"海棠"(Haitang)台风降水非对称分布成因初步研究

2005年第5号台风"海棠"登陆福建省前后所引发的降水呈明显的南北非对称分布特征。逐时MT1R静止气象卫星IR1云图分析揭示,陆地上台风环流云系呈南北非对称分布。浓白色的降水云区主要位于台风北侧,而在此期间,台风南侧云系则相对较暗。在WRF模式成功模拟的基础上,分析模拟的700 hPa高度上相对湿度和垂直上升运动场表明,垂直上升运动场呈现出与降水场相似的南北非对称分布特征,而台风南北两侧空气相对湿度呈均匀分布。进一步改进的湿Q矢量(Q*)以及地形抬升和地表摩擦作用(简称地形因子)分析表明,Q*矢量散度辐合区、地形因子强迫产生的垂直上升速度区都呈南北非对称分布特征。综合考虑指出,"海棠"台风降水分布的南北非对称性,主要由动力因子(Q*矢量(相当于上升运动)、地形抬升与地表摩擦以及垂直上升运动场)引起的,而热力条件(包括相对湿度)是不重要的。     

“海棠”台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因研究

"海棠"台风(2005)再次登陆福建省前后24 h期间(2005年7月19日00时—20日00时(世界时,下同)),给位于台风路径右侧的福建省东北部及浙江省境内(记为R区)造成大范围暴雨,同时,位于台风路径左侧福建省中南部及广东省境内(记为L区)仅有小雨发生,台风路径左右两侧暴雨落区呈明显非对称分布。基于WRF模式模拟结果诊断分析了"海棠"台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因,结果表明:(1)中尺度天气系统对"海棠"台风暴雨的垂直运动场的强迫作用是主要的,大尺度天气系统所起的强迫作用基本处于次要位置。地形抬升对"海棠"台风暴雨形成一直起着稳定、持续的促进作用,地表摩擦作用主要在台风登陆以后与"海棠"台风暴雨形成密切相关。(2)Q矢量强迫产生的降水场、地形强迫产生的降水场均呈左右非对称分布特征,气象因子是"海棠"台风降水非对称特征形成的主要因素,它一方面直接导致降水非对称特征形成,同时还引发地形因子强迫发挥了重要的促进作用。(3)进一步界定诊断范围对比分析表明,对于R区来讲,存在强烈的上升运动,并将低层汇聚的充沛水汽向上层输送,导致R区强降水发生,而对于L区来讲,上述与降水发生密切相关条件均较R区弱,不利于强降水发生。最后,对未来台风降水成因研究工作进行了初步展望。     

台湾岛地形对“麦德姆”台风的影响

采用WRF模式,以2014年10号台风"麦德姆"为例,针对台湾岛中央山脉的局部地形,设计精细化地形试验,数值模拟了"麦德姆"台风登陆台湾岛前后地形对其路径、强度及风雨分布的影响。研究结果表明:真实的地形能更好的模拟和再现"麦德姆"台风发生发展的过程;台湾岛中央山脉地形对登岛"麦德姆"台风的路径有实质性的影响,降低台湾地形高度试验导致台风路径向西南偏转,而提高台湾岛地形高度则导致台风路径向东北偏转,地形高度改变的程度与路径偏转程度成正相关,地形高度改变所导致阻挡效应及台风环流与大尺度环流的相互作用是导致路径偏转的主要原因;台湾岛地形高度的改变对台风强度有明显的影响,增加或减少台湾岛地形高度,都会使台风强度有所减弱,这与地形变化引起的动力狭管效应、云水物质分布及外围云带的对流运动有关;台湾岛地形影响"麦德姆"台风降水的机制更为复杂,其不仅与地形引发的台风强度及结构变化有关,更与地形引起的眼区对流活动和螺旋云带及外围云系的时空分布有关。     

地形对台风“海葵”降水增幅影响的研究

使用NCEP GFS资料和WRF V3.4模式对2012年第11号台风"海葵"(1211)引发的安徽强降水过程进行数值模拟,通过改变模式中安徽省大别山区和皖南山区的地形高度,设计一组敏感性试验,对"海葵"降水的地形增幅效应进行研究。结果表明:(1)WRF模式对台风"海葵"降水过程有较好的模拟能力。(2)大别山区和皖南山区地形对"海葵"移动路径、强度以及降水分布、强度均有不同程度的影响;不同地形高度下模拟的台风路径及降水分布差异较大,且降水中心强度与地形高度相关性较好,地形对暴雨增幅作用明显。(3)山区地形有利于中尺度辐合线和低涡生成、发展,并有强水汽辐合中心与之相对应;有地形时对流层低层上升运动比无地形时明显加强,对安徽中南部强降水增幅作用显著。     

“海棠”台风降水非对称分布特征成因的定量分析

2005年7月19日08时～20日08时“海棠”（Haitang)台风登陆福建省前后24小时期间, 带来一次明显降水过程, 且台风北侧降水较南侧强, 呈明显非对称分布。利用WRF模式对此次降水过程进行了数值模拟, 基于模拟结果, 不仅分析研究了相对湿度、 垂直上升运动场, 同时还进行改进的湿Q矢量诊断分析, 以及计算分析地形抬升和地表摩擦的强迫作用, 定量分析“海棠”台风降水非对称分布特征形成的可能成因。结果表明:（1) WRF模式成功地模拟出了此次降水非对称分布特征、主要降水落区, 以及300 mm以上极端强降水的强度、位置, 模拟效果令人鼓舞。（2) 垂直上升运动条件可能是造成降水非对称分布特征的主要因素。（3) 台风北侧改进的湿Q矢量散度辐合强度明显较其南侧强, 进一步计算分析发现, 改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水场也呈明显非对称分布, 且台风北侧强于南侧。（4) 地形因子强迫产生的降水强度约是改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度的1.6～2.5倍, 且地表摩擦作用强迫产生的降水强度约是地形抬升作用强迫产生的降水强度的2～3倍。     

广西沿海地形对超强台风“威马逊”影响的数值试验

以在广西沿海登陆的超强台风"威马逊"为研究对象。针对沿海山脉—十万大山,基于区域数值模式WRF3.4.1,开展敏感性数值试验。结果表明,WRF模式能够较好地模拟出台风移动的路径及降水的空间分布特征。十万大山山脉的存在有利于中低层的南北风在山脉周围抬升,而地形抬升作用是导致沿海发生强降水的有利条件之一。移除十万大山地形后,台风中心位置偏西,大气环流的改变使山脉周围水汽辐合减弱,此外,偏南气流由于没有地形的阻挡,因此向北发展,而地形造成的中低层抬升作用也随之消失。水汽辐合的减弱及地形抬升作用的消失共同导致十万大山周围降水减少,最大减幅可达到40mm。     

近46年影响福建的台风降水的气候特征分析

对1960～2005年46年间影响福建的台风降水进行时空分析,结果表明:影响福建的台风降水主要发生在5～11月,8月是台风降水最多的月份;自1960年以来台风降水整体呈下降趋势;在地域分布上台风降水由闽南沿海向闽西北内陆逐渐减小,最大台风降水出现在闽南和闽东北地区;台风暴雨是福建地区的极端强降水事件之一,台风暴雨频发区主要集中在沿海及闽西南地区;受福建山地地形作用山脉以东的台风暴雨发生的概率要大大高于山脉西侧地区.台风降水的异常与亚洲地区500 hPa大气环流和赤道东太平洋海温异常关系密切,它们可能主要通过大气环流的改变进而对影响中国台风北上路径起到调制作用,并最终引起福建地区台风降水的异常.     

辽东半岛热带气旋暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响

利用中尺度非静力模式MM5,对9711号台风Winnie登陆转向渤海、在辽东半岛地区引发的大暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析,并分析了该暴雨过程的中尺度结构特征和地形对辽东半岛降水的影响。结果表明:(1)台风Winnie影响辽东半岛期间,与其西北和东北部的冷空气相互作用,在半岛东侧和北部出现局地垂直次级环流,有利于中尺度暴雨云团的发展。(2)地形对台风降水量有明显的增幅作用,降水量与地形的走向一致,迎风坡降水量增加,背风坡降水量减少,地形强迫抬升作用在辽东半岛地区造成的降水量约占模拟总降水量的40%,强降水区与辐合带相对应。(3)地形强迫作用加强了低层的偏东气流,有利于中尺度气旋性涡旋系统的生成、发展,从而导致中尺度对流云团的加强和维持。(4)地形强迫作用可以改变台风的局部环流。当地形强迫产生与台风环流相同的气旋性扰动时,台风环流局部增强,降水量相应增大;当地形强迫产生与台风环流相反的反气旋性扰动时,台风环流局部减弱,降水量相应减少。     

辽东半岛热带气旋暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响北大核心CSCD

利用中尺度非静力模式MM5,对9711号台风Winnie登陆转向渤海、在辽东半岛地区引发的大暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析,并分析了该暴雨过程的中尺度结构特征和地形对辽东半岛降水的影响。结果表明:(1)台风Winnie影响辽东半岛期间,与其西北和东北部的冷空气相互作用,在半岛东侧和北部出现局地垂直次级环流,有利于中尺度暴雨云团的发展。(2)地形对台风降水量有明显的增幅作用,降水量与地形的走向一致,迎风坡降水量增加,背风坡降水量减少,地形强迫抬升作用在辽东半岛地区造成的降水量约占模拟总降水量的40%,强降水区与辐合带相对应。(3)地形强迫作用加强了低层的偏东气流,有利于中尺度气旋性涡旋系统的生成、发展,从而导致中尺度对流云团的加强和维持。(4)地形强迫作用可以改变台风的局部环流。当地形强迫产生与台风环流相同的气旋性扰动时,台风环流局部增强,降水量相应增大;当地形强迫产生与台风环流相反的反气旋性扰动时,台风环流局部减弱,降水量相应减少。     

湿Q矢量释用技术在登陆华东台风定量降水预报(QPF)中的应用研究

利用湿Q矢量对数值预报模式输出的风场、温度场、温度露点场进行动力释用,并考虑地形强迫作用,得到一个独立于数值模式直接预报输出降水场的释用预报降水场即湿Q矢量释用(Q~MVIP)技术。结合2010—2014年汛期(6—9月)登陆我国华东14个历史台风降水实况资料以及华东区域中尺度模式(基于WRF V3.1)(简称WRF模式)预报产品,统计检验分析了Q~MVIP技术对登陆台风降水的定量预报能力。结果表明,Q~MVIP技术较WRF模式明显改善了对25.0 mm·(24 h)~(-1)以上及50.0 mm·(24 h)~(-1)以上降水的定量预报能力。进一步结合"菲特"台风(2013)登陆前后所引发的24 h累积降水场进行比较分析发现,Q~MVIP技术对台风暴雨落区、强度的反映能力均优于WRF模式。这表明,湿Q矢量释用技术可以在一定程度上弥补现有数值预报模式对登陆台风定量降水预报(QPF)能力的不足。     

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。     

台湾岛地形对台风“海棠”(0505)移动路径影响的数值试验研究

利用非静力模式MM5模拟台风“海棠”（0505）穿过台湾岛再次登陆的移动路径，分析了“海棠”登陆台湾岛前后结构特征变化。结果表明：台风自身的非对称结构与台风异常移动路径密切相关。另外，就台湾岛地形对台风“海棠”登陆台湾前打转和在台湾海峡出现“V”型移动异常路径影响进行数值试验表明：台湾岛地形不但可以直接影响台风移动路径，而且通过影响台风非对称结构来改变台风移动路径，因此，登陆台湾前逆时针打转异常路径是在弱引导气流中台风自身非对称结构和台湾岛地形共同作用的结果；台湾岛地形有使台风东北-西南向非对称增大趋势，而在台风进入台湾海峡前后对东南。西北向非对称有明显不同影响。     

A Numerical Study of the Severe Heavy Rainfall Associated with Typhoon Haitang （2005）

Typhoons landing in the central and north of Fujian Province often seriously impact Zhejiang Province. Much attention has been given to exceptionally torrential rain in the South/North Yandang mountainous regions in the southeast of Zhejiang Province associated with typhoon-landing. Typhoon Haitang （2005） is a typical case of such a category, which landed in Huangqi Town of Lianjiang County in Fujian Province, and meanwhile greatly impacted Southeast Zhejiang. A numerical simulation has been performed with the PSU/NCAR non-hydrostatic model MM5V3 to study the torrential rain associated with Typhoon Haitang. The comparison of simulated and observed rainfalls shows that the MM5V3 was able to well simulate not only the intensity but also the locations of severe heavy rain of Typhoon Haitang, especially the locations of the south/north heavy rain center areas in the South/North Yandang mountainous regions. Meanwhile, the diagnostic analysis has been also carried out for better understanding of the severe heavy rain mechanism by using the model output data of high resolution. The diagnostic analysis indicates that the westward tilt of the axis of vorticity from lower layer to upper layer over the south heavy rain center area and the coupled structure of convergence in the lower layer and divergence in the upper level over the north heavy rain center area, were both propitious to stronger upward motion in the layers between the mid and upper atmosphere, and the secondary circulation induced by the vertical shear of the ambient winds further strengthened the upward motion in the heavy rain areas. After Haitang passed through Taiwan Island into the Taiwan Strait, the water vapor east of Taiwan Island was continuously transferred by typhoon circulation towards South Wenzhou, leading to the torrential rainfall in the South Yandang mountainous region south of Wenzhou. Subsequently~ Haitang moved northwards, the water vapor belt east of Taiwan Island slowly advanced northwards, the precipitation rate obviously enhanced i     

A NUMERICAL STUDY OF THE EFFECT OF TAIWAN ISLAND TERRAIN ON TYPHOON HAITANG （0505） TRACK

The track of Typhoon Haitang (0505), which passed through the Taiwan Island and landed again,has been successfully simulated by using the non-hydrostatic mesoscale atmospheric model MM5. Itsstructure is analyzed on the landing stage, and it is found that there exist good relationships between thetyphoon abnormal moving track and its asymmetry structure. The effect of terrain of Taiwan Island on thetyphoon Haitang, which made it rotate before landing and present a "V" type abnormal moving track inTaiwan straits, has also been simulated. Further analysis shows that the terrain of Taiwan Island not onlydirectly affects the typhoon moving track, but also changes the typhoon track by affecting its asymmetricstructure. Therefore, the typhoon asymmetric structure and the effect of terrain of Taiwan Island togetherresults in the abnormal rotating track. The terrain of Taiwan Island tends to increase the SW-NEasymmetric structure of the typhoon and has different effect on SE-NW asymmetric structure during thelandfall process of typhoon Haitang before entering and moving out of the Taiwan straits.     

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE INTENSITY AND DISTRIBUTION OF HEAVY RAINS IN ZHEJIANG PROVINCE CAUSED BY TYPHOONS HAITANG AND MATSA

Study was carried out on two landfall typhoons Haitang and Matsa, which affected Zhejiang province seriously in 2005. Firstly, the similarity and difference between the two typhoon-induced heavy rains were compared and it was pointed out that both of them brought strong large-scale precipitation and the maximum centers of rainfall were located on the north side of the landfall site. Making landfall on Fujian, Haitang was weaker than Matsa in intensity but surpassed it in rainfall. Then with focus on intensity, moving speed, structure of typhoon, circulation and terrain, the two typhoon-related heavy rains were compared and analyzed. Results show that the asymmetrical distribution of rainfall was closely related to the structure of typhoons themselves, moisture transportation and mesoscale terrain. In contrast to the south side, the north side was hotter and wetter and water vapor was also more abundant. The phenomenon of more rainfall induced by Haitang was in connection with the following reasons. Invading cold air led to rainfall increases, weakened dynamic field and slower movement both benefited precipitation. For the last part, the cold characteristic of air mass over Zhejiang was also a favorable factor for the rain.     

超低仰角扫描改进雷达观测台风的探讨

利用长乐雷达超低仰角探测资料,对比分析了台风"海棠"和"蔷薇"的超低仰角和0.5°仰角PPI回波资料的差别。结果表明,在不受或尽量少受地物影响的情况下,雷达合理选用超低仰角探测是可行的,且在低层降水回波探测方面效果较0.5°仰角好,特别在远距离探测能力方面有明显改进,一般在距离>100km后探测能力较0.5°仰角有明显优势。雷达超低仰角反映出的台风云块的分布比较清晰,雷达加入超低仰角探测对台风低层探测和预警有一定程度的改进。降低0.12°后的超低仰角探测可提前台风预警时间和提早约2～6个体扫;提高台风探测范围约1.09倍,其他几次体扫的对比情况也反映出降低仰角,0.31°仰角比0.48°仰角提高台风"蔷薇"探测范围约为2.1%～9.6%。雷达超低仰角提高探测台风云体低层结构的同时,更易受近距离海浪杂波的影响,海浪杂波有时可能干扰对台风结构的判断,应引起注意。在选取多大的超低仰角时,应兼顾二者关系。     

双台风“纳沙”和“海棠”登陆后强度变化成因及对比分析

利用NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析资料对2017年双台风“纳沙”（1709）和“海棠”（1710）先后登陆福建后的强度变化特征进行对比分析。结果表明：低纬水汽输送的强弱变化是造成双台风强度变化的主要原因,而越赤道气流对水汽输送起到关键作用。副热带西风急流与中低空风场强弱变化一致,西风急流增强伴随中低空东风加强是“海棠”陆上强度维持不减的原因之一,反之“纳沙”快速减弱。双台风效应对强度变化也起着重要作用：双台风靠近相吸作用下,“纳沙”残余环流卷入“海棠”环流中,为其输送正涡度因子及斜压能量,也是促使“海棠”强度维持的原因。台风登陆后,其上空三种不同层差的垂直风切变值表现一致减小的变化趋势及低于6 m·s^-1的风切,有利于弱台“海棠”陆上长久维持。海岸锋生及海表通量动热力因子对“海棠”右侧中小尺度对流发展和维持起到重要作用,加剧了“海棠”非对称性结构,促使“海棠”强度维持不减。     

大连两次台风暴雨过程对比分析

利用常规气象资料、加密气象自动观测站资料及NCEP再分析资料对2017年8月3日和2012年8月3日发生在大连地区的“海棠”(1710)和“达维”(1210)两次台风暴雨过程进行对比诊断分析。通过对台风路径、环流形势、双台风相互作用等方面进行对比分析。结果表明:这两次台风暴雨过程的降水系统为典型的双台风降水模型,在两个台风的北部都有不同强度的冷空卷入,触发对流不稳定,有利于中尺度暴雨云团的发展。低层850hPa上均有不同程度的切变辐合,高空有急流的建立;两次过程主要降水时段内强降水中心从低层到高层均出现了强烈的上升运动,暴雨中心上空维持着高层辐散、低层辐合。日本海南部存在台风迫使副热带高压转为径向型或形成阻塞高压,双台风或三台风与副热带高压之间形成的低空急流为暴雨的生成和维持提供了有利的动力条件和水汽条件。台风“海棠”残余环流与高空槽相结合,高空槽带来的冷空气更加强烈,锋生效果更加明显,这种情况更有利于强对流的发生发展。台风“苏拉”与影响大连的台风“达维”相互作用导致强降水阶段暖湿气流更加旺盛,降水持续时间更长,范围更广。     

A simulation study on pre-landfall erratic track of typhoon Haitang (2005)

Summary A new typhoon model named as GRAPES_TCM is applied to study the pre-landfall erratic track of Typhoon Haitang (2005), which hit China twice in mid-July by making landfall in Taiwan and Fujian provinces consecutively. The model is based on the Chinese Global/Regional Assimilation and PrEdiction System (GRAPES) and put into real-time operational test since 2004. It predicts almost correctly the pre-landfall loop and sharp turn of Haitang and its asymmetric rainfall distribution. Haitang’s erratic track is well explained by the potential vorticity (PV) theory on tropical cyclone motion, with the typhoon center moving toward the area of maximum wave-number 1 (WN1) PV tendency most of the time. Among the terms contributing to the WN1 PV tendency, the horizontal advection of PV is dominant with the diabatic heating and residual terms also being not negligible. A sensitivity experiment is carried out with removal of the Taiwan terrain to determine its importance in the erratic track of Haitang and it is found that the basic erratic feature of Haitang’s track remians unchanged although it tends to have a larger loop and a weaker northward turn, which suggests that Taiwan terrain may not be a key factor here. The sudden change of Haitang’s moving direction is always accompanied by a newly-generated or re-intensified WN1 PV center in the southern semicircle, which circles around the TC center cyclonically afterwards and weakens in the north or northwestern part. A phase-lock WN1 PV forcing related to diabatic heating is proposed to be the major contributor, the importance of which is magnified as it is in phase with the WN1 horizontal advection of PV. The intrusion of mid-level warm and dry air, as well as the existence of a low-level southwesterly jet, is considered to be the main reasons for such a phase-lock of the diabatic heating forcing on the PV tendency field that finally results in the erratic track of Haitang.