台风“莫拉克”登陆前后的动力诊断分析

利用NCEP 0.5°×0.5°每日4次的全球预报场分析资料GFS(Global Forecast System)、日本MTSAT静止红外卫星云图,对2009年第8号台风"莫拉克"在台湾登陆前后的演变特征进行了动力学诊断分析。结果表明:(1)由于近台风中心附近对流层中低层存在切向风大值区中心,使得水平位涡通量散度项在其内侧分布密集。(2)近台风中心低层的负水平位涡通量散度项指向正水平位涡通量散度项,可以很好地示踪台风在海上的移动。(3)p坐标系下的负垂直位涡通量散度密集区可作为分析台风移动的一个重要参考指标。通过涡度方程讨论了决定台风对流层中低层气旋性涡度变化的主要因子,指出南海、华南沿海地区夏季西南气流与台风的耦合对台风结构、路径产生了重要的影响。     

台风麦莎的正压特征波动结构及其稳定性

利用中尺度WRF模式对2005年8月西北太平洋台风麦莎（Matsa）进行了精细的数值模拟。使用模式输出资料,对正压浅水方程组进行了数值差分计算,分析它在最大强度时刻的正压特征波动结构和稳定性。结果表明,台风麦莎内部包含有沿逆时针方向传播的重力惯性外波和涡旋Ross-by波,两种波动的结构和稳定性存在显著性差异。前者主要存在于台风外围,增长率随波长的减小而增加,台风外围的波动相速度为48．9～68．5m／s;后者主要位于距离台风中心200km内,表现为3波最不稳定,半径100km处相速度约为5m／s。此外,重力惯性外波的扰动风场与高度场基本相垂直,扰动散涡比值大于3倍,甚至达到10＾3倍,运动以辐合、辐散为主;涡旋Rossby波的扰动风场基本平行于高度场,扰动散涡比值为10＾-1～10＾-2,涡旋运动是其主要运动,与内螺旋雨带沿着切向圆周方向的传播具有密切关系。     

越赤道气流ISO特征在台风季节预报中的可行性研究

越赤道气流作为南北半球物质、能量和水汽的输送通道,它的季节内变化引起台风水汽源变化,影响台风的生成频数和路径。该文研究了越赤道气流ISO特征在台风季节预报中的可行性。台风路径在传统的分类基础上细分为7种,对不同路径的台风所对应的低频流场进行超前和滞后合成,发现不同台风路径对应着不同的低频越赤道气流通道,低层20°N附近的低频气旋外围气流总是预示着台风路径未来的走向。低层低频流场的演变表明,越赤道气流的振荡周期为准40 d,它的ISO特征影响低纬地区的低频气旋的位置和强度,进而影响台风路径。高层低频流场刚好与低层反向,越赤道气流不再是以通道出现而是呈现区域特征。越赤道气流ISO特征可以作为台风季节预报的参考量之一。     

强风条件下海面拖曳系数和粗糙长度研究

进一步研究强风条件下海-气湍流动量交换以及海浪特征,有助于提高数值天气模式对台风强度演变、移动路径以及恶劣海况的预报能力。依照前人的方法将台风分为风向与浪向(1)相同,(2)相反,和(3)交叉3个扇形区,并结合台风路径数据,得到了浮标数据相对于台风的方位。分别对3种类型的浮标数据进行分析,进而发现了波浪高度和相速度随风速增加而变化的规律。并利用GWW参数化方案计算出摩擦速度(u_*)、拖曳系数(C_DN)和粗糙长度(z₀)。将这些结果与前人代表性的研究论文中所用观测数据和所得研究结论进行比较,结果表明二者有较强的一致性。该研究证明GWW参数化方案在强风条件下依然有很好的适用性。     

福建一次秋季大范围暴雨成因分析

应用常规观测资料及NCEP再分析等资料,对2008年10月5—6日福建大范围暴雨成因进行诊断分析。结果表明:热带低压倒槽与冷空气共同作用使暴雨区低层气旋性辐合加强,上升运动加剧;差动温度平流增强斜压大气对称不稳定度;次级环流圈的形成和维持加大了降水强度并延长了降水持续时间;南海低层偏南气流为暴雨区输送了源源不断的水汽,同时也提供了动力和热力条件,对不稳定能量的积累、输送和释放起了关键作用;暴雨区层结不稳定维持较长时间,垂直风切变为对流系统的发展提供动能,造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放;螺旋度在诊断低压中心位置、发展和移动的能力比垂直速度或涡度单一因子更好,但与降水中心位置存在滞后现象。     

STUDY OF DOUBLE RAIN BANDS IN A PERSISTENT RAINSTORM OVER SOUTH CHINA

Using the U.S. National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research reanalysis data at 1°×1° resolution, analysis is performed on a persistent heavy rainfall event with two rain bands to the south of the Yangtze River during 17–22 June 2005. The northern rain band was related to the atmospheric mass adjustment of cold front precipitation and the associated ageostrophic feature to the rear right of subtropical westerly jets, while the southern counterpart formed under the joint influence of easterly/westerly jets and the South Asian high (SAH). The ageostrophic wind field to the rear right of the easterly jet center gives rise to an anti-circulation that favors the genesis of the southern belt. The feature of du/dt 0 around the SAH ridge line and to the rear right of the easterly jet streak results in a strong v – vg0 field in the vicinity of the rain region as well as to its south. When westerly jets move southward, an intense v – vg0 feature appears to the north of the rain region, i.e., behind the center of the westerly jets. The associated mass adjustment leads to vigorous divergence over the rain region, which is responsible for the strong precipitation from the warm sector of the front. Also, a θe front at the middle level of the southern rain band and the cold front favor the release of instable energy to enhance the rainstorm. The southern and northern fronts approach each other and the two rain belts merge into one.     

"0604"台风暴雨的数值模拟与诊断研究

采用非静力MM5( 3.5)中尺度数值模式对2006年7月14-15日湘南-粤北0604(BILIS)台风暴雨天气过程进行了数值模拟与诊断分析,结果发现暴雨区始终位于不稳定能量高值区域,并存在对流不稳定及条件性对称不稳定两种机制.强降雨中心附近非地转湿Q*散度是正、负相间分布,暴雨中心在低层对应非地转湿Q*散度负值中心,在高层对应正值中心,并位于次级环流低层上升支一侧.次级环主要是由风的水平切变和垂直切变差异效应造成的,其次是非绝热加热作用,且与暴雨的发展相一致.     

β效应和垂直切变对台风非对称结构及眼墙替换的影响

利用一个完全可压、非静力及原始方程热带气旋模式(TCM4),通过对f平面和β平面中不同强度的垂直风切变下理想热带气旋的模拟,研究了β效应和垂直风切变对热带气旋强度和结构的影响。结果表明:(1)理想气旋植入相对较弱的垂直风切变之后其强度最终将会进入一种近似常定状态,通过研究这种准常定状态对切变强度的敏感性发现,研究垂直风切变对理想气旋影响,应该讨论理想气旋能否维持在一个特定强度(台风、热带风暴及热带低压等)的极限垂直切变,而不是去讨论决定理想气旋将减弱还是增强的极限垂直风切变值;(2)在f平面下,由于垂直风切变造成涡度平流随高度变化,使得在顺切变前部以及左侧边界层附近产生辐合,伴随着空气的气旋式螺旋上升,外流层对应区域产生辐散,从而使得强对流和强降水发生在顺切变左侧。(3)行星涡度梯度(β效应)也能使涡旋产生一定的非对称性。当考虑β效应和垂直风切变的双重叠加效应时,所产生的非对称性比单纯由β效应或垂直风切变产生的非对称性更大,并且强对流区主要集中在顺切变左前部。(4)热带气旋眼墙替换过程或许可以被预测,因为它们似乎与β效应和环境流(VWS)存在联系。     

A NORTHERN HEMISPHERE ANNULAR MODE AS THE COMBINATION OF THE NAO AND THE PNA

This paper demonstrates that an annular mode can be constructed from the combination of the North Atlantic Oscillation (NAO) and the Pacific/North American (PNA) patterns. The quasi-annularity, meridional dipole and vertical barotropy of the constructed annular mode resemble those of the Atlantic Oscillation (AO) pattern. It is also a dominant mode in terms of the variance contribution. Moreover, its temporal correlation with the AO is quite strong. This new annular mode has the advantage over the AO in that it incorporates a large portion of the PNA and makes the center of action in the Pacific stronger and more physically relevant than that of the AO. Or, more generally, it may be regarded as a physical mode unlike the AO. The results of this study also indicate the NAO–PNA perspective contains most of the information of the AO, whereas the AO perspective only contains about half of the information of the NAO-PNA. Consequently, the NAO–PNA perspective is regarded by the authors to be more comprehensive than that of the AO.     

中尺度模式遗传算法同化系统及同化试验研究

设计了一个以MM5模式为基础的遗传算法同化系统,并对一次暴雨过程进行了实际降水的模拟,通过对比遗传同化和伴随同化的降水预报效果,对遗传算法同化系统的同化性能进行验证。试验结果表明,遗传算法与四维变分相结合的同化系统能有效地改善模式的初始场,使MM5模式要素预报和降水预报的准确率得到提高。