人造热带气旋垂直结构问题初探

在人造热带气旋中引入了倾斜垂直结构，并将其用于西折后9806号热带气旋登陆路径的数值模拟。结果表明：应用该方案所得到的模拟结果优于应用正压结构的人造热带气旋方案的模拟结果要准确。因此，此类热带气旋的预报中，其初始涡旋可采用倾斜垂直结构，从而提出改进热带气旋初始涡旋的一种新思路。若对其作进一步研究、推广，则具有广阔的业务应用前景。     

β涡旋的垂直结构及其对热带气旋移动的影响

应用准地转斜压模式数值模拟热带气旋的移动，分析大尺度β涡旋的水平和垂直结构及其对热带气旋移动的。研究结果表明，两β涡旋之间的准均匀流（通风气流）仍然与热带气旋的运动相关。     

环境风速垂直切变对西北太平洋热带气旋强度变化的影响

利用2000—2006年中国气象局《热带气旋年鉴》和NCEP再分析日资料,对环境风垂直切变对西北太平洋热带气旋（TC）强度变化的影响进行统计分析。首先比较了不同高度层之间、不同水平区域平均的全风速垂直切变和纬向风速垂直切变对TC强度变化的影响,结果表明,全风速切变对TC强度变化的抑制作用显著大于纬向风速垂直切变;以200～800 km的圆环区域平均计算的风速垂直切变与TC强度变化的负相关最显著;中高层的风速垂直切变与TC强度变化的相关优于中低层。其次,全风速切变大于8 m/s后抑制TC增强,且这种抑制作用存在6～60 h的滞后。全风速垂直切变大时,滞后时间较短:当全风速切变为8～9 m/s（9～10 m/s）时,TC强度在未来60（48） h开始减弱;当全风速切变大于10 m/s时,TC在6 h内开始减弱。最后,利用偏最小二乘回归建立TC强度变化的预报模型PLS-STIPSV。结果表明,加入风速垂直切变因子后对TC强度预报有所改进,并通过分析标准化回归系数进一步证实了上述的统计结果。      

多个热带气旋相互作用对南海热带气旋异常路径影响的数值模拟研究

本文利用数值预报式来研究可能造成南海热带气旋异常路径的一个因子，即多个热带气旋之间的相互作用。这里所说的热带气旋相互作用不是指通常所说的两个热带气旋很靠近时的相互吸引（排斥）或旋转这一类涡旋间的直接相互作用，而是指相隔远距离的热带气旋门，通过改变环境流场而造成的间接影响。所选的例子是位于南海的9009号热带气旋（Tasha）。与它同时存在的热带气旋中9008（Steve）与9010（Vernon）。先作了这次多个活动的数值预报试验，以判断模式的预报能力，然后通过有控制地改变9008与9010号热带气旋的参数，来考察这两个热带气旋活动对9009号热带气旋的路径的影响，并对这种影响的机理作一定的诊断分析。     

陆地摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的模拟研究

采用准地转正压涡度方程模式,对地形强迫和陆地摩擦作用下登陆热带气旋的路径和强度进行了模拟研究。模拟结果表明：在考虑地形摩擦耗散作用时,热带气旋可能出现路径的突然偏折;在热带气旋强度比较弱而陆地摩擦作用比较强的情况下,热带气旋路径容易发生突然偏折,且其强度的突然变化不明显;陆地摩擦作用可能是造成登陆前后热带气旋路径突然偏折的一个重要因素。     

风垂直切变对飓风波尼（1998）结构与强度的影响

利用大西洋飓风波尼(1998)的MM5模拟资料(格点距4 km),对在风的垂直切变影响下,波尼的结构和强度变化进行了分析.在风的垂直切变影响下,波尼的垂直速度和降水场表现出了明显的1波非对称结构,这种结构与风的垂直切变的强度呈正比;逆切变一侧9-12 km高度上通风作用强烈,在破坏波尼暖心的同时,也导致了边界层中低相当位温对波尼核心的入侵,与低层通风路径相比,中层通风对波尼的破坏作用更甚,鉴于在分析时间段内,波尼所经海域平均海温变化不大,可以认为风的垂直切变主导了波尼强度变化;对波尼强度突变现象的分析发现,强度突变源于通风破坏作用的积累,当边界层中低相当位温侵入热带气旋中心的程度超过某一阈值时,气旋强度会突然减弱;其结果显示风的垂直切变造成的动力和热力效应对热带气旋强度的影响都十分重要,而后者更为直接.     

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。     

近海热带气旋强度突变的垂直结构特征分析

应用1949～2003年共55年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料以及NCEP/NCAR再分析资料, 给出热带气旋强度突变标准, 对中国近海突然增强和突然减弱的两组热带气旋进行合成分析和对比分析。结果表明, 近海热带气旋强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系; 环境风垂直切变小于5 m/s是南海近海热带气旋突然增强的必要条件, 热带气旋强度突变对环境风垂直切变变化的响应时间为18～36 h; 热带气旋中心附近存在数值在 -6～6 m/s之间纬向分布的环境风垂直切变密集带, 在热带气旋突然增强时刻, 中心附近环境风垂直切变经向梯度最大; 风垂直切变在热带气旋突然增强过程中逐渐减弱, 而在热带气旋突然减弱过程中逐渐增强; 热带气旋中心附近是高低层相对涡度垂直切变的强负值区, 在热带气旋突然增强过程中相对涡度垂直切变逐渐减小, 在突然增强时刻最小。     

一次热带气旋过程对出梅影响的数值模拟研究

采用中尺度数值模式WRF对2001年江淮梅雨期热带气旋(Tropical Cyclone,TC)进行数值模拟,研究TC"飞燕"对梅雨结束过程的影响。结果表明,模式能够较好地模拟出"飞燕"的路径与强度演变,并能够较为精确地再现梅雨后期的降水强度和落区。对比分析消除"飞燕"影响的敏感性数值试验结果发现,"飞燕"影响梅雨的机制在于:随着其向东北向移动,西太平洋副热带高压北抬,东亚高、低空急流强度均有所减弱,低空切变辐合变弱,梅雨锋强度减弱,使得来自西南方向的水汽输送减少,造成假相当位温梯度和湿位涡倾斜项减小,垂直上升运动明显削弱,降水中断,导致梅雨结束。而消除"飞燕"影响后,梅雨后期降水仍然较多,梅雨期将有所延长。     

Dynamical effects of environmental vertical wind shear on tropical cyclone motion, structure, and intensity

Summary A series of numerical experiments on an f plane are conducted using the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model, version 3 (MM5) to investigate how environmental vertical wind shear affects the motion, structure, and intensity of a tropical cyclone. The results show that a tropical cyclone has a motion component perpendicular to the vertical shear vector, first to the right of the shear and then to the left. An initially axisymmetric, upright tropical cyclone vortex develops a downshear tilt and wavenumber-one asymmetry when embedded in environmental vertical wind shear. In both small-moderate shears, a storm weakens slightly compared to that in a quiescent environment. The circulation centers between 300 hPa and the surface varies from 20 km to over 80 km. The secondary circulation becomes quite asymmetric about the surface cyclone center. As a result, convection on the upshear-right quadrant diminishes, limiting the upward heat transport in the eyewall and thus lowering the warm core and leading to a weakening of the storm. In strong vertical shear (above 12 m s⁻¹), the vertical tilt exceeds 160 km in 48 h of simulation and the secondary circulation on the upshear side is completely destroyed with low-level outflow. The axisymmetric component of eyewall convection weakens remarkably and becomes much less penetrative. As a result, the warm core becomes weak and appears at lower levels and the storm weakens rapidly accordingly. This up-down weakening mechanism discussed in this study is different from those previously discussed. It emphasizes the penetrative role of eyewall convection in transporting heat from the ocean to the mid-upper troposphere, maintaining the warm core structure of the tropical cyclone. The vertical shear is found negative to eyewall penetrative convection.     

登陆台风特大暴雨成因分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、雷达产品及福建省自动气象站资料,从高空环流形势、地面中尺度系统以及卫星云图和雷达回波特征等方面,分析了2016年第1号台风“尼伯特”造成福建特大暴雨的中尺度对流系统的特征和形成机制。结果表明:造成特大暴雨的中尺度系统是在台风外围强风速带触及福建沿海时形成的地面中尺度辐合线上发展的,高低空辐散与辐合耦合配置以及对流层中层干空气侵入的不稳定层结提供了有利的环境条件;台湾岛地形对台风空心结构形成、外围强风带影响与台风东侧气流分流并在福建中部沿海汇合具有重要作用。

     

我国热带气旋研究十年进展

使用中国气象局热带气旋年鉴、FY-2云顶亮温资料、常规观测资料及NCEP/NCAR再分析资料,对两个路径相似北上深入内陆,发生变性并直击黑龙江省的1215号超强台风“Bolaven（布拉万）”和1913号超强台风“玲玲（Lingling）”特征和降水差异进行对比分析。结果表明：（1）两次台风暴雨过程均与中尺度锋生有关。较强冷空气侵入促使“布拉万”西北侧锋区强烈锋生,深厚的上升运动形成中尺度对流区,降水强度大,使其变性快,移动慢。（2）“玲玲”北上到相同纬度时具有更大的强度,更深厚的湿层和低层更大的比湿,但由于仅有扩散南下的弱冷空气侵入台风环流,使其变性慢,移动快,台风中心北侧锋生作用弱,降水强度和范围均较小。（3）对流结构和降水强度有较大差异,“布拉万”云系东侧减弱消散,西侧和北侧与冷空气相互作用触发对流;“玲玲”云系结构基本维持不变,中尺度对流云团出现在台风中心及中心北部。（4）“布拉万”过程,大气具有强对流不稳定性,暴雨区域内对流活跃,强降水持续时间长。“玲玲”北上时,仅在低层有弱对流不稳定,对流较弱,强降水持续时间较短。暴雨区低层对流不稳定、中层湿对称不稳定,有利于强降水的维持和发展。

     

卫星云图资料在台风路径相似预报中的应用

利用中国气象局（CMA）最佳台风路径资料、地面加密自动站资料、SRTM30数据与ERA5再分析资料,对2013年相似路径台风“苏力”与“潭美”造成的福建暴雨落区差异的成因进行了分析。结果表明：（1）两次台风暴雨过程中福建强降水落区相对于台风移动路径方向的位置在其登陆前后有所不同,台风登陆前强降水均位于其路径北侧（闽东北）,台风登陆后“苏力”强降水转至其路径南侧,而“潭美”强降水则位于路径附近。（2）台风登陆前“潭美”相较于“苏力”低纬存在强水汽输送带、闽东北上空高能高湿、低层辐合和高层辐散形成的抽吸作用,配合垂直正涡度场及地形抬升作用,该区域上升运动强且伸展高度高,导致其路径北侧降水强度更大、范围更大。（3）台风登陆后,“苏力”路径的南侧为强水汽辐合中心、气流汇合区及能量锋区,垂直正涡度柱南倾,上升运动强烈且强对流不稳定;“潭美”移动路径附近为强水汽辐合中心,西北气流与偏西气流汇合,维持暖湿结构,正涡度柱范围位于台风中心附近,该区域配合低层辐合、高层辐散,强垂直上升运动。受地形的引导、阻挡作用,低层气流加速辐合与抬升,有利于强降水的维持和加强。（4）台风强降水落区与环境风垂直切变有较好的对应关系,强降水区往往位于环境风垂直切变矢量下游和左侧;“苏力”和“潭美”登陆前后环境风垂直切变强弱和方向不同,可能是造成福建暴雨落区差异的重要原因之一。

     

Effects of vertical wind shear on convective development during a landfall of severe tropical storm Bilis (2006)

Effects of vertical wind shear on convective development during the landfall of tropical storm Bilis (2006) are investigated with a pair of sensitivity experiments using a two-dimensional cloud-resolving model. The validated simulation data from Wang et al. [Wang, D., Li, X., Tao, W.-K., Liu, Y., Zhou, H., 2009: Torrential rainfall processes associated with a landfall of severe tropical storm Bilis (2006): A two-dimensional cloud-resolving modeling study. Atmos. Res., 91, 94–104.] are used as the control experiment. The difference between the control and sensitivity experiments is that vertically varying zonal winds in the control experiment are replaced by their mass-weighted means in the sensitivity experiment. The imposed vertical velocity with ascending motion in the upper troposphere and descending motion in the lower troposphere is responsible for dominant stratiform rainfall on 15 July. The vertical wind shear does not have important impacts on development of stratiform rainfall. One day later, imposed upward motion extends to the lower troposphere. The inclusion of negative vertical wind shear produces well-organized convection and strong convective rainfall because it causes kinetic energy transfer from large-scale forcing to perturbation circulations.     

Effects of vertical wind shear and storm motion on tropical cyclone rainfall asymmetries over the North Indian Ocean

Tropical cyclone (TC) rainfall asymmetry is often influenced by vertical wind shear and storm motion. This study examined the effects of environmental vertical wind shear (200-850 hPa) and storm motion on TC rainfall asymmetry over the North Indian Ocean (NIO): the Bay of Bengal (BoB) and the Arabian Sea (AS). Four TC groups were used in this study: Cyclonic Storm (CS), Severe Cyclonic Storm (SCS), Very Severe Cyclonic Storm (VSCS) and Extreme Severe Cyclonic Storm (ESCS). The Fourier coefficients for wave number-1 was used to analyze the structure of TC rainfall asymmetry. Results show that the maximum TC rainfall asymmetry was predominantly in the downshear left quadrant in the BoB, while it placed to downshear right quadrant in the AS, likely due to the different primary circulation strength of the TC vortex. For the most intense cyclone (ESCS), the maximum TC rainfall asymmetry was in the upshear left quadrant in the BoB, whereas it was downshear right quadrant in the AS. It is evident for both basins that the magnitude of TC rainfall asymmetry declined (increased) with TC intensity (shear strength). This study also examined the collective effects of vertical wind shear and storm motion on TC rainfall asymmetry. Here, the analysis in case of the strong shear environment (>7 m s^-1) omitted for the AS because the maximum value for this basin was about 7 m s^-1. The result showed that the downshear left quadrant was dominant in the BoB for the maximum TC rainfall asymmetry. In a weak shear environment (<5 m s^-1), on the other hand, downshear right quadrant is evident for the maximum TC rainfall asymmetry in the BoB, while it placed dominantly downshear left quadrant in the AS. In the case of motion-relative wavenumber-1, the maximum TC rainfall asymmetry was dominantly downshear for both basins.     

Revisiting the response of western North Pacific tropical cyclone intensity change to vertical wind shear in different directions

不同方向垂直风切变对热带气旋强度变化的影响存在明显差异,但对热带气旋无维强度变化的影响却差异较小.研究发现不同方向垂直风切变对无维强度变化的影响的细微差异与热带气旋周围的高层西风槽,倒槽,低层季风槽等天气系统配置有关.这一结果表明,在研究不同方向切变对热带气旋强度变化的影响时,除了下垫面热力作用外,还应考虑与切变相关的...     

西北太平洋风速垂直切变异常对热带气旋活动年际变化的影响

应用中国《台风年鉴》资料、欧洲中心40年月平均再分析资料和NOAA的逐月海温资料,研究了西北太平洋(5°—30°N,110°E—180°)风速垂直切变异常对热带气旋(TC)活动年际变化的影响。研究发现,西北太平洋所有TC、风暴以上级别的TC(TSTY,即达到热带风暴级别及以上的所有TC)和所有台风(WTY,包括台风、强台风和超强台风)年频数与西北太平洋风速垂直切变都显著负相关。西北太平洋风速垂直切变大小对生成源地在南海(5°—30°N,110°—120°E)TC和西北太平洋西部海域(5°—30°N,120°—150°E)TC的影响较小,而对西北太平洋东部海域(5°—30°N,150°E—180°)生成的TC影响最大:即西北太平洋风速垂直切变负异常年,有利于西北太平洋东部海域TC生成发展,使得负异常年较正异常年TC频数偏多和源地平均位置偏东;并且风速垂直切变的变化对TC频数和生成源地影响的显著性,随着TC强度的增加而增加。对TSTY生成环境场的进一步分析表明,西北太平洋风速垂直切变偏小年,季风槽偏强位置偏东,它的东端位于宽阔的太平洋洋面,与弱风速垂直切变区相配合,暖的海温加上低层强烈的正涡度和强烈辐合,且相应的高层有强的气流辐散区,这些环境场都有利于TSTY在主要源地尤其是西北太平洋东部海域生成,这是风速垂直切变偏小年TSTY偏多和生成源地偏东的重要原因。     

Boundary-layer wind structure in a landfalling tropical cyclone

In this study, a slab boundary layer model with a constant depth is used to analyze the boundary-layer wind structure in a landfalling tropical cyclone. Asymmetry is found in both the tangential and radial components of horizontal wind in the tropical cyclone boundary layer at landfall. For a steady tropical cyclone on a straight coastline at landfall, the magnitude of the radial component is greater in the offshoreflow side and the tangential component is greater over the sea, slightly offshore, therefore the greater total wind speed occurs in the offshore-flow side over the sea. The budget analysis suggests that： （1） a greater surface friction over land produces a greater inflow and the nonlinear effect advects the maximum inflow downstream, and （2） a smaller surface friction over the sea makes the decrease of the tangential wind component less than that over land. Moreover, the boundary layer wind structures in a tropical cyclone are related to the locations of the tropical cyclone relative to the coastline due to the different surface frictions. During tropical cyclone landfall, the impact of rough terrain on the cyclone increases, so the magnitude of the radial component of wind speed increases in the offshore-flow side and the tangential component outside the radius of maximum wind speed decreases gradually.