPE 气流的输入、低层气流汇合或风速辐合、对流不稳定以及局地地形强迫等共同作用是闽南大暴雨发生的主要原因,强降水区主要位于环境风垂直切变的下游和左侧。此西移经台湾北侧的台风个例中,台湾地形可能主要通过改变台风环流内降水及其非绝热加热分布,进而影响台风的结构和移动路径,最终影响台风暴雨的强度和落区。闽南局地地形在台风大暴雨的形成中起到了一定的增幅作用,海陆摩擦差异造成的风速辐合在台风移近到登陆阶段对台风北侧偏东气流内降水具有不可忽视的增幅作用。     

台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验

应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6)，对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究，模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水，但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明，台风Rananim登陆期间，强回波带出现在台风移动的右前方，螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团；垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验，着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间， 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致，迎风坡降雨量增加，背风坡降雨量减少，地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间，地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带，高层为明显的辐散区；在中尺度环流场上，地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展，从而激发中尺度对流云团，形成中尺度雨团，造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用，可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时，将使台风环流局部明显增强；当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时，将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间，地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大，位涡明显增强，从而造成台风涡旋的增强。     

登陆我国台风与华北夏季降水的相关

利用1957-2002年华北104站月降水量、登陆我国台风频数、海平面气压场、850hPa流场、500hPa高度场资料，分析了华北地区夏季降水与登陆我国台风的关系。结果表明：华北中部和东部夏季降水量与登陆我国台风频数存在着显著的正相关，中心在华北中部的河北饶阳和保定一带。在登陆台风特多年，华北中、东部夏季降水增加（偏涝），南部降水减少（偏旱）；登陆台风特少年则相反。逐月分析发现．8月登陆我国台风频数与华北地区同期降水量相关最好，而且显著的正相关仍然位于华北中部和东部。多（少）登陆台风活动年无论是海平面气压距平场、850hPa流场距平、500hPa高度距平场还是冷空气异常，其特征均与华北中、东部夏季降水偏多（少）年相似。     

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“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

0414号台风“云娜”的数值模拟

利用美国CAPS的非静力高分辨率区域预报模式(ARPS)对0414号台风"云娜"进行数值模拟,其中把新一代多普勒天气雷达资料分析引入模式,模拟结果表明ARPS模式能较好模拟台风"云娜"的移动路径、中心气压强度变化及台风大暴雨;并利用模式输出的组合反射率与雷达组合反射率资料比较来检验模拟结果.数值模拟结果表明台风自身结构是引起0414号台风西折路径的重要原因;浙南闽北地形对0414号台风的影响作地形敏感性试验结果表明浙南闽北地形使0414号台风移动路径出现右偏现象;浙南闽北地形对0414号台风强度影响较小,地形对深入内陆后台风强度变化有较明显的影响;浙南闽北地形对0414号台风暴雨有增幅作用,降水分布更加不均匀.     

鲁中山区地形对山东省一次暴雨影响的敏感性数值模拟试验

利用PSU/NCAR MM5V3中尺度数值模式进行了鲁中山区地形对一次台风暴雨的数值模拟敏感性试验,结果分析表明:鲁中山区地形作用对山东省暴雨有重要影响,迎风坡可引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加,但偏北气流在迎风坡的水汽辐合不明显,降水量影响不大;山顶引起低层辐合上升运动减弱,辐散下沉运动增强,降水量减小;背风坡引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加。     

台风利奇马登陆期间的对流结构特征及对强降雨影响

2019年9号台风利奇马在浙江造成极端降水,其中8月9日白天浙江东部受台风外围螺旋雨带长时间影响,9日夜间在台风内核对流影响下降水有显著增强;降水中心与浙江临海地区的天台山、括苍山和雁荡山等地形特征密切相关。GPM（Global Precipitation Measure）卫星遥感反演表明近岸台风螺旋雨带以层积混合型降水为主,台风眼墙区域以热带暖云对流型降水为主;眼墙区雨滴有效直径更大、雨滴数密度更高,有利于形成高降水强度。台风登陆前移动速度较慢,浙江沿海地区维持低层锋生和辐合,有利于外围螺旋雨带降水维持和增强;登陆前后受环境垂直切变等因素影响,台风中心左前侧眼墙区域对流活跃,在登陆点附近强降水区偏向于台风中心左侧。分钟级降水观测表明台风登陆期间浙江近海山区降水强度2~3倍于平原地区,其中地形性降水增幅效应与台风对流非对称结构差异对降水影响程度基本相当,有利于在台风中心左前侧的括苍山—雁荡山山区形成强降水中心。