位涡反演理论在台风领域中的应用研究进展

位涡作为一个综合反映流体动力学和热力学性质的物理量,受到气象学者的广泛关注,位涡反演理论逐渐成为台风研究的重要方法之一。在简要回顾近几十年来位涡反演理论研究进展的基础上,综述了位涡反演理论在台风领域中的应用进展情况,讨论了位涡反演理论应用时可能存在的问题,即位涡平均态求取、近地面摩擦作用以及位涡反演平衡条件等都可能影响反演效果,并对位涡反演理论的应用前景作了展望。     

Improvement to the Evaporation Duct Model by Introducing Nonlinear Similarity Functions in Stable Conditions

Modified refractivity (M) profile is an important parameter to describe the atmospheric refraction environment, as well as a key factor in uniquely evaluating electromagnetic propagation effects. In order to improve the model-derived M profile in stable (especially very stable) conditions, three nonlinear similarity functions, namely BH91, CB05, SHEBA07, are introduced in this paper to improve the original Babin_V25 model, and the performances of these modified models are verified based on the hydrometeorological observations from tower platforms, which are finally compared with the original Babin_V25 model and Local_HYQ92 model. Results show that introducing nonlinear similarity functions can significantly improve the model-derived M profile; especially, the newly developed SHEBA07 functions manage to reduce the predicted root mean square (rms) differences of M and M slope (for both 0–5 m and 5–40 m) by 64.5%, 16.6%, and 60.4%, respectively in stable conditions. Unfortunately, this improved method reacts little on the evaporation duct height; in contrast, Local_HYQ92 model is capable of reducing the predicted rms differences of M, M slope (for both 0–5 m and 5–40 m), and evaporation duct height by 76.7%, 40.2%, 83.7%, and 58.0% respectively. Finally, a new recommendation is made to apply Local_HYQ92 and Babin_SHEBA07 in very stable conditions considering that M slope is more important than evaporation duct height and absolute M value in uniquely determining electromagnetic propagation effects.     

梅雨期及其前后东亚地区的径向环流结构

本文分析了1983年江淮流域入梅前、梅雨期以及出梅后东亚地区各期平均的径向环流结构及其演变特征。在不同时期，印度热带季风环流和东亚热带及副热带季风环流具有显著差异。研究指出，江淮流域梅雨是亚洲夏季三个季风系统相互作用的结果，是东亚副热带季风系统中径向经向环流上升支中的产物，同时又与其它两个季风系统密切相关，梅雨结束则与印度热带季风环流减弱南撤、西太平洋高压加强西伸、东亚副热带季风环流北上有关。     

西北太平洋环境风垂直切变和热带气旋移动对涡旋内对流非对称分布影响的特征分析

热带气旋（TC）预报特别是强度预报是当今大气科学研究和业务预报的重点、难点问题,TC环流内部的对流系统对气旋的结构和强度变化有着十分重要的影响。利用FY-2C/2E黑体亮温（TBB）资料和NCEP分析资料,研究了2005-2012年西北太平洋热带气旋外雨带区的对流非对称分布特征,及其与环境风垂直切变和TC移动的关系。分析发现,整层风垂直切变的方向与TBB一波非对称大值区关于方位角的分布有很好的对应关系。在弱整层风垂直切变条件下（<5 m/s）,TC移动引起的非对称摩擦效应会使对流易出现在移动方向的右前象限。在中强整层风垂直切变条件下（>5 m/s）,风切变成为影响对流非对称分布的主要因子,TC外螺旋雨带区的对流集中于顺风切方向及其左侧,对流偏离顺切变左侧的程度一方面受到TC内逆时针环流的影响,另一方面与风垂直切变的强度有关：对于发展阶段的TC,当风垂直切变增强时,一波非对称分布更加显著,切变越强,TC强度越大,外雨带区的对流越偏离顺风切左侧;对于消亡阶段的TC,风垂直切变的影响作用并不明显。     

西北太平洋双热带气旋相互作用统计分类及其特征分析

采用中国气象局与上海台风研究所提供的1949-2007年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,统计分析了西北太平洋上的双(多)热带气旋相互作用现象.针对统计出的双热带气旋样本,根据相互作用两气旋的单独移动路径和它们相互作用的路径特征,归纳得到7种相互作用类型( A～G),并用聚类分析方法拟合得到每种类型的平均回归路径.分析讨...     

一次弱弓形飑线后方入流特征的观测分析

后方入流是中尺度对流系统内中尺度环流的一部分,表现为一支从风暴后部穿过层状回波区进入风暴系统的相对气流,对增强中尺度下沉气流和地面冷池具有重要作用。利用多普勒雷达探测资料、地面加密自动站和NCEP再分析资料,结合雷达径向剖面内反演的系统相对水平速度,对2012年5月16日江苏省一次弱弓形飑线的后方入流演变特征进行了分析。结果表明,此次飑线是在东北冷涡影响下,受高、低空温度平流差动、低空急流和低层温度暖脊的共同作用生成。飑线发展阶段,后方入流最早出现在对流层中层的层状回波区中,并向前伸展到对流回波区后缘;成熟阶段,后方入流逐渐下沉并与对流区前低层辐散外流合并,形成一条从飑线后部中层延伸到对流区前缘的持续性后方入流通道;消散阶段,后方入流中心下沉到地面附近,与冷池外流共同增强,与其前侧西南入流的局地辐合,可能是触发对流单体后向新生并促使双带状回波出现的有利条件。后方入流把中层干冷空气持续输送到对流区中下方,通过加剧降水粒子的蒸发冷却作用,增强地面冷池及其出流,导致成熟阶段地面大风生成,这与以往的研究结论一致。受后方入流中心下沉到地面以及新生带状回波系统的影响,地面冷池持续增强,可能是消散阶段地面大风形成的原因。此外,后方入流与飑前地面中尺度辐合线具有很好的对应关系。      

WRF_ROMS-1.2中尺度海气耦合模式简介

本文介绍了WRF_ROMS-1.2中尺度海气耦合模式的研发背景、子模式、耦合技术,并依照模块功能介绍了该耦合模式中各子模块的主要作用。WRF_ROMS-1.2采用的MCT(ModelCoupling Toolkit)耦合器技术及消息传递的并行计算方式,均为当前多模式耦合的先进技术,很大程度上提高了模式的可扩展性和计算效率,为耦合模式的建立以及中尺度海气相互作用(尤其是热带气旋期间的海气相互作用)的研究、模拟和预报提供建设性参考。     

基于多正则化参数约束的四维变分同化方法及其对台风预报的影响

Tikhonov正则化反问题思想应用于变分同化时,通常引入的单正则化参数并不能同时满足不同观测资料的误差特性.针对传统四维变分同化(4D-Var)中不同观测资料分别引入不同正则化参数,提出基于多正则化参数约束的4D-Var(Tikh-4D-Var);同时,鉴于实际维数巨大同化系统中多正则化参数难于计算问题,基于同化系统后验估计信息,引入一种新的多正则化参数选择方法,相比于传统正则化参数选择方法,该方法计算量较小.基于WRF3.3.1 4D-Var同化系统,利用2010年Chaba台风个例开展bogus资料同化台风初始化应用试验,结果表明:结合引入的多正则化参数选择方法,Tikh-4D-Var方法相比于传统4D-Var方法更快达到收敛标准,迭代次数更少;同时,相比于传统4D-Var方法,Tikh-4D-Var方法呈现出更优的同化和预报效果,使得72 h路径和强度预报误差减小的同时,进一步改善了台风的内部结构信息;多正则化参数在一定程度上可反应同化系统中观测资料误差方差给定的准确性.     

ON THE RELATIONSHIPS BETWEEN THE UNUSUAL TRACK OF TYPHOON MORAKOT (0908) AND THE UPPER WESTERLY TROUGH

In this paper,by carrying out sensitivity tests of initial conditions and diagnostic analysis of physical fields,the impact factors and the physical mechanism of the unusual track of Morakot in the Taiwan Strait are discussed and examined based on the potential vorticity(PV)inversion.The diagnostic results of NCEP data showed that Morakot’s track was mainly steered by the subtropical high.The breaking of a high-pressure zone was the main cause for the northward turn of Morakot.A sensitivity test of initial conditions showed that the existence of upper-level trough was the leading factor for the breaking of the high-pressure zone.When the intensity was strengthened of the upper-level trough at initial time,the high-pressure zone would break ahead of time,leading to the early northward turn of Morakot.Conversely,when the intensity was weakened,the breaking of the high-pressure zone would be delayed.Especially,when the intensity was weakened to a certain extent,the high-pressure zone would not break.The typhoon,steered by the easterly flow to the south of the high-pressure zone,would keep moving westward,with no turn in the test.The diagnostic analysis of the physical fields based on the sensitivity test revealed that positive vorticity advection and cold advection associated with the upper-level trough weakened the intensity of the high-pressure zone.The upper-level trough affected typhoon’s track indirectly by influencing the high-pressure zone.     

基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋路径集合预报研究

构建了一个基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋集合预报系统，通过积云参数化方案和边界层参数化方案的9个不同组合，采用MM5模式进行了不同时间的短时预报。对预报结果使用“镜像法”得到18个初始成员，为同化提供初始背景集合。将人造台风作为观测场，同化后的结果作为集合预报的初值，通过不同参数组合的MM5模式进行集合预报。对2003～2004年16个台风个例的分析表明，初始成员产生方法能够对热带气旋的要素场、中心强度和位置进行合理扰动。同化结果使台风强度得到加强，结构更接近实际。基于同化的集合路径预报结果要优于未同化的集合预报。使用“镜像法”增加集合成员提高了预报准确度，路径预报误差在48小时和72小时分别低于200 km和250 km。