浙江海岛台风和冬季大风阵风特征的对比分析

为了提高阵风预报准确率,利用2006—2016年浙江7个海岛气象站资料和ERA-interim资料,分析了台风和冬季大风的阵风因子与10 m稳定风速、风向、Brunt-Vaisala频率、总体理查逊数、边界层250~1 000 m风速及其与10 m稳定风速比值等的关系,对比两种大风系统阵风的主要成因差异,最后对冬季大风的阵风因子进行拟合。(1)从总体上,台风阵风因子比冬季大风要大0.1~0.2,波动幅度也一般比冬季大风偏大0.3~0.5。有些站点在稳定风速较大时,阵风因子随稳定风速变化不明显,而有的站点变化幅度较大。(2)站点不同方位的地表特征差异明显,导致台风和冬季大风的阵风因子在某个风向上有较统一的最大值和最小值,两者差值一般为0.2~0.3。(3)大气边界层台风样本主要表现为气流辐合上升及正涡度,而冬季大风样本主要表现为辐散下沉及负涡度,台风垂直速度、涡度和散度的强度均明显大于冬季大风样本;从Brunt-Vaisala频率来看,边界层750 m处冬季大风样本总体为静力不稳定,而台风样本总体为静力稳定;从总体理查逊数来看,台风样本和冬季大风样本两者边界层250 m处动力不稳定程度接近。(4)台风和冬季大风的阵风主要形成机制不同,冬季阵风与边界层上层气流向下动量传输引发的辐合辐散有关,而台风阵风可能更多与边界层气流的水平动量输送引发的辐合辐散有关。(5)基于风向、边界层1 000 m处风速和10 m稳定风速的冬季大风阵风因子的拟合模型,比仅考虑10 m稳定风速的拟合模型的绝对误差减少了20%~50%,误差方差也减少了10%~30%。      

IMPROVED SCHEME OF AXISYMMETRIC TYPHOON BOGUS MODEL AND ITS IMPACT ON NUMERICAL SIMULATION OF TYPHOON NOCKTEN （NO.0405）

There is distinct difference in the tangential wind profile between different typhoons in the western North Pacific. At present, only two parameters, maximum wind and radius of maximum wind, are used in NCAR-AFWA bogus for MM5 mesoscale numerical model. As a result, sometimes the outer structure of typhoon cannot be described accurately. The tangential wind profile of NCAR-AFWA bogus is improved by introducing radii of 25.7 m/s and 15.4 m/s, and then the track and intensity of Typhoon Nockten (No.0425) are simulated. The results show that the simulations of track and intensity of typhoon both have been improved by simultaneously introducing the radii in the tangential wind profile of typhoon bogus. At the same time, there is improvement in the gale wind range of the typhoon simulated.     

台风网格风场主客观融合技术的应用及评估

针对实际预报工作中,台风主观预报和模式风场客观预报不一致的问题,基于南海台风模式(CMATRAMS)资料、实时台风主观预报资料,采用一种考虑下垫面作用的动力解释应用方法 TCwind,得到了能较合理描述台风风场的数学方程组,结合网格预报技术,进行台风主观预报和模式风场的主客观融合,实现了台风风场预报的订正,能为网格预报提供有效辅助。以实时台风主观预报为评判标准,检验评估了2018—2019年西北太平洋所有台风的融合订正效果,发现订正后的台风风场中心能较准确地向主观路径预报调整;台风中心附近最大风速相较模式显著增强,趋近主观强度预报;台风环流风速比模式原始风速增大,风场结构分布相比模式原始风场也更合理。     

西北太平洋夏季风的变化对台风生成的影响

研究了西北太平洋夏季风特征及其季风槽结构对台风生成的影响。当西北太平洋季风槽增强并向东扩展使季风加强时,西北太平洋的风速垂直切变、高低空辐散风、湿度和海温等都对台风的生成产生有利的影响,台风数明显比季风槽弱时多。而且对台风生成的位置也有很大的影响,即季风槽强时,台风的生成位置偏东,季风槽弱时台风的位置偏西。这表明西北太平洋夏季风主要是通过季风槽活动影响台风的生成。而夏季风的强弱对台风也有影响,在西北太平洋夏季风的活跃阶段,西北太平洋夏季风强时,台风生成的比较多,夏季风中断时台风生成的比较少。西北太平洋夏季风通过季风的季节内振荡对西北太平洋台风也有显著的影响。季节内振荡对台风生成的影响主要以30—60 d振荡为主。在这种低频振荡对流活动的湿位相时期台风生成个数明显多,干位相时期台风生成的少。而且低频振荡的西风位相也有利于台风生成,在东风位相时生成的台风少。另外,还研究了多台风期西北太平洋夏季的特征(群发性),发现在这些时期,存在强的季风槽,弱的垂直切变与充足的水汽供应。这表明西北太平洋台风时空的群发性与夏季风活动的异常密切相关。     

CHARACTERISTICS OF THE OFFSHORE EXTREME WIND LOAD PARAMETERS FOR WIND TURBINES DURING STRONG TYPHOON HAGUPIT

Observational data of the severe typhoon Hagupit are obtained by a 3-dimensional ultrasonic anemometer which is installed on a 100-meter-high meteorological tower located at an islet off the coast of Guangdong.The characteristics of the extreme wind load parameters for offshore wind turbines under the influence of extreme winds at severe typhoon intensity are analyzed.By comparing the observed data with the results derived from the International Electrotechnical Commission (IEC) standard 61400-1,the applicability of the methods computing extreme wind load parameters in the IEC standard are investigated under typhoon conditions.The results are as follows.(1) The changes of both the offshore extreme gust wind speeds and the extreme wind directions render a "M" shape bi-modal distribution with peak values in the eyewall region of Hagupit.(2) There are significant differences of amplitudes of the observed extreme operating gust wind speeds and extreme wind direction from the results calculated from the IEC standard.(3) The amplitudes of both the extreme operating gust wind speeds and the extreme directions exceed the upper limits of the IEC standard for three standard classes of wind turbines,and the values calculated by IEC standard are much significantly larger than the measured ones.(4) The observed extreme operating gust wind speeds are consistent with the results calculated by the IEC standard when wind turbines are under full or partial workload or cut-off conditions,although the amplitude of extreme wind directions calculated in terms of the IEC standard is larger than that of direct measurements.Measured extreme operating gust wind speeds sometimes exceed the IEC design criteria.     

珠海市台风及其次生风暴潮特征分析与评估

基于1961—2018年广东省珠海市气象观测资料以及珠海三灶站1964—2018年逐日潮位数据,分别对珠海市台风及风暴潮进行特征分析和频率计算。通过构建台风数据集,计算得到影响珠海的可能最强台风的中心气压、移动速度、最大风速半径以及可能移动路径,并模拟该台风引起的珠海三灶站的最高潮位和极值增水,最后通过1713号台风“天鸽”和1822号台风“山竹”对模拟结果进行了验证,验证结果与计算方案下强台风级别在台山登陆引起的计算结果一致。      

台风暴雨数值预报中ATOVS资料的变分同化试验

利用ATOVS卫星辐射率资料和NCEP资料,采用中尺度数值模式WRF(V3.3)及其同化系统WRF-3DVar,设计了几组同化试验方案,对由0908号台风"莫拉克"导致的台湾南部2009年8月8—9日特大暴雨过程进行数值预报。结果表明,直接同化ATOVS辐射率资料对初始温度场、湿度场和风场均有较明显的改善,其中连续循环同化试验的改善效果最显著,同化后初始场增加了暴雨中心上空对流不稳定性,同时风场也表现出更强的低层辐合、高层辐散的中尺度特征。对比不同的辐射率资料发现,同化MHS资料对湿度场改进效果较好,同化AMSUA资料对温度场和风场改进效果较好,同时同化MHS和AMSUA资料改进效果整体上要好于前两者。在对降水预报定量检验中,同化试验的整体评分要高于控制试验,特别是降水临界值超过300 mm后评分提高最为显著。连续循环同化试验对这次台风暴雨的预报与实况最为接近。     

强台风“黑格比”实测海上风电机组极端风况特征参数分析和讨论

利用广东近海海上一座100 m高气象塔上设置的三维超声测风仪获取的强台风“黑格比”过程实测数据，分析研究海上风电机组在强台风影响下极端载荷参数的变化特征，通过仪器直接测量的参数与IEC 61400-1规范(由国际电工委员会制定)推荐方法计算结果的对比，研究该规范推荐的风电机组极端载荷参数计算方法在台风条件下的适用性。研究结果表明：(1) 强台风“黑格比”在近海海面上产生的极端操作阵风风速和极端风向变幅的过程变化均呈“M”型双峰分布，最大值均出现在台风眼壁强风区；(2) 由仪器直接测量的极端操作阵风风速和极端风向变幅值与根据IEC公式计算结果差别明显；(3) 台风强风影响产生的极端操作阵风和极端风向变幅参数均出现超越IEC给出的三种标准类型风电机组的设计上限标准；并且IEC公式计算值比仪器直接测量值显著偏大；(4) 在风电机组处于满发、切出和停机生存等工况下，IEC公式计算和仪器直接测量的极端操作阵风基本一致，但IEC公式对极端风向变幅的计算值要比仪器直接测量值大。与IEC的风电机组设计标准相比，仪器直接测量的极端操作阵风在时间周期1～3.5 s和7～10 s区间超出标准，但极端风向变幅一般不会突破IEC的风电机组设计标准。     

台湾岛邻近海域台风浪模拟分析

本文概略介绍了目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN（SimulationWavesNearshore）及风生浪、底摩擦、白帽耗散、深度诱导波破碎、非线性波－波相互作用等物理过程；在此基础上，以较高的分辨率对袭击台湾岛邻近海域的9015、8616号台风浪过程进行了模拟分析；台风浪高模拟值与实际台风浪资料相符较好，可以为该海域台风浪的模拟提供较好的参考。     

一种新的台风海面风场的拟合方法

基于台风风场的经验风公式和修正的梯度风方程并考虑了台风气压场的非对称性,提出了一种新型的台风风场合成模式。经过对10多个不同类型热带气旋(台风)的检验,结果表明,新的模式可以模拟出各种强度及不同眼半径台风的海面风场,比以往常用模式能更真实地反映实际台风风场。     

9216号台风登陆后的不对称结构和暴雨

１９９１年江淮暴雨分属三个梅雨阶段。使用国家气象中心客观分析的网格点资料，主要用经验正交函数（ＥＯＦ）展开的方法诊断了梅雨期热带季风和副热带季风强度和进退与暴雨的关系，分析处出：第一阶段暴雨主要与东亚热带季风有关系，而第二、三段暴雨主要与印度西南季风有关系；两支热带季风在１００－１２０°Ｅ之间热带地区对峙，有利于引发热带季风涌入中国大陆并发生暴雨。     

台风Chanchu（0601）强度日变化特征分析

利用非静力中尺度模式WRF模拟了台风Chanchu（0601）,模式再现了台风Chanchu的路径、强度及结构。利用模式资料分析了台风Chanchu发展增强过程中其流出层和流入层风速的日变化特征、造成该日变化特征的机制及其对台风强度的影响。分析表明:台风Chanchu流出层和流入层的风速均存在显著的日变化特征,表现在低层径向入流和高层径向出流在夜间至清晨明显增强,在白天增加缓慢;切向风变化趋势同径向风类似,位相较径向风落后约6 h。通过对比夜间和白天云顶温度（CTT）和垂直速度频率（CFADS）的分布,发现夜间对流较白天更加活跃,这与夜间云顶冷却所导致的静力稳定度降低有关。利用切向风倾向方程进行收支分析,结果显示太阳辐射日变化通过调节对流日变化,引起高低层径向气流的日变化,进而造成切向风速的日变化,从而影响台风强度,在一定程度上揭示了日变化对台风强度变化的指示意义。      

利用GPS Dropsonde资料研究“龙王”台风的结构特征

"龙王"台风是2005年登陆中国的典型强台风。在海上观测资料较为稀缺的情况下,应用DOTSTAR(Dropsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region)对"龙王"不同发展时段的两次GPS Dropsonde观测资料,对其动力、热力及非对称结构的变化情况进行分析。结果表明,第二次观测到的"龙王"无论在动力结构还是在热力结构上都较第一次观测有所发展,显示"龙王"强度压缩增强。进一步研究表明,环境垂直风切变是造成台风结构不对称分布的主要原因,较大的垂直风切变不但导致台风产生明显的非对称性结构,而且不利于台风的进一步增强。     

8616号(WAYNE)台风非对称研究

本文利用西沙群岛、东沙群岛、南海沿岸陆地及船舶等探空资料和航空、卫星、地面雷达等天气报告资料,对8616号台风的动力学特征进行了计算和分析。结果表明,该台风风速分布不对称,气旋性最大切向风位于台风右前象限,风速的垂直切变随台风的加强而减弱。最强的流入位于台风南半圆300hPa以下,流入最大值在700hPa附近。高层最强的反气旋流出在150—100hPa,流出主要位于台风北半圆。此外,该台风的垂直运动分布与台风的发展及所处的位置有密切的关系。      

单多卜勒雷达对台风的自动定位方法

利用单多卜勒雷达径向速度的ＰＰＩ资料,使用模式识别技术自动探测台风中心。结果表明本方法能较快较好地探测到台风中心,本产品可用来作为台风的预警系统。     

用QuikSCAT资料分析"黄蜂"登陆前后近地层风场的分布特征

利用QuikSCAT资料对"黄蜂"近地层风场分布的演变特征进行了诊断分析.并采用了离散余弦转换(DCT)对其方差的波谱结构进行了讨论.结果表明台风近地层风场分布具有明显的不对称性,其方差大部分产生于波数1和2的气流中,并且与波的方向有关.当台风沿纬向西移时,有两个纬向排列的波谱中心,主要是纬向波数2和经向波数1的气流;而当台风沿径向北上时,有两个经向排列的波谱中心,主要是纬向波数1和经向波数2的气流.波数1的气流对切向风的方差做主要贡献,波数2的气流对径向风的方差做主要贡献.不对称性分布的特征随大尺度环境场和台风自转气旋环流的改变而改变.当台风靠近大陆时台风大风出现的在台风前进方向前沿,类似于陈联寿等分析的第二类台风大风模式,在左前方是西北偏北大风,在右前方是东南大风.     

台风登陆过程中南海近海阵风因子特征

阵风预报对于输电铁塔线路设计、风力发电、建筑和桥梁设计以及航空气象安全等至关重要。目前,基于不同观测资料和计算方法,学者们给出了不同的阵风或阵风因子参数化公式,没有公认的一致结果。利用中国气象局南海(博贺)海洋气象科学试验基地离岸4.5 km和6.5 km的两个海洋气象观测塔在2008—2018年七个台风期间观测的10 Hz高频湍流脉动数据,分析了观测高度、平均时间、下垫面特征和大气稳定度对阵风因子计算结果的影响,研究了近海海上台风过程中阵风因子与平均风速和湍流特征参数的关系。不同于以往研究给出阵风因子是常数,给出了阵风因子随10 m风速变化的计算公式,为阵风预报及相关防灾减灾提供参考依据。     

利用云导风矢量的台风中心自动定位

文中提出了一种利用云导风矢量图进行台风中心自动定位的方法。云导风矢量通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图进行模板匹配而得出。模板匹配就是根据已知模式的图像在一幅陌生图像中寻找对应于该模式的子图像的过程。根据气象知识 ,台风云系运动的特点是中心平移量大而自旋很弱 ,且台风中心与台风云系整体的移动方向一致 ,因此求出云导风矢量图中与台风整体移动矢量大小和方向一致的矢量集合的最密集区 ,经过数学形态学处理后便得到台风中心     

拖曳系数参数化方案对工程台风模拟风场的影响研究

基于台风边界层的最新观测和研究成果,提出了最大风速半径、边界层风速比、拖曳系数等关键参数的经验方案,并依据垂直平均水平运动方程,建立适用于西北太平洋的工程台风风场模型,最高分辨率为2 km。通过理想试验,验证了所建模型的合理性,并重点关注模拟风场对拖曳系数参数化方案的敏感性。结果表明,不同拖曳系数参数化方案（增长型、饱和型、下降型）对强台风内核区的风场模拟有显著影响,但对最大风速的模拟影响不大。为验证所建模型对实际西北太平洋台风的适用性,选取台风“海葵”（1211）进行个例试验,得到最大风速的平均误差为-0.36 m/s,均方根误差为2.22 m/s。进一步选取我国沿海6个受“海葵”影响的测站,进行模拟风向、风速与观测的对比分析,发现所建台风风场模型能很好地模拟出台风影响过程中的风向转变,但各测站的风速均方根误差在1.61~6.92 m/s之间。较大的风速误差主要出现在位于台风中心附近的测站,意味着我国沿海复杂地形对台风的衰减作用在模型中考虑不足,是未来的改进方向。      

IMPACTS OF UPPER-LEVEL COLD VORTEX ON THE RAPID CHANGE OF INTENSITY AND MOTION OF TYPHOON MERANTI (2010)

Typhoon Meranti originated over the western North Pacific off the south tip of the Taiwan Island in 2010.It moved westward entering the South China Sea,then abruptly turned north into the Taiwan Strait,got intensified on its way northward,and eventually made landfall on Fujian province.In its evolution,there was a northwest-moving cold vortex in upper troposphere to the south of the Subtropical High over the western North Pacific(hereafter referred to as the Subtropical High).In this paper,the possible impacts of this cold vortex on Meranti in terms of its track and intensity variation is investigated using typhoon best track data from China Meteorological Administration,analyses data of 0.5×0.5 degree provided by the global forecasting system of National Centers for Environmental Prediction,GMS satellite imagery and Taiwan radar data.Results show as follows:(1)The upper-level cold vortex was revolving around the typhoon anticlockwise from its east to its north.In the early stage,due to the blocking of the cold vortex,the role of the Subtropical High to steer Meranti was weakened,which results in the looping of the west-moving typhoon.However,when Meranti was coupled with the cold vortex in meridional direction,the northerly wind changed to the southerly at the upper level of the typhoon;at the same time the Subtropical High protruded westward and its southbound steering flow gained strength,and eventually created an environment in which the southerly winds in both upper and lower troposphere suddenly steered Meranti to the north;(2)The change of airflow direction above the typhoon led to a weak vertical wind shear,which in return facilitated the development of Meranti.Meanwhile,to the east of typhoon Meranti,the overlapped southwesterly jets in upper and lower atmosphere accelerated its tangential wind and contributed to its cyclonic development;(3)The cold vortex not only supplied positive vorticity to the typhoon,but also transported cold advection to its outer bands.In conjunction with the warm and moist air masses at the lower levels,the cold vortex increased the vertical instability in the atmosphere,which was favorable for convection development within the typhoon circulation,and its warmer center was enhanced through latent heat release;(4)Vertical vorticity budget averaged over the typhoon area further shows that the intensification of a typhoon vorticity column mainly depends on horizontal advection of its high-level vorticity,low-level convergence,uneven wind field distribution and its convective activities.