台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。     

西北太平洋台风活动与大气季节内振荡

本文综合介绍了大气季节内振荡与西北太平洋台风活动关系的最新研究结果。主要内容是:大气MJO的活动对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用,在MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为2:1;而在MJO活跃期,对流中心位于赤道东印度洋(即MJO第2～3位相)与对流中心在西太平洋地区(即MJO第5～6位相)时的比例也为2:1。在MJO的不同位相,西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有很明显不同。在第2～3位相,各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势;而在第5～6位相则明显促进对流的发生发展。这说明MJO在不断东移的过程中,将影响和改变大气环流形势,最终影响台风的生成。对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平合成分析表明,在多台风年有两个低频动能的大值区,其中最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区,此区域正好为季风槽所在的位置。而少台风年的情况与多台风年相反,从阿拉伯海东部经印度半岛、孟加拉湾一直到我国南海地区,都是低频动能的大值区,最大的低频动能中心位于印度半岛和我国南海南部;而菲律宾以东的西北太平洋是低频动能的负距平区,季风槽偏弱,对台风生成发展不利。200 hPa速度势场清楚表明,多台风年(少台风年)在菲律宾以东的西北太平洋上表现为高层辐散(辐合),增强(减弱)该地区的上升气流,有利于(不利于)台风的生成。大气季节内振荡(ISO)对西北太平洋台风路径影响的研究表明,大气ISO)流场对台风路径预报有重要参考意义。其结果表明,台风生成时850 hPa低频气旋(LFC)的正涡度带(特别是最大正涡度线)走向往往预示着台风的未来走向;200 hPa的低频环流形势对台风的路径也有一定的指示作用,与200 hPa低频反气旋(LFAC)相联系的200 hPa强低频气流对台风起着引导气流的作用。     

浙江沿海台风阵风系数的影响因子分析

利用2004—2015年影响浙江海岛的台风及沿海气象站资料,分析台风阵风系数与平均风速、台风强度、测站高度、岛屿位置、台风与测站之间距离、台风象限和月份等因子的关系。结果表明,当平均风速较小时阵风系数的均值和波动幅度较大。在相同风速情况下,台风中心强度较强时的阵风系数会大些且其变化幅度随高度增大;而台风强度较弱时的阵风系数随高度变化不明显。最大阵风系数一般出现在台风与测站距离为150~250 km的区域内。台风第一和第四象限不仅其影响风力明显比第二和第三象限的强,且阵风系数变化幅度也较大。近海岸岛屿测站的阵风系数比远海岸岛屿测站要大。9月阵风系数波动范围比7—8月的小。从台风的自身环流来看,中低层的高度场、垂直速度场和湿度场等因子与阵风系数相关密切。      

守恒系统中台风强度变化及其可能因子的数值研究

用一个高分辨率的 f平面正压涡度方程模式 ,实施了时间积分为 36h的 2 1组试验 ,研究相邻中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用。结果指出 :这种相互作用能否导致台风加强 ,取决于两类因子 :一是台风涡旋最大风速的取值以及圆形基流切变的强弱 ;二是切变基流中的中尺度涡旋的自身条件 ,包括中尺度涡旋的分布、尺度、强度和结构。台风强度与初始中尺度涡旋的尺度、强度之间存在着非线性的联系     

斜压涡度的变化与台风暴雨的关系研究

台风暴雨作为台风引起的最主要灾害之一,一直被人们关注。台风常被认为是对称结构,但从实际状况来看台风的非对称性非常明显,所以有必要研究斜压性涡度在台风中的表现。在高分辨率数值模拟的基础上,通过引入斜压涡度的概念,分析和总结了斜压涡度在2009年台风“莫拉克”暴雨过程中的表现。通过模拟与分析得到如下的结果:斜压涡度和MPV对比,可以看出在登陆前和登陆后,明显低层斜压涡度有更强的异常信号,围绕台风内核呈现正负正的位相特点;从沿着台风中心时间剖面可以看出,登陆前斜压涡度低层多为负正负的位相,并且随着时间的推移,斜压涡度有从大气的高层向台风的移动中心传递的趋势,即在台风即将到达时原先的正涡度被替换为负涡度,所以对其移动有一定指示意义;在台风“莫拉克”过台湾岛时,其斜压涡度表现为负涡度消失,在山地附近有正涡度生成,完成过岛,台风中心被替换;斜压涡度的异常值主要位于大气的低层时,一般会产生较强的降水。      

EFFECTS OF THREE KINDS OF PHYSICAL PROCESSES ON TYPHOON INTENSITY*

This paper designs three quasi-geostrophic barotropic models with a radial/horizontal grid length being 2 kin,one in the polar coordinates,one on a stationary typhoon circulation condition and another on a non-stationary typhoon circulation condition in the Cartesian coordinates,to investigate the effects of azimuthal and radial linear advections,and nonlinear advection on the inward propagation of mesoscale vorticity and the changes of typhoon intensity.Results show that the azimuthal linear advection may result in the formation of spiral vorticity bands;the radial linear advection in a certain parameter set is able to transfer vorticity inwards,leading to a slight enhancement of typhoon;the nonlinear advection of perturbation vorticity on a stationary typhoon circulation condition may transfer more vorticities inwards,thus resulting in a distinct enhancement of typhoon;and the nonlinear advection on a non-stationary typhoon circulation condition possesses duality,i.e.on the one hand,the advection increases the vorticity of inward propagation,thus favorable to the intensification of typhoon,and on the other hand,in the inward propagation process of vorticity the originally concentric and axisymmetric structure of typhoon basic flow is damaged,and a complex flow pattern forms,which in turn tends to weaken the circulation of typhoon.At last the paper discusses the possible applications of those results in typhoon intensity prediction.     

INTERACTIONS OF MULTIPLE TYPHOONS AND RELATIONSHIPS OF HORIZONTAL AND VERTICAL VORTICITY

Three typhoons, Goni, Morakot and Etau which were generated in Western Pacific in 2009, are successfully simulated by the WRF model. The horizontal and vertical vorticity and their interaction are analyzed and diagnosed by using the simulation results. It is shown that their resultant vectors had a fixed pattern in the evolution process of the three typhoons: The horizontal vorticity converged to the tropical cyclone (TC) center below 900 hPa level, flowed out from it at around 900 to 800 hPa, and flowed in between 800 hPa and 700 hPa. If multiple maximum wind speed centers showed up, the horizontal vorticity converged to the center of the typhoon below the maximum wind speed center and diverged from the TC center above the maximum wind speed center. At low levels, the three typhoons interacted with each other through vertical circulation generated by the vortex tube. This circulation was mainly generated by the eastward or westward horizontal vorticity vectors. Clouds and precipitation were generated on the ascending branch of the vertical circulation. The vortex tubes often flowed toward the southwest of the right TC from the northeast of the left TC. According to the full vorticity equation, the horizontal vorticity converted into the vertical vorticity near the maximum wind speed center below 850 hPa level, and the period of most intense conversion was consistent with the intensification period of TC, while the vorticity advection was against the intensification. The vertical vorticity converted into the horizontal vorticity from 800 hPa to 600 hPa, and the wind speed decreased above the maximum wind speed region at low levels.     

一次“北涡南槽”型广西强降水过程的数值模拟与诊断分析

利用一次台风的模拟资料,对台风内部的中尺度波动进行诊断。通过分析中尺度波的结构发现,台风内的中尺度波动具有重力惯性波和涡旋Rossby波的混合特征。一方面,波动的扰动高压对应于负的涡度扰动和反气旋性环流,扰动低压对应于正的涡度扰动和气旋性环流,波动的最大振幅出现在最大风速半径附近。另一方面,波动展示了强烈的辐合辐散和非地转特性。并提出了台风多边形眼墙和中尺度波动之间的联系机制模型。     

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.     

登陆福建台风外围环流中宁波地区强对流天气分析

利用中央气象台台风定位定强、常规气象观测、浙江省自动气象站、宁波及华东多普勒天气雷达、美国NCEP/FNL（1 °×1 °）再分析等多种资料,对2015—2016年5个福建中南部沿海登陆后西北行的台风进行对比分析。这5个台风路径相似,宁波地区仅受外围环流影响,但均出现了暴雨到大暴雨,其中4个出现强对流。分析表明:浙江沿海保持较强的高层辐散和低层辐合,为强对流天气发生提供了环流背景。强对流天气发生在台风中心位于闽赣交界处、强度迅速减弱阶段,浙北沿海中低层处于台风气旋性环流、副热带高压环流和中纬度西风环流之间,宁波地区上空低层（约1.5 km以下）风向随时间变化不大,并可能出现逆时针旋转,1.5 km往上则为明显的顺时针旋转,风向在垂直方向上表现为随高度顺时针旋转且切变增大,同时中上层风速往往同时增大,进一步增大了风垂直切变,有利于强对流天气的发生,强对流均发生在风垂直切变（有时仅表现为风向切变）增强阶段。强对流天气发生在台风外围螺旋雨带中,但强对流回波走向与螺旋雨带明显不同,多个个例表现出由东南-西北逐步转为西南-东北走向,与中上层引导气流的变化一致。出现强对流的台风个例,宁波地区低层存在较明显的温度梯度,其他热力不稳定因素表现不明显,倒槽、中尺度涡旋等为需要密切关注的动力触发因子。最后归纳出此类台风强对流天气典型的高、中、低层大气环流配置模型,为预报提供参考。      

台风“海高斯”和“天鸽”快速加强成因的对比分析

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料和国家气象中心提供的逐小时台风业务资料,对比分析了2020年第7号台风“海高斯”和2017年第13号台风“天鸽”的环流形势和强度结构特征,发现二者的尺度都比较小;生成的时间和移动路径比较相似;并且都出现了近海快速加强的过程。从对比分析来看,造成两个台风近海快速加强的共同原因主要有海温异常偏高、环境风的垂直切变较小以及有利的高低层环流配置等,而造成两个台风近海快速加强的不同原因也较为显著,分别从位涡垂直分布、涡度收支和涡度拟能等方面进行诊断分析,得到一些有利于台风强度快速增长的不同因素。     

台风环流区域内中尺度涡量传播特征的研究

用一个高分辨率f平面直角坐标系的正压准地转模式,实施了10组积分时间为36 h的试验,研究了初始位于台风外区的一个中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用。结果表明:这种相互作用可以激发一个从外区伸展到内区的较小尺度的涡旋对,以此方式将涡量内传至台风中心附近。同时,中尺度涡旋呈现涡量集中化的特征。涡量内传与涡量集中化共存,使内区涡量增多,导致台风增强。此外,在一定条件下,这种相互作用还可以使涡量带破碎和断裂,形成一系列空间尺度更小的涡块。     

Marginal sea surface temperature variation as a pre-cursor of heat waves over the Korean Peninsula

This study examines the role of the marginal sea surface temperature (SST) on heat waves over Korea. It is found that sea surface warming in the south sea of Korea/Japan (122-138°E, 24- 33°N) causes heat waves after about a week. Due to the frictional force, the positive geopotential height anomalies associated with the south sea warming induce divergent flows over the boundary layer. This divergent flow induces the southerly in Korea, which leads to a positive temperature advection. On the other hand, over the freeatmosphere, the geostrophic wind around high-pressure anomalies flows in a westerly direction over Korea during the south sea warming, which is not effective in temperature advection. Therefore, the positive temperature advection in Korea due to the south sea warming decreases with height. This reduces the vertical potential temperature gradient, which indicates a negative potential vorticity (PV) tendency over Korea. Therefore, the high-pressure anomaly over the south sea of Korea is propagated northward, which results in heat waves due to more incoming solar radiation.     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

中国近30年有/无大气河伴随的登陆台风气候学特征对比分析

利用JRA55再分析资料和近30年台风资料,采用动态合成分析方法对1986—2015年有/无大气河伴随的登陆台风大尺度环流和水汽场特征进行了合成分析,以探讨大气河对登陆台风演变的影响,主要结论如下:30年内登陆中国大陆的台风中,有大气河伴随和无大气河伴随的大约各占50%,平均陆上维持时间前者（38 h）长于后者（22.5 h）。有大气河伴随的台风登陆后,台风与副热带高压间的等高线密集,台风在中纬度槽前移动过程中有逐渐向斜压锋区靠近的趋势,而无大气河伴随的台风登陆后,台风与副热带高压间的等高线稀疏,也无长波槽靠近;有大气河伴随的台风登陆后,仍然与西南风低空急流和超低空急流水汽输送通道相连,台风涡旋区大风核伸展高度高,而无大气河伴随的台风登陆后与强水汽通道断开;登陆台风是水汽汇的一个高值中心,夏季印度季风环流和南海夏季风是向台风输送水汽的主要通道。有大气河伴随的台风,水汽输送速度的大小和辐合的强度明显大于无大气河伴随的台风,且其水汽辐合呈准对称结构,而无大气河伴随的台风其水汽辐合呈不对称结构,北侧的冷性强水汽输送会加速台风的填塞;有大气河伴随的台风登陆后,其南边界一直维持较强的水汽输送,台风区域总的水汽收入减小缓慢,而无大气河伴随的台风登陆后,台风区域总的水汽收入迅速减小;从垂直分布来看,有大气河伴随的台风在登陆后48 h内,其低层气旋式环流结构较完整,4个边界均有净的水汽输入,随着高度升高结构趋于松散。而无大气河伴随的台风在登陆24 h后其气旋式环流结构已不完整。      

涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的数值研究

设计了一个高分辨率f平面准地转正压涡度方程半谱模式，用以研究非线性对台风切向风速变化，以及不同初始异常条件下台风环流内涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化特征。6类(14组)试验的数值结果表明：非线性使台风切向风速的增强减弱，可能使最大风速半径收缩。初始扰动中心位置对涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的影响明显。扰动中心在最大风速半径附近时，台风最大切向风速增强最多；异常中心在台风外区时，使最大切向风速减小。初始异常尺度(范围)减小对台风最大切向风速变化的影响减弱。双涡分布条件下，台风环流外区的涡旋使内区或近眼壁区对流涡旋对台风最大切向风速的影响减弱。     

Further Study of Typhoon Tracks and the Low-Frequency(30-60 Days)Wind-Field Pattern at 850 hPa

The association of typhoon tracks over the western Pacific with the low-frequency wind-field pattern of atmospheric intraseasonal (30-60 days) oscillation at 850 hPa is further studied by using observational data analyses. Comparative analyses of the composite wind fields at 850 hPa, contrasting the atmospheric intraseasonal oscillation (ISO) with the original circulation, show that the typhoon tracks are closely related to the wind pattern of the ISO but are not obviously related to the original wind fields. Case studies of two typhoons in 2006 also show that the low-frequency wind-field pattern, particularly the maximum-value line (belt) of low-frequency cyclonic vorticity at 850 hPa, is closely related to the typhoon track. Therefore, the low-frequency circulation pattern and the maximum-value line (belt) of low-frequency cyclonic vorticity at 850hPa can be used to predict typhoon tracks over the northwestern Pacific.     

双台风“纳沙”和“海棠”登陆后强度变化成因及对比分析

利用NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析资料对2017年双台风“纳沙”（1709）和“海棠”（1710）先后登陆福建后的强度变化特征进行对比分析。结果表明：低纬水汽输送的强弱变化是造成双台风强度变化的主要原因,而越赤道气流对水汽输送起到关键作用。副热带西风急流与中低空风场强弱变化一致,西风急流增强伴随中低空东风加强是“海棠”陆上强度维持不减的原因之一,反之“纳沙”快速减弱。双台风效应对强度变化也起着重要作用：双台风靠近相吸作用下,“纳沙”残余环流卷入“海棠”环流中,为其输送正涡度因子及斜压能量,也是促使“海棠”强度维持的原因。台风登陆后,其上空三种不同层差的垂直风切变值表现一致减小的变化趋势及低于6 m·s^-1的风切,有利于弱台“海棠”陆上长久维持。海岸锋生及海表通量动热力因子对“海棠”右侧中小尺度对流发展和维持起到重要作用,加剧了“海棠”非对称性结构,促使“海棠”强度维持不减。     

Influence of Vertical Shear of Basic Tangential Wind on the Development and Maintenance of Typhoon

By using a linear symmetric Conditional Instability of Second Kind (CISK) model containing basic flow, we study the interactions between basic flow and mesoscale disturbances in typhoon. The result shows that in the early stage of typhoon formation, the combined action of vertical shear of basic flow at low level and CISK impels the disturbances to grow rapidly and to move toward the center of typhoon. The development of disturbances, likewise, influences on typhoon’s development and structure. Analysis of the mesoscale disturbances’ development and propagation indicates that the maximum wind region moves toward the center, wind velocity increases, and circulation features of an eye appear. Similarly, when a typhoon decays, the increase of low-level vertical wind shear facilitates the development of mesoscale disturbances. In turn, these mesoscale disturbances will provide typhoon with energy and make the typhoon intensify again. Therefore, it can be said that typhoon has the renewable or self-repair function.     

A STUDY ON MESOSCALE VORTICITY PROPAGATION IN A TYPHOON-LIKE VORTEX*

By using an f-plane barotropic quasi geostrophic model in the rectangular coordinates with a grid spacing of 5 km,ten experiments whose integration time is 36 hours are performed in order to study the interaction between a typhoon vortex and a mesoscale vortex whose initial center position is located at 2 r_m northwest to the typhoon center,where r_m is the radius of maximum wind of the typhoon vortex. Results show that the interaction can create a pair of smaller scale vortices or lumps,which extend from the outside region of the typhoon to near its center,resulting in the inward propagation of mesoscale vorticity.In this process,the vorticity concentration of the mesoscale vortex may appear.The coexistence of the propagation and the concentration makes the increase of vorticity in the inside region i.e.a more intensive typhoon.Meanwhile,the intensity of the lump with positive vorticity oscillates with time,with the oscillation period being several hours,the distance from the typhoon center to the lump center also has a similar oscillation period,which reduces the oscillation of typhoon intensity.In the case of stronger circular basic flow,the interaction can make the intensification of typhoon more obviously. In addition,in some parametric conditions,the interaction may break down the continuous vorticity zone,exhibiting a cluster of smaller vorticity lumps.