台风眼壁及周围螺旋云带云属性垂直分布研究

选取2006—2010年间CloudSat监测到热带气旋中心的7个案例,利用CloudSat和其它A-Train卫星的反演数据,主要分析了台风眼壁及周围螺旋云带的云微物理属性的垂直分布并给出了初步的概念模型。结果表明,云中冰水分布在5 km以上高度。冰粒子等效半径随云高度增加呈减小趋势,大值区主要分布在5~10 km高度,7个热带气旋的最大值为171.7~226.6 μm;冰粒子数浓度随云高度增加呈增大趋势,大值区分布在13 km以上高度,7个热带气旋的最大值为550~2 148 个/l;冰水含量随云高度增加呈先增后减的趋势,大值区分布在8~15 km高度,7个热带气旋的最大值为986.0~4 009.0 mg/m3。云中液态水分布在0.5~9.0 km高度。液态水粒子等效半径大值区分布在3~9 km高度,7个热带气旋的最大值为19.1~29.4 μm;液态水粒子数浓度大值区分布在6 km以下高度,7个热带气旋的最大值为93~117 个/l;液态水含量大值区分布在5 km左右高度,7个热带气旋的最大值为659.0~2 029.0 mg/m3。台风或超强台风阶段,云体最大高度存在于台风眼壁,眼壁云高可达17~18 km;近地表降水率、冰水柱含量的高峰值大多存在于台风眼壁区域,其中眼壁区域的近地表降水率可超过20.0 mm/h,冰水柱含量可超过9.1 kg/m2。7个热带气旋的垂直降水率和液态水柱含量值分别小于11.3 mm/h和2.7 kg/m2。      

台风螺旋雨带云结构和降水形成机制研究

应用数值模式结果,选择台风登陆后两个不同时次螺旋雨带中两个强降水中心,对台风螺旋雨带的云结构和降水形成机制进行诊断分析.结果发现螺旋雨带云结构和降水形成机制有如下特点:在9～13 km高空范围内冰晶的非均质核化非常活跃,冰晶转化率高于台风眼壁暴雨数倍,但是冰晶通过贝吉龙过程生长为雪、雪通过凝华增长生长为霰的过程相对台风眼壁很弱,螺旋雨带雨水形成微物理机制以霰粒子融化成雨水(pgmlt)为主,冰相粒子转化率大值区位于垂直上升气流大值区,8 km高度霰收集雪(dgacs)干增长是最主要的冰相粒子生长过程,与北方层状云比较,螺旋雨带暴雨冷云中的凝华过程和撞冻过程非常活跃.螺旋雨带云水凝结过程呈双峰型,位于7～8 km高度冷云区的云水凝结峰值较大,暖云区0.5～1.5 km高度云水凝结峰值次之.     

尤特台风登陆过程中眼区结构变化的分析研究

尤特台风在登陆珠江三角洲期间,借助珠江三角比较稠密的观测网对它在登陆过程中眼区及其附近结构的变化进行分析研究.综合使用时间分辨率为6 min的多普勒雷达CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator)回波图、每小时CAPPI径向风、高时空分辨的静止气象卫星云图、SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)和常规观测等资料.雷达图上发现眼区及邻近地区多处存在着比较强的最长可达150 km左右的直线状回波,直线回波带上嵌有多个强的回波单体.经过分析研究,认为雷达图上的直线状回波现象,与台风内区涡旋结构的变异有关.考察静止卫星红外云图上螺旋云带的强烈弯曲和云带前端低TBB值的现象,以及分析探空资料计算出来的相对涡度分布,认为直线回波现象与台风内区非对称的涡旋结构演变有关,那些直线回波带的形成可能是与眼壁附近存在的涡度相对高值区的推进相联系的.最后作者就台风登陆过程中内区涡旋结构变异的问题作一些讨论,认为台风在登陆过程中相对比较容易发生结构变异,从而有可能导致在登陆过程中移速加快和出现强天气等现象.     

双重眼壁台风大风降水对比分析

通过利用多普勒雷达图、OLR日平均场、环境场和比湿场等资料对7514(ELSIE)、7908(HOPE)、0313(Dujuan)号台风进行对比诊断分析。结果表明3个双重眼壁台风都有规则和紧凑的螺旋云带，外围的云带范围小、副高强盛、登陆前850hPa西南风没加强等等，都是造成台风风大而且影响范围广，降水量偏少的原因；OLR场分布与降水场分布的同时对应关系很好，OLR低中心最终没移至陆上，因此陆上降水偏少；台风OLR低中心移向陆地的地点与强降水中心基本相符；登陆时台风中心比湿值、等值线的梯度越大、移速的越慢，则降水时间越长、雨强越大。降水越集中。     

热带测雨卫星综合探测结果之"云娜"台风降水云与非降水云特征

为了解降水云与非降水云相应的微波信号、云水、雨水及潜热特征,文中利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达、微波成像仪及红外辐射计探测的匹配融合结果,就2004年8月“云娜”台风进行了个例分析研究。结果表明:“云娜”台风过程中深厚降水云占79%,中云和低云降水仅分别占10.6%和10.4%;非降水低云所占比例最大(45.5%),高云其次(34.1%)。降水云中大粒子居多,非降水云粒子有效半径分布宽。深厚降水云中冰、水含量成正比;中等厚度降水云中的冰含量相对稳定,但液态水含量变化大;深厚和中等厚度非降水云中的冰、水含量皆成反比。对降水率、气柱潜热、气柱云水和云冰沿台风径向分布的分析结果发现,台风生成前的低压中心附近降水率和气柱总潜热比随后时次均大,表明降水释放潜热对“云娜”台风的形成起到了非常重要的作用;在台风形成后,降水率和气柱总潜热自台风云墙向外减小;随着台风的成熟,降水率和气柱总潜热沿台风径向分布趋于稳定。潜热廓线分析表明,深厚降水云潜热释放在对流层中上部(3 km以上),最大潜热高度约4.5 km。对降水云和非降水云的冰、水含量平均垂直廓线分析表明,深厚和中等厚度的降水云中水粒子含量具有相似的平均廓线,最大值(约0.03 g/m3)位于4—5 km高度,降水低云中的水粒子含量最大值(约0.07 g/m3)位于4 km高度;对于非降水云,3种不同高度的潜热廓线、水和冰粒子含量廓线相似,反映了TRMM反演算法对这些参数的反演仍存在缺陷。     

台风降水云区中单站强降水诊断分析和预报

实际工作表明,在台风降水云区中,有的站点有大暴雨、有的站点无大暴雨发生。这给单站预报带来较大难度。为了提高降水云区中单站大暴雨预报准确率,本文利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对登陆台风“云娜”在西进途中多站点进行水汽来源、不稳定层结的维持以及次生中尺度辐合等方面的研究,探讨单站大暴雨发生、发展机制和不发生大暴雨的成因。结果表明:单站有大暴雨发生的主要成因是有次级环流出现,如:站点上空∑θse(5 7 8)≥230℃。站点200 hPa为明显的负温度平流,850 hPa为明显的正温度平流。站点高低层均为正涡度中心,且低层的正值大于高层的正值。高低层散度都为负值中心;或高层为正值中心、低层为负值中心。站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa/s以下。站点需要有源源不断的充足水汽的供给和辐合。台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素时大暴雨易发生。     

基于双偏振雷达资料对南海弱台风降水微物理结构的分析

有些南海弱台风在登陆广东时,由于路径复杂、移动缓慢,会对广东地区造成较长时间和较大范围的风雨灾害。使用双偏振雷达对2018—2020年登陆广东的南海弱台风分析,发现南海弱台风在登陆前强降水区主要有两个:一个是位于海上的台风中心南侧眼墙的降水区,另外一个是在台风移动方向的右前方,台风螺旋雨带上岸的区域。在眼墙中,Z_H和K_DP的大值区在低层同位相,Z_DR大值区位于偏上风方向,降水粒子在移动的右侧开始激发,移动的右侧至右前侧为浓度较大的小粒子降水,而右侧和右后侧为大粒子降水。而且台风降水粒子在海洋和陆地有明显差异,陆地由于地形摩擦和抬升作用,降水粒子浓度较大,但水汽和能量供应不足,降水粒子直径较小;海面由于水汽和能量供应充足,对流发展较高,主要为大雨滴的对流降水,但降水粒子浓度不及陆地。      

台风"云娜"降水云区中单站大暴雨诊断分析和预报

在台风降水云区中,有的站点出现大暴雨,有的站点不出现大暴雨,这给单站预报带来难度。为了提高台风降水云区中单站大暴雨预报准确率,利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对2004年第14号强台风“云娜”在西进途中的多站点进行水汽来源、不稳定层结维持以及次生中尺度辐合等研究,并探讨单站大暴雨发生发展机制和不发生大暴雨的原因。研究表明:单站大暴雨发生的主要原因是有次级环流出现;站点200hPa为明显的负温度平流,850hPa为明显的正温度平流;站点高低层均为正涡度中心,且低层正值大于高层正值;站点散度场高低层都为负值中心,或高层为正值中心、低层为负值中心;站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa·s-1以下。另外,站点有源源不断的水汽供给与辐合;台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素值时大暴雨容易发生。     

台风“艾利”降水的非对称结构分析

利用NASA提供的热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)的高分辨率资料分析了2004年台风“艾利”降水的结构特征,发现在不同发展阶段其特征存在着很大的不同。为了分析产生降水非对称的原因,又利用NCEP(the National Centers for Environmental Prediction) 再分析资料计算了垂直积分的水汽通量矢量。结果表明,本次过程由于伴随着双台风特有的环流形势,其北侧的偏东气流和南侧的西南气流对水汽输送的作用,在台风“艾利”发展的不同时期存在很大的不同,形成了这次台风过程特有的水汽来源特点。台风对流强降水区、水汽通量最大区和强上升运动区三者的分布在台风不同发展阶段存在着较大的差异,正是水汽通量和垂直运动的非均匀分布才造成这次台风降水的非对称分布。     

台风发生发展过程中的非线性作用对台风结构形成的影响

本文采用小参数展开法,在第二类条件不稳定(CISK)理论基础上,讨论了台风发生发展过程中的非线性作用对台风眼的产生,云墙的形成的影响。部分地揭示了台风发生发展过程中的非线性作用对形成台风特殊结构影响的重要性。     

Impact of Cloud Microphysical Processes on the Simulation of Typhoon Rananim near Shore. Part I: Cloud Structure and Precipitation Features

By using the Advanced Regional Eta-coordinate Model (AREM), the basic structure and cloud features of Typhoon Rananim are simulated and verified against observations. Five sets of experiments are designed to investigate the effects of the cloud microphysical processes on the model cloud structure and precipitation features. The importance of the ice-phase microphysics, the cooling effect related to microphysical characteristics change, and the influence of terminal velocity of graupel are examined. The resu...     

台风“桑美”（0608）登陆前后降水结构的时空演变特征

利用雷达－雨量计联合测量降水技术得到的1小时雨量分布资料, 分析了台风“桑美”登陆前后距台风中心111 km以内的降水结构及其时空演变特征, 尤其是登陆前双眼墙循环过程中, 降水结构的变化特征。研究发现: 在登陆前“桑美”经历了双眼墙循环过程, 在此期间, 其内、外眼墙和雨带降水均以强降水为主, 内、外眼墙平均降水率均随时间增强, 而外眼墙增长幅度更大, 且平均降水率始终大于内眼墙, 但并没有伴随外眼半径减小的过程。而雨带平均降水率随时间变化很小, 略有下降。在登陆后,“桑美”内核和外围区仍是以强降水为主, 登陆前三小时左右内核区平均降水率有一个迅速增长的趋势, 登陆后随着台风强度的减弱, 其平均降水率迅速下降。“桑美”降水的空间分布特征显示, 其登陆前后降水结构有明显的非对称性, 在登陆前内、外眼墙和雨带最大降水均出现在台风移动路径的右侧, 且雨带的最大降水率始终位于内、外眼墙的右方; 登陆后, 内核区和外围降水更多地出现在移动路径的后方, 而不是登陆前的右侧。     

华东区域台风降水量演变特征的初步研究

根据国家气候中心1961-2000年华东区域代表站逐日降水量资料，应用任福民等提出的方法，从降水量中分离出台风降水量；分析了华东区域台风降水量的演变特征。结果表明：（1）华东区域各省台风降水量均具有清楚的年际变化，不过各省年际变化并不同步。（2）各省台风降水量均存在多雨段和少雨段，但其相位可以不同。1971—1975年，福建、安徽和江西都处于多雨段，但江苏是少雨段，山东和浙江属正常段。（3）位于东南沿海的江苏、浙江、福建，TC降水量的年代际变化趋势与降水量的年代际变化趋势基本相同：因此，考虑降水年代际变化趋势时，必须关注TC降水的年代变化趋势。     

Impact of Different Cloud Microphysics Parameterization Schemes on Typhoon Intensity and Structure

The impact of different cloud microphysics parameterization schemes on the intensity and structure of the Super-strong Typhoon Rammasun (1409) in 2014 is investigated using the Weather Research and Forecasting model version 3.4 with eight cloud microphysics parameterization schemes. Results indicate that the uncertainty of cloud microphysics schemes results in typhoon forecast uncertainties, which increase with forecast time. Typhoon forecast uncertainty primarily affects intensity predictions, with significant differences in predicted typhoon intensity using the various cloud microphysics schemes. Typhoon forecast uncertainty also affects the predicted typhoon structure. Greater typhoon intensity is accompanied by smaller vortex width, tighter vortex structure, stronger wind in the middle and lower troposphere, greater height of the strong wind region, smaller thickness of the eyewall and the outward extension of the eyewall, and a warmer warm core at upper levels of the eye. The differences among the various cloud microphysics schemes lead to the different amounts and distributions of water vapor and hydrometeors in clouds. Different hydrometeors have different vertical distributions. In the radial direction, the maxima for the various hydrometeors forecast by a single cloud microphysics scheme are collocated with each other and with the center of maximum precipitation. When the hydrometeor concentration is high and hydrometeors exist at lower altitudes, more precipitation often occurs. Both the vertical and horizontal winds are the strongest at the location of maximum precipitation. Results also indicate that typhoon intensities forecast by cloud microphysics schemes containing graupel processes are noticeably greater than those forecast by schemes without graupel processes. Among the eight cloud microphysics schemes investigated, typhoon intensity forecasts using the WRF Single-Moment 6-class and Thompson schemes are the most accurate.     

基于Cloudsat的降水云和非降水云垂直特征

降水云是人工增雨作业的主要对象,了解降水云系的垂直结构对于人工增雨可播条件的选择至关重要。利用Cloudsat卫星2008年3月—2009年2月资料,首先通过大量个例分析并结合地面降水量观测验证Cloudsat卫星识别降水云方法的合理性,在此基础上,统计分析了华北和江淮地区降水云与非降水云的垂直结构特征。统计结果表明:降水云与非降水云垂直结构存在明显差异, 两地区降水云云底高度都在2 km以下,非降水云的云底高度以高于2 km为主。两地区单层降水云云厚以大于6 km为主,多层降水云云厚以2~4 km为主,非降水云云厚以小于2 km为主。两地区降水云夹层厚度集中于1~2 km,非降水云夹层厚度集中在4 km以上。江淮地区多层云降水频率略高于华北地区。     

基于CloudSat资料的东北地区降水云及非降水云垂直结构特征对比分析

利用2007—2010年CloudSat和CALIPSO卫星资料,首先通过大量个例分析并结合地面逐小时降水量观测资料验证CloudSat卫星识别降水云指标的合理性。在此基础上,统计分析了东北地区(39°~53°N、119°~135°E)的云垂直结构参数,着重分析了降水云系和非降水云系的垂直结构差异和季节差异。结果表明:东北地区云量廓线呈双峰分布特征,有明显的昼夜及季节差异。东北地区以单层云为主,降水也主要产生于这类云系,是东北地区人工增雨作业的主要对象。单层降水云以低云、冷云、冰云或混合云为主,主要云类别是雨层云。双层降水云以高低云或中低云配置为主,且都为冷云;高层以冰云为主,主要类型是卷云和高层云;低层以混合云或冰云为主,主要类型是雨层云、层积云、积云。降水云系与非降水云系存在显著的垂直结构差异,双层云的降水由低层产生。云底高度较低、云体较厚且夹层厚度更薄的云易产生降水。同时,降水云云底温度更高,分布呈现出季节差异。     

Influences of Different PBL Schemes on Secondary Eyewall Formation and Eyewall Replacement Cycle in Simulated Typhoon Sinlaku (2008)

The effects of different planetary boundary layer (PBL) processes on the secondary eyewall formation (SEF) and eyewall replacement cycle (ERC) in Typhoon Sinlaku (2008) are investigated by using the Weather Research and Forecasting (WRF) model with six different PBL schemes. The SEF and ERC have been successfully simulated with all the six PBL schemes and the mechanism for the SEF and ERC proposed in our previous study has been reconfirmed. It is demonstrated that both the intensification of the storm and the inward-moving outer spiral rainband contribute to the SEF. After the SEF, the associated diabatic heating enhances the secondary eyewall further, and the transfer of moist air from outer region to the primary eyewall is cut off by the secondary eyewall. In such a way, the primary eyewall dies and an ERC completes. It is found that some simulated features of the SEF and ERC, such as the time and location of the SEF and duration of the ERC, do vary from one simulation to another. In order to describe the features of the SEF and ERC quantitatively, a concentric eyewall index (CEI) is defined and a threshold of the CEI is suggested to determine the onset of the secondary eyewall. The differences in the simulated SEF and ERC are discussed and some possible causes are suggested. In addition, based on the CEI threshold and the conservation law of angular momentum, a formula to predict the location of SEF is also proposed and applied to all the six simulations. The success and failure of the formula are then discussed.     

秋季冷云结构及人工增雨可播性区的评估

利用装备有机载云粒子测量系统、温湿仪和GPS的增雨飞机,在秋季的一次作业中获取的资料与同期的天气和卫星资料,对这次作业的冷云结构进行分析,对作业的可播性做了评估,分析结果表明,75％的时段在强可播区作业,25％在不可播区。云中自然降水效率低,具有较好的增雨催化潜力。