台风浪模拟预报中的风场比较研究

在对模拟台风浪时海浪模式常用的经验模型风场和多重嵌套中尺度气象数值模式风场的结构和时间演变特征进行对比分析的基础上,分别采用这两种风场资料,应用最新版本的第三代海浪模式SWAN对Winnie(1997)引起的台风浪进行了模拟,将模拟的有效波高与TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星高度计资料作了详细的对比分析。结果表明,经验模型风场对实际台风风场的刻画存在诸多缺陷,这些缺陷对于台风浪的准确模拟产生了不可忽视的影响,采用模式风场试验的模拟效果优于采用模型风场的试验。论文提出了在运用海浪模式模拟台风浪时用数值模式模拟风场替代经验模型风场的必要性。     

0407号台风"蒲公英"路径突然北折的原因分析

本文主要从天气学的角度分析0407号台风“蒲公英”在巴士海峡上空突然北折的原因,发现双台风相互作用牵制了“蒲公英”,增加了台风路径北折的突然性,而其南侧高压环流的发展对台风路径北折有决定性作用．扩大传统中双台风发生作用的距离,将两个台风之间可以直接、半直接或间接作用的概念引入日常预报中。     

基于多致灾因子相似的热带气旋检索方法研究:以风暴潮-海浪灾害预评估为例

热带气旋引起的风暴潮-海浪灾害成灾频率高、致灾强度大,对我国沿海地区造成的人员和经济损失惨重。预评估阶段需要在灾前对研究区可能造成的损失等进行快速的综合判定。从历史热带气旋中检索出与目标热带气旋位置及各种致灾因子强度相似的热带气旋是快速、准确地预评估风暴潮-海浪灾害的重要方法。面向风暴潮-海浪灾害预评估,提出了一种基于多致灾因子的相似热带气旋检索方法。用于相似检索的致灾因子数据包括:从中国气象局西北太平洋热带气旋最佳路径数据集中提取并经处理得到的1949~2013年影响湛江市的112场热带气旋的路径中心点位置、中心气压、最大风速、最大风速半径及移动速度数据,112场热带气旋的模拟风场、风暴潮及海浪数据。首先,利用相似离度方法对热带气旋进行路径相似性检索;其次,利用最优相似系数方法计算中心气压、最大风速半径、最大风速、移动速度、风场、风暴潮及海浪强度指标的相似系数进行一次检索;然后,根据风场、风暴潮及海浪模拟数据的获取情况,分别基于路径-强度及风场-风暴潮-海浪综合相似性指标进行二次检索;最终给出历史热带气旋的综合相似排序。以2013年尤特热带气旋为例,利用上述方法检索了与其最为相似的5场历史热带气旋。该方法综合考虑了热带气旋路径及多种致灾因子的相似,兼顾了检索的速度及质量,是进行快速、准确的风暴潮-海浪灾害预评估的重要基础。     

海南岛东南部海湾350年古风暴事件沉积与历史文献记录对比

本项研究试图从沉积记录中分析古风暴事件的时间序列。以海南岛东南部黎安潟湖和新村潟湖钻孔沉积物为研究对象,选取沉积物粒度、有机质和碳酸盐含量等参数建立台风事件的鉴别指标,同时利用放射性核素210Pb计年确定沉积物柱状样的年代序列,对海南岛东南部的古风暴活动进行了分析。结果显示,柱状岩心的粒度指标、有机质和碳酸盐含量清晰地记录了海南省东南部过去350年期间的35次特大风暴潮事件,与历史文献资料对比良好。基于历史文献和沉积记录的风暴潮事件恢复了近350年来的风暴活动历史,发现海南省东南部特大风暴事件频数与厄尔尼诺强度有显著关系,同时还可能受到太平洋涛动和太阳黑子活动等多种因素的综合影响。恢复海岸带地区长时间尺度高分辨率的古风暴记录,为探讨全新世以来古风暴活动的气候响应机制提供了有效信息。     

海南岛东南部潟湖台风事件沉积记录

研究海岸潟湖沉积记录可恢复器测记录之前和史前时期热带气旋活动的频率和强度信息。本文试图通过分析潟湖沉积揭示南海北部地区的古台风活动信息,以海南岛东南部两个潟湖的钻孔沉积物为研究对象,选取沉积物粒度、有机质和碳酸盐含量等参数建立台风事件的鉴别指标,同时借助²¹⁰Pb CRS计年模式确定了沉积物柱状样的沉积速率和年代序列,对海南岛东南部的古风暴活动进行了分析。结果显示,柱状岩心清晰地记录了海南省东南部过去350年期间的35次特大风暴潮事件。基于历史文献和沉积记录的风暴沉积事件恢复了近350年来的风暴活动历史,发现海南省东南部特大风暴事件频数与厄尔尼诺强度有显著关系,同时还可能受到太平洋涛动（PDO）、北大西洋涛动（NAO）和太阳黑子活动等多种气候因素的综合影响。本文研究表明,结合风暴沉积记录和历史文献资料可为恢复海岸带地区长时间尺度高分辨率的古风暴活动规律提供有效信息。     

热带气旋发生、发展的不稳定理论

本文在正压无辐散的条件下,讨论了东、西风不连续面上的正压不稳定性。研究指出:这种界面上的扰动总是不稳定的,从而说明了热带气旋常在赤道辐合带(ITCZ)上形成的原因。本文又在考虑了热带气旋内部的层结和基本气流的条件下,讨论了热带气旋发展的热力学和动力学条件。研究指出:层结稳定度和惯性稳定度同时影响热带气旋的发展.当两者都稳定时,热带气旋不发展;当两者之一不稳定时,热带气旋有可能发展;当n~2I~2 (μ~2/a)~2N~2<0时,热带气旋一定发展。     

热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响

海浪不仅决定着海洋表面的粗糙度,由热带气旋引起的海浪,还通过其发展演化控制着大部分的海气之间的动量和能量传递。本文采用热带气旋观测数据IBTrACS和海浪模式WW III的模拟结果探究了热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响。结果发现,近30 a热带气旋的强度约每10 a增加 1 m/s,但移速没有明显变化。热带气旋的强度越大,从大气输入到海浪和从海浪输入到海流中的动量之差和能量之差也越大。由于热带气旋的风场和海浪场都有较强的不对称性,海气动量差和能量差也表现出非均匀分布:动量差较大的区域在热带气旋移动方向的后方,能量差的最大值则分布在右后象限,且二者均为左前方比较小。逆波龄与动量差和能量差呈高度正相关,相关系数约为0.95,说明波越年轻吸收的动量和能量越多。气旋移速越快逆波龄越大,且热带气旋移动速度与动量差和能量差呈正相关,相关系数在0.8以上。因此,海浪影响着大气向海洋输入的动量和能量的分布和大小,在以后关于海洋边界动力学和热力学的研究中,考虑海浪的演化可能会使结果更加准确。     

1949-2017年南海海域热带气旋强度和路径快速变化统计特征

为进一步认识南海地区热带气旋强度和路径快速变化的统计特征，利用中国气象局上海台风研究所整编的1949–2017年的热带气旋最佳路径数据集，统计分析了不同强度等级热带气旋发生强度和路径快速变化的特征。结果表明:(1)由强热带风暴快速加强为台风、以及由台风快速加强为强台风是热带气旋强度快速加强发生频率最多的事件；强度快速加强次数以1次居多，一般不会超过2次；但大部分途经南海的热带气旋出现快速加强时都在南海以外的地区，在南海出现快速加强的概率仅为9.8%。(2)不同强度的热带气旋，其强度的维持时间长短对其强度快速加强有重要影响，一般在该强度的前24 h是快速加强的最佳阶段，当其中心气压下降速度超过?12.0 hPa/(6 h)时容易出现台风级别或以上的强度快速加强，且热带气旋快速加强容易出现在海温偏高地区。(3)南海地区热带气旋路径的偏转主要出现在西行路径中，其中以5°～30°的偏转为最常见，占到全部热带气旋总数的48.65%，不过，按照定义的路径快速转向标准，路径快速转向的概率仅有15.13%。随着热带气旋强度的增强，南海地区发生路径快速转向的频次迅速减少，路径快速转向主要出现在近海岸地区和南海中北部偏东区域。这些结果进一步细化和丰富了对南海地区热带气旋强度和路径快速变化的认识。     

孟加拉湾一次热带气旋过程的海浪场模拟分析

基于第3代海浪模式WW3(WAVEWATCH-III),以具有高精度和较高分辨率的CCMP(Cross-Calibrated, Multi-Platform)风场为驱动场,对2011年12月发生在孟加拉湾的热带气旋“Thane”所致的大浪进行数值模拟。结果表明:(1)以CCMP风场驱动WW3海浪模式,可以较好地模拟热带气旋“Thane”在孟加拉湾造成的大浪,模拟的海浪数据具有较高精度。当有效波高(SWH)在2 m以内和大于5 m时,模拟值略小于观测值;当SWH在2~5 m之间时,模拟值略大于观测值。(2)热带气旋“Thane”所形成的大风和大浪的分布特征具有一定差异:大风区在气旋四周分布较为均匀;在大洋中部时,大浪区主要分布于右半圆,在近海时,大浪区主要分布于气旋行进方向的前方。(3)热带气旋“Thane”的风向和波向整体上保持了较好的一致性,仅在第2象限有一定的差异,该区域的风向主要为西北向,而波向则主要为偏北向。     

基于正交匹配小波算法的台风云系提取研究

西北太平洋是世界上台风发生频率最高、强度最强的一个海区,因此对西北太平洋台风的发生发展进行相关的分析研究是很有意义的。论文中利用静止卫星观测数据,进行了滤波、去噪等预处理,及综合优化的云检测处理;在此基础上,利用改进的正交匹配小波算法,实现了西北太平洋地区台风云系特征的提取。运用该算法提取出的台风云系特征参数简单,与其他算法比较,尽管提取精度有待改进,但是用于台风的监测预警可提高效率,适用于台风预报预警监测的业务化应用。     

一个新的热带气旋参数调整方案

基于前人的统计经验公式和现有的实测资料,尤其是详实的热带气旋中心气压资料,对热带气旋的最大风速半径的确定提出一个新的调整方案,使之能较好反映热带气旋风场.比较结果表明,所计算的海浪场与实测资料吻合较好.     

台风海面风场动力诊断模式的建立与模拟计算

本文总结和归纳了已有的台风海面风场模式，按照风场模式物理背景的不同进行了分类．在此基础上，本文选择并建立了一种新的台风海面风场动力诊断模式．首先，利用台风影响范围内某条具有代表性的闭合等压线的拟合方程表示出台风海面气压场，并利用改进的气压场模式和修正的梯度风方程求得台风系统风场，同时还利用宫崎正卫的热带气旋合成风假设建立移行台风风场．然后将两者作权重订正后进行迭加，即得到台风模型风场．该模式考虑了包括台风气压场的非对称性、边界层摩擦效用、气压梯度的切向变化及台风中心移动的影响等多种因素．经过对0519号“龙王”台风的模拟，结果表明本文所建立的台风风场模式可以比较准确的模拟出非圆对称的台风海面气压场和海面风场，较为真实地反映实际台风风场的特征．     

基于QuikSCAT卫星遥感风场的台风最大风速半径反演及个例分析

建立了一种卫星遥感风场的最大风速半径(Rmax )反演方法.该方法基于 QuikSCAT 风场,结合 JTWC 台风参数资料,将遥感平均风剖面与 Holland 台风模型进行最小二乘法拟合来反演 Rmax.2001-2009年13个台风69幅数据反演结果统计分析表明:用气压表征台风强度的 P 算法遥感反演结果与 JTWC 分析结果的标准差为10.7 km,效果较好.此外,通过0513、0519和0221 3个典型台风过程的 Rmax 演变情况分析表明:对于对称性结构较好的成熟台风,反演结果能较好地反映出不同台风的 Rmax 尺寸差别,台风过程中 Rmax 的演变情况符合台风发展情况;台风风场对称性差、地形以及背景流场的影响,是导致 Rmax 反演出现较大偏差主要因素.     

基于人工神经网络的台风浪高快速计算方法

采用2010—2017年南海5个浮标波高观测资料和中国气象局热带气旋最佳路径集中的热带气旋参数, 基于前馈型误差反向传播(Forward Feedback Back Propagation, FFBP)神经网络(Artificial Neural Network, ANN)方法, 分别建立了各浮标站的台风浪高快速计算模型。研究显示, 基于热带气旋中心坐标、中心最低气压、近中心最大风速、热带气旋中心与浮标之间的距离和方位4个参数建立的神经网络模型经反复训练后, 模型输出结果可以很好地拟合观测数据, 各浮标有效波高计算值与观测值的均方根误差小于0.3m, 平均相对误差为5.78%~7.23%, 相关系数大于0.9, 属高度相关。独立测试结果显示, “山竹”( 国际编号: 1822)影响期间有效波高最大值的神经网络模型预报结果与观测值基本吻合, 相对误差为-31.06%~0.98%, 但计算的最大值出现时间和观测情况不完全一致。该计算方法可应用于热带气旋影响期间的有效波高最大值计算, 因而在海洋工程领域和海洋预报领域具有应用前景。     

2021年冬季海洋天气评述

2021 年冬季(2021 年12 月—2022 年2 月)大气环流特征为:北半球极涡呈多极型分布,中高纬环流呈3 波型分布。位势高度距平场显示,东亚中纬度地区处于正距平区,西伯利亚脊偏强,而东亚大槽较常年同期偏弱,冷空气活动偏少、强度偏强。我国近海出现了 8 次 8 级以上大风过程, 其中冷空气大风过程4 次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程3 次,冷空气和台风共同影响的大风过程1 次。我国近海未出现大范围的海雾过程。西北太平洋和南海共生成 2 个热带气旋,且均达到超强台风级,其中 2122 号台风“雷伊”是历史上 12 月在南海海域达到超强台风级的 2 个台风之一,也是历史上直接袭击南沙群岛的最强台风,还是影响南海最晚的超强台风。另外,全球其他海域共生成热带气旋14 个。我国近海出现2. 0 m 以上大浪过程的天数有56 d,约占冬季总日数的62%。冬季,我国近海海域呈明显降温趋势,北部海域的降温幅度明显大于南部海域,冬季海面温度较常年整体偏高。     

A study on dynamical features of air-sea coupling waves in the tropics

The dynamical features of air-sea coupling waves and their stabilities in a simple coupled air-sea model in the tropics have been studied with respect to interaction occurring among different types of the free waves in the o-cean and in the atmosphere. It is pointed out that there exist a stable and an unstable air-sea interaction modes in the tropical coupled system , respectively. The propagation of the unstable mode relies greatly on the zonal space scale, i. e. only for wave length ranging from 5 000 km to 10 000 km can the disturbance unstably move slowly eastward. The waves that slowly propagate unstably eastward agree well with the observational facts. Finally,it is also proposed that the interaction between Kelvin wave in one medium and Rossby wave in another medium is a necessary condition for the occurrence of destabilization of the coupled air-sea system in the tropics.     

South China Sea wave characteristics during typhoon Muifa passage in winter 2004

The responses to tropical cyclones of ocean wave characteristics in deep water of the western Atlantic Ocean have been investigated extensively, but not the regional seas in the western Pacific such as the South China Sea (SCS), due to a lack of observational and modeling studies there. Since monsoon winds prevail in the SCS but not in the western Atlantic Ocean, the SCS is unique for investigating wave characteristics during a typhoon’s passage in conjunction with steady monsoon wind forcing. To do so, the Wavewatch-III (WW3) is used to study the response of the SCS to Typhoon Muifa (2004), which passed over not only deep water but also the shallow shelf of the SCS. The WW3 model is forced by the NASA QuikSCAT winds and tropical cyclone wind profile model during Typhoon Muifa’s passage from 0000UTC 16 on November to 1200UTC on 25 November 2004. The results reveal the unique features of the SCS wave characteristics in response to Muifa, such as non-decaying, monsoon-generated swell throughout the typhoon period and strong topographic effects on the directional wave spectrum.     

Derivation of Parametric Tropical Cyclone Models for Storm Surge Modeling

In this paper, the parametric tropical cyclone models for storm surge modeling are further developed. Instead of tangential wind speed via cyclostrophic balance and radial wind speed using a simple formulation of defection angle, the analytical expressions of tangential and radial wind speed distribution are derived from the governing momentum equations based on the general symmetric pressure distribution of Holland and Fujita. The radius of the maximum wind is estimated by tropical cyclone wind structure which is characterized by the radial extent of special wind speed. The shape parameter in the pressure model is estimated by the data of several tropical cyclones that occurred in the East China Sea. Finally, the Fred cyclone (typhoon 199417) is calculated, and comparisons of the measured and calculated air pressures and wind speed are presented.     

1979—2019年影响中国沿海的热带气旋与ENSO变化关系初探

采用1979—2019年热带气旋最佳路径资料,分析影响中国沿海的热带气旋的时空演变特征,并结合Ni?o3.4指数、海表温度和海洋上层热容量资料,对热带气旋与ENSO变化关系进行初步探讨。结果表明,近40年来影响中国沿海的热带气旋经历了1990年代减弱,2000年代增强的变化过程,且在2000年以后呈现显著向岸迁移趋势。影响中国沿海的热带气旋与表征ENSO的Ni?o3.4指数的相关关系在2000年发生突变,具体表现为ACE与Ni?o3.4指数在2000年前呈显著正相关,2000年后二者相关性明显下降。通过将ACE分解成平均强度ACE₁、持续时间ACE₂和频数ACE₃这三个分量,发现2000年前Ni?o3.4指数与平均强度ACE₁呈显著正相关,但2000年后Ni?o3.4指数与ACE₁相关关系减弱,这可能是导致ACE与Ni?o3.4指数的相关关系在2000年左右发生突变的主要原因。持续时间ACE₂与Ni?o3.4指数一直保持显著正相关,频数ACE_3<...     

海岛核电厂址的设计基准洪水位研究

随着滨海核电厂址的开发利用日趋饱和,选取海岛作为核电厂址成为一种新思路。针对海岛厂址易受台风灾害影响的问题,本文通过对天文高潮位、海平面上升、可能最大风暴潮增水和最大台风浪四个增水因子的研究来确定厂址的设计基准洪水位。结果表明:该区域10%超越概率的天文高潮位为3.14 m,未来80 a海平面上升幅度为0.31 m。基于MIKE21数值模型,以可能最大热带气旋参数为基础构建了多种假想台风路径,发现:当台风移动方向为NW向,距离厂址中心左侧0.5R(R为台风最大风速半径)时,风暴潮增水达到最大,增水最大值为2.99 m;当台风移动方向为W向,且距离厂址左侧R处时,台风浪波高达到最大,厂址前沿H_1/100波高最大值达到了8.02 m;岛屿东侧遭受的风暴潮和波浪威胁较其他方向更为严重。各水位影响因子组合叠加后海岛核电厂址设计基准洪水位可达11.25 m。相对于其他滨海厂址,海岛厂址的风暴潮增水相对偏小,但受波浪的影响更为显著。