中尺度对称不稳定在远距离台风暴雨中的诊断应用

用中尺度对称不稳定“S”判据对9711 号远距离台风暴雨过程进行了诊断分析,结果表明:台风远距离雨区存在明显的对称不稳定降水。低层(700hPa 以下)S< 0的区域作为对称不稳定区,与后期台风远距离降水有比较好的对应,可以作为远距离台风暴雨落区的一个指标。高层的对称不稳定与200～300hPa 的非纬向高空急流的斜压性增强有关。高低层的对称不稳定对远距离台风暴雨有不同的作用。     

高低空急流与台风环流耦合下的中尺度暴雨系统

对9216号台风登陆后进入200 hPa西南风急流入口区右侧, 引起远距离台风中尺度暴雨系统突然发生发展的过程进行了分析.利用二维模式研究了高、低空急流与台风环流耦合和中尺度暴雨增幅的相互促进正反馈机制, 认为Wave-CISK过程和斜压基流的对称不稳定可能是低空急流发展和倒槽形成的更切合实际的动力机制.对流不稳定与斜压大气的结合有利于北传的重力惯性波不稳定发展.     

陕西一次远距离台风暴雨天气分析

利用MICAPS实况观测、卫星云图TBB、地面自动观测站资料,对2010年7月22～25日陕西一次远距离台风暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:500 hPa贝加尔湖南部高压和西太平洋副热带高压稳定少动及甘南低涡加深东移是这次暴雨主要环流特征,700 hPa从台风东侧至陕西建立了温湿能通量的能量输送通道,台风东侧的温湿能沿大陆副热带高压外围偏南风向陕西输送,暴雨位于700 hPa温湿能等值线密集处;条件性对称不稳定与对流不稳定是此次暴雨发展与维持的重要机制,高层湿位涡大值区向下伸展,对暴雨起到加强作用。     

1710号台风"海棠"登陆后漳州市远距离暴雨的能量特征

从能量角度分析台风和暴雨区显热能、潜热能和动能的时空分布特征,定量讨论台风强度长时间维持和暴雨区远距离降水突然增幅过程中能量加强的成因以及动能的补充途径。结果表明:(1)台风中心和暴雨区上空潜热能比显热能小一个量级,但潜热能平流明显大于显热能平流,潜热能对台风中心和暴雨区总能量增量的贡献大于显热能。(2)台风远距离暴雨发生时,暴雨区低层是一个深厚的潜热能大值区,凝结潜热释放有利于暴雨发生,低层是显热能和气温低值区,冷区的存在增加了暴雨区上空斜压不稳定,对暴雨具有增幅作用。(3)区域外能量的补充是"海棠"登陆后强度长时间维持的主要原因,西南风急流是显热能和潜热能补充台风的主要途径,潜热能增量远大于显热能增量。(4)"海棠"登陆后强度长时间维持导致西南急流加强,暴雨区低层显热能平流和潜热能平流也得到加强。暴雨区西边界纬向动能平流的加强、中高层动能的下传和斜压不稳定能量的转化使低层动能得到加强。低层动能加强、能量的积累和冷区的建立为台风远距离暴雨的发生提供能量、动力条件和不稳定条件。(5)台风远距离暴雨的发生具有前兆性,暴雨区低层出现正能量平流时间提前强降水发生时间约12 h。     

台风远距离暴雨的研究进展

台风是最强的暴雨天气系统，针对台风暴雨的研究由来已久，并把台风暴雨分为台风环流本身的暴雨和台风远距离暴雨。近几十年来，有关台风远距离暴雨的研究有了一些新的进展和成果。2007年的第十四届全国热带气旋研讨会上还给出了最新的台风远距离暴雨定义。谨从此定义出发，简要总结国内外在台风远距离暴雨方面的研究成果，并在分析归纳的基础上提出存在的问题和可能的研究方向。     

“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。     

远距离台风暴雨过程的正/斜压不稳定

利用正／斜压联合不稳定计算方法，分析了由9711号台风引起的远距离台风暴雨(实况及MM4模拟结果)过程中不同时段、不同位置的正／斜压项。结果表明：台风暴雨初始时段的降水主要由台风系统本身正压不稳定扰动引起，随着台风与西风带系统的结合，其南北部出现了2个雨区，均是正／斜压联合不稳定的产物；北部雨区的斜压不稳定较明显，且有随高空急流的非纬向性增强而增强的趋势。     

一次台风与河套低涡共同影响的陕北暴雨分析

分析了黄土高原东部一次台风与河套低涡共同影响的陕北暴雨,结果表明:深厚、稳定的河套低涡低层辐合、高层辐散的垂直结构及位势不稳定等特征为暴雨区附近强烈上升运动的发展和维持提供了有利的环境条件。低空台风低压环流北侧偏东风气流形成的水汽和能量通道在地处内陆的陕北地区产生强水汽辐合,并导致不稳定能量的积蓄和释放,直接造成了台风外围远距离暴雨的发生。暴雨的形成与地面流场上中尺度辐合系统、卫星云图上中β尺度对流系统(MβCSs)等密切相关。     

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。     

一次远距离台风暴雨过程分析

应用常规观测资料、卫星、雷达产品,综合分析2008年山东最强的一次降水过程,研究西风带降水系统影响山东时,远距离台风对降水的增幅作用,并对主要降水时段进行中尺度数值模拟.结果表明:在西风带系统影响山东时,远在我国东南沿海的台风右侧的东南气流产生的风向、风速辐合与西风带辐合区合并,东南风所及范围比湿增大,水汽通量辐合使大气中的垂直液态水含量明显增大.西风带系统在垂直方向上后倾,使得低层影响系统受高空槽前的正涡度平流影响,是降水发生的环流背景.中尺度模拟结果显示:前期鲁西暴雨垂直方向对流基本稳定,但有强的对称不稳定支持上升运动发展,后期半岛地区的连续暴雨则是低层增温、增湿且对流和对称不稳定并存,从而产生强降水.     

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。     

“96·8”华北暴雨数值模拟与稳定性分析

分析1996年8月发生在华北地区的台风暴雨过程的环流形势，发现：副热带高压与台风低压之间的气压梯度很大，宽广的偏南急流源源不断地向北输送水汽和能量，而太行山一带正处于汇合区，构成十分有利的暴雨天气形势。应用MM5数值预报方法对1996年8月4—5日的降雨天气过程进行数值模拟，并依据天气学原理和位涡理论对此过程的稳定性进行分析认为：（1）MM5数值预报模式较好地模拟出了台风暴雨的物理过程。（2）此次降雨的不稳定层结有南高北低现象，同时有对称不稳定和对流不稳定存在；条件性对称不稳定可使环流加速，对降水有一定的增幅作用。     

台风外围偏东气流中的暴雨及其等熵位涡特征

0414号台风"云娜"在浙江登陆后迅速减弱为台风低压,48 h后台风低压北侧偏东气流区域出现了暴雨,当时暴雨区中低层850,700和500 hPa没有辐合系统,而且暴雨出现前较强冷空气影响该区域,已使这里的位势不稳定减小,因此动力抬升和位势不稳定条件均不利于暴雨的产生。为了探讨这种情况下暴雨形成的原因,应用常规报文和1°×1°的NCEP再分析资料,对此次暴雨产生的条件及其等熵位涡演变特征进行了分析。结果表明:中层台风低压倒槽的移速快于低层,在暴雨区形成了一支自下而上向西倾斜的上升气流,暴雨区上空恰好存在着对称不稳定,斜升气流引起了对称不稳定能量的释放,使倾斜对流发展,提供了产生暴雨所需的动力和不稳定条件。而台风外围较强的水汽输送为暴雨的产生提供了充沛的水汽条件。等熵位涡分析表明,大值位涡带与降水区有较好的对应关系。正位涡异常中心的出现对降水的发生发展具有指示意义。     

中低纬度环流系统的相互作用及其暴雨特征的模拟研究

利用MM5模式分别模拟了台风、中纬度西风槽对台风远距离槽前降水的影响.试验结果表明,(1)台风的强度影响了台风东侧东南急流向中纬度槽前的水汽输送.低层水汽输送,造成中纬度暴雨区强水汽辐合和不稳定能量积聚,故槽前降雨的强度与其南方台风东侧的水汽输送有着相当密切的关系.(2)中纬度西风槽提供了有利于台风远距离降水的大尺度背景场.西风槽的存在,有利于垂直运动的发展和维持,有利于降雨的产生和发展.模拟结果表明,槽的加强和减弱将会相应地造成中纬度暴雨区的加强和减弱.     

非纬向高空急流与远距离台风中尺度暴雨的相关统计特征

本文对远距离台风暴雨的发生与非纬向高空急流进行统计分析。结果表明:远距离台风中尺度暴雨与非纬向高空急流密切相关,暴雨发生时,200hPa一般为西南急流,暴雨区位于急流右后方。暴雨增幅时,200hPa高空急流有增强转竖的趋势。     

西北涡与登陆台风相互作用个例的诊断分析

利用常规高空、地面观测资料以及每日4次的1°×1°NCEP/NCAR再分析全球格点资料,以2010年7月23日发生在陕西、甘肃东部以及陕西南部与四川交界地区一次区域性大暴雨过程为例,对远距离台风与西北涡相互作用对西北涡发展和暴雨发生的影响及其原因进行了诊断分析。结果表明:(1)远距离台风和西北涡相互作用,改变了西北涡的斜压结构、温湿结构和动量结构,也增强了西北涡附近对流不稳定程度和动力抬升作用;(2)西北涡中心强度及其附近环境场的改善对暴雨的发生和发展起到正反馈作用,即延长了由台风和西太平洋副热带高压建立起来的水汽通道,增强了暴雨区低层的动力抬升,这在一定程度上增大了暴雨强度和暴雨范围;(3)西北涡和台风远距离相互作用与低空急流的建立是同时的,这对大范围短时强降水的发生位置与强度变化具有一定的指示意义。     

集合预报对台风天鹅(2015)远距离暴雨的不确定性研究

2015年8月23—24日期间台风天鹅引发华东中部沿海地区出现暴雨或大暴雨天气。基于欧洲中期天气预报中心的集合预报分析导致此次远距离暴雨预报不确定的关键原因,并利用集合敏感性分析方法研究影响此次暴雨过程的主要天气系统的敏感区域,此外对暴雨发生发展的热动力机制展开探讨,主要结论包括:集合预报对此次台风天鹅引起的远距离暴雨的可预报性明显偏低,仅在暴雨发生前24 h才做出较大调整。在不同起报时次下,当台风路径的系统性偏差最小时,台风降水集合预报也最接近实况,但是进一步的分析表明,台风路径误差与降水量级之间的对应关系并不确定。不同雨量成员组间中低层环流场的对比分析表明:高空槽的预报差异是集合预报不确定的主要原因,高空槽东移加深有利于增加暴雨区的斜压不稳定,也有利于增强对流层低层的水汽输送急流带。500 hPa高度场的敏感性分析表明无论是初始场还是预报场,暴雨区平均降雨量均与高空槽的东移和加深显著相关,且随着预报时次的临近,显著相关区域向低槽下游明显扩大。此外还发现高空槽的东移有利于增强(减弱)暴雨区左(右)侧低层冷空气的强度,使得台风右侧更多暖湿气流向暴雨区输送。     

陕西4次台风远距离暴雨过程的水汽条件对比

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对比分析了陕西省4次台风远距离暴雨过程期间的水汽输送、水汽收支和水汽含量特征。结果表明：远距离台风用直接和间接2种方式影响热带低纬地区水汽向陕西方向的输送,中高纬度地区西风槽与高压系统直接参与暴雨区附近水汽的输送与再分配过程。远距离台风出现时,暴雨区南边界始终存在水汽的输入,占净输入的68%,西边界多为水汽的输出方,东边界上水汽收支变化趋势与台风移动路径密切相关。川东地区西南涡维持、发展并向东北向移动时,陕西水汽总收支成倍增大。台风远距离暴雨出现前12 h左右,暴雨中心低层比湿出现极大值,对应的风场辐合中心一般出现在比湿增加之后。     

对一次台风暴雨的位涡与湿位涡诊断分析

利用中尺度模式WRF对台风卡努模拟所输出的高分辨率资料,借助等熵位涡及湿位涡的方法进行诊断分析,揭示台风暴雨过程中的中尺度系统演变特征以及探讨台风暴雨发展与维持的机制.结果表明:等熵面位涡图的分析清楚地揭示了台风低压及周边环境的位涡演变特征.暴雨区落在低层等熵面位涡高值中心的东北侧,或者在高层等熵面位涡高值中心右侧最大位涡梯度处;等位温面向正位涡异常中心收拢,高层的高位涡值下传,高位涡的干冷空气加强了低层的扰动,引起低层暖空气的抬升,这些条件促使对流不稳定能量与潜热能的释放,有利于暴雨增幅;条件性对称不稳定与对流不稳定是此次台风暴雨发展与维持的重要机制,暴雨区内中尺度系统的发展符合倾斜涡度发展理论.     

一次北方台风暴雨(9406)能量特征分析

从能量角度分析了9406号台风在我国北方造成大范围暴雨过程,定量讨论了台风变性过程中显热能、潜热能和动能的时空分布特征、北方暴雨区远距离降水突然增幅过程中能量的变化、以及动能的补充来源.发现:(1)虽然潜热能比显热能小1个量级,但潜热能平流大于显热能平流.热带气旋在获得西风带斜压能量之前,其总能量的维持主要来自潜热能的贡献,潜热能的贡献约是显热能的两倍.(2)台风远距离降水的突然增幅是中低纬度系统相互作用的结果.来自热带气旋的显热能平流与西风带显热能平流非线性叠加,导致槽前显热能明显增加,西风带槽迅速加深,降水突然增幅.同时,暴雨区高空动能下传的突然增强对暴雨突然增幅有贡献,而该高空动能下传的增加与6小时之前台风环流区大量潜热能量释放相对应.(3)台风进入影响区之前,在整个对流层有潜热能、显热能和动能直接从台风区输入暴雨区;在台风进入影响区之后,只有低空显热能平流保持继续向暴雨区输送能量.(4)台风进入影响区之后,北方暴雨区动能的补充主要来自对流层上层动能的下传、斜压不稳定能量向动能的转化和北方暴雨区西边界动能的输入.5个类似台风的合成分析支持了以上主要结论.得出的暴雨增幅模型可对预报台风远距离降水有指示作用.