登陆台风“凡亚比”(1011)合力散度分布及演变特征研究

本文利用1011号台风"凡亚比"高分辨率数值模拟资料及合力散度方程,诊断分析了"凡亚比"台风的合力散度水平分布及演变过程。首先将模拟的"凡亚比"生命史划分为五个阶段,然后计算各阶段整层垂直积分的合力散度,得到以下发现:在"凡亚比"快速增强阶段,台风中心附近首先出现合力辐合区,外围为合力辐散区;"凡亚比"成熟期和鼎盛期,合力辐合区呈现出以台风中心为圆心,半径约150 km的近似圆形分布,且中心附近辐合强度最大,向外逐渐减弱,外围合力辐散区呈螺旋云带状分布,宽度约200 km;"凡亚比"第一次登陆过程中,台风中心与合力辐合极值中心发生偏离,合力散度强度逐渐减小,对称结构被破坏;二次登陆后,辐散区迅速衰减甚至消失,但台风中心附近仍存在比较明显的合力辐合。"凡亚比"整个生命史中,合力辐合的平均强度普遍大于辐散的平均强度,前者与台风强度有显著的正相关关系。总体上,合力散度的强信号始终与台风环流系统相伴随,其演变能较好地反映出台风强度及结构的发展和演变。     

登陆台风 “凡亚比”（1011）合力散度分布及演变特征研究

本文利用1011号台风“凡亚比”高分辨率数值模拟资料及合力散度方程,诊断分析了“凡亚比”台风的合力散度水平分布及演变过程。首先将模拟的“凡亚比”生命史划分为五个阶段,然后计算各阶段整层垂直积分的合力散度,得到以下发现：在“凡亚比”快速增强阶段,台风中心附近首先出现合力辐合区,外围为合力辐散区;“凡亚比”成熟期和鼎盛期,合力辐合区呈现出以台风中心为圆心,半径约150 km的近似圆形分布,且中心附近辐合强度最大,向外逐渐减弱,外围合力辐散区呈螺旋云带状分布,宽度约200 km;“凡亚比”第一次登陆过程中,台风中心与合力辐合极值中心发生偏离,合力散度强度逐渐减小,对称结构被破坏;二次登陆后,辐散区迅速衰减甚至消失,但台风中心附近仍存在比较明显的合力辐合。“凡亚比”整个生命史中,合力辐合的平均强度普遍大于辐散的平均强度,前者与台风强度有显著的正相关关系。总体上,合力散度的强信号始终与台风环流系统相伴随,其演变能较好地反映出台风强度及结构的发展和演变。     

1011号台风“凡亚比”登陆过程数值模拟及诊断分析

利用中尺度非静力数值模式WRF V3.2.1对“凡亚比”台风(1011)的登陆过程开展了高分辨率数值模拟,模拟采用三重嵌套,最高分辨率为3 km,共积分120 h(5 d)。利用收集到的观测资料对模式模拟的结果进行了较细致的对比验证。结果表明,模式较好地模拟再现了“凡亚比”台风的发展演变以及两次登陆过程,模拟的台风路径与观测路径较为一致,模式也较好地把握住了“凡亚比”台风的强度演变过程,模拟取得了初步的成功。进一步利用高分辨率模拟资料对此次台风登陆过程的强降水开展了初步诊断分析,结果表明,在整个研究时段内,散度垂直通量绝对值的垂直积分<|Q|>与地面降水区有很好的对应,两者在空间分布和时间演变上比较一致,在降水大的区域<|Q|>的值也大,这表明<|Q|>对“凡亚比”台风强降水具有较好的诊断和指示意义。     

台风“凤凰”登陆过程的高分辨率数值模拟及其降水的诊断分析

本文利用中尺度非静力数值模式WRF对2008年第8号台风 “凤凰” 的登陆过程开展了高分辨率数值模拟, 模拟采用3重嵌套, 最高分辨率3 km, 共积分120小时 (5天)。利用收集到的常规和非常规观测资料与模式模拟结果进行了细致的对比验证分析。结果指出, 模式较好地模拟再现了 “凤凰” 台风的发展演变以及登陆过程, 模拟的台风路径与观测路径较为一致, 同时模式也较好地把握住了整个模拟时段当中, “凤凰” 台风的强度演变过程以及主要的雷达回波特征, 模拟取得了初步成功。进一步, 利用高分辨率的模拟资料对此次台风登陆过程开展了散度垂直通量|Q|的诊断分析, 结果表明, 在整个研究时段内, |Q|的异常值区始终覆盖在地面雨区之上, 二者的空间分布和时间演变趋势比较相似, 并且在雨区内|Q|表现为强信号, 而在非雨区|Q|表现为弱信号。这表明散度垂直通量能够描述暴雨过程中低层大气辐合和高层大气辐散的垂直动力结构, 对强降水落区有较好的指示作用。     

1011号台风“凡亚比”路径及风雨特征分析

利用常规气象资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)全球再分析资料以及卫星、区域自动站等资料对1011号台风“凡亚比”的路径及风雨特征进行分析.结果表明,经过台湾岛登陆福建的台风,如果遇到副高呈东西向带状分布的形势,强的偏东气流易诱发地形槽或地形低压,造成台风进岛出岛移动路径产生曲折;同时如果南亚高压、高空冷涡形成高空强烈辐散,易使台风经过台湾岛后产生内部结构不对称,降水云团发生转向,造成台风二次登陆时暴雨落区集中,风的影响显著.     

1513号“苏迪罗”台风残涡强降水分布特征研究

运用自动站6 h降水资料和NCEP/NCAR的0. 25°×0. 25°再分析数据,着重分析了1513号台风"苏迪罗"及其残涡影响江苏期间强降水落区的分布特征,以及强降水落区与风场、涡散度、水汽通量散度等要素的对应关系。分析结果表明:强降水多分布在台风低层环流中心东北侧,风场围绕环流中心非对称分布造成辐合和正涡度在此处集中,进一步导致水汽在同一地区辐合,动力条件和水汽条件在同一地区叠加是强降水区位于环流中心东北侧的直接原因。单一等压面上的负散度和正涡度均可以在一定程度上指示出强降水站点位置,不同层次涡散度场的涵盖范围有所不同,三层算术平均后的涡散度较单一层次的指示性更为准确。"苏迪罗"登陆后在北上过程中接近中高纬西风带系统,环境风垂直切变逐渐增强且方向稳定,强降水落区基本位于850 h Pa至200 hPa间切变矢量的顺切变左侧,这一特征对判断登陆台风强降水落区具有一定的指导意义。     

台风“凡亚比”登陆过程中暴雨MCSs演变及形成机理

利用大尺度和TBB资料得出1011号台风“凡亚比”环流背景中出现连续性暴雨的大尺度环境概况和主要MCSs活动情况,发现高低空辐散辐合配置的动力结构及强烈的垂直上升运动和丰富的水汽,为暴雨的发生和持续提供了有利的动力和水汽条件;连续性暴雨过程中主要有三个MCSs活动,其中9月20—21日的MCSs持续时间最长、强度最大、暴雨最强。因此,通过观测资料讨论了该MCSs发展演变的特征及基于大尺度资料和中尺度数值模拟结果探讨了其发展演变的机制。结果发现,该MCSs形成、发展、成熟至减弱阶段都处在台风的外围环流中,其中心位于台风移动方向约300~350 km处的左前方;从大尺度资料的分析可见,上升运动加强,水汽输送充足,垂直风切变明显增大,不稳定能量的稳定累积及中低层西侧干冷空气的侵入有利于MCSs组织发展。进一步从中尺度数值模拟结果发现,MCSs东、西及北侧的温湿梯度相向发展形成的能量锋区为MCSs的组织发展提供了环境条件和能量,该能量锋区形成于东西两侧温度和湿度梯度的差异,东侧受热带低压登陆降水引起降温增湿,而西侧和北侧受台风外围偏西气流和青藏高原热源共同作用增温减湿。此外,西侧中层干冷空气的侵入也有利于该锋区的存在和维持,更有利于MCSs的发展。正涡度的增长和0~6 km垂直风切变大值区的配合,为MCSs的形成发展提供了有利的动力条件。      

台湾地形对1011号台风“凡亚比”影响的数值试验

利用WRF-ARW 3.2.1模式,对台湾岛地形对2010年第11号超强台风"凡亚比"的路径、降水及结构的影响进行了数值模拟和敏感性试验。结果表明:台风登陆台湾岛前,迎风坡地形低压作用使台风中心南落并出现逆时针打转;背风坡地形低压和台风西北侧台湾海峡出现弧状正涡度带,使台风进入台湾海峡时出现"V"型异常路径;台湾岛地形作用使台风西北侧水汽辐合和正涡度减小,而使其东侧、南侧水汽辐合和正涡度增加,台风出现西北弱、东南强的不对称结构和降水不均匀分布;台湾中部山脉地形对台风低层流场的阻挡抬升作用对台风降水具有明显的增幅作用,造成台湾岛降水分布呈南部、东部强而西北部弱的不对称分布。     

台风“海棠”(2005)登陆前后非对称螺旋雨带特征分析

利用中尺度数值模式,WRF对2005年7月19—20日台风"海棠"登陆前后具有非对称性结构的螺旋雨带的结构特征进行数值模拟和分析。结果表明,降水中心所处的两条雨带位于台风中心东北象限,其南雨带的移动和强度变化与850 hPa正的涡度带在19日02—18时(世界时,下同)都有较好的对应关系。台风流场的逆时针旋转作用将海上850 hPa正的涡量大值带逐渐与南雨带合并,造成南部雨量中心的雨量增幅。南雨带北移逐渐与北雨带合并,造成北部雨量中心的雨量增幅。另外,分析暴雨的发展与高低层垂直切变风的高层辐散流场有关;最后讨论了雨量中心附近区域低层对流涡度矢量(CVV)垂直分量的发展条件及其与降水的关系。     

多台风的相互作用和水平涡度与垂直涡度的关系

利用WRF模式较成功地模拟出2009年发生在西太平洋上的三个台风("天鹅"、"莫拉克"和"艾涛"),并在此基础上,对三个台风中的水平涡度、垂直涡度及它们的相互作用进行分析和诊断。结果发现,在这三个台风演变过程中,水平涡度与垂直涡度的合矢量有较固定的模式,在900 h Pa以下低层有水平涡度的辐合,900~800 h Pa左右有水平涡管的流出,800~700 h Pa有水平涡管的流入,当有多个风速中心存在时,在风速中心之下有水平涡管向台风中心辐合、之上有自中心向外的辐散。特别是在低层通过涡管形成的垂直环流相互作用,这种环流主要由自西向东、或自东向西的水平涡度矢量构成,其上升支有云和降水产生,多从左台风的东北部流向右台风的西南部。由完全涡度方程分析可见,在850 h Pa以下的最大风速中心附近有水平涡度向垂直涡度转化,其转化最剧烈的时期与台风的风速增长期一致,涡度平流的作用与之相反,起到减弱台风的作用。800~600 h Pa有垂直涡度向水平涡度转化,低层最大风速之上风速减小。     

0906号台风“莫拉菲”大范围暴雨过程诊断分析

利用常规观测资料以及卫星、多普勒天气雷达、NCEP 1°×1°6 h再分析资料,对0906号\     

台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究

2016年9月14~15日超强台风“莫兰蒂”（1614）登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF（V3.9）对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能（假相当位温、比湿）锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带（正位涡带）、雨带（位于高湿静力能区）南侧低湿静力能带（即湿静力能锋区）,对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。     

集合动力因子对登陆台风“莫拉克”(0908)暴雨 落区的诊断与预报研究

“莫拉克”是2009年登陆我国热带气旋中影响范围最广、造成损失最大的台风.“莫拉克”带来的强降水导致台湾南部发生50年来最严重的水灾,福建、浙江等省的部分站点过程雨量超过50年一遇.因此,在台风暴雨(强降水)预报中,能否准确把握其落区就显得尤为重要.本文首先利用中尺度非静力数值模式WRF对台风“莫拉克”进行高分辨率数值模拟(三层嵌套,最高分辨率为2 km).模式较好地再现了台风中心的移动路径、强度;模拟的降水分布区域与实况也较为相符.利用再分析资料及模拟的高分辨率资料对暴雨成因进行诊断分析,表明造成此次强降水过程的水汽主要由西南季风输送,并且垂直运动旺盛,贯穿整个对流层.根据集合动力因子预报方法,运用广义湿位温、对流涡度矢量垂直分量及水汽散度通量对暴雨落区进行了诊断和预报,发现广义湿位温等值线的“漏斗状”区域与暴雨落区对应关系显著;基于NCEP-GFS每日四次的预报场资料,利用对流涡度矢量和水汽散度通量做出的降水落区预报表明,二者对降水落区均有一定的指示意义.强降水主要位于对流层中低层对流涡度矢量垂直积分量的梯度大值区附近,其时间演变与观测降水的演变具有相当高的一致性;水汽通量散度抓住了垂直运动和水汽散度这两个引发暴雨的关键因子,对降水的发生范围和强降水极值中心的判断更为准确.这三个动力因子都可以为“莫拉克”台风暴雨(强降水)落区提供信号,对台风暴雨落区具有一定的诊断和预报意义.     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

不同微物理方案对台风“彩虹”(2015)降水影响的比较研究

本文以GFS资料为初始场,利用WRF（v3.6.1）模式对2015年第22号台风“彩虹”进行了数值研究。采用CMA（中国气象局）台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案（Lin、WSM6、GCE和Morrison）对“彩虹”台风路径、强度、结构、降水的模拟性能。模拟发现上述4个云微物理方案都能较好地模拟出“彩虹”台风西行登陆过程,但是其模拟的台风强度、结构及降水存在较大差异;就水成物而言,除GCE方案对雨水的模拟偏高以外,其他方案对云水、雨水过程的模拟较为接近,其差异主要存在于云冰、雪、霰粒子的模拟上。本文对比分析了WSM6和Morrison两个方案模拟的云微物理过程,发现WSM6方案模拟的雪和霰粒子融化过程显著强于Morrison方案,但是冰相粒子间转化过程的强度明显弱于Morrison方案。云微物理过程的热量收支分析表明:WSM6方案模拟的眼区潜热更强,暖心结构更为显著,台风中心气压更低。细致的云微物理转化分析表明,此次台风降水的主要云微物理过程是水汽凝结成云水和凝华为云冰;生成的云水一方面被雨水收集碰并直接转化为雨水,另一方面先被雪粒子碰并收集转化为霰,然后霰粒子融化成雨水;而生成的云冰则通过碰并增长转化为雪。小部分雪粒子通过碰并收集过冷水滴并淞附增长为霰粒子,随后融化为雨水,大部分雪粒子则直接融化形成地面降水。     

台风贝碧嘉(1816)外围云系结构与降水特征

选取海南省海口站和屯昌站对比分析台风贝碧嘉（1816）外围云系结构和降水特征。结果表明：台风贝碧嘉（1816）影响海南岛期间,随着降水云系的发展,海口地区对流性云系发展加强,屯昌地区表现为层状云降水,两个站点雨滴谱特征存在一定的差异,海口站和屯昌站的降水均以直径小于1 mm的雨滴为主,其中屯昌站直径1~3 mm的雨滴对雨强的贡献最大;海口站雨滴数浓度随雨滴直径增大而减小,但对雨强的贡献随之增大,直径大于3 mm的雨滴对总雨强的贡献达到56.61%;海口站的特征参量曲线在时间上分布不均,表现为阵性强降水,而屯昌站的特征参量曲线起伏不大,降水比海口站小且均匀、连续;在雨滴谱演变上,海口站始终保持单峰型,屯昌站以单峰为主伴随多峰出现,当雨强增大时,两站直径1 mm范围内的雨滴数浓度随之增加,谱型迅速拓宽,大粒径雨滴出现且增多,其中海口站直径3 mm以上的雨滴端增幅更明显;两个站点雨滴谱符合Gamma分布,形状参数和斜率参数满足二项式关系。     

登陆台风Rananim(0414)环流内中尺度辐合线的形成和发展研究

0414号台风Rananim不仅在中国沿海引起暴雨灾害,还在中国内陆产生了强烈降水,导致严重的洪水和地质灾害。基于地面、探空和卫星观测资料、NCEP 1°×1°分析资料以及日本气象厅区域谱模式同化资料(20 km×20 km格距),对台风Rananim内陆强降水过程中环流内中尺度辐合线的形成和发展进行研究,结果表明:(1)中纬度冷空气自对流层中低层侵入台风环流,与台风偏东风暖湿气流相遇,激发了中尺度辐合线在其西北象限的生成。(2)这条中尺度辐合线存在于700 hPa以下低层,具有指向冷空气的斜升气流,并形成辐合线上的垂直环流圈。β-中尺度对流云团群在中尺度辐合线附近形成发展,最后并入台风残涡云团,生消过程约12 h。(3)中尺度辐合线上对流不稳定和条件性对称不稳定共同存在,为强对流运动提供有利环境。湿斜压性增强是中尺度辐合线斜升气流上条件性对称不稳定产生的主要原因。(4)中尺度辐合线与台风环流相互作用的诊断表明,中尺度辐合线从台风低层获得动能和垂直涡度而发展,而其发展又为台风环流提供动能和高层正涡度,减缓了台风衰减。中尺度辐合线不仅直接产生暴雨对流云团,还有利于热带气旋的维持,造成内陆持续强降水。     

1215号“布拉万”台风暴雨及降水非对称性分布的成因分析

利用中尺度非静力模式WRF对2012年第15号台风“布拉万”在中国东北地区造成的暴雨过程进行了数值模拟,结合观测资料对模拟结果进行了验证,利用模式输出的高分辨率资料,对“布拉万”台风造成的强降水及其非对称性分布的成因进行了诊断分析。结果表明,模式很好地再现了台风登陆过程中的路径、强度变化和降水分布,受中纬度西风槽带来的干冷空气影响,“布拉万”台风登陆后的降水和环流结构具有明显的不对称性,降水主要集中在台风中心西北侧的能量锋区附近。水汽散度通量和水汽螺旋度能够较好地描述强降水过程的发生、发展及其非对称性分布的时空特征,在强降水区,水汽散度通量表现为正值强信号,而水汽螺旋度表现为负值强信号,在非降水区和弱降水区,两者均表现为弱信号。等熵位涡分析显示,对流不稳定只是此次台风暴雨前期和初始阶段的不稳定条件,而湿位涡(MPV)的湿斜压项(MPV₂)则是暴雨增强和出现非对称性分布的主要机制。在暴雨形成过程中,由于冷空气侵入造成了在台风环流西北侧湿等熵面的陡立倾斜和水平风垂直切变的增强,导致了气旋性涡度的显著增强,气旋性涡度增强造成的强烈上升运动将降水区东南侧输送过来的暖湿空气向上输送,从而导致了暴雨的发生,这其中条件性对称不稳定是降水得以加强的一种重要不稳定机制。