地形对登陆热带气旋"黄蜂"(2002)强度影响的模拟研究

以"目标登陆台风外场试验研究"(CLATEX)项目的目标热带气旋"黄蜂"为对象,在用高分辨数值模式模拟其近海加强和登陆减弱过程的基础上,通过5组对比数值试验,从定量和时间演化角度细致地分析了热带气旋周边海陆和地形分布对热带气旋强度的影响及其机理.分析表明,华南西部地理因子(地形、粗糙度、海陆分布等)对热带气旋强度变化具有重要影响.华南西部地形的存在,有利于低层弱冷空气向南侵袭,从而激发对流发展,使气旋迅速加强,是"黄蜂"近海加强的关键原因;登陆后冷空气切入造成的稳定层结抑制了对流发展,阻断了对流潜热能源,是"黄蜂"登陆后迅速减弱的重要原因;华南西部真实地形下的地表摩擦效应是"黄蜂"登陆后迅速减弱的重要原因之一;南海热带气旋区的地表热交换以潜热输送(蒸发)为主,其量值一般是感热输送的5～10倍;洋面热交换与气旋强度间存在正反馈关系,符合热带气旋发展的"WISHE"(风引起的表面热交换)机制观点,即"WISHE"可能是南海热带气旋发展的一种重要机制.     

凝结潜热加热对台风降水分布的影响

本文计算7504号台风大尺度稳定性降水和积云对流降水所产生的凝结潜热加热作用,讨论它们对登陆台风降水强度和分布的影响。发现凝结潜热加热对台风的结构和降水起很重要的作用,是影响台风降水的最重要的物理过程,由此引起的垂直运动基本上决定了整个垂直运动场的分布,与实际降水分布配合甚好。其中,大尺度稳定性降水决定了台风降水的范围与分布,但在台风暴雨区,降水强度不够,这些地区,由于存在明显的辐合上升运动,对流活动活跃,对流性降水加热显著,对该区降水起了补充和加强作用。     

1992年16号台风的数值研究

利用北京大学地球物理系暴雨监测与预报国家重点实验室发展的有限区域数值预报模式，对１９９２年１６号台风进行了１２ｈ数值模拟。时间是从８月３１日１２时（世界时）到９月１日００时。结果显示：模式预报的台风和实际台风的移动方向一致，移动距离相当。模式清楚地预报出了由台风倒槽所造成的强降水。这表明模式对台风路径、台风降水等都有较强的预报能力。还进行了对比实验，研究地形和积云对流等对登陆台风发展和降水的影响。结果表明：地形对台风的位置和降水有重大影响，积云对流除了对台风强度有影响之外，对台风环流的位置和台风的移动速度也有影响。     

热带气旋"黄蜂"登陆过程诊断分析

应用了高分辨率的卫星TRMM资料以及多种类资料的同化资料对登陆广东吴川的强热带风暴"黄蜂"进行了诊断分析.分析了登陆前阶段和登陆阶段"黄蜂"风场的不对称性、降水分布、热力结构的变化特征,讨论了北方干冷气流和南方西南季风相互作用对"黄蜂"增强和减弱的影响作用.结果表明,热带气旋"黄蜂"在风速分布、降水分布、对流活动等方面存在不对称性.在登陆前阶段"黄蜂"经历了一次强对流云团发展为螺旋云带的过程,降水增加;"黄蜂"登陆阶段,对流迅速减弱,降水明显减少.登陆前阶段的发展与北方小股干冷气流从中层进入,影响了"黄蜂"内部的热力结构,其位势不稳定得到加强有关;登陆阶段,北方干冷气流进入"黄蜂"内部低层以及西南季风水汽输送减弱,导致"黄蜂"迅速减弱.     

强台风“纳沙”引发的特大暴雨过程数值试验

利用中尺度模式WRF对2011年9月29 30日1117号强台风"纳沙"登陆并穿过海南岛北部引发的海南岛西部特大暴雨过程进行了数值模拟和地形敏感性试验。结果表明,在海南岛北部登陆西行的台风降水量分布呈五指山以北地区多、以南地区少的特征,而北面的强降水带又是西部多、东部少。12 km水平格距模拟的48 h降水量和逐3 h降水量与实况基本相符,台风登陆时间与地点误差也较小,路径和强度模拟效果均较好。对比控制试验和地形敏感性试验模拟的24~48 h降水量发现,有地形时,海南岛西部地区24 h降水量普遍有50 mm以上的增幅,西部山区有150 mm以上增幅,西部山区主峰北侧有350 mm增幅。特别是强降水中心与西部主山峰紧密相连,地形的存在对台风"纳沙"在海南岛西部地区的降水量增幅明显。但受五指山脉地形的阻挡,处于台风环流中西北气流背风坡的海南岛东南部地区降水量有50~150 mm的减幅。从低层中小尺度流场和垂直速度的对比分析可以看出,控制试验与零地形试验结果存在明显差别,五指山脉西部的地形可以增强低层扰动,有利于产生中尺度对流小涡,从而增加台风降水。王下乡的特殊地形对台风降水显著偏多起到重要作用。     

登陆台风不连续北跳与暴雨的数值模拟研究

利用MM4（PSU/NCAR）模式，对1992年8月31日20时～9月1日20时登陆台风暴雨过程进行了数值试验研究。结果表明；登陆台风的不连续北跳与西风槽和积云对流潜热反馈有关。倒槽南部雨区内积云对流的发展加大了对台风倒槽内的水汽、动量、热量等输送，使倒槽内降水增幅。积云对流潜热反馈对高低空急流以及台风的移动都有很大的影响。     

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。     

海南岛地形对南海西行台风降水影响的数值试验

使用WRF模式对2005年9月25—27日0518号强台风“达维”(Damrey)登陆海南岛过程进行数值模拟和地形敏感性试验。模拟结果表明,在海南岛中部登陆西行的台风降水分布是南多北少,南部地区降水分布是中部山区多两边少;12 km水平格距模拟的48 h降水量和每3 h降水量与实况基本相符;台风登陆时间与地点误差较小。地形敏感性试验表明,48 h降水量在有地形时海南岛上均有50 mm以上的增幅,由于五指山地形作用致使中南部地区均有100 mm以上的增幅,两个主峰区域有200～300 mm的增幅,特别是强降水中心与两座主山峰紧密相连,地形的存在对台风在海南岛上的降水增加幅度非常明显;但在海南岛东部沿海地区有50 mm的减幅作用。从低层的中小尺度流场、高度场和垂直速度的对比分析可看出:控制试验与零地形试验结果存在明显差别,五指山脉地形可增强低层扰动,有利产生中尺度对流(MCS)小涡,从而增加台风降水。      

理想地形下不同云微物理方案对登陆台风降水增幅影响的数值研究

利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式,在理想岛屿地形条件下设计了云的微物理冰相过程中水凝物中有霰和无霰的两个对比试验,考察了台风登陆时复杂冰相和简单冰相对台风移动路径、强度和降水增幅的影响。结果表明：1）云微物理过程中有霰的复杂冰相过程时,具有更强烈的云“播撒”效应,因而对台风降水具有明显增幅作用。2）当台风受到理想地形作用时,地形对云“播撒”效应引起的增幅作用具有放大作用,此时台风眼墙非绝热加热量形成明显增强中心,使得台风降水增幅明显。3）当台风登陆时,云微物理冰相过程使得台风越山时存在向西北指向的涡度变化倾向。     

“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响

2011年9月14日-10月5日,“纳沙”和“尼格”2个台风先后登陆海南,均产生了较强的区域性暴雨或大暴雨.利用常规资料,对这2个台风的移动路径和暴雨形成机制进行了对比分析.分析结果表明,台风登陆后,由于副高形态及其演变的不同,使得两个台风路径变化不同.利用0.5°×0.5°NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站和日本静止卫星0.05°×0.05°TBB等资料,综合分析登陆台风“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响.结果表明:台风中心附近环境风垂直切变密集带的跨度变化与台风强度相关,日平均海表温度与热带气旋(TC)强度维持或加强密切相关;登陆TC动力结构和水汽辐合的不对称分布导致台风暴雨落区和强度存在显著差异,强降水与局地发生的对流云对应较好时表现为明显的对流性降水,对降水有增幅作用.     

双线偏振雷达在广州“3.19”降雹过程中的应用分析

针对2016年3月19日发生在广州北部的从化和花都地区的一次冰雹过程,基于广州S波段双线偏振多普勒天气雷达和花都风廓线雷达以及NCEP再分析资料,详细分析此次过程的天气背景和雷达回波及雷达参量演变特征。结果表明,在此次冰雹过程中,回波强度普遍大于50 dBz,回波顶高在10 km以上,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征。双线偏振雷达各偏振参量（反射率因子Z_DR、单位差分传播相移K_DP和相关系数ρ_HV）反映出冰雹云的典型特征:在基本反射率大、Z_DR小、ρ_HV小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2,ρ_HV值普遍为0.7~0.9;ρ_HV和Z_DR在低仰角的表现比高仰角更有效;K_DP有一定指示意义,但判别效果不明显。采用的双线偏振雷达算法产品识别粒子相态结果容易出现空报现象。      

红壤旱地玉米、大豆间作生态系统的农田减灾效应

在红壤旱地进行了玉米、大豆间作生态系统的田间试验,并对试验结果进行了分析。分析结果表明,相对于单作生态系统而言,间作生态系统具有明显的减灾效应,具体表现在3个方面:一是提高土壤含水量,降低系统白天的温度,减缓温差,从而增强系统的抗旱能力;二是减轻病虫害,并且能增加天敌数量;三是抑制农田杂草的发生、发展,减轻杂草危害。研究结果认为,在红壤旱地推广该间作种植模式,可减轻灾害,减少农药使用量,保护红壤旱地生态环境,促进农业的可持续发展。     

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θ_se随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在Z_H大、Z_DR小、CC小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。      

台风"碧利斯"特点及动力成因分析

利用常规观测资料、T213资料、FY-2C卫星资料和多普勒雷达资料等,对0604号台风“碧利斯“进行了综合研究,并与历史上相似路径的台风进行了对比分析.分析结果表明,“碧利斯“造成的暴雨出现在江西中南部,与历史上进入赣南的热带气旋一般特点相一致;“碧利斯“路径与副高的位置和演变有关;“碧利斯“造成的江西暴雨落区,与辐合上升运动中心及高层辐散中心对应较好,并与台风不对称环流、地形、不稳定能量等因素有关;暴雨与湿位涡呈反位相相关,且在暴雨较强时相关性更好.     

"中国登陆台风外场科学试验"风廓线仪探测资料在四维同化中的初步应用研究

该文将"中国登陆台风外场科学试验"(CLATEX)中得到的风廓线仪探测资料加入到模式中进行牛顿张弛逼近(nudging)四维同化分析,并讨论在同化过程中不同nudging时间间隔以及不同逼近因子对风场及降水数值模拟结果的影响.结果表明将风廓线仪探测资料通过nudging技术同化到模式中,一定程度上改善了对降水的数值模拟结果;单纯应用nudging技术及单点的风廓线仪探测资料,通过缩短nudging时间间隔以最终改进同化效果有一定局限性;合理的选择逼近因子值(4.0×10-4s-1)得到的同化结果与实况更为接近.     

“0812”关中盛夏突发性暴雨中尺度特征分析

基于WRF模式多普勒雷达同化预报、1 °×1 °的NCEP再分析资料、云图TBB和本地加密观测资料,对2014年8月12日关中地区突发性暴雨过程（“0812”暴雨）进行诊断分析。结果表明:同化C波段雷达资料能有效提升WRF对此次突发性暴雨的预报能力。受中高层北部冷空气侵入和低层冷式切变南压的影响,在“0812”暴雨期间,关中的北部和东部的地面切变辐合线附近先后出现了南北向和东西向的中β尺度重力波,波动持续约4 h、波长约60 km。当北部波动向南传播发展与东部波动合并之后,重力波快速消散,强降水结束。暴雨发生前,波动区的垂直上升速度、雨水含量中心强度和发展高度均迅速达到最大,陕北地区对流层中上部的正湿位涡显著向南下滑至关中上空,出现了有利于中尺度波动发展的湿位涡波列结构,暴雨中心近地层的正湿位涡和垂直梯度异常增大。200 hPa高空急流区南侧、关中西部垂直风切变显著增大及其东移南压为中尺度波动快速发展、传播提供了能量。500 hPa内蒙古中部天气尺度横槽发展东移、引导中低层偏北路冷空气南压,是突发性暴雨的直接影响系统。850 hPa的比湿突增为暴雨提供了热力、水汽条件。近地层显著东南风、不稳定扰动增大和地面切变线是暴雨的有利动力、触发条件;在地面切变线西端附近,3 h变压场出现显著中尺度波动特征。“0812”暴雨与典型盛夏暴雨差异明显:西太平洋副热带高压远离大陆、东南沿海无台风活动,关中低层出现西北路水汽输送,强降雨区周边700 hPa以上深厚位势稳定层结、近地层不稳定层结垂直叠置有利于重力波动发展传播,中尺度对流云团高度低,雷达强降水回波主要位于低层西北风和东北风之间的冷式切变区。      

台风"碧利斯"影响庐山降水的探测资料分析

通过分析台风“碧利斯“影响江西期间的自动气象站资料和雷达回波特征,探讨了造成庐山过程强降水较周围雨量明显偏多的原因.研究结果发现,“碧利斯“过境时,雷达回波强度在庐山会有加强的现象,径向速度场表现为有风向和风速的切变存在;零等速度线的走向变化和降水的变化有关,且零等速度线的变化往往先于降水的变化,能预示降水的变化趋势.除“碧利斯“本身携带的大量水汽外,庐山迎风坡的地形抬升作用,以及鄱阳湖水域充沛的水汽供应,是造成这种现象的根源;中小尺度辐合在庐山较长时间的维持,是造成庐山降水普遍大于周边地区的根本原因.     

"93.8"鲁西南大暴雨的数值试验

针对中尺度地形对我国天气影响的重要性,对ＲＥＭ先后进行水平、垂直分辨率的提高,并运用常规报文资料获得初始场,采用包络地形等方法获得模式所需的地形资料,对１９９３年８月４￣５日的大暴雨个例进行了数值试验。结果表明,仅提高ＲＥＭ的水平分辨率,对降水预报有一定的改进和提高,但多报出了几个大暴雨中心。而模式水平及垂直分辨率均提高后（下称Ｃ模式）,其降水场、形势场的预报有明显的改进和提高,虚假降水中心消失,     

“00.7”北京特大暴雨模拟中气象资料同化作用的评估

针对2000年7月4～5日北京地区的一次特大暴雨过程(24 h降水量达240 mm),文中利用MM5/WRF三维变分系统和MM5非静力模式,对此次特大暴雨过程中的各种气象监测资料(地基GPS大气柱水汽含量、常规探空、高空测风、地面常规观测和地面自动气象站)的同化作用通过观测系统数值试验进行了评估.结果表明与传统的客观分析方案相比较,MM5/WRF三维变分同化系统可直接引入非常规地基GPS大气柱水汽含量监测资料,提供更好的大气初始分析场.在三维变分同化方案下,各种大气监测资料均对改进此次特大暴雨模拟有不同程度的贡献,其中,常规探空和高空测风监测资料对改进预报结果的影响最大,地面常规观测和地面自动气象站观测资料作用次之,地基GPS大气柱水汽含量资料在与其他大气监测资料相互优势互补后,可很好地改善模式大气的分析质量,通过三维变分同化技术在区域数值天气预报模式初始场中引入地基GPS大气水汽监测网资料,使此次强降水个例的6 h和24 h测站降水预报的TS评分值在1,5,10和20 mm预报检验阈值下分别提高了1%～8%.研究结果对利用三维变分数值系统,评估气象监测网资料在改进高影响天气事件预报中的作用有借鉴意义.     

基于INTERNET的"南京大气科学信息中心"系统的设计与实现

介绍了在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ环境下,基于Ｗｅｂ和数据库技术的“南京大气科学信息中心”系统的设计思想,系统功能设计及实现方法。