珠江流域4～9月降水空间分布特征和类型

利用美国CAPS的非静力高分辨率区域预报模式ARPS(先进区域预报系统)对0414号台风"云娜"进行数值模拟,模拟结果表明ARPS较好地模拟台风"云娜"的移动路径及台风大暴雨.并着重讨论新一代天气雷达资料对台风"云娜"数值模拟的影响,通过对雷达资料同化进模式与没有雷达资料同化进模式对比模拟的试验结果分析表明:雷达资料进模式,对中高层的风场调整,改进对台风细微结构特征描述,加大近台风中心南侧的西风分量和近台风中心西侧的北风分量,从而改进云娜台风登陆后西行移动路径预报;对扰动温度、雨水混合率、云水混合率及水汽混合率场等调整,改善模式初始场台风中高层成雨条件,对台风降水预报,尤其暴雨的落区、降水分布及其随时间变化的预报有较大改进.     

雷达资料对0414号台风“云娜”数值预报的改进

利用美国CAPS的非静力高分辨率区域预报模式ARPS（先进区域预报系统）对0414号台风“云娜”进行数值模拟,模拟结果表明ARPS较好地模拟台风“云娜”的移动路径及台风大暴雨。并着重讨论新—代天气雷达资料对台风“云娜”数值模拟的影响,通过对雷达资料同化进模式与没有雷达资料同化进模式对比模拟的试验结果分析表明：雷达资料进模式,对中高层的风场调整,改进对台风细微结构特征描述,加大近台风中心南侧的西风分量和近台风中心西侧的北风分量,从而改进云娜台风登陆后西行移动路径预报;对扰动温度、雨水混合率、云水混合率及水汽混合率场等调整,改善模式初始场台风中高层成雨条件,对台风降水预报,尤其暴雨的落区、降水分布及其随时间变化的预报有较大改进。     

台风“利奇马”与“云娜”对浙江风雨影响的对比分析

利用浙江省自动站气象要素资料、FNL全球分析资料和雷达资料,对比分析路径相似的2019年台风"利奇马"和2004年台风"云娜"给浙江带来的影响。结果表明:"利奇马"风雨大值区位于浙东和浙北,"云娜"风雨大值区位于浙东和浙南;"利奇马"带来的整体降水比"云娜"带来的降水大,但单站雨量极值"云娜"强于"利奇马";极端大风"利奇马"强于"云娜"。究其原因与台风登陆时的强度、登陆后移动路径、滞留时间等有很大关系。环境场的不同对台风路径产生影响,也影响台风的不对称结构,进而影响台风带来的风雨分布。极端降水与降水条件和台风滞留时间有很大关系,极端大风与台风自身结构和强度、海岛位置有关。     

云分析系统在台风莫拉菲数值模拟中的应用

借鉴美国CAPS开发的中尺度ARPS模式的资料分析系统ADAS,设计了基于GRAPES_Meso的云分析系统,实现了地面云观测资料、卫星云图、多普勒雷达反射率资料在GRAPRS模式中的综合融合应用。通过对登陆台风莫拉菲 (0906) 数值模拟检验云分析系统的性能。结果表明:云分析系统通过地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率的同化,能够反演出合理的三维云覆盖状况;在三维云覆盖的基础上结合云底云顶高度,进而反演出云水、云冰、雨水、雪、霰等云微物理量,并显著改善模式初始湿度场;在台风登陆过程的模拟中,虽然对台风路径的预报有所偏差,但对比控制试验,在台风登陆地点、台风强度、路径的预报中云分析发挥了正作用;通过对云分析后初始场反演的雷达回波进行检验,验证了云分析的可行性与正确性,对整体的降水预报效果也有明显改善。     

基于雷达资料的云分析在冰雹云短时预报中的应用

通过ARPS/ADAS云分析系统将雷达反射率因子信息引入到模式的初始场中,并结合中尺度数值模式模拟研究了2008年6月23日发生在北京周边地区的一次冰雹天气过程。结果表明:在初始场中引入雷达反射率因子信息之后,改进了初始场中水凝物信息和温度场,使得初始场更加符合实际大气状况;与未进行云分析试验比较,云分析之后,模式模拟对于雹云产生位置、强度以及移动路径有明显改进,其中3h之内的模拟效果最好;降水降雹提早1h发生,并且降水降雹的峰值也提前出现,明显减少模式spin-up时间。     

不同资料同化对登陆台风菲特(2013)短时预报的影响研究

为定量评估地面、探空、飞机报、卫星辐射亮温、雷达反射率及径向风等不同观测资料同化对台风预报性能的影响,本文以2013年严重影响我国的登陆台风菲特为例,利用WRF模式与GSI-3DVAR同化系统开展观测系统试验(OSE)研究,探讨了不同类型资料同化对"菲特"(2013)路径、强度、形势场和降水短时预报的相对贡献及可能影响机理。结果表明:(1)不同类型资料同化对模拟结果贡献程度有明显差别,其中探空、雷达反射率和飞机报对模拟结果有较大影响,分别"拒绝"这三种资料后模式模拟的高空各要素均方根误差分别上升约54.8%~62.0%、9.2%~16.5%和6.1%~6.4%。(2)对于不同的台风预报效果评估参数,各类资料的贡献率大小排序不同。对高空场和台风路径模拟影响较大的是探空和飞机报,对台风强度模拟影响较大的依次是雷达径向风、反射率、探空和飞机报,而对降水模拟影响较大的依次是雷达反射率、探空和飞机报。(3)各类资料对降水模拟的贡献率随时间变化不同。雷达反射率资料对降水的贡献随着模式积分时间明显下降,而飞机报、探空资料等对降水的贡献在模式积分3 h之后开始出现。(4)资料同化对降水模拟的改进与其对台风路径、水物质及强度模拟改进有关,因此影响高空场、台风路径和强度较大的雷达反射率、探空和飞机报资料,也是对降水模拟贡献较大的资料。     

地形对台风“海葵”降水增幅影响的研究

使用NCEP GFS资料和WRF V3.4模式对2012年第11号台风"海葵"(1211)引发的安徽强降水过程进行数值模拟,通过改变模式中安徽省大别山区和皖南山区的地形高度,设计一组敏感性试验,对"海葵"降水的地形增幅效应进行研究。结果表明:(1)WRF模式对台风"海葵"降水过程有较好的模拟能力。(2)大别山区和皖南山区地形对"海葵"移动路径、强度以及降水分布、强度均有不同程度的影响;不同地形高度下模拟的台风路径及降水分布差异较大,且降水中心强度与地形高度相关性较好,地形对暴雨增幅作用明显。(3)山区地形有利于中尺度辐合线和低涡生成、发展,并有强水汽辐合中心与之相对应;有地形时对流层低层上升运动比无地形时明显加强,对安徽中南部强降水增幅作用显著。     

台湾岛地形对“麦德姆”台风的影响

采用WRF模式,以2014年10号台风"麦德姆"为例,针对台湾岛中央山脉的局部地形,设计精细化地形试验,数值模拟了"麦德姆"台风登陆台湾岛前后地形对其路径、强度及风雨分布的影响。研究结果表明:真实的地形能更好的模拟和再现"麦德姆"台风发生发展的过程;台湾岛中央山脉地形对登岛"麦德姆"台风的路径有实质性的影响,降低台湾地形高度试验导致台风路径向西南偏转,而提高台湾岛地形高度则导致台风路径向东北偏转,地形高度改变的程度与路径偏转程度成正相关,地形高度改变所导致阻挡效应及台风环流与大尺度环流的相互作用是导致路径偏转的主要原因;台湾岛地形高度的改变对台风强度有明显的影响,增加或减少台湾岛地形高度,都会使台风强度有所减弱,这与地形变化引起的动力狭管效应、云水物质分布及外围云带的对流运动有关;台湾岛地形影响"麦德姆"台风降水的机制更为复杂,其不仅与地形引发的台风强度及结构变化有关,更与地形引起的眼区对流活动和螺旋云带及外围云系的时空分布有关。     

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.     

台风对深港局地风影响数值模及地形敏感性试验

采用WRF中尺度模式和美国国家环境预报中心每6h一次的1°×1°全球再分析资料,分别对西北太平洋1208号台风韦森特及1415号台风海鸥个例进行了数值模拟,结果表明WRF模式可以较好地模拟台风中心移动的路径与强度变化,单点风速的时间变化表明模拟得到的近地风场与实际观测吻合。在模式结果与实际观测比较一致的基础上,开展了改变特定区域内的地形和陆面特征的敏感性试验,通过比较不同站点的观测和模拟风速的变化,探究台风影响下香港及深圳地区地形和下垫面性质的改变对深圳不同地区阵风变化的作用,发现对于登陆粤西或向西移动的台风,香港地形和陆地的阻挡和摩擦作用减弱了台风在深圳中西部地区引起的风速,香港对深圳中西部起到了一定的缓冲和保护作用,另外深圳地区的梧桐山地形所形成的峡口使得盐田港风力增大。     

A Numerical Simulation Study of Typhoon Rananim（0414）

Using the high-resolution non-hydrostatic model ARPS (Advanced Regional Prediction System),the Typhoon Rananim (0414) was simulated by using the CINRAD Doppler radar data.The results before and after typhoon landfall show that model ARPS performs well to simulate the track,the variation of center pressure,as well as severe heavy rain of Rananim.Meanwhile,the simulated composite reflectivity was compared with the observed radar composite reflectivity.The numerical results reveal that the asymmetrical structure of Rananim plays an important role in its westward deflecting after landfall.The sensitivity simulation experiments of terrain effects on Rananim (0414) were also investigated,and the terrain of the southeastern China has important effects on Rananim turning right slightly of its track and increasing its intensity obviously,but when typhoon is far away from the coastline,the terrain only impacts slightly on the storm intensity during its landfall.The results show that topographic lifting contributes greatly to precipitation enhancement,and makes the distribution of precipitation more uneven.     

台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验

应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6)，对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究，模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水，但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明，台风Rananim登陆期间，强回波带出现在台风移动的右前方，螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团；垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验，着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间， 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致，迎风坡降雨量增加，背风坡降雨量减少，地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间，地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带，高层为明显的辐散区；在中尺度环流场上，地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展，从而激发中尺度对流云团，形成中尺度雨团，造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用，可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时，将使台风环流局部明显增强；当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时，将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间，地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大，位涡明显增强，从而造成台风涡旋的增强。     

IMPROVEMENT OF NUMERICAL SIMULATION OF TYPHOON RANANIM (0414) BY USING DOPPLER RADAR DATA

Typhoon Rananim (0414) has been simulated by using the non-hydrostatic Advanced Regional Prediction System (ARPS) from Center of Analysis and Prediction of Storms (CAPS). The prediction of Rananim has generally been improved with ARPS using the new generation CINRAD Doppler radar data. Numerical experiments with or without using the radar data have shown that model initial fields with the assimilated radar radial velocity data in ARPS can change the wind field at the middle and high levels of the troposphere; fine characteristics of the tropical cyclone (TC) are introduced into the initial wind, the x component of wind speed south of the TC is increased and so is the y component west of it. They lead to improved forecasting of TC tracks for the time after landfall. The field of water vapor mixing ratio, temperature, cloud water mixing ratio and rainwater mixing ratio have also been improved by using radar reflectivity data. The model’s initial response to the introduction of hydrometeors has been increased. It is shown that horizontal model resolution has a significant impact on intensity forecasts, by greatly improving the forecasting of TC rainfall, and heavy rainstorm of the TC specially, as well as its distribution and variation with time.     

雷达资料对0414号台风“云娜”数值预报的改进

运用NCEP/NCAR再分析资料,研究了2004年12月初登陆我国台湾的冬季台风"南玛都"的性质结构特征,结果表明:冬季台风"南玛都"具有与夏季台风相同的暖湿中心和低层辐合、高层辐散的环流特征,不同的是低层辐合气流中西南气流不明显,台风涡旋气流对大气的扰动偏弱.台风过程海平面气压距平场的EOF分析表明,台风生命史中的扰动主要由EOF1和EOF2构成(占90%的方差),EOF1反映台风结构和强度变化,EOF2反映了台风移动过程中的环境状态变化.     

Impact of Cloud Microphysical Processes on the Simulation of Typhoon Rananim near Shore.Part Ⅱ:Typhoon Intensity and Track

The impact of cloud microphysical processes on the simulated intensity and track of Typhoon Rananim is discussed and analyzed in the second part of this study.The results indicate that when the cooling effect due to evaporation of rain water is excluded,the simulated 36-h maximum surface wind speed of Typhoon Rananim is about 7 m s-1 greater than that from all other experiments; however,the typhoon landfall location has the biggest bias of about 150 km against the control experiment.The simulated strong outer rainbands and the vertical shear of the environmental flow are unfavorable for the deepening and maintenance of the typhoon and result in its intensity loss near the landfall.It is the cloud microphysical processes that strengthen and create the outer spiral rainbands,which then increase the local convergence away from the typhoon center and prevent more moisture and energy transport to the inner core of the typhoon.The developed outer rainbands are supposed to bring dry and cold air mass from the middle troposphere to the planetary boundary layer (PBL).The other branch of the cold airflow comes from the evaporation of rain water itself in the PBL while the droplets are falling.Thus,the cut-off of the warm and moist air to the inner core and the invasion of cold and dry air to the eyewall region are expected to bring about the intensity reduction of the modeled typhoon.Therefore,the deepening and maintenance of Typhoon Rananim during its landing are better simulated through the reduction of these two kinds of model errors.     

Impact of Cloud Microphysical Processes on the Simulation of Typhoon Rananim near Shore. Part II: Typhoon Intensity and Track

The impact of cloud microphysical processes on the simulated intensity and track of Typhoon Rananim is discussed and analyzed in the second part of this study. The results indicate that when the cooling effect due to evaporation of rain water is excluded, the simulated 36-h maximum surface wind speed of Typhoon Rananim is about 7 m s⁻¹ greater than that from all other experiments; however, the typhoon landfall location has the biggest bias of about 150 km against the control experiment. The simulated strong outer rainbands and the vertical shear of the environmental flow are unfavorable for the deepening and maintenance of the typhoon and result in its intensity loss near the landfall. It is the cloud microphysical processes that strengthen and create the outer spiral rainbands, which then increase the local convergence away from the typhoon center and prevent more moisture and energy transport to the inner core of the typhoon. The developed outer rainbands are supposed to bring dry and cold air mass from the middle troposphere to the planetary boundary layer (PBL). The other branch of the cold airflow comes from the evaporation of rain water itself in the PBL while the droplets are falling. Thus, the cut-off of the warm and moist air to the inner core and the invasion of cold and dry air to the eyewall region are expected to bring about the intensity reduction of the modeled typhoon. Therefore, the deepening and maintenance of Typhoon Rananim during its landing are better simulated through the reduction of these two kinds of model errors.     

浙江沿海登陆台风结构特性的多普勒雷达资料分析

利用浙江省新一代多普勒雷达组网资料,选取在浙江东南沿海近乎同一地点登陆的3个台风进行研究。从登陆前6 h到登陆后7 h,对比分析3个台风在登陆前后的雷达回波和降水结构时空变化特征。利用单多普勒雷达四维变分风场反演技术,对温州多普勒雷达探测资料进行了风场反演。结合利用雷达回波强度资料,对3个台风登陆前后1 h在云岩、昌禅等地造成特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明,台风强度与其螺旋云带中的对流单体密切相关。台风强度愈强,其中低层环状平均回波强度就愈强,对流活动也就愈旺盛,降水强度也愈大。台风登陆前,回波(雨带)从眼墙向外围传播。台风登陆后,随着台风外围回波(雨带)明显减弱,台风眼墙回波(雨带)则明显增强,台风眼区逐渐被强回波所取代,使台风登陆后眼墙的平均雨强比登陆前增大。台风登陆后1 h,由于低(高)层水平辐合(散)增强,强对流回波中倾斜的上升(下沉)气流明显增大,使对流运动更加活跃,造成登陆后1 h的降雨量显著增强。台风强度与登陆后1 h降雨量的增强幅度成正比。台风强度越强,垂直风切变就越大,垂直切变风速大值区与最大降雨区有较好的对应关系。台风登陆后1 h,垂直切变风速的明显增加对登陆台风螺旋雨带中的中小尺度对流的加强和维持起到了非常重要的作用。     

雷达资料在登陆台风“桑美”数值模拟中的应用

将国内多普勒天气雷达的反射率因子及径向风资料引入ARPS-3DVar同化系统进行同化,针对2006年登陆浙江苍南并造成严重影响的超强台风“桑美”,探讨多普勒雷达资料同化对台风模拟初始场和预报场的改进作用。结果表明:利用ARPS-3DVar同化雷达资料可以明显改善6 h同化窗口内的降水、风场和回波结构,并能提高模式对中尺度雨团位置、强度的模拟能力;雷达资料初始场同化后模拟的台风涡旋和台风眼结构与位置更加接近实况,各物理量空间分布结构更具有明显中尺度特征,从而改善了台风路径和降水的预报。但模拟过程中台风强度模拟偏弱,有待进一步改进。     

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅱ:云微物理参数化对强度和路径的影响

在分析云微物理参数化对云结构和降水特征的影响的基础上,研究云微物理参数化过程对台风"云娜"强度与路径的影响.结果表明:云微物理过程对台风强度和路径有一定影响,其中不考虑雨水蒸发冷却效应后,比其他试验最终地面最大风速强7 m/s以上,但此时登陆地点误差最大,与对照试验偏离150 km左右.我们还从螺旋雨带结构变化及环境风切变影响角度分析台风临近登陆时强度模拟减弱的原因,发现过强的外围螺旋雨带以及环境风场垂直切变对于台风的加深、维持是不利的,他们可能会造成"云娜"临近登陆时强度的下降.不难看出,云微物理过程可以加强甚至产生外螺旋雨带,当外围雨带发展加强之后,可以引起局地辐合强度增强,从而限制了大量水汽和能量向台风内核输送,从而会导致台风强度下降.此外,外围螺旋雨带的发展,还可以从对流层中层带来干冷空气入侵行星边界层;而当入流边界层中雨水下落时,其自身的蒸发也会使周围气块温度下降;这些干冷气团在入流气流的输送下进入台风内核,从而对云墙产生了"冷侵蚀",最终引起台风强度下降.因此,减小上述两方面的模拟误差,应能改进台风"云娜"登陆过程中强度的模拟效果.     

0414号台风“云娜”多普勒雷达探测

通过宁波新一代天气雷达对0414号台风“云娜”的多普勒雷达探测资料及其所提供的产品进行个例分析, 得出了一些初步的结果:该雷达对“云娜”的中心位置探测与舟山、温州雷达以及中央气象台综合定位基本一致; 通过大陈站、石浦站出现的极大风速与温州、宁波两部多普勒雷达测得的最大径向速度比较, 发现其独特的径向速度产品能较好地显示台风的极大风速情况; 探测到的反射率因子强度与雨强有较好的对应关系, 并就此讨论了Z-I关系。文章还对总降水量产品和实况雨量进行比较, 发现反演值只有实况过程雨量的50%左右。