台风涡旋的结构及其与台风运动的关系

用ＦＳＵ区域模式讨论台风涡旋结构及其与运动的关系，台风涡旋的运动在无基本环流和β平面条件下取决于轴不对称环流。而不对称环流的发展源自于从对称环流动能的转换。其率取决对称环流，不对称环流和地球涡度经向梯度三者的相互作用。由于不对称环流动能产生率随高度不变，故台风作为一个统一体以相同的移速移动。不对称环流的径向结构取决于对称环流的径向结构。     

200hPa辐散环流对台风路径的影响

用一个准地转正压模式，实施了５组时间积分，并研究了不同尺度涡流旋相互作用对台风结构和移动的影响。结果表明，这种相互作用可以激发出台风非对称结构的非规则变化，进而引起路径的蛇行摆动以及台风移速突变等异常现象，较小尺度涡旋位于台风环流的不同方位时，这种相互作用对台风结构和移动的影响可以很不相同。     

中尺度涡旋和台风涡旋相互作用的数值研究

用一个高分辨率的正压涡度方程模式，实施了4组积分时间为24h的试验，研究了台风环流区域内中尺度涡旋的不同初始径向位置条件下与台风涡旋的相互作用，结果表明，中尺度涡旋初始径向位置不同，可以引起随后扰动相对涡度场演变特征的改变。     

台风最大风速增强的数值研究

用一个高分辨率的正压模式，实施了8组时间积分为36h的试验，分析了中尺度涡旋和台风涡旋的相互作用及其对台风强度变化的影响，讨论了初始中尺度涡旋空间尺度大小与台风强度变化之间的联系。结果表明：在一定的合理的参数条件下，这种相互作用可以使台风切向风速量大值增加，显示出台风增强的现象。     

相同强度双台风相互作用的物理机制

在无基本气流的假定下,应用无辐数正压模式研究双台风相互作用的物理机制。台风Ａ位于观风Ｂ以西,两台风相距６０ｋｍ,且具有相同的强度。在台风Ａ（台风Ｂ）的非对称流场中,由台风Ａ（台风Ｂ）的线性β效应产生的非对称涡旋的方位相位与由台风Ｂ（台风Ａ）形成的非对称涡旋方位相位相反（相同）。因此,台风Ａ（台风Ｂ）的大尺度非对称涡旋较弱（较强）。小尺度涡旋逆时针旋转导致台风Ａ逆时将打转。稳定的偏南非对称气流使台风     

台风云娜路径和强度特点分析

通过对大尺度环流背景、副高强弱变化、温度场的分布以及高低空急流的研究表明:影响0414号台风云娜路径多变的主要因素是西风带环流调整和副高增强过程中相互作用所致;而台风登陆后强度减弱慢、持续时间长是由于低空存在水汽能量输送带以及具有台风涡旋发展的高低空急流和高低空辐合辐散场配置.     

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。     

台风暴雨落区研究综述

台风暴雨最重要的两个因素是雨强和降雨分布,后者即为暴雨的落区。影响台风暴雨落区的因子主要有3个：1）台风涡旋内部结构;2）台风周围环境大气影响;3）台风下垫面强迫作用。本文对这3类因子的作用和影响作了总结。台风暴雨可分为台风环流内的暴雨和台风环流之外的暴雨两大类。本文把台风环流内的暴雨概括为5个落区,包括眼壁暴雨、螺旋雨带暴雨、小涡暴雨、倒槽暴雨、切变暴雨。把台风环流之外的暴雨分为台前飑线暴雨、远距离暴雨和变性下游效应暴雨。地形可能会改变两类暴雨的强度和落区。本文对每一个落区的暴雨特点和形成机理作了总结,对台风暴雨业务预报有一定的参考价值。     

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。     

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     

T639全球模式的台风初始化方案升级试验

由于洋面上缺少有效的台风观测资料,台风初始化对全球数值预报业务模式而言,仍然是一个悬而未决的问题。国家气象中心自从2009年将T639全球数值预报系统投入业务运行以来,应用了一套完整可行的台风初始化方案,其技术路线是在台风刚发生时的预报时刻,在背景场嵌入人造bogus涡旋;而在后续的循环滚动预报时刻,采取涡旋重定位和涡旋调整技术方案;因此,第一个预报时刻的涡旋形成技术直接影响到后续时刻的台风涡旋质量乃至预报效果。但是,人造bogus涡旋主要依据统计的经验模型建立,其结构与全球数值模式的动力学、物理学属性并不匹配。基于国家气象中心T639全球资料分析同化-预报循环系统,一套升级版的台风初始化方案被发展了起来,与业务方案的主要区别在于升级方案利用资料同化技术来形成初始涡旋而不是直接嵌入人造bogus涡旋;这在很大程度上减少了人为主观因素对台风初始结构的影响,而更多地是依靠变分资料同化来协调约束产生三维空间的涡旋环流,这样产生的涡旋环流不但与周围环境场比较协调,而且与模式的动力学、物理学属性也比较匹配。应用新方案,本文对生成于西北太平洋2011-2012年27个台风进行了数值试验,初步分析表明,新方案在实现台风初始涡旋环流结构方面有着不错的表现,相比于业务使用的方案而言,新方案台风路径平均预报误差有了不错幅度的降低,2~5 d预报平均路径误差普遍降低了3%~15%。     

GRAPES区域集合预报条件性台风涡旋重定位方法研究

为了在集合预报中更合理描述台风涡旋中心定位的不确定性,采用2009—2018年中国气象局和日本气象厅台风最佳路径数据,分析台风最佳路径涡旋中心定位的不确定性特征,在此基础上设计条件性台风涡旋重定位方法（Conditional Typhoon Vortex Relocation,CTVR）,构建集合成员台风涡旋中心重定位阈值条件、台风涡旋分离数学处理及涡旋重定位等数学处理过程,利用中国气象局数值预报中心区域集合预报系统（Global/Regional Assimilation and Prediciton System-Regional Ensemble System,GRAPES-REPS）对2018年西北太平洋上的3个台风（1808号“玛莉亚”、1824号“谭美”和1825号“康妮”）进行轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位两种方案的集合预报试验和检验评估。结果表明:（1）中国气象局和日本气象厅台风最佳路径误差平均值为13.72 km,可视为台风涡旋中心定位不确定性的合理估计值;（2）统计检验结果和典型个例分析表明,采用轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位方法的台风集合预报路径误差及集合预报一致性结果比较接近;（3）条件性台风涡旋重定位方法可以有效改进GRAPES-REPS区域集合预报台风路径概率预报效果,如台风路径集合预报平均误差有所减小,集合预报一致性（路径离散度与路径均方根误差比值）增大,特别是预报初期概率预报效果改进更为显著,而预报中后期改进有限;（4）通过对“玛莉亚”台风集合预报诊断分析发现,经过条件性台风涡旋重定位后,各集合成员的台风路径误差在预报初期明显减小且路径收敛,但随着预报时效的延长台风路径逐渐发散。应用条件性台风涡旋重定位方法后,台风涡旋环流与大尺度环境场仍然比较连续协调,且台风涡旋环流外的大尺度环境场具有一致性特点,最低气压误差、最大风速误差和降水预报技巧基本不变。可见,条件性台风涡旋重定位方法的应用可以提供更准确的台风路径预报不确定性信息,帮助预报员做出更准确的预报决策。      

爆发性发展台风合成环境场的诊断分析

本文应用合成分析方法对5个台风的平缓演变阶段和爆发性发展阶段的环境场作了对比分析。结果表明，在台风爆发性发展时，副热带高压及其反气旋环流增强，台风东部低层风速加大，高空有东风扰动叠加，低空辐合和高层辐散增强，低层水汽能量辐合及台风外围对流性不稳定性增大，低空垂直环流发展。以上因子导致积云对流发展。在弱垂直切变环境下，通过第二类条件性不稳定(CISK)机制，使台风中心气压急剧下降，气旋性环流显著增强，从而导致台风的爆发性发展。这说明台风爆发性发展是大尺度环流和积云对流相互作用的结果。     

边缘区域扰动演变对台风结构的影响

在台风环流边缘区域给出不稳定模态的扰动四波分布作为初始场，用准地转正压模式实施四组数值积分，研究了边缘区域扰动演变及其对台风非对称结构及外区流型的影响。结果表明:线性平流对于外缘区域扰动的发展起主要作用。β项导致一个气旋—反气旋涡旋对和非对称结构的形成。非线性平流则使外缘区域较小尺度的涡旋破碎，形成更小尺度的涡旋。在线性平流、β项和非线性平流的共同作用下，台风结构与外区形成象螺旋云系的分布。外缘区域扰动引起的结构变化，进而能影响到台风的移动路径。     

双台风相互作用的数值研究

无基本气流的情况下，应用无辐散正压模式对初始呈西北-东南等方位的双台风相互作用进行数值研究，探讨了非对称理论在双台风相互作用中的应用。试验结果表明：双台风的运动特征能够运用非对称理论进行解释；非对称流函数场中，通风气流分别控制着双台风的移动，同时双台风的移动对其对应的非对称结构具有反作用。试验还表明，台风非对称结构内小尺度涡旋的强度及其绕台风中心逆时针旋转的快慢与台风路径的摆动关系密切：模式可以模拟出台风逆时针打转、“蛇形”摆动等异常移动路径。     

台风菲特暴雨诊断分析

"菲特"台风暴雨具有阶段性特征,包括台风远距离降水、台风倒槽和内螺旋雨带降水、台风外部螺旋雨带降水、台风残留低压环流与冷空气相互作用降水4个阶段。利用地面观测、气象雷达观测、NCEP分析资料,对"菲特"台风暴雨环流形势进行了分析。引导台风东移的高压东西部具有不同热力属性,东部暖性深厚、西部冷性浅薄。浅薄冷高压阻挡登陆台风继续西移,延长台风倒槽和外围螺旋雨带的降水时间。"丹娜丝"台风的靠近,有利于东南风水汽输送的增强。副热带高压的增强,在黄海上空逼近东移高空槽形成稳定的高空急流。文章提出与传统垂直风切变大、高空急流强的冷空气阻挡型不同的侵入型冷空气和台风相互作用形势。侵入型冷空气从低层入侵,影响台风残留低压的外围环流。在低压外围环流的北部形成较强的东北风,并与海上的东风对峙辐合形成海岸锋。冷空气侵入型的空间不对称特征明显:对流有效位能东高西低,垂直风切变西北高东南低。残留低压的中层受冷空气影响较小,沿海地区的东南风持续的时间更长。中层高位涡区与地面海岸锋的互应,为变性的台风残留低压暴雨提供有利条件。     

登陆台风暴雨地形增幅的数值试验

研究了７８０５号登陆台风暴雨地形增幅效应问题。数值试验表明，台风外围环流，环境场副热带高压系统及其边缘次天气尺度强风带与地形强迫因素的相互作用对于变性台风移动路径，台风暴雨落区分布及其降水强度有显著的影响。     

东移偶极子与台风涡旋的相互作用

用β平面准地转正压模式实施８组试验,分析东移偶极子与台风涡旋的相互作用。结果指出：这种相互作用可以引起台风环流１波非对称结构向２波非对称结构的转换;引起台风涡旋随时间衰减的速度显著变慢;引起沿西北方向移动的正常路径向北折转向或打转等异常路径的转化。     

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。     

台风移速突变的数值研究

用准地转正压模式，在无环境气流的情况下，实施了８组时间积分大于５个模式日的试验。在模式大气台风移动的过程中，清楚地显示了移速突然变化的现象。台风移速突然变化与前期台风环流的非对称结构之间存在着密切的联系。最后分析了台风环流非规则结构对路径的影响。