台风“卡努”的数值模拟与非对称结构的分析

热带气旋登陆过程中受到浅海区大陆架和海岸地形的影响,其结构将发生突变.本文用MM5模式模拟了0515号台风"卡努"登陆浙江的过程,表明MM5模式能很好地模拟出台风路径及其主要雨带.在结构上,登陆后主要完成了从基本对称的垂直分布到东西非对称分布的转换.在热力场方面,登陆后的相当位温、相对湿度、水汽通量散度都比登陆前更加有利于暴雨的发生,登陆后的东西两侧也演变为不对称的分布,东侧的水汽比西侧更充沛,同时东侧的大气层结更加不稳定.     

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

超强台风“Saomai”的数值模拟及诊断分析

利用美国NCEP/NCAR全球预报系统的GFS资料以及中尺度非静力模式WRF,针对超强台风“Saomai”进行高分辨率数值模拟及诊断分析,模拟区域采用单层网格,分辨率为5km。研究结果表明,高分辨率数值模拟较好地再现了台风“Saomai”的发展演变过程及登陆情况。模拟的台风路径与实况较为吻合,变化趋势也基本一致;同时,模式对台风“Saomai”的环流场结构和台风登陆期间的累积降水分布特征也取得了较好的模拟效果。进一步通过850hPa涡度、相对螺旋度、水汽通量等对台风“Saomai”发展演变及登陆期间引起的暴雨开展模拟诊断,结果表明:在模拟时间段内,涡度和相对螺旋度的强中心与暴雨区中心有较好对应,水汽通量对降水趋势有较好的指示,上述诊断物理量的演变与降水的时空变化较为一致,在一定程度上具有指示意义。     

卡努台风登陆后路径及维持机制分析

利用数值模式MM5的计算结果,对卡努台风预报中难度较大的两大问题：登陆后路径和该台风在陆上的强度变化进行分析。认为东亚大槽减弱后残留的湘黔低压是影响这次台风路径偏北的主要原因;台风登陆后,西南面水汽源被切断,中低层来自东部洋面的水汽输送是该台风长时间维持的能量途径,高层散度场与低层的配置加强了台风环流中的上升运动;低层位涡对台风移动路径和强度预报有较好的指示作用,在卡努台风中,垂直方向上能量的输送较少。     

日本数值预报产品在MM5模式中的应用

针对目前中尺度数值模式MM5所用初始场局限于NCEP和T213的现状,提出了应用日本数值预报产品(JMA,下同)格点资料做初始场的想法,并对试验过程进行了介绍.对台风Rananim(0414)登陆浙江的路径、移速、强度和降水等方面的数值模拟结果表明,应用了JMA资料的MM5模式在原有基础上提高了预报精度,尤其在台风登陆时间和登陆地点上提高更为明显.     

登陆孟湾风暴结构演变特征数值模拟研究

利用MM5V3中尺度数值模式对2004年5月19日登陆的孟湾风暴进行了数值模拟分析,讨论了风暴中心移动路径,分析了风暴登陆前后的流场、动力场和热力场结构,并与西太平洋登陆台风的结构变化做了比较。结果表明,风暴中心的模拟路径与实况路径虽有一定误差,但总趋势均向东北方向移动,表明模式对本个例的模拟预报可以参考;孟湾风暴登陆前后,其结构与登陆台风变性阶段一样,经历了从热带气旋的基本对称的垂直分布结构演变到斜压非对称结构;风暴登陆后,由于地形和冷空气的作用,动力场和热力场表现为对流层中低层锋区增强、倾斜涡度发展,导致对流不稳定和斜压不稳定。     

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。     

2000年第10号台风的水汽分析与试验

本文先用NCEP再分析资料分析了2000年第10号“碧利斯”台风过程福建暴雨的水汽来源,指出本次福建暴雨过程水汽输送来自台风环境场和中低层东亚夏季风。然后用中尺度模式(MM5)模拟分析了中低层水汽变化对台风登陆前后台风暴雨过程的影响,结果表明水汽变化对降水强度、台风自身强度有非常大的影响。单层水汽敏感性试验结果表明,850 hPa层次上水汽对降水的作用最强。     

西南季风与登陆台风耦合的暴雨增幅诊断及其数值模拟

以登陆内陆后维持时间长、暴雨增幅的热带气旋＂碧利斯＂（0604）为研究对象,利用＂CMA-STI＂热带气旋最佳路径数据集、NCEP/NCAR再分析资料及地面加密观测资料,讨论了西南季风与登陆台风耦合的暴雨增幅,分析了台风涡旋周围的水汽收支特征,发现净西风、净南风输送为暴雨提供了充足的水汽,在＂碧利斯＂登陆大陆减弱西行的过程中,西南季风对登陆台风的维持和暴雨增幅有重要影响。利用WRF（weather research and forecasting）模式模拟＂碧利斯＂登陆后的降水表明,该模式能够较好地模拟降水强度和暴雨落区,模拟路径与台风实际路径走向大体一致,但存在一定偏差;季风涌爆发时,台风中心南侧降水出现明显增幅。敏感性试验结果表明,降水强度对水汽输送大小较敏感,水汽输送减弱致使降水强度明显减弱,可见西南季风的水汽输送对暴雨的影响至关重要。     

8807号登陆台风的数值研究：内核结构及能量水汽收支

使用PSU/NCAR研制的非静力中尺度模式MM5对登陆后维持较久的典型个例8807号台风(Bill)进行了数值模拟。模拟采用了网格距分别为18和6 km的两重双向嵌套网格。通过给定初始涡旋和选择合适的物理过程,模式不仅比较好地模拟了Bill的强度变化过程,而且再现了风暴的移动轨迹,对降水量的模拟也相当成功。文中利用细网格的模拟结果,分析台风登陆前后的内核结构特征和能量水汽收支,揭示Bill登陆后维持较久的可能原因。分析表明,Bill台风登陆后出现了中低层的稳定度特别是湿稳定度显著加大、表面热通量和水汽通量明显减小、摩擦耗散的动能显著增加等不利于台风维持的特征。但是台风登陆后眼墙结构长时间维持,在登陆初欺眼墙区的上升气流乃至较登陆前更强;台风登陆后通过低层辐合获得了大量水汽,眼墙区强劲的上升运动将低层辐合的水汽向中上层输送,在眼墙附近凝结产生大量的非绝热加热;非绝热加热不仅增暖气柱、增加位能还影响位能向动能的转换,虽然台风登陆后陆面摩擦显著加大,但气压梯度力所做的正功足以补偿摩擦耗散的动能,因而Bill能在登陆后长时间维持。     

守恒系统中台风强度变化及其可能因子的数值研究

用一个高分辨率的 f平面正压涡度方程模式 ,实施了时间积分为 36h的 2 1组试验 ,研究相邻中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用。结果指出 :这种相互作用能否导致台风加强 ,取决于两类因子 :一是台风涡旋最大风速的取值以及圆形基流切变的强弱 ;二是切变基流中的中尺度涡旋的自身条件 ,包括中尺度涡旋的分布、尺度、强度和结构。台风强度与初始中尺度涡旋的尺度、强度之间存在着非线性的联系     

台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验

应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6),对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究,模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水,但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明,台风Rananim登陆期间,强回波带出现在台风移动的右前方,螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团;垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验,着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间, 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致,迎风坡降雨量增加,背风坡降雨量减少,地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间,地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带,高层为明显的辐散区;在中尺度环流场上,地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展,从而激发中尺度对流云团,形成中尺度雨团,造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用,可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显增强;当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间,地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大,位涡明显增强,从而造成台风涡旋的增强。     

台风"云娜"(2004)近海加强的数值模拟研究

本文利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2004年14号台风RANANIM("云娜")在登陆前近海加强及登陆初期的过程进行了54 h模拟,并加入人造台风优化初始场。结果表明:MM5能比较好地模拟出台风近海及登陆初期的移动路径及台风中心气压的变化。利用数值模拟结果,讨论了RANANIM(2004)台风在近海加强过程中的环流、动力和热力结构特征。发现在台风RANANIM近海加强的过程中对应有高空200 hPa净辐散场的存在,台风中心气压随净辐散值的增大而降低,反之亦然。净辐散值的减小对台风中心气压的快速升高有着预示的作用;垂直环流在强度和空间分布上发生了明显的变化。台风加强后,台风中心上方出现了明显的补偿性下沉气流;对流层低层存在明显的冷暖空气堆积,且当冷暖空气强度相当时有利于台风的增强;台风中心上方的正涡度柱逐渐发展为东西不对称分布,垂直方向上伸展高度保持不变或升高,而且在量值上也要更大。     

台湾地形对海棠台风影响的数值模拟研究

应用美国国家大气研究中心(NCAR)研发的WRF(Weather Research and Forecasting)气象模式,研究海棠台风(2005)接近并登陆台湾岛的过程中的强度、结构的演变,以及地形强迫作用对台风的影响.对模拟结果的评估表明,在整个海棠台风(2005)模拟实验期间,WRF模式很好地抓住了台风海棠强风,低中心气压的高强度特征.对引起台风降水的中尺度系统的分析表明,一方面台风环流与中央山脉地形共同作用激发出垂直次级环流在降水区域产生强烈的上升运动;另一方面,水平风场源源不断给该地区输送暖湿空气,为对流发展提供充足的水汽.分析结果表明中央山脉地形与台风环流场之间的配置形势对台风降水有着重要的影响.     

非对称的非绝热加热对热带气旋移动影响的数值研究

采用中尺度数值模式（MM4）,以9414号台风为个例,应用卫星资料,引入非对称的非绝热加热,讨论其对9414号台风移动的影响。计算结果表明,引入与实况吻合的非对称非绝热加热分布后,该台风的路径预报和降水预报有明显改进,若同时考虑台风范围初始水汽场的非对称分布,这种改进作用尤为明显。从业务应用考虑,还构造了几种典型的螺旋状结构的非绝热加热计算方案引入模式的热力过程中,结果表明:不同螺旋状结构的加热分布对台风的移动有不同的影响,当选择与实况云系分布相近的螺旋状结构时,也可提高台风路径预报正确率,可应用于业务模式。     

Influence of Vertical Shear of Basic Tangential Wind on the Development and Maintenance of Typhoon

By using a linear symmetric Conditional Instability of Second Kind (CISK) model containing basic flow, we study the interactions between basic flow and mesoscale disturbances in typhoon. The result shows that in the early stage of typhoon formation, the combined action of vertical shear of basic flow at low level and CISK impels the disturbances to grow rapidly and to move toward the center of typhoon. The development of disturbances, likewise, influences on typhoon’s development and structure. Analysis of the mesoscale disturbances’ development and propagation indicates that the maximum wind region moves toward the center, wind velocity increases, and circulation features of an eye appear. Similarly, when a typhoon decays, the increase of low-level vertical wind shear facilitates the development of mesoscale disturbances. In turn, these mesoscale disturbances will provide typhoon with energy and make the typhoon intensify again. Therefore, it can be said that typhoon has the renewable or self-repair function.     

台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。     

APPLICATION OF BDA SCHEME IN TYPHOON TRACK PREDICTION

The MM5, which is the PSU/NCAR mesoscale nonhydrostatic limited-area model, and its adjoining modeling system are used in this paper. Taking T106 analysis data as background field the authors generate an optimal initial condition of a typhoon by using two bogus data assimilation schemes, and conduct some numerical simulating experiments. The results of No.9608 typhoon (Gloria) show that the optimal initial field have some dramatic improvements, such as inaccurate position of typhoon center, weaker typhoon circulation and incomplete inner structure of the typhoon, which are caused by shortage of data over the sea. Some improvements have been made in the track forecast. Through several comparing experiments, the initialization optimized by BDA scheme is found to be more reasonable than GFDL scheme and its typhoon track forecast is better.     

EFFECTS OF THREE KINDS OF PHYSICAL PROCESSES ON TYPHOON INTENSITY*

This paper designs three quasi-geostrophic barotropic models with a radial/horizontal grid length being 2 kin,one in the polar coordinates,one on a stationary typhoon circulation condition and another on a non-stationary typhoon circulation condition in the Cartesian coordinates,to investigate the effects of azimuthal and radial linear advections,and nonlinear advection on the inward propagation of mesoscale vorticity and the changes of typhoon intensity.Results show that the azimuthal linear advection may result in the formation of spiral vorticity bands;the radial linear advection in a certain parameter set is able to transfer vorticity inwards,leading to a slight enhancement of typhoon;the nonlinear advection of perturbation vorticity on a stationary typhoon circulation condition may transfer more vorticities inwards,thus resulting in a distinct enhancement of typhoon;and the nonlinear advection on a non-stationary typhoon circulation condition possesses duality,i.e.on the one hand,the advection increases the vorticity of inward propagation,thus favorable to the intensification of typhoon,and on the other hand,in the inward propagation process of vorticity the originally concentric and axisymmetric structure of typhoon basic flow is damaged,and a complex flow pattern forms,which in turn tends to weaken the circulation of typhoon.At last the paper discusses the possible applications of those results in typhoon intensity prediction.     

CHANGES OF TYPHOON INTENSITY AND ITS POSSIBLE INFLUENCING FACTORS IN AN f-PLANE BAROTROPIC QUASIGEOSTROPHIC MODEL

By using an f-plane barotropic quasigeostrophic model with the grid-spacing being 5 km,21 experiments whose integration time is 36 h are performed in this paper in order to investigate interactions between a typhoon vortex and its adjacent mesoscale vortices.Results show that whether the interaction leads to the intensification of the typhoon vortex depends on two kinds of factors:one is the value of the maximum wind speed of the typhoon vortex and the intensity of the shearing of circular basic flow:and the other is the condition of mesoscale vortices in the shearing basic flow,such as the spatial distribution,scale,intensity and structure of mesoscale vortices. There is the nonlinear relation between typhoon intensity and the scale and intensity of initial mesoscale vortices.