登陆台湾岛热带气旋强度和结构变化的统计分析

利用1949—2008年共60年的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》资料及CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,2001—2008年美国联合台风警报中心(JTWC)热带气旋尺度相关资料及日本气象厅(JMA)的TBB资料,统计分析西北太平洋(包括南海)热带气旋(TC)在登陆台湾过程中强度和结构变化的基本特征,主要结论有:(1)TC登陆台湾时强度为台风及以上级别的样本数占总样本数约60%,主要出现在6—9月,东部登陆TC的强度一般比在西部登陆的强;(2)大部分TC在岛上维持6 h左右,登陆时最大风速≤5级和强度为超强台风的TC穿越台湾岛时移动比较缓慢;(3)126个登陆台湾的TC样本过岛后近中心海平面气压平均增加5.61 hPa,近中心最大风速平均减小3.58 m/s,在台湾东部地区登陆TC的衰减率比在西部登陆的大3倍左右;(4)TC在登陆台湾前6 h至离岛后6 h期间其8级和10级风圈半径均明显减小,TC形状略呈长轴为NE-SW向的椭圆状,而其最大风速的半径却逐渐增大;(5)TBB分析结果显示,TC登陆台湾前,其外围对流主要出现在南侧和西侧,结构不对称,登陆以后,TC北部及东部的对流显著发展,外围结构区域对称;但中心附近的强对流则从登陆前6 h开始逐渐减弱消失。表明TC穿越台湾过程中内核结构松散、强度减弱。     

热带气旋(TC)环流内对流核数、TBB特征与TC强度关系统的计合成分析

基于JTWC(the Joint Typhoon Warning Center)最大风速半径及热带气旋(TC)尺度资料、上海台风研究所台风最佳路径资料以及日本静止气象卫星M1TR红外IR1 TBB资料,针对2001—2010年期间经过台湾再次登陆大陆的13个TC个例,采用对流云-层云分类技术以及统计合成分析方法,探析TC环流内对流核数与TC强度之间可能存在的对应关系,结果表明:(1) 整个TC环流内对流核总数、外雨带内对流核总数及内核区域内对流核密度基本上都随着TC强度的增加(减弱)而增加(减少),同时,外雨带内对流核总数大于内核区域内对流核总数,且后者与TC强度之间的对应关系相对不明显,而内核区域内对流密度大于外雨带内对流核密度,且前者较后者与TC强度对应关系更为明显。(2) 外雨带内对流核总数、内核区域内对流核密度与TC强度之间的对应关系受TC结构影响很小,但对于TC登陆位置存在一定程度的敏感性。(3) TC内核区域内TBB平均值基本上随着TC强度的增加(减弱)而降低(升高),且这种对应关系对于TC登陆时间以及登陆位置存在一定程度的敏感性,同时,外雨带内TBB平均值与整个TC范围内TBB平均值接近,二者均明显高于同期内核区域内TBB平均值,且前二者与TC强度之间的对应关系相对不明显。(4) 基于对流核与基于TBB的统计合成分析结果两者之间具有很好的互补性,二者结合使用可以更全面反映出TC雨带与TC强度之间可能存在的对应关系。      

华南及邻近海域夏季深对流活动气候特征

利用具有较高时空分辨率与很好时空完整性的11年(1996—2007年，无2004年)6—8月静止卫星数字红外云图和TBB资料，给出了华南及邻近海域夏季深对流活动气候分布特征，并同文献中给出的雷暴日分布和闪电分布进行了对比分析。结果表明，华南及邻近海域夏季深对流活动有5个活跃中心，其月变化特征与大尺度环流背景密切相关。6月华南陆地区域深对流活动较活跃，7、8月南海海域深对流活动较活跃。华南及邻近海域深对流活动具有间歇性发展特征，其周期大约为3～5候，但华南海岸线附近为海陆过渡区域，深对流活动持续比较活跃且间歇性特征不突出；深对流活动旬与候变化特征表明华南陆地区域和南海海域深对流活动呈现反相关变化趋势。深对流活动的日变化特征显示该区域陆地与海洋、山地与盆地的热力差异所导致的海陆风环流与山谷风环流使得华南海岸线附近区域的深对流活动具有午后向陆地传播、午夜后向海洋传播的特征，山地与盆地的深对流活动具有显著的午夜后向盆地传播的特征。深对流活动日变化特征还表明该区域不仅具有一般热对流、海洋深对流和双峰型深对流等多种类型对流活动，且两广海岸线邻近区域具有持续时间长、日变化较不显著的海岸线深对流和其它天气系统触发和维持的深对流。     

2007年夏季我国深对流活动时空分布特征

利用逐时FY-2C卫星红外亮温 (T_BB) 资料讨论了2007年夏季 (6—8月) 我国深对流活动的时空演变特征,并同10年的深对流活动特征进行了对比分析。从T_BB≤-52℃统计特征来看,2007年夏季我国大陆深对流活动主要集中在4个区域:华南沿海地区,青藏高原,云贵高原东部及四川、重庆,江淮流域。我国中东部地区深对流日际变化特征表明:不同月份深对流分布特征不同,深对流活动具有明显的间歇性、波动性特征。对比10年T_BB≤-52℃统计结果来看,2007年夏季深对流日变化具有如下异常特征:华南地区深对流具有午后发展特征;青藏高原深对流活动持续时间明显短于10年统计结果,并且东传特征不明显;贵州东部、四川东北部山区、湖北西部山区、山东丘陵地带、江淮流域与华北平原深对流日变化表现出明显的多峰特征;江淮流域深对流日变化具有明显的向东传播特征。     

热带气旋过台湾后再次登陆的路径强度变化统计分析

登陆台湾后再次登陆大陆的热带气旋(TC)由于受复杂下垫面及中低纬天气系统的共同影响,过岛后在海峡内的路径、强度及结构变化复杂,导致登陆大陆的精确化定位、定强及预报难度大。分析了1949—2017年二次登陆的81个热带气旋路径及强度变化特征,并对上海台风所(CMA/STI)、美国联合台风警报中心(JTWC)及东京区域台风中心(RSMC-Tokyo)的热带气旋最佳路径数据中过岛热带气旋的定位定强进行对比分析。结果表明:二次登陆大陆热带气旋强度以减弱为主,少数热带气旋在海峡内增强;过岛后热带气旋路径多数会发生明显偏折,但三家最佳路径资料判断的偏折趋势不一致;由于热带气旋过岛时结构遭到破坏,定位定强难度增大,导致三个业务中心对其定位定强的差异较大,这种不确定性增大了其路径和强度监测预报的难度。     

青藏高原地区深对流系统特征分析

基于2014—2018年3—9月GPM(Global Precipitation Measurement)的数据,对青藏高原地区的深对流系统的时空分布及降水特征进行研究,结果表明:青藏高原主体地区(25°～40°N,70°～105°E)的深对流系统主要集中分布在中部、东部和南部地区,对流强度与东亚季风区其他区域相比较小,而对流强度相对较大的系统则大多分布在高原东部地区。深对流系统主要发生在夏季,7、8月份频数达到峰值且对流较强,且主要活动区域有先向南、向西扩展再东退的特点。深对流活动主要从午后开始发展,大体呈单峰分布。高原深对流系统产生的降水强度较弱,主要集中在5mm/h以下,其产生的降水主要来源于回波顶高度较低、面积较小的弱对流活动。     

浙江省热带气旋倒槽暴雨气候特征研究

基于近40年热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)日降水和最佳路径等观测资料,采用数理统计、天气学分析等方法对浙江省TC倒槽暴雨分布特征及其与TC的相互关系进行研究。(1)浙江省年均会发生1.8次TC倒槽暴雨,占TC暴雨总数约4成,是浙江省台风暴雨中的一种重要形式。每年8—9月是TC倒槽暴雨高发期,暴雨主要发生在宁波南部至温州一带沿海地区,暴雨中心多位于台州和温州沿海。(2)引发浙江省TC倒槽暴雨的热带气旋多在粤东至浙南登陆之后北上转向或西北行,登陆当天最易发生暴雨且雨强最强。暴雨发生时,福建中部沿海经海峡至台湾东北部一带是TC高频活动区。(3)距TC中心2.5~5.0纬距之间和TC东北偏北象限是倒槽暴雨中心的高频落区;较强暴雨发生在TC强度为热带低压时,且强中心易位于TC东北偏东象限,极端强降水发生主要与热带低压和副高等相互作用形成的偏东暖湿急流、TC倒槽强辐合和TC东北偏东象限中尺度深对流系统频繁活动有关。     

夏季亚洲-太平洋涛动与中国近海热带气旋活动的关系

采用联合台风警报中心的台风最伟路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacif-ic Oscillation,简称APO)与东亚近海-西北太平洋大气环流的关系,并进一步探讨了APO与中国近海热带气旋(tropical cy-clone,简称TC)活动的关系.研究表明:(1)夏季APO强弱与同期西北太平洋及中国东部近海TC活动存在密切关系,即在APO强(弱)年,西北太平洋TC活动偏西(东)和偏北(南),中国东部近海TC明显增多(减少);(2)当APO偏强(弱)时,中国东部近海大气环流有(不)利于TC的维持和发展,表现为低层存在异常气旋性(反气旋性)环流,对流层高低层纬向风垂直切变减小(增大),且对流加强(减弱);(3)APO强弱也影响着TC引导气流的方向:在APO强(弱)年,西北太平洋副热带高压(以下简称副高)偏北和偏东(偏南和偏西),副高南侧偏东气流减弱(加强),有利于TC的向西北行或在偏北(南)纬度西行,进入中国东部近海的TC增多(减少);(4)APO强弱也影响着南海-热带西太平洋TC源地上空的大气环流,在APO强(弱)年,南海-热带西太平洋季风槽偏北、偏西(偏南、偏东),热带西太平洋TC活动偏北和偏西(偏南和偏东),有利于进入中国东部近海TC的增多(减少).     

南海台风Vongfong(2002)登陆前后内核结构和近海加强原因的数值模拟研究

利用6 km细网格区域的显式模拟结果分析了Vongfong(2002)的内核结构;对Vongfong近海加强的动力学机制进行了研究.结果表明:(1) 轴对称性结构中,Vongfong最大风速半径(RMW)在强盛期随高度递减.Vongfong在近海时,低层最强的流入在其移行的前方,而流出区在其后方.这些特征与大西洋飓风和西太平洋台风相反.(2) 动力场和热力场都有明显的不对称结构.在强盛期,对流西北强、东南弱;强对流云带与最大风速区的位置一致.在加强期,低层西冷东暖、中高层西暖东冷;到强盛期,低层和中高层都有明显的暖心结构.(3) 中纬度中上层冷低压系统和台风的相互作用是Vongfong近海加强的重要原因.①由于冷低压系统外围的冷空气从西北侧进入台风的中层,低层有暖湿空气配合,使得位势不稳定能量增加,对流发展.②因为冷低压中心的下沉气流正是二级环流的下沉支,冷低压南移填塞,台风近海加强.两个方面最终通过CISK(第二类条件不稳定)机制来实现.     

1952-2020年影响深圳的热带气旋气候特征

利用1952—2020年历史热带气旋(TC)数据、地面观测资料,分别对进入深圳100、300、500及800 km等4个不同防御圈的TC频次、持续时间、强度和TC影响敏感路径等进行了统计分析,结果表明:影响深圳TC整体呈现“频次减少、影响时段趋于集中、强度明显增强、强TC比例缓慢减少”的变化特征;但值得注意的是,近年来,进入100 km范围的TC呈现“频次增多、TC季节更为集中、强度增大、强TC比例增多”的特征;基于气候特征,根据综合大风指数,确定了台湾岛以北、菲律宾群岛南部以南区域为TC影响高风险通道,珠江口及附近区域为高风险区域,可为深圳防灾减灾决策提供有力支撑。     

台湾地形诱生中尺度系统对台风Meranti(1010)迅速加强影响的数值研究

台风Meranti（1010）北上进入台湾海峡过程中迅速加强,登陆时达到其最大强度。利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°资料及中尺度数值模式WRF,诊断分析台湾地形诱生的中尺度系统对台风Meranti迅速加强的影响。研究发现,Meranti在进入海峡过程中,台湾地形在台湾海峡内诱生出中尺度涡旋,激发中尺度扰动波列,加强台风环流内的垂直运动。台风水汽、热量的收支诊断表明,强烈的上升运动使热量和水汽向上输送,加强台风内的积云对流和潜热释放,使其强度增强。计算台湾地形诱生中尺度系统与台风间的动能交换发现,中尺度系统通过加强垂直运动向台风中高层输送涡动动能,使中尺度系统动能向台风动能转换,为Meranti的迅速加强提供能源。敏感性试验表明,如果台湾地形不存在,中尺度系统消失,台风的水汽、热量的向上输送和积云对流明显减弱,Meranti则不能达到迅速加强标准。     

台湾地形对台风Meranti(1010)经过海峡地区时迅速增强的影响研究

台风在趋近大陆过程中强度一般衰减, 但Meranti(1010)北上进入台湾海峡过程中却迅速加强, 且在登陆福建时达到最强。采用中国气象局台风资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°再分析资料及台湾雷达资料, 结合中尺度数值模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model)开展台湾地形敏感性试验, 研究Meranti进入台湾海峡过程中的结构变化及迅速加强机理。结果表明:台湾地形是Meranti迅速加强的一个重要影响因子。Meranti北上过程中, 一方面通过台湾岛地形分流作用及其背风坡效应在台湾海峡内诱生中尺度涡旋, 形成正负相间的涡度分布, 激发出与台风相关的扰动波列。地形强迫抬升及扰动波列可加强垂直运动和积云对流, 有利于台风对流发展。另一方面, 台湾地形还通过改变环境气流使台风高空辐散场加强, 环境风垂直切变减小, 形成有利于台风发展的环流背景。比较不同高度台湾地形试验中台风动能收支发现, 台湾地形激发的扰动波列和积云对流增强了次网格尺度系统与台风间能量的交换, 成为Meranti登陆前迅速加强的主要动能源。     

A CLIMATOLOGY OF DEEP CONVECTION OVER SOUTH CHINA AND THE ADJACENT WATERS DURING SUMMER

Due to the higher temporal and spatial resolution and the better integrality of long-term satellite infrared(IR) Brightness Temperature(TBB) data,a climatology of deep convection during summer over South China and the adjacent waters is presented in this paper based on the 1-hourly infrared IR TBB data during June-August of 1996-2007(except 2004).The results show that the geographic distribution of deep convection denoted by TBB ≤-52℃ over South China and the adjacent waters are basically consistent with previous statistical results based on surface thunderstorm observations and low-orbit satellite lightning observations.The monthly,ten-day,five-day and diurnal variations of deep convection in this region are focused on in this paper.There are 5 active deep-convection areas in June-August.The monthly variations of the deep convection are closely associated with the large-scale atmospheric circulations.The deep convection over the land areas of South China is more active in June while that over the South China Sea is more active in July and August.The development of deep convection is prominently intermittent and its period is about 3 to 5 five-day periods.However,the deep convection over the coastal areas in South China remains more active during summer and has no apparent intermittence.The ten-day and five-day variations of deep convection show that there are different variations of deep convection over different areas in South China and the adjacent waters.The tendency of deep convection over the land areas of South China is negatively correlated with that over the South China Sea.The diurnal variations of deep convection show that the sea-land breeze,caused by the thermal differences between land and sea,and the mountain-valley breeze,caused by the thermal differences between mountains and plains or basins,cause deep convection to propagate from sea to land in the afternoon and from land to sea after midnight,and the convection over mountains propagates from mountains to plains after midnight.The different diurnal variations of deep convection over different underlying surfaces show that not only there are general mountainous,marine and multi-peak deep convection,but also there is longer-duration deep convection over coastal areas and other deep convection triggered and maintained by larger-scale weather systems in South China during summer.     

台风榴莲(2001)在季风槽中生成的机制探讨

利用NCEP 1°×1°分析资料、TMI海温资料、卫星云图资料对季风槽中南海台风榴莲(2001)生成机制进行了分析,揭示了大尺度环境流场、温暖洋面、中尺度对流活动对热带气旋(TC)生成的控制作用.结果表明,水平风速垂直切变的演变在一定程度上指示着TC在暖湿洋面上生成的时间,水平风速垂直切变由强向弱转变,在TC发生前18小时迅速减小到10 m/s,随后在10 m/s以下维持少变,垂直切变的变化主要反映了对流层高层环流形势的演变;在对流层中低层,季风槽的形成和加强对TC的生成有重要作用,由于热带温暖洋面作用,季风槽首先表现出有利于单体对流和带状对流发生发展的条件性对流不稳定特征,随着季风槽的加强,季风槽进一步表现出有利于中尺度扰动发生发展的正压不稳定特征;季风槽槽线南侧的低空急流的经向分布很宽广,由105°E越赤道气流和中南半岛偏西气流(其源头是索马里越赤道低空急流)汇合而成,急流的加强活动具有经向差异,由于边界层高θ_e空气辐合抬升产生两条经向距离约300 km的显著带状对流云系,槽线南侧风速分布的经向差异导致两条带状云系发生追赶,并逐步在季风槽底部槽线附近合并加强为MCC,进而导致中尺度涡旋(MCV)的产生并最终发展成为TC.分析结果还表明,为深对供应丰富对流有效位能的主要是来自台风发生区域本地南海暖洋面的地面热通量,南海暖洋面对TC生成有重要贡献.台风榴莲的生成是一个多尺度相互作用过程,主要包括涡旋对流热塔、与带状对流云系伴随的涡度带的升尺度,涡度带合并成长为MCV,以及大尺度条件对TC在季风槽中生成的时间及地点的控制作用等.     

近10年台湾海峡海面风场的时空特征变化动态分析

利用台湾海峡ASCAT海面风场数据和气象观测资料,通过EOF和统计方法综合分析台湾海峡海面风场2007—2017年10年的时空模态变化特征,使用Mann-Kendall法和滑动t-检验法对10年间海面风速进行突变检验,对台湾海峡海面风场季节变化时空特征进行分析研究。(1) “狭管效应”在台湾海峡海面风场上呈现明显的季节性特征,其中春季、秋季和冬季海面风场季节性特征显著,夏季表现不明显。受台湾岛地形和季风环流影响,台湾岛南北两端海面易出现风速增强的角流区,岛中央山脉背风区易出现低风速尾流区。(2) 10年间台湾海峡海面月平均风场EOF空间模态受台湾岛地形影响显著,台湾海峡海域为异常值偏差中心,易发生风速突然增幅和风向改变。时间模态大体表现为季节性振荡型变化,振幅在10年中表现为不活跃,呈逐年递减趋势。(3) Mann-Kendall法和滑动t-检验法等方法的突变检验结果表明风速并未发生显著性突变,10年间台湾海峡海面风速特征表现为从正相位向负相位的改变,且随着趋势持续加大,将可能发生风速突变。      

基于MODIS数据的台湾海峡SST区域遥感监测模型研究

采用SeaDAS模型开展基于MODIS数据的台湾海峡海洋表面温度SST遥感监测时,发现SeaDAS模型在台湾海峡中部SST的监测精度能够满足要求,但在台湾海峡近岸SST的监测误差明显偏大。为此根据2003—2006年台湾海峡近岸观测站点和台湾海峡中部浮标的实测SST数据,采用线性多通道算法建立台湾海峡SST区域遥感监测统计模型,并选择2007年30个SST数据样本对区域统计模型的监测效果进行验证分析。结果表明：在台湾海峡海域采用SeaDAS模型监测SST绝对误差的平均值是1.2 ℃,标准差是0.69 ℃,而采用区域统计模型监测SST绝对误差的平均值下降到0.89 ℃,标准差下降到0.52 ℃,区域统计模型优于SeaDAS模型。     

基于CloudSat卫星资料分析东太平洋台风的云、降水和热力结构特征

利用2006～2010年的CloudSat热带气旋过境数据集资料,依据风速大小划分为不同演变阶段,对各阶段内东太平洋台风的云、降水和热力结构进行综合分析。结果表明:雷达反射率在5 km高度上下的分布截然相反,沿径向回波强度和顶高不断减小。各类云沿径向和垂直方向的分布差异较大,而深对流云的垂直尺度和发生概率始终较大。有效粒子半径、分布宽度参数和冰水含量随高度减小而粒子数浓度却增大,沿径向各冰云参数以及降雨率都不断减小。各阶段降雨率总体上夏季大于秋季,沿纬向各季节在不同阶段的分布各异。内核区降雨率近似服从指数分布且对暖的海面温度SST较为敏感,其与雷达反射率的散点分布集中在三个区域内。内核区5～10 km高度存在暖核结构,其下方恰好对应湿心区,而10 km以上相对湿度距平较大值区对应台风顶部的卷云罩。各阶段4.5 km以上为对流性稳定层结而该高度以下的层结特性各异,此外假相当位温沿径向不断减小。     

MODIS遥感数据在我国台湾海峡海雾监测中的应用

海雾是一种常见的灾害性天气现象。以我国台湾海峡为示范研究区, 利用新一代卫星传感器MODIS的可见光和红外探测通道数据, 在分析海洋、中高云、低云和海雾等不同下垫面的MODIS光谱辐射特征基础上, 选择对海雾具有敏感反应的探测通道, 通过综合判识建立台湾海峡海雾遥感监测模型。利用该模型对2004-2007年我国台湾海峡海雾事件进行监测, 并用福建沿海5个地面气象观测站的能见度数据对监测结果进行验证分析。结果表明:基于MODIS数据的海雾遥感监测模型能够较准确地对台湾海峡海雾分布和发展过程进行监测, 从地面观测数据与卫星监测结果对比验证来看, 海雾监测的准确率可达80 %以上, 具有较高的业务化应用前景。     

AN OBSERVATIONAL STUDY ON DISTRIBUTION OF PRECIPITATION ASSOCIATED WITH LANDFALLING TROPICAL CYCLONES AFFECTING CHINA

In order to provide an operational reference for tropical cyclone precipitation forecast,this study investigates the spatial distributions of precipitation associated with landfalling tropical cyclones(TCs) affecting China using Geostationary Meteorological Satellite 5(GMS5)-TBB dataset.All named TCs formed over the western North Pacific that made direct landfall over China during the period 2001-2009 are included in this study.Based on the GMS5-TBB data,this paper reveals that in general there are four types of distribution of precipitation related to landfalling TCs affecting China.(a) the South-West Type in which there is a precipitation maximum to the southwestern quadrant of TC;(b) the Symmetrical South Type in which the rainfall is more pronounced to the south side of TC in the inner core while there is a symmetrical rainfall distribution in the outer band region;(c) the South Type,in which the rainfall maxima is more pronounced to the south of TC;and(d) the North Type,in which the rainfall maxima is more pronounced to the north of TC.Analyses of the relationship between precipitation distributions and intensity of landfalling TCs show that for intensifying TCs,both the maximum and the coverage area of the precipitation in TCs increase with the increase of TC intensity over northern Jiangsu province and southern Taiwan Strait,while decreasing over Beibu Gulf and the sea area of Changjiang River estuary.For all TCs,the center of the torrential rain in TC shifts toward the TC center as the intensity of TC increases.This finding is consistent with many previous studies.The possible influences of storm motion and vertical wind shear on the observed precipitation asymmetries are also examined.Results show that the environmental vertical wind shear is an important factor contributing to the large downshear rainfall asymmetry,especially when a TC makes landfall on the south and east China coasts.These results are also consistent with previous observational and numerical studies.