涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的数值研究

设计了一个高分辨率f平面准地转正压涡度方程半谱模式，用以研究非线性对台风切向风速变化，以及不同初始异常条件下台风环流内涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化特征。6类(14组)试验的数值结果表明：非线性使台风切向风速的增强减弱，可能使最大风速半径收缩。初始扰动中心位置对涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的影响明显。扰动中心在最大风速半径附近时，台风最大切向风速增强最多；异常中心在台风外区时，使最大切向风速减小。初始异常尺度(范围)减小对台风最大切向风速变化的影响减弱。双涡分布条件下，台风环流外区的涡旋使内区或近眼壁区对流涡旋对台风最大切向风速的影响减弱。     

地形对涡量传播和台风切向风速变化的参数敏感性

设计了一个高分辨率的浅水模式，以研究地形参数和纬向基流在涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化中的作用。结果表明，无纬向基流条件下，岛屿地形的水平尺度对涡旋Rossby波传播的影响表现在：随地形水平方向尺度的增大，扰动涡度场环绕地形顺时针方向旋转的趋势增强，局域风速增幅减小，增强了平均风速的减弱。纬向东风基流条件下，热带气旋的局域风速及其平均切向风速的演变受台风与地形间距的改变以及地形作用时间长短的影响：当台风逐渐靠近地形时，局域风速增幅增强，平均风速逐渐减小；当台风逐渐远离地形时，出现相反的变化。     

台风最大风速增强的数值研究

用一个高分辨率的正压模式，实施了8组时间积分为36h的试验，分析了中尺度涡旋和台风涡旋的相互作用及其对台风强度变化的影响，讨论了初始中尺度涡旋空间尺度大小与台风强度变化之间的联系。结果表明：在一定的合理的参数条件下，这种相互作用可以使台风切向风速量大值增加，显示出台风增强的现象。     

频散效应对近地面层风速廓线的影响

应用含湍流频散效应的近地面层的运动方程求解了不同层结下的风速廓线，着重分析了湍流频散效应对近地面层平稳运动的影响。分析指出：湍流的频散效应对经典的幂律廓线一对数修正，该修正在不稳定层结时比稳定层时明显；利用相似理论也得到了该常数。     

“韦森特”台风的路径和强度分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、风廓线雷达资料和珠海市地面自动气象站资料,对1208号台风"韦森特"的路径和强度进行分析,发现"韦森特"具有长时间持续、徘徊少动和短时间内强度迅速加大的特点,为近年来登陆广东台风所罕见。从环流形势、物理量场等因素对产生的可能原因进行研究,结果表明:500 hPa大气环流的"鞍型场"和850 hPa台风强风区轴线不明显等是"韦森特"原地徘徊少动的原因;"韦森特"强度的迅速加大与大气环流、水汽输送、潜热通量和高低层垂直风切变及涡散度场等要素关系密切。此外,在风廓线雷达资料上还发现风羽图大风区下沉现象对台风转向具有一定的指示作用。     

台风影响上海时风速风向分布特征

用1971-2002年的气象资料,分析了不同路径台风影响上海时风速风向的分布特征。登陆台风影响时,上海南部地区风速最大,主导风向是偏东风;近海北上台风影响时,上海东部的风速最大,风向以东北偏北为主。城市的发展使台风影响上海时的风速明显减小。     

风沙流中风速廓线的数值模拟与实验验证

如何描述风沙流中被风沙运动改变了的风速廓线是风沙相互作用研究中的关键问题之一.该文中将跃移风沙流视为一种颗粒拟流体,将跃移颗粒对气流产生的阻力用颗粒流的阻力系数来表达,建立了描写两场相互作用的数学模型.颗粒流的阻力系数采用了前人在液态流化床研究中得出的阻力系数表达形式,通过引入一个修正系数,使其适用于风沙流(气-固两相流).将风沙边界层划分为跃移颗粒所产生的阻力不可忽略的内边界层和跃移颗粒阻力可以忽略但受内边界层影响的外边界层,分别建立了内边界层和外边界层的风速廓线表达式.应用所建立的数学模型,根据由风洞实验测定的跃移风沙流的浓度分布和速度分布资料,计算了跃移风沙流中的风速廓线,并与风洞实测结果进行了对比.结果表明,计算风速廓线与实测风速廓线吻合得比较好,在半对数图上均为上凸的曲线,有别于无风沙运动时的直线.跃移边界层外风速分布可较好地用对数函数来描述.对风沙流中风速廓线的进一步分析证实了风沙物理学奠基人Bagnold在其早期观测风沙流中的风速廓线时提出的"结点现象"(Bagnold结),该结点的高度随风速的增大而升高,随颗粒粒径的增大而降低.根据数值模拟和模拟实验,可以认为有风沙运动的动床剪切风速是综合反映风场与跃移层以及地表之间相互作用的物理量.     

海面与海岸陆面风速廓线特征

利用位于江苏海岸陆地的两座测风塔以及福建海面的一座测风塔气象要素资料,分析了这两种下垫面风速、湍流等要素的日变化规律及廓线特征,探讨了这两种不同下垫面特征导致的风力特征差异。结果表明:海岸陆面日最大风速出现时间较内陆滞后,最小风速出现时间与内陆相差不大,风速日变化位相随高度滞后,日振幅随高度减小,冬季70 m高度风速日变化特征与10 m高度风速日变化特征相反,夜间大于白天,说明冬季的过渡层转换高度低于夏季;海面风速的日变化位相、日振幅等特征随高度变化很小。两种下垫面的风廓线用对数律、指数律拟合的效果相当,海岸陆面的风廓线指数呈现的规律为离岸风组大于向岸风组,冬季大于夏季;海面风廓线指数呈现的规律则是向岸风组大于离岸风组,夏季大于冬季。     

8719号台风后期路径与强度的探讨

一、概况 8719号台风的初始扰动发生在13°N、157°E附近的太平洋洋面上,10月17日08时西移至13.4°N、154°E,发展成台风,移动方向由偏西逐渐转向西北方向,18日20时发展成为强台风。20日20时发展最盛,中心附近最大风速达70m·s~(-1),最低气压910hPa。20日开始,台风转向偏两方向移动,24日到达巴士海峡,中心附近最大风速仍有40m·S~(-1),     

一种适于较强台风的切向风廓线方案及其对异常台风路径的数值模拟研究

针对现今台风数值预报中强热带气旋切向风廓线设计上的困难，提出了一种利用台风报告中7级风和10级风的半径来确定台风切向风廓线的方法。它既可反映真实台风外围结构又避免了强风速切变问题。该方案有可能改进台风尤其是异常路径台风的预报效果，具有广阔的业务应用前景。     

0801号台风“浣熊”的路径和强度特征分析

利用一天四次的NECP格点再分析资料对台风的移动路径、强度突变进行分析。结果表明:台风"浣熊"的移动路径与副高位置的演变有关,而西风槽、脊的进退直接影响副高的演变。因此,副热带高压与西风槽、脊的相互作用是台风"浣熊"路径在北纬20度从西北偏北转向东北的原因;弱冷空气、东亚大槽槽前正涡度平流所产生的强辐散场是强度突变的重要原因;除此之外,越赤道气流与副热带高压的共同作用,不仅对台风"浣熊"强度突变有作用,同时也是其路径在南海从西北偏西转向西北偏北的原因。     

基于功率谱的风廓线雷达回波强度定标方法

风廓线雷达已在我国得到大范围的业务布网应用,现有业务产品主要为风场信息。为了充分发挥风廓线雷达的作用,获取更多的天气过程信息,该文提出仅使用风廓线雷达返回信号功率谱进行数据定标（DCNP）的方法。使用雷达系统噪声功率对返回信号功率谱单位幅度进行标校计算,基于标校后的雷达探测功率谱分布数据计算回波强度功率谱密度分布、回波强度、大气折射率结构常数。利用2017年北京风廓线雷达、2016年南京风廓线雷达和2018年梅州风廓线雷达观测数据,对我国业务运行的3种主要型号风廓线雷达进行算法评估试验。定标方法的计算结果稳定,风廓线雷达不同探测模式之间的一致性较好。使用每个测站定标结果与相邻天气雷达数据进行比较,风廓线雷达回波强度定标结果与天气雷达也有较好的一致性。DCNP方法与基于信噪比（SNR）的强度计算方法进行比较,与SNR方法相比,DCNP方法定标结果更加稳定可靠。     

风廓线雷达回波信号强度定标方法

风廓线雷达返回信号功率定标通常通过返回信号信噪比和系统噪声功率的估算得到。该方法存在着噪声电平的确定、外部噪声等不确定性因素,影响了定标的精度。采用信号源分别对接收机和信号处理器进行定量测试,进而对雷达系统进行定标,是另一种可行的办法,该文利用这种方法对CFL-03风廓线雷达进行了定标,并利用该雷达在东莞2009年7月和8月探测资料与广州S波段天气雷达和地面雨量计资料进行比较。结果表明:用该定标方法得到的回波强度与天气雷达回波强度和地面雨量计资料估算的回波强度基本一致,平均标准差在1 dB左右,表明这种定标方法是可行的。     

边界层风廓线雷达对登陆台风观测适用性评估

利用2014—2019年6个台风合计34组数据,通过与机动式边界层风廓线雷达以及同点探空数据进行对比,分析风廓线雷达对登陆台风边界层结构诊断的适用性。初步分析表明：有30组数据完整度高于80%,且平均标准差为3.64 m·s-1,平均误差为4.67 m·s-1。30组数据中有19组数据的对比结果较好,均呈现风廓线雷达与探空廓线在250 m高度以上重合度较高、250 m高度以下重合度较低的特征,其原因可能与探空低层加速以及风廓线雷达低层受干扰有关。将250 m高度以下的数据剔除后和剔除前对比发现,数据质量得到提高。从空间分布看,低质量数据大多分布在台风中心距离观测点200 km及以外的区域,但较高质量数据相对于台风中心并无明显的倾向性分布。从降水分布看,未发现数据质量与降水关系明显。尽管使用的数据比较有限,但风廓线雷达在台风边界层结构观测中展现较好应用潜力。     

轴对称模型台风的改进方案及其对0425号台风数值模拟的效果

西北太平洋台风切向风廓线存在明显的差异,目前MM5中尺度数值模式NCAR-AFWA的模型台风（bogus）方案中仅使用了最大风速和最大风速半径两个参数,有时不能准确地描述台风的外围结构。通过引入十级风圈平均半径和七级风圈平均半径对NCAR-AFWA的bogus切向风廓线进行改进,然后对0425号台风“洛坦”的路径和强度进行模拟,结果发现：在台风bogus切向风廓线中同时引入十级风圈平均半径和七级风圈平均半径对台风路径和强度模拟均有改进,同时对台风大风范围的模拟也有改进。     

登陆台风启德近地层强风特性观测研究

根据Airda3000Q型边界层风廓线雷达获取的台风启德(1213)强风观测数据,分析了强风条件下的近地层风廓线特征,发现以下观测事实:台风中心经过前后风速呈现尖耸的"M"形双峰变化,台风眼壁强风区风速最大,台风眼区经过前后100m高度极大10min平均风速分别为35.7、35.4m/s,眼区经过时出现最小风速为16.2m/s;而风廓线幂指数α则呈现比较平缓的"M"形双峰变化,风廓线幂指数α出现极大值的时间比风速出现极大值的时间分别提前约1h和延后3.5h,台风眼区经过时风廓线幂指数α接近最小,甚至出现负值;台风影响期间,风的垂直变化主要发生在200m以下的低空,风的垂直变化率有波动,最大值出现在台风眼壁强风区和台风中心过境后的外围大风区。     

风廓线与测风塔资料在地面风场预报中的应用研究

运用四维同化方法将风廓线雷达和测风塔资料应用到WRF模式中,通过对比资料同化前后模式对地面风场的预报效果可知,加入风廓线雷达和测风塔资料后模式对风速的预报效果有明显提高,对风向的预报也有一定程度的改善;资料同化结束后,模式预报在49h内对地面风场预报效果仍有明显改善,但随着模式预报时间的增加,在模式积分49h以后,同化资料前后模式对地面风场的预报效果无明显变化。另外,通过对资料同化前后模式对风速预报误差的分析可知,在对模式风场预报的改进中风廓线雷达资料的贡献大于测风塔资料的贡献。     

Impact of Cloud Microphysical Processes on the Simulation of Typhoon Rananim near Shore. Part II: Typhoon Intensity and Track

The impact of cloud microphysical processes on the simulated intensity and track of Typhoon Rananim is discussed and analyzed in the second part of this study. The results indicate that when the cooling effect due to evaporation of rain water is excluded, the simulated 36-h maximum surface wind speed of Typhoon Rananim is about 7 m s⁻¹ greater than that from all other experiments; however, the typhoon landfall location has the biggest bias of about 150 km against the control experiment. The simulated strong outer rainbands and the vertical shear of the environmental flow are unfavorable for the deepening and maintenance of the typhoon and result in its intensity loss near the landfall. It is the cloud microphysical processes that strengthen and create the outer spiral rainbands, which then increase the local convergence away from the typhoon center and prevent more moisture and energy transport to the inner core of the typhoon. The developed outer rainbands are supposed to bring dry and cold air mass from the middle troposphere to the planetary boundary layer (PBL). The other branch of the cold airflow comes from the evaporation of rain water itself in the PBL while the droplets are falling. Thus, the cut-off of the warm and moist air to the inner core and the invasion of cold and dry air to the eyewall region are expected to bring about the intensity reduction of the modeled typhoon. Therefore, the deepening and maintenance of Typhoon Rananim during its landing are better simulated through the reduction of these two kinds of model errors.