人造台风模型中三维风场的改进及敏感性模拟研究

对MM5的人造台风风场方案进行了分析,并引入台风移速、移向、摩擦等客观因素构造非对称切向风场,尝试选择合理的径向风方案,并考虑风场垂直结构,改进出三维非对称台风风场模型.通过对"云娜"台风模式初始场的对比发现,径向风及高空反气旋环流的引入突出了台风的基本特征,与观测事实相接近.最后进行敏感性数值模拟,通过比较台风路径及移速、海平面气压、最大风速等模拟要素,结果表明:改进后的台风模型通过订正初始场,对台风路径及强度预报效果的提高也有正效应.     

FY-2E晴空风矢同化对台风分析和预报的影响研究

为了研究“二阶差分法”反演的晴空区风矢同化在台风分析和预报中的作用,以1509号台风“灿鸿”和1211号台风“海葵”为例,首先利用WRF-3DVAR系统对晴空风矢进行同化,探讨了晴空风矢的引入对模式初始场的影响。然后利用WRF模式对两个个例分别进行48 h的预报试验。通过对比控制试验和同化试验,结果表明,同化晴空风矢资料能够对初始风场和位势高度场进行合理的调整,在台风周围引导气流的作用下,台风路径与实况更靠近,从而提高了台风路径的预报效果。除此之外,同化晴空风矢对台风强度以及风场预报也有一定的改善作用,还可更准确地预报出降水的落区及雨强,提高降水预报质量。因此,晴空风矢的引入,有利于改善模式的初始场,从而提高WRF模式对台风的预报能力。      

有限区域流函数和速度势的计算及其在台风中应用

在Endlich提出求解旋转风和辐散风基础上,本文给出了直接利用风场迭代计算流函数和速度势的方法,该方法不但能求解流函数和速度势,还可将原始风场直接分解为旋转风和辐散风。此方法在有限区域中,能大大降低边界条件对计算结果的影响,不仅能计算准确的涡度和散度,还能很好的重建原始风场。采用此方法,对"0808"号台风"凤凰"进行了诊断分析,得到了台风不同时期的流函数和速度势、旋转风和辐散风。结果发现在台风的不同时期,流函数与高度场相似,可用其低值中心来分析台风移动路径和强度的变化,速度势存在高值区,其中心与高度场低值中心不吻合;旋转风的涡旋中心也可用来反映台风中心,台风南侧辐散风较大,故可用来反映南方水汽供应对台风发展、成熟、衰退的影响。     

台风网格风场主客观融合技术的应用及评估

针对实际预报工作中,台风主观预报和模式风场客观预报不一致的问题,基于南海台风模式(CMATRAMS)资料、实时台风主观预报资料,采用一种考虑下垫面作用的动力解释应用方法TCwind,得到了能较合理描述台风风场的数学方程组,结合网格预报技术,进行台风主观预报和模式风场的主客观融合,实现了台风风场预报的订正,能为网格预报提供有效辅助。以实时台风主观预报为评判标准,检验评估了2018—2019年西北太平洋所有台风的融合订正效果,发现订正后的台风风场中心能较准确地向主观路径预报调整;台风中心附近最大风速相较模式显著增强,趋近主观强度预报;台风环流风速比模式原始风速增大,风场结构分布相比模式原始风场也更合理。      

基于海平面气压动力反演的台风涡旋初始化方法

提出了一种基于海平面气压动力反演和变分同化技术初始化数值模式台风涡旋以改进台风预报的方法.使用QuikSCAT海面风资料,针对中纬度和热带地区使用不同的边界层模式反演出与观测风场动力相适应的海平面气压;然后基于三维变分动力约束将海平面气压同化进入中尺度模式.对登陆中国的两个台风个例的初始化敏感性数值试验研究发现,初始化方法在实现台风风场与气压场的动力平衡的基础上,不仅通过调整边界层入流结构和垂直风切变明显改变了大气不稳定状态和对流触发条件,而且,也调整了台风在对流层顶附近的流出结构.尤其值得注意的是,尽管同化只是使初始台风强度略有加强,但随着模式积分时间的增长,这种模式边界层物理过程与资料同化相互耦合的方法对台风预报的影响在逐渐加强,改善了对台风登陆过程中强度维持和迅速减弱阶段的描述;并通过不同程度地调整对流层中低层和高层引导气流,改善了台风路径的数值模拟.     

一个中国沿岸台风风暴潮数值预报系统的建立与应用

依据三维斜压海洋环流模式POM建立了一个中国沿岸台风风暴潮数值预报业务系统.台风风场模型考虑了台风移动和周围环境风场的影响,采用了较合理的强风情况下的风应力计算公式,建立了稳定合理的模式海洋环流气候状态和模式边界条件.大量的数值模拟结果表明,该模式能较好地重现历史台风风暴增水过程,对近2年台风风暴潮个例的预报结果表明,该业务系统对台风风暴增水具有较好的预报能力,文章同时分析了模式存在的一些问题.该业务系统实现了从资料采集、模式运行到预报结果输出的全自动化,显示采用图片和MICAPS两种方式,后者与现有气象业务平台一致.     

双台风涡旋运动及其相互作用的数值研究

本文采用正压原始方程模式对不同强度、间距和基本气流条件下的双台风涡旋作了一系列数值试验,试验结果表明:在无环境风场条件下,双台风在某一临界距离内作明显的相互旋转运动,这个临界距离是随台风强度以及风场分布的特征而改变的。双台风有明显的相互吸引作用的临界距离远小于相互旋转的临界距离。双台风相互旋转速率与台风强度成正比、与台风切向风速向外减小率和台风中心的间距成反比。均匀的环境气流对双台风相互作用影响甚微,但有了基本气流以后,两个台风对基本气流的扰动具有不同敏感性。在西风基本气流中,西台风移动稳定而东台风移动稳定性差。在有切变的环境气流中,台风运动既受环境气流的平流作用也受β效应作用和台风相互作用,当台风中心间距大于相互旋转的临界距离时,主要受环境气流和β效应作用。此外,本文还把试验结果与西北太平洋的台风统计资料作了比较,並讨论了试验结果对预报的启示。     

在台风业务系统中使用卫星云导风资料的试验

在国家气象中心台隐数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行两项预报试验。第一项是把卫星云导风资料作为观测资料进行最优插值客观分析;第二项是将云导风资料加入到轴对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场。试验结果表明：卫星云导风资料作为观测资料进入模式后对减小台风路径预报误差效果明显;用云导风形成人造台风模型非对称风场可进一步提高台风路径预报精度。     

多普勒天气雷达速度图像在近海台风移动路径预报中的应用

在Rankine涡旋运动模式基础上模拟台风的水平风场结构,给出了准环境风的定义,研究了受准环境风影响台风的多普勒速度的重要特征,即根据台风正负极值中心的不对称程度和零速度线和台风中心的相对位置来估计一定高度的准环境风的风向风速,同时结合对近年来影响广东的几个近海台风的多普勒天气雷达径向速度场资料进行分析研究,证明准环境风的分析判断对近海台风的移动路径预报有很好的实际指示意义,可为今后近海台风的路径预报特别是转向台风的路径预报提供重要参考。     

FY-2C云迹风资料同化应用对台风预报的影响试验研究

针对0505号台风“海棠”, 采用WRF区域中尺度模式进行控制试验和两个同化试验, 利用WRF-3DVAR同化系统同化FY-2C红外和水汽两个通道云迹风反演产品, 同化分云迹风经质量控制和未经质量控制两组同化试验。通过三组试验分析云迹风资料对降水和风场等的预报结果的影响, 并进行24小时降水量分级Ts评分检验以及风场点对点检验。结果表明: 同化经质量控制云迹风资料可以提高降水落区和强度预报的准确度, 不同等级的Ts评分较其它试验都有较明显改进; 风场预报模拟也有所改善。增加两例台风, 使用与“海棠” 相似的处理方法进行模拟试验, 并对模拟结果24小时降水分析与检验, 得到与“海棠”类似结论。因此, 经过合理性选择的云迹风资料的加入, 有利于补充初始场中可能未包含的中尺度信息, 从而提高试验中对于降水、风场等的模拟效果, 提高WRF模式的模拟预报能力。     

0801号台风风浪场和涌浪场的数值模拟

利用美国国家海洋大气总局/美国国家环境预报中心（NOAA/NCEP）发布的最新版WAV-EWATCHⅢ（version3.14）海浪模式对0801号台风＂浣熊＂进行数值模拟,并在此基础上对台风浪的发展过程和台风影响下的海面有效波高、风浪场及涌浪场的分布特征进行分析。结果表明：海面有效波高的分布和演变受台风系统强度和移动的影响;台风过程中所产生的大浪主要为风浪;涌浪场的分布与风浪场的分布几乎相反,涌浪场基本分布在远离台风中心的外围海域;涌浪场波高比风浪场波高要小。     

用QuikSCAT资料分析"黄蜂"登陆前后近地层风场的分布特征

利用QuikSCAT资料对"黄蜂"近地层风场分布的演变特征进行了诊断分析.并采用了离散余弦转换(DCT)对其方差的波谱结构进行了讨论.结果表明台风近地层风场分布具有明显的不对称性,其方差大部分产生于波数1和2的气流中,并且与波的方向有关.当台风沿纬向西移时,有两个纬向排列的波谱中心,主要是纬向波数2和经向波数1的气流;而当台风沿径向北上时,有两个经向排列的波谱中心,主要是纬向波数1和经向波数2的气流.波数1的气流对切向风的方差做主要贡献,波数2的气流对径向风的方差做主要贡献.不对称性分布的特征随大尺度环境场和台风自转气旋环流的改变而改变.当台风靠近大陆时台风大风出现的在台风前进方向前沿,类似于陈联寿等分析的第二类台风大风模式,在左前方是西北偏北大风,在右前方是东南大风.     

登陆台风启德近地层强风特性观测研究

根据Airda3000Q型边界层风廓线雷达获取的台风启德(1213)强风观测数据,分析了强风条件下的近地层风廓线特征,发现以下观测事实:台风中心经过前后风速呈现尖耸的"M"形双峰变化,台风眼壁强风区风速最大,台风眼区经过前后100m高度极大10min平均风速分别为35.7、35.4m/s,眼区经过时出现最小风速为16.2m/s;而风廓线幂指数α则呈现比较平缓的"M"形双峰变化,风廓线幂指数α出现极大值的时间比风速出现极大值的时间分别提前约1h和延后3.5h,台风眼区经过时风廓线幂指数α接近最小,甚至出现负值;台风影响期间,风的垂直变化主要发生在200m以下的低空,风的垂直变化率有波动,最大值出现在台风眼壁强风区和台风中心过境后的外围大风区。     

西北太平洋历史台风风场重建模型参数试验

基于Yan Meng风场模型,使用中国近海浮标观测资料,对影响风场模拟的台风最大风速半径Rmax、压力分布常数B、粗糙度z03个参数进行估算试验,结果表明:台风中心最大风速Vmax和台风所处纬度的组合方案对估算Rmax更合理;海面(浮标站)在z0=0.005 m,B=1.0时风速模拟效果较好.选取登陆闽北浙江、北上东海...     

A Comparative Study of Stationary and Non-stationary Wind Models Using Field Measurements

We present a comparative study of the conventional stationary wind speed model and a newly proposed non-stationary wind speed model using field measurements. The concept of, and the differences between, the two wind models are briefly reviewed. Wind data recorded by a field measurement system for wind turbulence parameters (FMS-WTP) of 1-year duration are analyzed using the two wind models. Comparisons were made between the wind characteristics obtained from the two models, including hourly mean wind speed, turbulence intensity, the wind spectrum, integral length scale, root coherence function and probability density function. The effects of wind types (monsoon or typhoon), statistical properties (stationary or non-stationary), and surface roughness (open-sea fetch or overland fetch) on wind characteristics are discussed. The comparative study demonstrates that the non-stationary wind model appears to be more appropriate than the conventional stationary wind speed model for characterizing turbulent winds of one-hour duration over complex terrain.     

台风影响上海时风速风向分布特征

用1971-2002年的气象资料,分析了不同路径台风影响上海时风速风向的分布特征。登陆台风影响时,上海南部地区风速最大,主导风向是偏东风;近海北上台风影响时,上海东部的风速最大,风向以东北偏北为主。城市的发展使台风影响上海时的风速明显减小。