非地转湿Q矢量对0505号“海棠”台风特大暴雨过程的诊断研究

利用NCEP和地面雨量资料,应用非地转湿Q矢量三维结构对2005年"海棠"台风在浙江造成的特大暴雨过程进行诊断研究,结果表明:大暴雨和特大暴雨发生地区上空非地转湿Q矢量在低层存在强烈辐合,辐合区的垂直伸展深度和随高度的变化倾向能预示未来降水的强度和移动趋势;多数大暴雨和特大暴雨发生地850hPa高度的非地转湿Q矢量辐合极大值与降水极大值存在12h的滞后相关,大暴雨和特大暴雨发生地的辐合值往往在50×10-17hPa-1s-3和150×10-17hPa-1s-3以上,平均辐合极大值分别达到了121.89×10-17hPa-1s-3和237.65×10-17hPa-1s-3:850hPa的非地转湿Q矢量散度水平分布对未来12h台风强降水的落区有较好指示意义,大暴雨和特大暴雨的落区常位于强辐合区附近;850hPa非地转湿Q矢量流场的中尺度辐合线的活动与强雨区的移动相对应,两者走向也基本一致,能预示出后期台风大暴雨和特大暴雨落区演变的一些细致特征.     

不同初始场对台风Khanun模拟效果的影响及其暴雨过程的螺旋度分析

利用中尺度非静力MM5模式,在NCEP和JMA两种初始场方案下,对2005年严重影响我国的15号台风Khanun的登陆过程进行了数值模拟,模拟结果的对比分析及其与观测的比较表明:台风对初始场十分敏感,JMA初始场方案在台风路径、强度和暴雨预报上较NCEP初始场方案都有显著改善。利用JMA方案高分辨模拟结果,对台风暴雨过程的螺旋度特征进行了诊断分析,结果表明:暴雨区上空螺旋度呈高层负值区,低层正中心分布,低层700hPa和850hPa螺旋度高值中心位置和强度演变对未来6h暴雨落区与强度有一定指示意义。     

鲁西北持续性暴雨非地转湿Q矢量分析

利用常规观测资料、NECP/NCAR提供的1°×1°FNL全球再分析资料,对2012年鲁西北一次持续性暴雨进行了湿Q矢量方法诊断分析。结果表明:此次持续暴雨出现在有利的环流背景下,降水区域集中并有明显的中尺度特征,湿Q矢量方法是分析强降水落区很好的工具;925~850 h Pa湿Q矢量散度与强降水落区有较好的对应关系,但暴雨并不总是出现在湿Q矢量散度负值区中心,有时出现在湿Q矢量散度梯度大的负值区一侧;700 h Pa湿Q矢量涡度正值中心与散度负值重叠的区域是中尺度低值系统发展有利的区域,与未来6~12 h暴雨落区有很好的对应;湿Q矢量锋生函数差值预报强降水落区明显优于锋生函数。     

相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水差异成因分析

为探讨相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水的差异原因,从天气形势、物理量场等方面进行分析,利用水汽通量、假相当位温、湿位涡、垂直螺旋度等物理量对降水进行诊断,得到以下主要结论：1）两台风移动路径主要受副热带高压和冷空气的影响,副热带高压边缘气流为主要引导气流。两台风均有追随200 hPa辐散中心移动的趋势。2）较强冷空气的侵入、鞍形场中的缓慢移动、强正涡度和强盛上升运动、强水汽输送且低空长时间水汽辐合、大气斜压性增强和风垂直切变增大均是台风“温比亚”造成南通更强降水的原因。3）水汽通量辐合增强,低层正涡度中心、强上升运动,低层假相当位温大值区叠加上空假相当位温梯度带,垂直螺旋度增大与正值发展高度均与台风强降水有明显对应。     

1814号台风“摩羯”造成浙江内陆强降水的动力特征分析

采用 NCEP / NCAR 0. 25°×0. 25°再分析资料及预报场、FY-2E 云顶亮温、雷达、自动气象观测站等资料,运用风场分解、中尺度平滑滤波等方法对台风“摩羯”造成的浙江内陆局地强降水相关动力特征进行分析。结果表明：(1)台风中心环流由低层到高层呈现向西南方向倾斜的非对称结构,台风前侧(浙闽赣交界处)的低涡对中高层整体环流分布造成了一定影响。(2)在台风移动方向(低层垂直风切变顺切变方向)前侧,925 hPa 相对入流辐合与 700 hPa 相对出流辐散形成耦合。(3)边界层辐合及地面辐合线较长时间维持在台风移动方向前侧,正涡度柱随台风移动西传, 在浙中形成低层辐合和涡度叠加效应,有利于浙中内陆局地强降水。(4)偏东气流的风速辐合、边界层相对入流以及之后西南气流的增强对浙中内陆边界层辐合的长时间维持起到一定作用。此外,地形对浙江内陆局地强降水也起了增幅作用。     

“温比亚”台风登陆前后大暴雨特征及成因分析

利用中尺度自动站加密资料、雷达和卫星资料以及NCEP全球分析资料,诊断分析1818号台风"温比亚"登陆前后大暴雨特征及其成因。结果表明:(1)台风登陆前后,降水具有时间集中、局地性强、雨强大等中尺度降水特征,强降水集中在距台风中心100 km以内的台风前进方向的左前部和后部,主要由两个移动性雨团和1个相对少动雨团产生,距台风中心25～50 km的降水量中心小时降水量普遍较大;(2)杭州湾区域地面辐合一方面加强了低空水汽辐合,另一方面促进了上升运动的发展和维持,使得中尺度对流雨团在宁波东北部至舟山一带发展加强,同时引导气流偏弱和地形作用导致台风在舟山附近移速减慢,延长了影响时间,造成了杭州湾附近区域的大暴雨;(3)地面辐合的增强和减弱对应于其后1 h降水的增大和减小;水汽通量散度的减小、增大与降水的增大、减小有较好的对应关系,水汽通量散度在-16×10~(-5)g/(cm~2·hPa·s)以下的时段降水较强;垂直螺旋度大值中心所对应区域未来6 h有强降水,垂直螺旋度的减小对应于该区域其后6 h降水的减弱。     

"碧利斯"台风暴雨物理量场诊断分析

本文用MM5模式数值模拟了0010号“碧利斯”台风登陆福建的过程,表明MM5模式能很好地模拟出主要雨带及其分布特征。物理量场分析指出,本次福建沿海地区暴雨产生的物理机制主要有：台风登陆福建前后福建沿海地区上空层结相当不稳定;由于台风环流非对称性,台风中心北侧中低层有很强的风速、相对湿度、正涡度、辐合、垂直速度：暴雨区高低层存在正负螺旋柱;暴雨区高层存在正湿位涡、低层负湿位涡中心。     

0205号台风"威马逊"北上过程中强度减弱缓慢的原因分析

0205号台风“威马逊”于7月初沿海北上影响浙江舟山。影响浙江舟山时台风中心气压仍有940hPa,在历史同期是少见的。本文初步分析认为,台风在北上过程中强度保持不变的原因是由于台风本身结构规则、尺度大,强而大的台风环流提供了广泛的辐合流入。台风外围深厚的暖湿水汽输送带为台风强度的维持提供了水汽和能量,台风强度维持与低层辐合高层辐散有关,高层辐散同时加剧了低层辐合。涡度场的对称分布,使水汽和能量向台风中心旋转,旋转风动能得以维持。弱的垂直切变和暖洋面的存在也是台风强度维持的原因之一。     

“黑格比”后期异常强降水形成机理分析

0814号强台风黑格比2008年9月25日08时减弱成低压进入越南高平后,在外围云系有明显中尺度对流云团发展,引发广西西南部新一轮比热带风暴本身更具破坏力的暴雨到大暴雨降雨。对美国国家环境预报中心(NCEP)提供的再分析资料、常规观测资料及雷达回波等研究结果,认为南亚高压西退造成负涡度向对流层中低层延伸,使500 hPa的西太平洋副热带高压出现减弱东退现象,成为低压后部对流云团在广西西南部停滞发展的背景条件。造成此次暴雨的4个中尺度对流云团,都是沿着暖切变右(北)侧100—200km范围内从东南往西北方向产生、移动的,中尺度降水落区呈东南-西北的带状分布。暖切变、垂直方向上的抽吸作用、θse的高值始终呈漏斗状的湿中性特征以及湿Q矢量对次级环流的激发作用等是此次低压后部中尺度对流云团的加强机制;而湿舌、湿Q矢量辐合区与未来强降水出现区域、出现时间对应较好。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6——8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明:1) 500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统,数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因; 2) 850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强; 3)列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因; 4)风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

1822号台风"山竹"的涡旋Rossby波特征分析

采用WRF中尺度模式对2018年22号台风"山竹"进行高分辨率的数值模拟,在此基础上,分析台风的精细动力结构和雨带特征。分析结果发现,台风"山竹"的眼墙处具有低层辐合流入、高层辐散流出的动力配置;台风眼墙附近存在切向风速的高值区和明显的垂直上升区,并且随着高度逐渐向外侧倾斜,同时该处的雷达回波也较强,对流系统较为深厚。然后利用尺度分离方法得到涡旋罗斯贝(Rossby)波的扰动场,进一步分析了台风"山竹"内部的涡旋Rossby波特征。研究发现:1) 1波和2波会同时沿着切向和径向方向传播,2波的振幅明显小于1波; 1波和2波的正涡度扰动大值区基本覆盖强的雷达回波区域,同时伴有较强的对流活动。2)垂直方向上,降水区的涡度扰动呈现出上层为正、下层为负的动力配置时,同时散度扰动的垂直方向也有类似配置时,则会加强对流系统的发展,有利于降水的增强。由此可见,1波和2波扰动的上层辐散下层辐合的动力配置会促使对流系统的加强,同时也会对台风降水的强度和分布有一定的作用。     

“黑格比”和“莎莉”两个相似台风暴雨对比分析

0814"黑格比"和9615"莎莉",这两个路径相似的台风给防城港造成暴雨的强度和持续时间有很大差别,从天气形势、物理量场分布等方面讨论了它们的降水条件差异,结果表明,造成"黑格比"台风降水较强的主要原因是:有冷空气侵入台风外围;水汽辐合上升到摩擦层以上;高空辐散有利于台风强度维持。另外还发现螺旋度的变化与台风暴雨有较好的对应关系。     

1822号台风“山竹”引起浙江东北部大暴雨成因分析

利用自动站资料、卫星云图以及NCEP再分析资料等,分析了1822号台风"山竹"登陆广东期间浙江东北部出现大暴雨的成因。结果表明:强降水发生在台风"山竹"登陆广东后减弱过程期间,伴有中尺度对流系统的发展,是由副热带高压、台风倒槽以及弱冷空气先后影响共同造成的;当对流不稳定时,与暖湿气流相关的湿位涡水平分量发展可触发垂直涡度的增长,使暴雨过程加强;强降水常发生在能量锋区附近,能量场的位置和梯度大小对此次强降水预报有12 h左右的提前量;来自台风东侧低层强的水汽输入和水汽辐合提供了本次强降水的水汽条件,水汽通量分布和水汽通量散度的增减相比雨量的增减有6 h左右的提前。     

三个登陆浙江热带气旋数值试验及暴雨过程的湿位涡分析

首先利用非静力平衡中尺度数值模式MM5(V3)对2004年3个登陆浙江热带气旋的登陆过程进行了数值模拟试验,通过对路径、降水的对比验证表明,MM5模式对热带气旋的模拟是比较成功的。然后在模拟效果较好的基础上,利用高分辨的模拟结果,对台风暴雨过程的湿位涡进行了诊断分析,结果表明:3场台风暴雨的形成机制有显著差异,Rananim强降水是由其本身环流造成的,至于Mindulle和Haima的降水冷空气的侵入起到了重要作用。暴雨都发生在陡立密集区附近,对流层低层湿位涡负值中心与暴雨落区存在较好的对应关系,而其中心数值绝对值随时间的变化量与1h降水存在正相关关系,说明湿位涡负值中心可以作为降水时空分布的重要指标,为台风暴雨预报提供一种思路。     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明:台风进入中纬度以后,0421号台风"海马"位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风"麦莎"与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

温州“9．4”台风倒槽特大暴雨分析

运用T106数值预报产品、MM5模式结合Q矢量计算NCEP资料、天气实况及卫星云图等非常规资料,对1999年9月4日凌晨在远离9909号热带风暴中心的浙江省温州市引发的特大暴雨进行了探讨。发现秋季在厦门以南至广东东部登陆的台风,在浙中南沿海形成台风倒槽,该倒槽内的暖湿切变线的中尺度对流复合体（Mesoscale Convective Complex,MCC）是引起特大暴雨的重要条件。从计算得出的Q矢量散度分布看,本次特大暴雨降水发生时间和量级与该时段内温州经历的强Q矢量散度梯度发展有密切联系。同时,温州呈东北-西南走向的海岸线及境内雁荡山脉有利地形的抬升作用,对本次热带风暴倒槽降水中局地特大暴雨的形成有重要贡献。     

0515号登陆台风"卡努"引发江苏暴雨过程的动力学诊断分析

研究了0515号登陆台风“卡努（Khanun）”对江苏暴雨过程的影响．结果表明，此暴雨过程属主要由台风本身的气旋性涡旋所造成的区域性暴雨，位于台风移向的右前方．通过对物理量场诊断分析发现，暴雨强度的趋势与落区基本上能从水汽通量相对散度上反映出来，水汽通量相对散度越大，暴雨越强；暴雨区位于垂直上升运动区．     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm•h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g•cm-2•hPa-1•s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

0102号台风"飞燕"移动路径特点的分析

2001年2号台风“飞燕”登陆早、强度大、移速快、突发性强给福建中部沿海地区带来巨大损失。本文利用常规资料及云图等资料对其登陆福建及后期路径北折的特点及成因进行分析，结果表明：200hPa散度、850hPa涡度及低层能量场对台风路径北折有比较好的预示作用，台风未来移向有沿着200hPa其中心附近辐散中心长轴方向、850hPa正涡度长轴方向及低层暖平流区和850hPa θse高能中心轴移动的趋势。