1814号台风“摩羯”引发鲁北平原一次罕见龙卷特征

利用常规观测、探空、区域气象观测站、ERA5、多普勒雷达等资料对 2018 年 8 月 14 日台风 “摩羯”在鲁北平原引发的1 个 EF2 级龙卷的环境背景和雷达回波进行分析。结果表明：(1)龙卷发生时台风“摩羯”已减弱为温带气旋并停止编号。(2)低层辐合、高层辐散,上下重叠度较好的急流轴,低空强的垂直风切变和风暴相对螺旋度等,构成龙卷风暴发生的有利环境条件。(3)龙卷母风暴属于小型超级单体风暴,低层反射率因子具有钩状回波形态;在速度剖面上具有龙卷涡旋轴线和小尺度风场辐合特征,对应谱宽剖面上有谱宽大值区。(4)降低雷达系统中气旋探测算法和龙卷涡旋探测算法部分适配参数阈值后,系统提前60 min 给出中气旋特征,提前7 min 给出龙卷涡旋特征(tornado vortex signature,TVS);中气旋顶高、最大切变高度快速上升和下降的过程对应小尺度涡旋的增强和触地,最大切变值骤降对应龙卷快速释放能量。     

非超级单体龙卷风暴低层流场特征及模拟分析

基于多普勒天气雷达资料,结合中尺度数值模拟结果,对发生在黄淮流域的2次EF2级非超级单体龙卷风暴结构及低层流场结构特征进行了诊断分析。结果表明,2次龙卷过程都发生在副高边缘,低层存在较大的垂直风切变和强烈的水汽辐合;2次龙卷都有多次及地的特征,其母体风暴生命期都在2h以上;低层速度产品上有显著的小尺度涡旋特征,涡旋中心相邻像素之间的速度差20m·s-1,对EF2级龙卷预警具有6~20min的时间提前量;风暴后部中下层相对风暴的速度切变显著加强并迅速下传是诱发20100717龙卷涡旋的主因;风暴内部强烈上升气流导致低层涡旋发展,诱发20120818龙卷涡旋的产生。中尺度WRF模式模拟结果能够较好地再现风暴底部气流结构特征。     

黄河三角洲一次非中气旋龙卷观测分析

利用区域气象观测站、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）、风廓线组网产品、S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network,CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar,XPAR）等资料,对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析。结果表明：（1）此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下,强烈的对流不稳定、0~6.0 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度,是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件;不利的条件是0~1.0 km低层垂直风切变非常弱。（2）海风锋、阵风锋触发对流,横槽分裂南下使上升运动加强;龙卷风暴影响时,临近区域气象观测站要素表现出明显变化,但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关。（3）龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴,双龙卷的形成与单体合并发展有关;雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强,当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时,旋转运动进一步增强,从而激发了第3个龙卷。（4）CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散;XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征,相关系数低值区明显。     

1710号台风“海棠”前部龙卷天气分析

使用NCAR/NCEP再分析资料、国家气象中心提供的逐时热带气旋资料和淮安S波段多普勒雷达观测资料,分析了1710号台风"海棠"环流前部的一次龙卷过程。结果表明:此次龙卷过程由台风残留低压引发,环境分析显示淮安地区低层位于急流辐合区,高层500 hPa位于辐散区,有利于对流发展。雷达径向速度资料分析显示龙卷发生前后存在正负速度对涡旋形成和发展。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。     

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。     

登陆台风“摩羯”(1814)在山东引发龙卷的灾情调查与天气雷达识别

2018年8月13—14日,1814号台风"摩羯"(YAGI)由强热带风暴逐渐减弱成热带低压,在山东省境内造成强降水,并引发了系列龙卷。龙卷发生后,气象部门对龙卷进行了详细的实地灾情调查。通过对6处龙卷路径无人机航拍的高分辨率图像和现场勘察的建筑物损毁、树木折断、庄稼倒伏等状况的综合分析,判断发生在滨州市姜楼镇、东营市盐窝镇的龙卷达到EF2级,其他为EF0/EF1级。上述龙卷都发生在残余低压环流中心移动方向的右前方,且集中在残余低压环流外围偏北段雨带中的小型超级单体内;其中在滨州引发的龙卷距离残余低压环流中心最近,约150km,在潍坊引发的龙卷距离残余低压环流中心最远,约400 km。这些小型超级单体在雨带中,自南向北或者自东南向西北方向移动,尺度都很小,发展高度较低,强反射率因子核位于风暴的底部,低层反射率因子的南端有入流缺口,呈钩状回波特征;低层径向速度产品有较强的正负速度对。用雷达系统原适配参数值计算表明,在调查的6次龙卷中,仅有1次龙卷发生前算出了中气旋(M)产品,2次算出龙卷涡旋特征(TVS)产品;用修改的适配参数值进行计算,在6次龙卷发生前都算出了M产品,4次算出TVS产品,优化适配参数可提前将弱的M和TVS识别出来,对龙卷的临近预警具有指导作用。     

台风“温比亚”(1818)造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料(0. 25°×0. 25°),对2018年18号台风"温比亚"及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现:1)此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2)"温比亚"缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3)冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4)此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6g·cm~(-2)·hPa~(-1)·s~(-1)区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5)对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生"列车效应",也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。     

两次长寿命非超级单体孤立强风暴多普勒天气雷达观测对比分析

利用济南多普勒天气雷达资料,结合探空和天气实况资料,对2次历时超过4 h的孤立非超级单体风暴强度结构、流场结构和环境物理量及其差异性进行了分析。结果表明,0611和0915风暴均产生于东北冷涡底部西北气流和低层切变线环境形势下,上干冷下暖湿,0～6 km具有强垂直风切变,600 h Pa为起点的下沉对流有效位能(DCAPE)具有较大值。旺盛阶段,0915风暴的最大反射率因子(DBZM)、基于单体的垂直累积液态含水量(C-VIL)和强中心高度(HT)参数平均值明显大于0611风暴,差值分别是6. 7 dBZ、11 kg·m-2和2. 4 km。0915风暴成熟阶段的前期表现为明显中层径向辐合(MARC)特征,中期风暴中层表现为强气旋性旋转气流结构,后期又演变为MARC特征,同时辐合强度更加显著。0611风暴旺盛阶段中层具有双涡结构,但前期气旋性旋转强度明显大于反气旋性旋转强度,后期情况相反,反气旋性旋转强度明显大于气旋性旋转强度。两次过程中环境物理量差别明显的是对流有效位能(CAPE)和低层比湿,0915风暴CAPE和低层比湿明显大于0611风暴过程。在相似的形势背景下,低层湿度大,具有大的CAPE值,风暴内部上升气流的最大上升速度较大,利于强反射率核的悬垂和维持。     

台风“康森”产生的海洋近惯性能量的数值模拟研究

文章利用经验台风风场模型(TCWPM)和美国环境预测中心的气候预测系统再分析风场资料(NCEP/CFSR)对台风"康森(Conson)"进行数值模拟,并将模拟的台风带入平板模式(slab model)模拟台风产生的海洋近惯性流。对比实测数据表明,模拟结果与真实风场、近惯性流场均比较一致,台风"康森"在近海面的风场不对称结构非常明显,台风中心两侧的速度大小相差可达10m·s~(–1)。台风"康森"在台风中心后方产生强烈的海洋近惯性振荡,且持续时间超过4d。海洋近惯性动能沿着台风路径呈显著的不对称分布,表明台风"康森"在共振作用下主要在路径右侧激发强烈的近惯性振荡。研究不同强度的热带气旋产生的海洋近惯性能量,发现热带风暴产生的海洋近惯性能量较小,平均近惯性动能不超过35J·m~(–3)。随着气旋强度的增大,热带气旋激发的近惯性能量呈指数增长,而台风的影响面积与最大风速半径的变化相对比较一致,当最大风速半径(R0)增大一半(1.5R0)时,其产生的最大平均近惯性动能从81J·m~(–3)增大到631J·m~(–3),影响面积从大约600km~2增加到大于900km~2。     

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明:1)此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统(persistent elongated convective systems,PECS)和1个β中尺度持续拉长状对流系统(meso-β-scale PECS,MβECS)发生发展造成的。2)与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3)物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1～3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4)低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。     

积云摩擦作用对热带辐合带生成和维持的影响

热带辐合带(ITCZ)是热带海洋上的重要天气系统,在天气图上表现为对流层中、低层的一低气压气流汇合带。由于有潮湿空气的辐合,ITCZ不仅是一个对流活动带,而且其中还常伴有大小不同的气旋性涡旋存在,成为产生热带降水天气的主要系统之一。同时,台风一类强烈的災害性天气系统的发生发展又常与ITCZ的活动有密切关系。因此,有关ITCZ的研究一直为热带气象工作者所重视,有过不少分析讨论。气象卫星观测出现之后,常可从卫星云图上看到赤道附近存在着一条非常长的对流云带,有时它甚至可以环绕整个地球,这就是ITCZ云带。通过卫星资料,人们更进一步认识了ITCZ中积云对流和涡旋活动的特征。     

超强台风“梅花”急剧变化的环境特征和能量变化分析

利用中国气象局的热带气旋最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,对1109号超强台风"梅花"在急剧增强、超强和减弱阶段的大尺度环境、高低层涡散分布和能量场演变配比特征进行分析。结果表明:超强台风"梅花"强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化有明显关系;急剧增强前24 h,伴随有风垂直切变明显减弱,急剧减弱前24 h风垂直切变存在突然增强。中心附近对流层高层辐散的增强、正涡度的增大和正涡度柱向对流层中上层伸展导致超强台风"梅花"急剧增强,对流层低层辐散和高层辐合的增大与强度的减弱密切相关。急剧增强过程中涡旋风动能的增加远大于辐散风动能,涡旋风动能增量主要集中在大气层低层,总位能增量在大气低层和高层配比相当。     

相似路径台风“天鹅”(1515)和“珊珊”(0613)降水差异分析

通过与相似路径台风"珊珊"(0613)对比,利用实际观测降雨量、卫星数据和CFSR再分析数据,通过对水汽通量、螺旋度、假相当位温、湿位涡(MPV)等物理量的诊断分析,结果表明:(1)中纬度西风槽的性质和移动特征决定了两相似路径台风降水差异:弱冷空气渗透,有利于远距离降水的发生;较强冷空气的东移南压,不利于强降水的发生;(2)螺旋云带充足的水汽输送,高低空急流配置,是强降水发生的另一主要原因;(3)江浙地区主要降水区域与垂直螺旋度大值区,假相当位温梯度区,有很好的对应关系;(4)低层湿位涡垂直分量(MPV1)0,湿位涡水平分量(MPV2)0,高层低层湿位涡垂直分量0,湿位涡水平分量0的分布特征有利于"天鹅’远距离降水在江浙地区的发生发展。     

台风加(减)速运动的诊断预报方法及路径预报

本文用1980～1986年20时欧洲中心的1000、850、700、500、300、200及100hPa共7层的网格点资料,挑选了进入南海的若干个台风个例对台风中心运动方程进行了诊断分析,求出了台风前后12及24h的移速(V)、移向(θ)、移速差(ΔV)及移向差Δθ,分析得到,台风主要在气压梯度力、地转偏向力及阻力三力等的作用下运动.当气压梯度力和地转偏向力近于平衡时台风减速移动;当气压梯度力和地转偏向力不平衡时台风将加速运动.计算的12hΔV与实际的ΔV(≥5km/h)的符号相同者达90%,平均移向差Δθ为13°:计算的24hΔV与实际的ΔV的符号相同者达88%,平均移向差Δθ为15°.预报路径与实际路径比较接近.     

台风“达维”经过海南岛过程内核结构演变的数值分析

利用非静力中尺度数值模式 WRF (V2.2)对0518号台风“达维”(Damrey)经过海南岛过程进行了模拟.模式较好地再现了“达维”经过岛屿过程的移动路径、强度变化、环流结构以及降水分布.基于模拟结果,分析了台风内核区的动、热力场演变特征,结果如下:1)经过岛屿期间,台风内核区高、低层切向风速变化不大,贴地层与中间层切向风速在登陆过程及岛上移动前期减小,岛上移动后期到离岛入海期间增大.2)台风内核区高、低层分别存在主体出流及回流入流、主体入流及回流出流.登陆过程及岛上移动前期,主体入流速度变化不大,主体出流明显减弱.岛上移动后期到离岛入海期间,主体出流与回流出流明显加大并出现合并趋势.3)经过岛屿期间,台风环流区的环境风垂直切变没有像大多数热带气旋登陆一样出现增大的趋势,反而减小.切变下风方向先顺转后逆转,切变下风方向左侧与降水区有较好对应.4)登陆过程及岛上移动前期,台风高、低层的垂直速度及凝结加热均显著减小;岛上移动后期,高层垂直运动及凝结潜热释放继续减小,低层则明显增大.     

山东半岛两次秋季台风远距离大暴雨的特征分析

利用常规观测资料和NCEP/NCAR FNL资料对"狮子山"(1006)和"天兔"(1319)两个台风造成山东半岛秋季远距离大暴雨的特征进行了诊断分析。结果表明:1)造成两次大暴雨的天气形势和物理量特征有相似,也有差异。2)两个台风的生成源地、移动路径以及强度差别均很大,大暴雨发生在台风登陆后从广东移到广西的过程中,高空北支冷槽、台风倒槽和850 hPa切变线是造成山东半岛大暴雨的主要天气系统。3)台风东侧和副热带高压之间850 h Pa偏强东南气流将东海、黄海的水汽源源不断输送到山东半岛并在此辐合;低层辐合、高层辐散和垂直上升运动均利于大暴雨的发生;大暴雨发生前大气处于不稳定大气层结;台风和中纬度系统相互作用形成两层或三层锋区的斜压性特殊结构及高空急流的增强是山东半岛秋季台风远距离大暴雨的重要特征。4)两次大暴雨过程中低空急流特征、锋区斜压性结构特征、不稳定大气层结特征存在较大差异。     

赤道海洋对罕见台风“画眉”的响应

利用GHRSST L4、QuikSCAT、OAFLUX以及SeaWiFS L3资料分析了近赤道罕见台风"画眉"生成前后海表温度SST及其感热通量、潜热通量和叶绿素a浓度的变化。在台风"画眉"生成之前,中南半岛沿岸海表平均温度较其他区域低,并且在南海盛行东北风,在台风生成区有一明显的气旋性涡旋存在。南海北部地区潜热通量和感热通量均较大,而在台风的生成区域仅感热通量较大。台风"画眉"使其路径右侧的区域发生海表温度降低,相对于其他强度较强的台风降温较小,海表温度在马来半岛以东洋面以及马六甲海峡降低明显,降低约2—2.5℃。与高纬度的台风类似,台风"画眉"使中南半岛沿岸以及马来半岛与苏门答腊岛之间的地区叶绿素a浓度相对于台风前增大0.6 mg.m 3以上。     

1321号台风“蝴蝶”强度变化特征和影响因素分析

利用NCEP/NCAR全球再分析格点资料（空间分辨率1°×1°）、台风实况资料及海南省气象台站观测资料,选取1321号台风＂蝴蝶＂为研究个例,从天气学原理高低空形势及动力、热力学物理量等多角度分析了＂蝴蝶＂强度演变特征及影响因素.研究结果表明,副热带高压与高空西风槽是影响此次台风的主要大尺度天气系统,弱冷空气南侵、南海海温偏高及越赤道气流强盛是＂蝴蝶＂迅速加强的重要原因.西风槽引导弱冷空气南侵使得台风外围环流气压梯度增加,斜压不稳定状态加剧;南海海温达到29℃,海温偏高使台风区域大气层结降低,深热对流发展;105°E越赤道气流强盛为台风提供了充沛水汽和能量.三者共同作用促使台风强度突然增强.另外,低层涡度、高层散度、湿位涡及水汽通量等物理量能够较好地表征＂蝴蝶＂强度变化特征.低层辐合流入、高层辐散流出为台风的加强提供了动力条件;湿位涡下负上正表明大气热力层结不稳定;水汽通量增加表明水汽条件充足.良好的动力条件、热力条件与水汽条件共同作用,使得＂蝴蝶＂在短时间内迅速加强为强台风.     

基于“黑格比”和“灿都”台风期间湍流数据的曳力系数和动力粗糙度长度参数化研究（英文）

海面的曳力系数和空气动力学粗糙度长度是计算海气动量、感热和水汽通量交换必需的参数。基于在"黑格比"和"灿都"台风期间收集的涡动相关系统观测数据,文章研究了10m风速和摩擦速度之间、10m风速和曳力系数之间、以及10m风速和动力粗糙度长度之间的参数化关系。结果表明:曳力系数和摩擦速度及10m风速之间存在抛物线关系,动力粗糙度长度与摩擦速度及10m风速之间存在自然指数关系;临界摩擦速度为0.83m·s~(–1),临界10m级风速为23.69m·s~(–1)。     

台湾岛对登陆台风的影响特征

利用2000—2014年上海台风所最佳台风路径资料和中央气象台路径和强度综合预报资料,分析登陆台湾岛的台风在登陆前48 h和登陆后18 h期间的强度和路径变化特征。结果表明:共有35个台风登陆台湾岛,其中29个资料完整的自东向西登陆台湾岛的台风过程中有26个发生在7、8、9月,登陆频数为89.7%。台风在登陆前48~18 h内强度逐渐增强,以后基本保持不变,一直持续到登陆前6 h,之后开始减弱;从登陆前6 h到离开台湾岛后6 h的时间内,强度由41.0 m·s~(-1)减小到29.6 m·s~(-1),共减小了27.8%。台风经过台湾岛前48~36 h预报移向比实况偏北,30~0 h预报路径偏南。另外,登陆前24 h和登陆后6 h台风强度变化线性回归关系式在2015年登陆台湾岛的台风个例中得以验证,可以在业务预报中参考使用。