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。     

台风“苏拉”登陆福建后降水的非对称成因分析

利用常规天气资料、NCEP再分析资料、卫星云图、新一代天气雷达等资料,分析了2012年第9号台风"苏拉"降水预报失败的原因及其暴雨成因。结果表明:此次台风暴雨预报失败的主要原因在于预报过程中没有关注台风垂直结构的改变及其对降水落区的影响。"苏拉"台风暴雨是在中高纬稳定的环流形势下发生的,低层到高层引导气流的变化导致"苏拉"高层风暴中心向南倾斜;环境风垂直切变导致了台风降水的非对称分布,环境风垂直切变方向的左侧是强降水发展的区域;此外,随着台风环流中心在垂直方向发生偏移,改变了涡度平流的垂直分布,从而导致了福建省南部的暴雨。因此关注登陆台风中心在垂直方向的偏移对台风降水预报非常重要。     

华南沿海地区车载风廓线雷达资料的分析与应用

对系统风较小时车载风廓线雷达探测资料与气球探空资料进行了对比, 发现二者一致性较好, 并应用车载风廓线雷达探测资料分析了探测期间惠来海陆风的空间结构和时间演替规律。同时分析了车载风廓线雷达探 测到的“灿都”台风资料, 结果表明车载风廓线雷达对台风外围下沉气流区高空风的三维结构有较强的探测能 力, 能有效地探测到台风登陆过程中地面到高空的水平风切变和垂直气流切变过程, 有助于提高沿海地区防台风抗台风能力。     

超强台风桑美（2006）登陆前后低层风廓线数值模拟分析

利用ARW-WRF模式,以垂直方向40个模式层（对低层加密）、水平方向最高1 km的分辨率,对台风桑美（2006）进行数值模拟,模拟结果与实况基本一致。基于台风桑美（2006）1 km分辨率的模拟结果,对台风低层（海面或地表以上1500 m以下）风场结构进行了分析。结果表明,在台风登陆前,其最大风速半径附近存在水平风速在垂直方向有很强变化的风廓线,该类型风廓线的最大风速高度有明显变化,表现出类似急流的特征;而台风登陆后,其水平风速垂直变化明显减弱,即风廓线类型发生较大变化;另有一种水平风速在高层少变的风廓线类型在台风中是普遍存在的。还根据高层和低层两个切变因子,将台风登陆前的风廓线分为急流型、普通型和过渡型,并进一步分析各类风廓线在台风中出现的位置和急流高度。对急流型风廓线的形成原因也进行了初步探讨,结果表明,超/次梯度风在垂直方向上的变化是形成急流型风廓线的原因,而外围绝对角动量的输送在其中起关键作用。     

A Study on Typhoon-Induced Rainfalls over Beijing: Statistics and Case Analysis

Based on the Shanghai Typhoon Institute (STI) Typhoon Year Book and typhoon precipitation data, Japan Meteorological Agency satellite TBB data, and National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data, the climatic characteristics of rainfalls in Beijing associated with typhoons were analyzed for the period 1949–2006, and two typhoon cases with remarkable differences in rainfall intensity over Beijing were compared and diagnosed. The 58-yr statistical results show that rainfall events associated with typhoons occurred in Beijing about once every three years during June–September. These typhoons were mainly active in the region 20?–50?N, 109?–128?E and most of them moved northwestward while the others turned to the northeast. The typhoon rainfall over Beijing in general sustained for 2–5 days. Typhoon centers were usually located in the areas from Jiangxi to Anhui, the Yellow Sea, or near Beijing, when rainstorms occurred over Beijing. Case study indicates that the 2-day torrential rainfall event that happened in Beijing in 1984 was due to the interaction between Typhoon Freda (8407) and a westerly trough, while only a medium-strength rainfall event occurred in Beijing in 2005 in spite of the dominating cyclonic circulation of Typhoon Matsa (0509) directly over Beijing. It is found that both Freda and Matsa underwent extratropical transition and possessed an asymmetric structure. The rainfall difference was caused by the fact that Beijing was located in different convective development areas of the two typhoons. On the other hand, the lifting conditions were different although plentiful atmospheric moisture and convective unstable energy existed over Beijing during both events. The ascending motion of warm southerly in Beijing was stronger and deeper and a larger vertical wind shear was associated with Typhoon Freda. However, the lifting of water vapor was restrained by the descending motion of northerly cold airflow in Beijing under the impact of Typhoon Matsa. Besides, it is also found that topography played an important role in the typhoon rainfall over Beijing.     

人造台风模型中三维风场的改进及敏感性模拟研究

对MM5的人造台风风场方案进行了分析,并引入台风移速、移向、摩擦等客观因素构造非对称切向风场,尝试选择合理的径向风方案,并考虑风场垂直结构,改进出三维非对称台风风场模型.通过对"云娜"台风模式初始场的对比发现,径向风及高空反气旋环流的引入突出了台风的基本特征,与观测事实相接近.最后进行敏感性数值模拟,通过比较台风路径及移速、海平面气压、最大风速等模拟要素,结果表明:改进后的台风模型通过订正初始场,对台风路径及强度预报效果的提高也有正效应.     

初夏南海台风的结构分析

根据对8005号南海台风的结构分析,初步得到以下几点:1)南海台风各物理量的水平分布不对称。其湿度中心和暧中心分别位于700hPa和300—200hPa。垂直运动在台风迅速发展时达到极值。2)台风范围内的对流层高层和低层分别存在东北风和西南风大值区,U分量的垂直切变零线在台风发展阶级呈东西向穿过台风中心附近,随着台风加强切变加大。3)通过与西太平洋台风的比较,认为对流层高低层散度之差和涡度之差与南海台风发生发展的关系密切。4)积云对流造成的潜热释放是台风发展期的主要热源。      

1215号“布拉万”台风暴雨及降水非对称性分布的成因分析

利用中尺度非静力模式WRF对2012年第15号台风“布拉万”在中国东北地区造成的暴雨过程进行了数值模拟,结合观测资料对模拟结果进行了验证,利用模式输出的高分辨率资料,对“布拉万”台风造成的强降水及其非对称性分布的成因进行了诊断分析。结果表明,模式很好地再现了台风登陆过程中的路径、强度变化和降水分布,受中纬度西风槽带来的干冷空气影响,“布拉万”台风登陆后的降水和环流结构具有明显的不对称性,降水主要集中在台风中心西北侧的能量锋区附近。水汽散度通量和水汽螺旋度能够较好地描述强降水过程的发生、发展及其非对称性分布的时空特征,在强降水区,水汽散度通量表现为正值强信号,而水汽螺旋度表现为负值强信号,在非降水区和弱降水区,两者均表现为弱信号。等熵位涡分析显示,对流不稳定只是此次台风暴雨前期和初始阶段的不稳定条件,而湿位涡(MPV)的湿斜压项(MPV₂)则是暴雨增强和出现非对称性分布的主要机制。在暴雨形成过程中,由于冷空气侵入造成了在台风环流西北侧湿等熵面的陡立倾斜和水平风垂直切变的增强,导致了气旋性涡度的显著增强,气旋性涡度增强造成的强烈上升运动将降水区东南侧输送过来的暖湿空气向上输送,从而导致了暴雨的发生,这其中条件性对称不稳定是降水得以加强的一种重要不稳定机制。     

2006年超级台风“桑美”强度与结构变化的数值模拟研究

使用一个高分辨率、非静力数值模式WRF模式对2006年超级台风Saomei强度和结构进行了数值模拟研究.首先,评估了Makin的粗糙度长度公式对台风Saomei强度和结构变化的影响,结果表明,采用新参数后,使得模拟的台风强度变化与实况最佳路径资料的强度变化更一致,对超级台风Saomei强度预报有改进;但对台风路径的影响不大.通过QuikSCAT、雷达和TRMM非常规资料的验证,进一步表明模拟的台风Saomei的结构与实况很接近,可以再现台风内核区域的部分"双眼墙"和"Annular"结构.其次,通过对台风Saomei边界层过程模拟的改进,表明在平均风速大于40 m/s时边界层各物理量明显改善,使得模式最大强度比传统的简单外推插值方案有显著改进,特别是在台风最强阶段,当台风Saomei眼墙区域的海表面拖曳系数C_d的相对变小,使得其眼墙区域的平均切向风速、径向风速、垂直风速、温度距平、涡旋动能和绝对角动量等物理量均有增强.表明台风Saomei眼墙氏域(20-40 km)各物理量的贡献对其强度和结构变化的影响十分重要.最后,在此基础上进一步分析模式海温和大尺度环境垂直风切变对台风Saomei强度和结构变化的可能影响,讨论了台风Saomei在其增强和消弱阶段中,大尺度环境垂直风切变对其强度变化的负反馈作用.     

台风利奇马(1909)双眼墙特征及长时间维持机制

利用CIMSS微波卫星产品和多普勒天气雷达资料,分析超强台风利奇马（1909）的长时间双眼墙特征,并采用集合卡尔曼滤波方法同化雷达径向风资料,诊断利奇马双眼墙的三维结构演变特征。结果表明：在双眼墙演变过程初期,受强垂直风切变和中高层干空气入侵的影响,外眼墙对流减弱,呈非对称特征。Sawyer-Eliassen方程诊断结果显示：台风利奇马（1909）内、外眼墙次级环流之间的相互作用不明显,不同于发生眼墙替换过程的台风,其外眼墙处非绝热加热引起的下沉运动发生在内眼的眼心,内眼墙的上升运动并未受到外眼墙次级环流抑制。另外,在强垂直风切变条件下,非对称的外眼墙不能持续增强收缩并取代内眼墙,因此双眼墙结构得以长时间维持。可见,台风利奇马（1909）外眼墙的非对称结构和特殊的次级环流分布是其双眼墙能够长期维持的重要原因。     

台湾地形对台风Meranti(1010)经过海峡地区时迅速增强的影响研究

台风在趋近大陆过程中强度一般衰减, 但Meranti(1010)北上进入台湾海峡过程中却迅速加强, 且在登陆福建时达到最强。采用中国气象局台风资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°再分析资料及台湾雷达资料, 结合中尺度数值模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model)开展台湾地形敏感性试验, 研究Meranti进入台湾海峡过程中的结构变化及迅速加强机理。结果表明:台湾地形是Meranti迅速加强的一个重要影响因子。Meranti北上过程中, 一方面通过台湾岛地形分流作用及其背风坡效应在台湾海峡内诱生中尺度涡旋, 形成正负相间的涡度分布, 激发出与台风相关的扰动波列。地形强迫抬升及扰动波列可加强垂直运动和积云对流, 有利于台风对流发展。另一方面, 台湾地形还通过改变环境气流使台风高空辐散场加强, 环境风垂直切变减小, 形成有利于台风发展的环流背景。比较不同高度台湾地形试验中台风动能收支发现, 台湾地形激发的扰动波列和积云对流增强了次网格尺度系统与台风间能量的交换, 成为Meranti登陆前迅速加强的主要动能源。     

不同强度台风相伴随的内陆台前飑线对比分析

本文应用多种常规观测资料和非常规观测资料,以两个强度差异较大的台风(201409号台风威马逊和200606号台风派比安)在内陆造成的台前飑线为研究对象,从飑线产生的实况、大尺度环流背景及飑线不同阶段进行分析,重点以飑线初生阶段的环境条件和成熟阶段的地面中尺度特征、垂直结构进行对比分析。分析结果表明:(1)"威马逊"飑线主要是台风倒槽和副热带高压(以下简称"副高")的相互作用引起的;而"派比安"飑线则是由台风倒槽、副高、西风槽相互作用引起的;两次过程副高位置的不同造成台风外围东南急流位置的差异,"派比安"飑线过程中东南急流更有利于飑线的持续。(2)飑线初生阶段,充沛的水汽来源、明显的条件不稳定、不稳定能量的积累、对流抑制能量的减小均为飑线的初生提供了有利的条件,地面辐合线使得离散的对流单体组织发展成飑线;而水汽条件、地面辐合线位置的差异导致了两次飑线初生位置的不同;对流有效位能(CAPE)、对流抑制位能(CIN)差异预示着"派比安"飑线过程对流发展潜势强于"威马逊"飑线过程。(3)飑线成熟阶段:由地面温压场特征分析出"派比安"飑线冷池中心比"威马逊"飑线更明显;垂直动力结构更有利于强对流的产生和发展。(4)西风槽底部和台风倒槽顶部在湘北的结合,使得已衰减的"派比安"飑线再次增强发展形成Ⅱ阶段飑线。(5)和以往研究的西风带飑线相比,这两次飑线过程并没有分析出那么强的"雷暴高压"、正变压,但有冷池、明显的温度梯度、气压梯度,低层的垂直风切变主要是由风的方向变化所导致。     

对强台风“纳沙”（1117）登陆海南岛前后降水非对称性的分析

利用NCEP 1 °×1 °再分析资料和卫星资料,以2011年强台风“纳沙”为例,分析了“纳沙”登陆海南岛前后的降水特征,并分析了“纳沙”周围TBB、湿度、水平风速和垂直速度在其路径两侧分布的不对称性,并从空间结构的分布上讨论了降水分布的可能成因。结果表明:登陆海南岛前后,“纳沙”的降水在其路径两侧的分布呈显著的不对称性,强降水主要集中在其路径左侧。“纳沙”除温度距平的分布较对称外,其它物理量在台风周围的空间结构均表现为显著的不对称性:（1）TBB,在路径左侧的强对流云系的强度和范围均比右侧大;（2）湿度,路径左侧的湿区范围比路径右侧大;（3）水平风速,台风位于海上和登陆时,路径右侧的最大风速比左侧强,台风登陆时其左右两侧最大风速相差20 m/s;在登陆前和登陆后路径右侧的相等大风速区范围比左侧大;（4）垂直速度,路径左侧的上升运动比右侧强,尤其在台风登陆时左侧的垂直上升速度比右侧大-2.4 Pa/s。通过对比上述物理量的非对称分布与降水分布可知,湿度可能是台风降水非对称分布的原因之一,而垂直速度可能是造成“纳沙”非对称降水的主要原因。另外,从垂直风切变作用进一步探究台风降水非对称性的形成机制,结果发现“纳沙”登陆前后的强降水均集中在顺切变方向及其左侧。垂直风切变可较好地解释路径左侧的强垂直上升运动和强降水区。此外海南岛的地形条件也导致“纳沙”在登陆期间海南岛西部的降水显著增加。      

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。     

台风涡旋的结构及其与台风运动的关系

用ＦＳＵ区域模式讨论台风涡旋结构及其与运动的关系，台风涡旋的运动在无基本环流和β平面条件下取决于轴不对称环流。而不对称环流的发展源自于从对称环流动能的转换。其率取决对称环流，不对称环流和地球涡度经向梯度三者的相互作用。由于不对称环流动能产生率随高度不变，故台风作为一个统一体以相同的移速移动。不对称环流的径向结构取决于对称环流的径向结构。     

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。     

Application of a Typhoon Initialization Scheme Based on the Incremental Analysis Updates Technique in a Rapid Update Cycle System

Initialization of tropical cyclones has an important role in typhoon numerical prediction. This study applied a typhoon initialization scheme based on the Incremental Analysis Updates (IAU) technique in a rapid refresh system to improve the prediction of Typhoon Lekima (2019). Two numerical sensitivity experiments with or without application of the IAU technique after performing vortex relocation and wind adjustment procedures were conducted for comparison with the control experiment, which did not involve a typhoon initialization scheme. Analysis of the initial fields indicated that the relocation procedure shifted the typhoon circulation to the observed typhoon region, while the wind speeds became closer to the observations following the wind adjustment procedure. Comparison of the results of the sensitivity and control experiments revealed that the vortex relocation and wind adjustment procedures could improve the prediction of typhoon track and intensity in the first 6-h period, and that these improvements were extended throughout the first 12-h period of the prediction by the IAU technique. The new typhoon initialization scheme also improved the simulated typhoon structure in terms of not only the wind speed and warm core prediction but also the organization of the eye of Typhoon Lekima. Diagnosis of the tendencies of variables showed that use of the IAU technique in a typhoon initialization scheme is efficacious in resolving the spurious high-frequency noise problem such that the model is able to reach equilibrium as soon as possible.     

Winnie(9711)台风变性加强过程中的降水变化研究

热带气旋变性过程是其结构、强度及其风雨分布发生显著变化的过程,常导致预报失败。基于T106格点分析资料、日本气象厅TBB资料以及MM5V3数值模式结果,对9711号台风Winnie变性加强过程中的降水变化特征及其机理进行研究。结果表明,Winnie台风变性加强过程中降水分布非对称性明显,强降水带首先出现在台风环流北部,之后向南弯曲,其强降水中心绕台风中心从北部顺时针转向东北和东南部。这种降水变化一方面与Winnie与西风带高空槽相互作用过程中环境风垂直切变明显增大,且其指向顺时针旋转有关。此间台风垂直结构发生明显倾斜,变性前期涡旋环流随高度增加先向北倾斜,发展到最强时又趋于垂直,之后又向东南倾斜。强降水区出现在垂直切变的下风方、台风气柱倾斜方向一侧。另一方面还与台风环流内冷、暖平流活动紧密相关,强降水落区与低层暖平流输送位置关系密切。对流涡度矢量垂直分量反映了Winnie台风环流内中尺度锋区与风垂直切变的相互作用,800 hPa上的大值区对其强降水落区有较好的指示意义。     

模式分辨率对台风“天鸽”（2017）模拟效果的影响

利用WRF模式,研究了模式水平和垂直网格分辨率对台风“天鸽”（2017）模拟的影响。结果表明:水平分辨率的改变会对台风路径造成一定的影响,这种影响与改变水平分辨率以后所引起的台风强度和结构的变化有关。使用更高的水平分辨率时模拟的台风强度往往更强。此外,改变垂直分辨率对台风的路径模拟也有一定的影响。采用双曲正切的垂直分层方法,提高垂直层数,模式大气的垂直分辨率都有增加,但是在低层和高层垂直分辨率的增加更大。低层和高层垂直分辨率增加,模拟的台风强度增强。模式的水平分辨率和垂直分辨率之间匹配才能比较好地模拟台风,双向嵌套模式在提高嵌套层数的同时也要增加模式的垂直分辨率。台风强度和结构变化密切相关,台风强度增强的重要原因是台风云墙随着分辨率的增加更加陡峭,垂直风速随着水平分辨率的提高逐渐增强。      

北京地区的台风降水特征研究

采用上海台风研究所1949-2006年台风降水和台风年鉴资料、中国FY-2卫星和日本气象厅TBB资料以及NCEP再分析资料,首先分析58年台风影响北京降水的气候特征,然后对8407号台风Freda和0509号台风Matsa影响下北京两次强度差异显著的降水过程进行对比研究.结果表明:(1)台风影响北京降水年均0.33次,出现在6-9月.降水过程多为大雨以上天气过程,持续时间一般2 d,最长可达5 d.(2)影响台风的活动范围大致为(20°-50°N,109°-128°E).路径主要包括西北行和转向东北行两类,并以前者居多.北京发生暴雨时,台风中心主要出现在江西-安徽-带、黄海或北京附近.(3)Freda对北京的影响发生在台风与西风槽相互作用过程中,而Matsa的影响表现为台风低压环流直接控制北京.两个台风均受冷空气影响而变性,具有明显的非对称结构,两次过程中北京位于台风不同的对流运动发展区域是造成降水强度差异的原因之一.(4)两次台风过程中北京均具有较好的水汽条件和对流不稳定层结,但动力抬升条件差异明显.Freda影响下北京具有较强的水平风垂直切变,偏南暖湿气流上升运动深厚.而Matsa影响下北京盛行偏北气流,中低层下沉运动显著,水汽抬升受到抑制.另外,北京西北高东南低的地形也是其台风降水产生差异的原因之一.在台风东侧,地形作为偏南气流的迎风坡可加强上升运动,而在台风西侧则作为偏北气流的背风坡增强下沉运动.