超强台风“桑美”（2006）近海急剧增强特征及机理分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对超强台风“桑美”（2006）在中国近海急剧增强的特征及机理进行分析。结果表明, “桑美”台风强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈反相变化关系;介于-4～4 m/s弱的200 hPa和850 hPa高低层环境风垂直切变是“桑美”台风急剧增强的必要条件;台风中心附近对流层高层辐散的增强、中心附近正涡度的增大和正涡度柱向对流层中上层伸展导致“桑美”台风急剧增强,对流层中层辐散和涡度的增大与台风的减弱密切相关;“桑美”台风急剧增强过程中,对流层高层动能的下传是对流层低层动能补充的重要途径之一;“桑美”台风近海急剧增强具有前兆性,急剧增强对风垂直切变、850 hPa角动量和动能区域平均值变化的响应时间大约为18 h,这些可为提前预测我国近海台风的强度急剧变化提供参考。     

2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析

利用ERA-5再分析资料、日本葵花8号卫星黑体亮温资料以及中国气象局上海台风研究所台风最佳路径集资料,对2020年第6号台风“米克拉”（2006）近海强度急剧增强进行诊断分析。（1） 比常年偏暖的29～30 ℃的南海东部海温是“米克拉”急剧增强的有利下垫面条件;200 hPa加强东移的南亚高压、500 hPa加强西伸的副高、低层加强的偏南-西南急流是主要影响系统;相对比深层和高层大气,持续低于4 m/s的低层大气垂直风切是重要因子。（2） “米克拉”的增强主要体现在对流层低层动能的不断增强,在台风急剧增强过程中,中低层的气旋性涡度、低层辐合强度、中高层辐散强度以及上升运动均明显加强;对流层中高层动能在台风急剧增强前的减小可能与增强的高空出流相关。（3） 在“米克拉”急剧增强前,深对流云系强度不断增强,但覆盖面积变化不大;在急剧增强阶段,深对流云系组织的更加紧实集中,覆盖面积明显增大。     

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。     

超强台风威马逊快速增强及大尺度环流特征

超强台风威马逊（1409）登陆前发生快速增强现象,并成为我国有气象记录以来的最强登陆台风。该文利用中国气象局台风最佳路径资料、NCEP FNL分析资料、NOAA高分辨率逐日最优插值海表温度融合分析资料和天气学、动力学诊断分析方法,分析这次罕见的台风快速增强过程。研究结果表明:威马逊（1409）快速增强与持续有利背景场有关,如海温异常偏暖、低空急流和越赤道气流的增强、环境风垂直切变维持较小、高层维持较强流出气流等。尤其是台风下游大气处于热力不稳定,在其他有利因子的共同作用下,台风移入热力不稳定环境场中,有利于台风环流内部对流活动的增强和对流凝结潜热效率的增加,从而有利于台风强度增加。动能诊断方程表明:威马逊（1409）快速增强期间低层动能主要来源于风穿越等压线所作的功,这与台风环流内强降雨释放的对流凝结潜热驱动台风中心附近上升、外围下沉的垂直环流圈的加强紧密联系。     

超强台风梅花(1109)强度异常减弱成因分析

文章应用中央气象台日常业务中台风强度分析和预报资料、ECMWF再分析资料和NOAA海表热容量反演资料诊断分析了2011年第9号超强台风梅花的强度变化.结果表明,虽然黑潮区域海表面温度较高,海洋热力条件以及相应感热和潜热通量的增加确实为“梅花”增强创造了可能,但是这些有利条件并没有使得“梅花”像预计的那样加强,其主要原因是:“梅花”东北侧高层有强冷空气下沉贯通整层,冷平流在低层侵入台风中心,破坏了台风结构,阻碍了热量向上输送;另一方面环境风垂直切变较大,使得热量不能集中以维持暖心结构.因为环境场中冷平流和垂直风切变的变化,不利于能量输送和集中,是“梅花”强度减弱的主要原因.     

热带气旋莫兰蒂(1010)强度的观测研究和增强条件的诊断分析

热带气旋莫兰蒂(1010)进入台湾海峡后显著加强。本文普查了历史上在台湾海峡与"莫兰蒂"有相似路径的热带气旋,其中几乎没有增强的热带气旋个例;总结了"莫兰蒂"在台湾海峡活动时的强度变化,指出在实时业务中国内外台风预报中心对于"莫兰蒂"强度的判定存在明显偏弱的现象。运用天气学和动力诊断方法,分析了"莫兰蒂"在台湾海峡活动时热带气旋发展的基本条件,结果发现:台湾海峡区域有较高的海表温度、丰富的中低层水汽净流入、强烈的低层辐合和高层辐散、低层涡度净流入,为"莫兰蒂"的发展提供了有利的动力和热力条件,弱的环境风垂直切变又使其强度增长没有受到大的抑制作用。研究结果可为热带气旋强度或强度变化预报提供有意义的参考。     

T639台风预报误差与环境场变量的相关分析和回归分析

利用国家气象中心全球谱模式T639L60(简称T639)数值预报结果和上海台风研究所整编的台风最佳路径数据,基于2009—2010年的样本,分析了西北太平洋和南海台风的环境场预报变量与路径预报误差的相关性,利用线性回归分析,建立了T639台风中心预报误差与环境风整层垂直切变、400 hPa台风环流强度的24~120 h各预报时效线性预估模型(建模样本数分别为299、232、170、117和84个),并利用2011年的样本对模型进行了检验(检验样本数分别为182、146、117、85和61个)。初步结果表明,环境风垂直切变与路径误差呈正相关,台风各层环流强度与路径误差大致呈负相关,其中400 hPa上的负相关性最明显;由环境风垂直切变与400 hPa台风环流强度建立的线性预估模型能对路径预报误差作出定性估计,其中24h预报时效的预估模型有较好的预估效果。     

2018年一次温带气旋入海爆发性增强时期的集合预报对比分析

基于实况观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Forecast, ECMWF)0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的再分析数据和集合预报数据,对2018年2月一次入海爆发性气旋在黄海南部的爆发性增强时期的动力和热力因子进行了对比分析。根据气旋路径、强度和海面风的检验结果挑选出两组集合成员——好成员组和坏成员组。通过组间对比分析得到如下主要 结论 1）在气旋入海之后爆发性增强时,500 hPa高空槽和850 hPa中低层低涡迅速加强,同时低层和高层的西南急流均明显加大,中高层系统快速增强,上述因子均为气旋出现爆发性发展提供有利条件。2）气旋入海之后上升运动快速增强,这加剧了低层辐合与高层辐散,有利于地面降压,促使地面气旋的爆发性发展。水汽在中低层辐合后随气流上升发生凝结并释放潜热,这加强了高层辐散、低层辐合以及上升运动,促使气旋进一步爆发性发展。与此同时,对流层顶的高值位涡下传增强,低层大气斜压性受气旋上空冷暖平流的增强而增大,导致垂直稳定度减小,地面气旋性涡度增强,也有利于气旋爆发性发展。最终此次气旋快速增强并达到中等爆发性气旋的强度。3）虽然集合预报两组成员的平均场均比分析场弱,但是好成员组抓住了气旋上空中高层天气系统的快速增强过程,以及垂直运动、温度平流、水汽条件、位涡等预报因子和物理量的快速增强过程,其预报效果在气旋强度和路径等方面均显著优于坏成员组。     

台风环境风垂直切变的计算

环境风垂直切变小大对台风强度变化有显著影响。通过查阅文献和会议交流发现,由于算法上的细微区别,导致同一个台风在计算环境风垂直切变时结果有所不同,有时差异较大。本研究针对这一问题,以南海快速增强台风为例,利用中国气象局整编的热带气旋年鉴、NCEP FNL、个例数值模拟资料等,计算并对比分析了南海台风在快速增强阶段不同环境风垂直切变计算方案和数据对计算结果的影响,并对业务应用时应该注意的问题展开讨论。     

“0812”关中盛夏突发性暴雨中尺度特征分析

基于WRF模式多普勒雷达同化预报、1 °×1 °的NCEP再分析资料、云图TBB和本地加密观测资料,对2014年8月12日关中地区突发性暴雨过程（“0812”暴雨）进行诊断分析。结果表明:同化C波段雷达资料能有效提升WRF对此次突发性暴雨的预报能力。受中高层北部冷空气侵入和低层冷式切变南压的影响,在“0812”暴雨期间,关中的北部和东部的地面切变辐合线附近先后出现了南北向和东西向的中β尺度重力波,波动持续约4 h、波长约60 km。当北部波动向南传播发展与东部波动合并之后,重力波快速消散,强降水结束。暴雨发生前,波动区的垂直上升速度、雨水含量中心强度和发展高度均迅速达到最大,陕北地区对流层中上部的正湿位涡显著向南下滑至关中上空,出现了有利于中尺度波动发展的湿位涡波列结构,暴雨中心近地层的正湿位涡和垂直梯度异常增大。200 hPa高空急流区南侧、关中西部垂直风切变显著增大及其东移南压为中尺度波动快速发展、传播提供了能量。500 hPa内蒙古中部天气尺度横槽发展东移、引导中低层偏北路冷空气南压,是突发性暴雨的直接影响系统。850 hPa的比湿突增为暴雨提供了热力、水汽条件。近地层显著东南风、不稳定扰动增大和地面切变线是暴雨的有利动力、触发条件;在地面切变线西端附近,3 h变压场出现显著中尺度波动特征。“0812”暴雨与典型盛夏暴雨差异明显:西太平洋副热带高压远离大陆、东南沿海无台风活动,关中低层出现西北路水汽输送,强降雨区周边700 hPa以上深厚位势稳定层结、近地层不稳定层结垂直叠置有利于重力波动发展传播,中尺度对流云团高度低,雷达强降水回波主要位于低层西北风和东北风之间的冷式切变区。      

超强台风“威马逊”近海急剧加强特征及诊断分析

利用NCEP/NCAR提供的全球客观分析资料对1409号超强台风“威马逊”近海急剧加强的特征进行了诊断分析。结果表明：南海较高的海表温度、中低层丰富的水汽净流入为“威马逊”增强提供了有利的能量条件;维持近22 h对流层深层、高层及低层介于0~4 m/s弱环境风垂直切变是“威马逊”两次以超强台风登陆的必要条件;台风中心附近对流层高层强烈辐散、中低层正涡度值的增大和正涡度柱向对流层上层的伸展导致“威马逊”急剧增强;“威马逊”台风急剧增强具有一定前兆性,急剧增强与环境风垂直切变及对流层中低层涡度值的响应时间分别为12 h和9 h。     

台风“黑格比”(2004)近海急剧增强特征及成因分析

利用热带气旋最佳路径数据集、FNL全球再分析资料、FY-2G卫星TBB资料和日本气象厅海温资料,对“黑格比”台风近海急剧增强特征和成因进行了分析。结果表明:“黑格比”台风呈现出明显的非对称性结构特征,对流发展主要位于台风中心东侧,导致其东侧云顶亮温更低、垂直上升运动更强;随着“黑格比”强度急剧增强,其正涡度区和暖心高度不断向上伸展,涡旋特征和暖心结构均得到加强;高层强烈辐散、低层强烈辐合的高低空散度配置增强了台风中心附近的垂直上升运动,这是“黑格比”急剧增强的原因之一;在“黑格比”急剧增强期间,东西两侧上升运动区逐渐合并下移,对流发展高度有所下降,台风结构趋于紧实;“黑格比”强度突然增强与南亚高压、副热带高压强度及位置变化关系密切;较弱的环境风垂直切变(基本小于10m/s)、高海温(29℃以上)、有利的高层气流流出条件和强烈的低层水汽输送为“黑格比”强度突然增强提供了有利的环境条件。     

台风鲸鱼(1508)路径和降水业务预报偏差原因分析

1508号台风鲸鱼路径和降水业务预报均出现明显偏差,造成该台风预报服务效果很差。本文主要利用常规观测资料、卫星资料、EC模式预报结果和ERA-interim再分析资料(0.25°×0.25°),探讨"鲸鱼"路径和降水业务预报偏差的原因,同时对比分析与"鲸鱼"路径相似的两组夏季台风出现近乎反向的强降水落区的成因。结果表明:(1)"鲸鱼"强度偏弱,业务定位出现较大偏差,同时EC模式对副热带高压预报明显偏弱偏东,是其路径及登陆点预报偏差的主要原因。(2)EC模式较好地预报出副热带西风急流加强、南海海域高层东北风加大的过程,但业务中却忽视了它们通过加强环境风垂直切变对台风非对称结构的作用,从而导致"鲸鱼"路径和降水预报出现偏差。(3)台风路径和降水预报要特别关注副热带西风急流和对流层高层西风槽的演变,副热带西风急流加强东进南落,台风中心附近高层东北风加大,环境风垂直切变随之加大,其南侧对流发展旺盛,台风移动路径偏西分量加大,强降水主要位于其路径左侧;西风槽东移南压,且与台风环流靠近,台风中心附近环境风垂直切变明显减小,其北侧对流发展旺盛,台风移动路径偏北分量加大,强降水主要位于其路径右侧。     

2020年黑龙江省“巴威”台风暴雨成因分析

选取2020年8月27-28日黑龙江省降雨量和风的实况观测资料以及NCEP再分析等资料,分析了2020年“巴威”台风影响黑龙江省时的风雨天气实况、环流形势和物理量场特征。结果表明:“巴威”台风登陆后迅速减弱变性,对黑龙江省的影响主要是暴雨天气,风力影响相对较小。台风减弱变性后的温带气旋以及低层850 hPa和700 hPa风向或风速辐合为产生暴雨提供了较好的动力抬升条件,台风携带水汽及低空急流的水汽输送为产生暴雨提供了充分的水汽条件,低层风场辐合区稳定少动为产生暴雨提供了充足的时间。低层850 hPa比湿、水汽通量、水汽通量散度以及中低层垂直速度等物理量要素对预报暴雨落区和发生时间有较好的指示意义。     

南海热带气旋迅速加强环境场因子的影响分析

使用中国气象局上海台风研究所整理的热带气旋最佳路径资料,对1979-2012年间南海海域热带气旋迅速加强的时空分布特征进行分析。结果表明,南海热带气旋迅速加强主要出现在夏秋两季,其中9月频数最高,空间分布主要集中在海南岛东南侧以及南海中部远离大陆的海域。基于ERA-Interim再分析资料,确定了一种环境因子的新阈值计算方法,计算出风垂直切变、高(低)层散度、低层垂直涡度、低层水汽通量散度、对流层中层相对湿度、海表面温度和海洋热含量8种环境场因子有利于迅速加强的阈值条件,结果表明风垂直切变、低层辐合、低层水汽辐合是影响迅速加强的主要因子。强台风以下级别的南海热带气旋级别越高迅速加强概率越大,迅速加强时满足阈值的因子个数也越多。除海洋热含量以外的7个因子中,满足阈值的因子个数为6个(热带风暴级别)或5个(强热带风暴级别、台风和强台风级别)时迅速加强概率最大。这些对提高南海热带气旋强度突变的预报有一定指导意义。     

台风“威马逊”登陆后长时间维持原因分析

超强台风威马逊(1409)在华南三次登陆,登陆后减弱缓慢,带来了狂风暴雨和巨大的经济损失。利用NCEP再分析资料、CMABST最佳台风路径数据等资料,对"威马逊"长时间维持的原因进行天气学和动力学诊断分析,结果表明:(1)500hPa副高西伸发展,紧随着台风,副高和台风环流之间维持较强的气压梯度和水汽输送,有利于台风环流的维持。850hPa西南季风急流和越赤道气流合并卷入台风低压环流中,输送的水汽和不稳定能量是台风在登陆后衰减缓慢的重要原因。高空存在强流出气流,高层辐散抽吸作用有利于台风强度的维持和发展。(2)台风移向下游区域海温偏高、环境风垂直切变小、强盛水汽输送是台风强度维持的重要环境条件。台风登陆后涡度和垂直速度结构完整,减弱缓慢,利于台风环流的维持。台风移入的华南地区处于热力不稳定状态,有利于对流凝结潜热效率的增加和台风环流内对流活动的增强,从而有利于台风强度的维持。     

热带气旋温湿非对称结构的比较研究

利用NCEP的CFSR 0.5 °再分析资料和日本东京台风中心的最佳路径集,对西北太平洋和南海海域1979—2010年间的热带气旋温湿水平非对称和垂直非均匀结构等进行了合成和对比分析。(1) 热带气旋流场的非对称随着气旋增强逐渐趋于轴对称化,而外包区及外围区比湿场的非对称性逐渐增强。(2) 热带气旋普遍具有“双暖心”的垂直非均匀分布结构特征;弱热带气旋的低层暖心相对较强而TY及以上强度的热带气旋高层暖心相对较强。(3) “暖心”的水平范围和形态随气旋的增强而扩大并更趋于轴对称,200 hPa高度场上较弱的热带气旋暖心附近为弱高压中心、较强热带气旋暖心附近为一低压中心。(4) 热带气旋的“湿心”主要位于700～850 hPa的低层,湿心强度随着气旋强度等级增加而增强,0.8 g/kg的比湿距平范围随TC强度增强而不断向高层延伸。(5) 气旋不同区域的各个层次假相当位温随气旋增强而增加,且各个强度级别的气旋不同区域增温速率均为内核区最大、外包区次之和外围区最小。      

涡旋结构和环境场对台风“黑格比”（2020）强度变化的影响

为进一步认识影响台风强度预报的因素,提升对台风最大强度预报的能力,利用高精度集合模拟试验对2020年第4号台风“黑格比”的发展增强过程进行了分析,探讨了初期涡旋和大尺度环境背景对台风最大强度的影响。结果表明：描述初期台风涡旋特征的10 m最大轴对称切向风、最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流以及涡旋的丰满度均与台风最大强度有较好的相关：最大轴对称切向风能够更早且更准确地指示台风最大强度;最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流越强,其伴随的向台风内核区输入的角动量越大,台风的最大强度也越强;初期台风涡旋的丰满度与最大强度的相关远高于外围风圈和最大风速半径与最大强度的相关,意味着对于小台风“黑格比”而言,只要初期涡旋丰满度大,其最大强度也会很强。“黑格比”的最大强度与其西侧“森拉克”台风和东侧副热带高压也密切相关,若这两者都偏强,不仅使得“黑格比”引导气流的向北分量偏强,导致台风快速北移受到干空气影响,还会使得“黑格比”的环境风垂直切变增大,不利于台风达到更强的最大强度。对于这类台风而言,初始涡旋结构和邻近台风及副热带高压的准确描述是提高台风最大强度预报能力的重要前提...     

东风和西风切变环境下西北太平洋热带气旋快速增强特征的对比

利用1980-2009年美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)整编的热带气旋(tropical cyclone,TC)最佳路径资料,定义西北太平洋TC 24 h强度变化达到总体样本96%累积概率的变化值,即35 kn作为TC快速增强的阈值。根据NCEP/NCAR资料将200~850 hPa之间 TC所处的环境纬向风切变(wind shear,WS)划分为东风切变(east wind shear,EWS)和西风切变(west wind shear,WWS)。对比了EWS和WWS环境下快速增强热带气旋(rapid intensification tropical cyclones,RITC)的统计和大尺度环境合成场特征,结果表明,近70%的TC快速增强发生在东风切变环境下。TC快速增强概率最高的月份在9月,初始强度区间为[65,75) kn。大的EWS下,850 hPa有来自南海地区的西南气流为RITC输送充沛水汽,500 hPa、200 hPa高压势力强但脊线位置偏北,RITC流出层温度低于-79 ℃,垂直结构上底层的辐合与高层的辐散也相对较强。大WWS下,850 hPa的水汽主要为来自西北太平洋的东南气流,500 hPa副热带高压断裂为几个分散的中心,200 hPa辐散相对较弱,RITC合成位置位于副热带高压西北侧的西风气流,流出层温度约-76 ℃。     

对流非对称台风"天鸽"(1713)近海急剧增强成因分析

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料(水平分辨率0.125°×0.125°)、NOAA逐日海表温度资料(水平分辨率0.25°×0.25°)、日本HMW8卫星逐时黑体亮温TBB (水平分辨率0.05°×0.05°)资料对对流非对称台风"天鸽"近海急剧增强原因进行了分析。结果表明:(1)"天鸽"是在其对流呈非对称分布的前提下发展起来的,近海急剧增强过程其对流也呈非对称分布。"天鸽"强度增强时,TBB一波非对称振幅逐渐减小,非对称程度减弱。(2)南海北部28.5～30℃异常偏暖的海表温度有利于"天鸽"快速增强,是"天鸽"近海急剧增强的原因。(3)"天鸽"近海强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈正相关系,"天鸽"近海急剧增强发生在200 hPa南亚高压加强东移,同时500 h Pa副热带高压加强西伸、低层西南季风加强的有利条件下。200 hPa南亚高压反气旋环流加强东移导致台风上空向西南方向出流加强,台风中心南侧高层辐散与低层辐合的显著加强及其导致的非对称分布的强对流的发展,是"天鸽"急剧增强的重要原因之一。200hPa南亚高压加强东移与低层西南季风加强同步导致环境风垂直切变明显增大,对"天鸽"内的对流分布和台风强度均有重要影响,环境风垂直切变低于阻碍台风发展的阈值(12.5 m·s~(-1))是台风急剧增强的一个重要条件。(4)"天鸽"强度的快速加强与副热带高压加强西伸和西南季风加强造成的台风内部的非对称环流结构密切相关,"天鸽"水平风速的非对称分布导致台风中心附近正涡度增大,水平风速非对称分布变深厚引起台风中心附近正涡度大值区向对流层中上层伸展,也是"天鸽"急剧增强的重要原因。