2020年吉林省三场台风连续北上环流背景场分析

应用常规观测资料及ERA5再分析资料,对2020年汛末3场连续北上影响吉林省的台风环流背景场进行分析.结果表明:3场台风连续北上出现在拉尼娜现象形成至加强期;副热带高压和南亚高压对台风有一定阻挡和引导作用,有利于台风从两高压之间经过,北上影响东北地区;东北地区低压环流异常偏强;200hPa均处于高空急流入口区的右侧,急...     

不对称环流对台风强度变化的影响

利用卫星云图和NCEP再分析风场资料对0207号台风HALONG云系和风场变化特征进行了分析.结果表明,台风云系不对称的结构,台风西侧高空急流向台风中心的移动和辐散是台风迅速减弱的主要原因.为了了解不对称台风环流对台风强度的影响,还对比分析了0417号台风AERE、0216号台风SINLAKU在中国沿海减弱和重新加强的环流特征.在低层流入台风中心南侧的西风分量大,在高层流入台风中心西侧的北风分量小,有利于台风的加强.台风南、北两侧的东西向风场垂直切变梯度差异不利于台风加强.东西向风场垂直切变对台风强度的影响比南北向风场更重要.     

近30 a影响皖北东部降水的台风环流场研究

分析1981—2014年7—9月影响皖北东部地区的台风特征,统计不同台风路径和降雨量之间的关系,研究不同路径下皖北东部出现暴雨的环流场特征,结果表明:(1)西北行、陆面转向、海面转向和其他类路径的台风都可以影响皖北东部,并产生降水。其中产生降水个例最多的台风路径为陆面转向类,次多为西北行类。(2)台风影响时无降水、非暴雨和暴雨3类降水个例的500 hPa平均环流场对比分析表明:当有台风影响皖北东部时,配合西风槽或副高阻挡更有利于产生强降水。(3)西北行类台风暴雨的环流场特征是华北到河套存在西南-东北走向高压带阻挡使台风停滞少动;海面转向类台风暴雨环流场特征是河套东部存在低槽与台风相互作用;陆面转向类台风暴雨环流场可以分为3类:贝湖两槽一脊型、贝湖单槽型和副热带高压阻挡型。     

动力强迫对台风次级环流的作用

本文导出无量纲的台风次级环流方程,然后用11年综合台风资料,计算了动力强迫的次级环流。通过计算,得到主要结论如下: (1)积云动量垂直混合和涡旋动量水平通量是主要的动力强迫因子。 (2)积云动量垂直混合在台风发展过程中可促进大尺度低空辐合,因而可加强由CISK机制所说明的正反馈过程。 (3)Ekman抽吸与积云动量垂直混合是相互促进、共同发展的,这是台风发展中的一个重要反馈过程。     

T639台风预报误差与环境场变量的相关分析和回归分析

利用国家气象中心全球谱模式T639L60(简称T639)数值预报结果和上海台风研究所整编的台风最佳路径数据,基于2009—2010年的样本,分析了西北太平洋和南海台风的环境场预报变量与路径预报误差的相关性,利用线性回归分析,建立了T639台风中心预报误差与环境风整层垂直切变、400 hPa台风环流强度的24~120 h各预报时效线性预估模型(建模样本数分别为299、232、170、117和84个),并利用2011年的样本对模型进行了检验(检验样本数分别为182、146、117、85和61个)。初步结果表明,环境风垂直切变与路径误差呈正相关,台风各层环流强度与路径误差大致呈负相关,其中400 hPa上的负相关性最明显;由环境风垂直切变与400 hPa台风环流强度建立的线性预估模型能对路径预报误差作出定性估计,其中24h预报时效的预估模型有较好的预估效果。     

登陆台风降水的大尺度环流诊断分析

强度相似的登陆台风造成的强降水可能差异很大.为研究大尺度环流对登陆台风降水的影响,利用热带气旋年鉴和NCEP/NCAR再分析资料,运用动态合成分析方法,对比分析了登陆后48小时内降水特征迥异而强度、路径相似的两组登陆台风的大尺度环流特征.合成分析结果表明,西南气流的水汽输送对台风降水至关重要,造成大范围强降水的台风往往在登陆后仍与深厚西南急流相连并持续很长时间.高空强辐散场是登陆台风造成大范围强降水的一个基本动力特征.造成强降水的登陆台风其环境场的上升气流不仅强,其气旋性环流的伸展高度高且能长时间维持.登陆台风造成降水的范围和强度与登陆前台风下游大陆环境大气的稳定度有关.下游高温高湿的大气有利于能量尤其是潜热能的大量补充,对强降水增强和维持都十分有利.因此,大尺度环流对登陆台风降水有明显影响.其中,与台风相连的西南急流强度和深厚程度是最重要的因子,高低空辐散辐合强度、台风及环境风场结构以及台风下游大陆上空大气湿热状态等都是需要加以考虑的.     

台风与陕西区域性暴雨的关系与环流特征

台风与7、8、9月陕西区域性暴雨相关率较高，均在70％以上，其中8月相关率高达87％。环流合成得出概括性很好的两种环流类型，即低纬度型台风暴雨和高纬度型台风暴雨以及它们各自的环流特征。     

一种北上台风路径预报方法

根据气象台实际业务需要,对历年北上台风路径进行分析总结,从天气学角度分析了台风未来路径与对流层上层温度场（或厚度场）的关系,目的是解决北上台风路径预报问题,并对2005年9号台风“麦莎”做了检验,提出台风的趋暖运动是对流层上层增暖现象,对流层上层增温极值曲线是台风未来的移动路径。     

一个"移径北翘台风"的环流及结构特征

0307号台风“伊布都”进入南海后一度西北偏西方向移动,但登陆前12h,移向突然折向西北,特别是登陆前3h移径明显北翘,直向偏北方向移动。通过分析大气环流形势、卫星云图以及雷达探测资料,发现副高轴“东落西抬”、副高减弱以及台风“9”字型螺旋结构改变均对台风的北翘有很好的指示作用。另外,副高控制下的“晴空区”有零星对流云发生,也对副高的减弱有很好的预示作用。     

降水格点数据的无损压缩方法

在大气科学领域,格点资料是资料存储和交换的主要形式。为了提高存储和传输效率,设计快速高效的压缩格式对数据进行压缩具有重要意义。由于气象资料要求较高,压缩必须是无损的。降水量是一种特殊的气象要素,它的空间分布是不连续性的,不宜采用连续要素的无损压缩方法。分析降水格点数据的基本特点,采用行程编码（RLE）思想,结合洗牌技术和熵编码,设计了降水格点数据的无损压缩方案。结果表明：该方案具有较高的压缩比,可以应用于各种空间分布不连续的气象要素的无损压缩,在大气科学领域具有很好的应用前景。     

多时间尺度环流对台风“天鹅”(1515)突变路径的影响

利用NCL滤波方法将NCEP提供的FNL风场资料分离出天气尺度,准双周振荡(QBWO,Quasi-Biweekly Oscillation)和热带季节内振荡(MJO,Madden-Julian Oscillation)环流场,研究不同时间尺度环流对台风"天鹅"(1515)突变路径的影响。台风路径的特征能够分3个阶段,其中第二阶段台风发生突然转折。第一阶段,天气尺度上台风东侧的反气旋和QBWO环流场中的波列共同引导台风向西偏北方向运动,而MJO环流场中的引导气流作用较小;第二阶段,天气尺度上台风东侧的反气旋和低频环流场中台风附近的气旋共同促进了"天鹅"近90°的突然转向,其中,高、低频分量分别促使台风突然向北、向东转向;第三阶段,天气尺度上的气旋与反气旋、QBWO环流场中的反气旋以及MJO环流场中的脊共同引导"天鹅"向东北方向运动,其中MJO环流场中气旋附近的偏东风促使"天鹅"向西运动,但由于它被天气尺度上强烈的偏西风所抵消,故"天鹅"仍向东运动。     

台风“圣帕”登陆后环流维持和路径变化的诊断分析

利用MICAPS提供的实时探测资料及NCEP全球再分析资料,综合分析了环流背景、冷空气活动和下垫面对台风“圣帕”登陆后的路径和强度变化的影响,并对“圣帕”登陆后的物理量特征进行了诊断分析。结果表明：（1）“圣帕”在陆上长久维持过程中,高层高空槽区正涡度平流使其涡度增加,500hPa自外界获得正涡度补充,衰减缓慢并保持一定强度;（2）水汽输送和低空急流的维持支持积云对流发展,积云对流对台风的维持具有正反馈作用;（3）“圣帕”路径发生西折的主要原因是500hPa大陆副高加强向南伸展,表现为台风西侧环境场的北风风速明显增强,引导气流由东南气流转为东北气流;（4）低层冷空气入侵阻挡登陆后的台风低压继续北上,并促使其路径折向西南。     

一次台风引发的远距离暴雨诊断分析

台风对远距离暴雨的作用形式复杂,容易出现极端降水,量级和落区的预报难度大。2014年8月8日江苏东部到浙江北部出现暴雨,通过研究数值预报形势场、再分析场和各类实况资料,发现暴雨的产生与远在1300km外的西太平洋上的台风"夏浪"有关。江苏东部暴雨主要由中尺度涡旋造成,台风通过北侧偏东气流向暴雨区输送暖湿空气,有利于暴雨的形成与维持;浙江北部暴雨是中尺度涡旋与台风环流结合的产物,台风北上过程中,中心与中尺度涡旋逐渐靠近,台风外围环流对涡旋产生牵引,流场形势发生改变,引导弱冷空气在浙北近海附近与暖空气交汇辐合抬升引发暴雨,不稳定能量剧烈释放产生的中γ尺度气旋造成了极端强降水。     

台风"利奇马"引发东北地区大暴雨过程的异常环流分析

利用地面自动站观测资料、NCEP分辨率1°×1°再分析资料,诊断分析2019年9号台风"利奇马"在东北地区产生大暴雨的成因.结果表明:对数分布显示最大日降水量超过当地100年一遇的重现期值;500hPa副高为正异常,台风区域高度为负异常;低层风场存在一条带状的>10σ的正异常带,且主要异常出现在经向风速上;850hPa比湿偏大6～7个σ,水汽通量偏强2～4个σ,台风是本次强降水过程水汽与能量的来源,长时间维持的低空急流提供能量和水汽的输送;西风槽冷空气的侵入释放大量斜压位能,增加了降水强度.     

一种基于深度学习的台风强度估测技术

台风客观定强是提高台风业务现代化水平的重要支撑技术,深度学习通过机器对大量样本的分析和学习,能够隐式提取图像中深层抽象的复杂特征,越来越多地被应用到气象领域中。本文利用ResNet深度学习模型,采用预训练后迁移学习的方式,以2005—2018年西北太平洋及南海台风的卫星云图为样本,构建了一种自动、客观的台风强度估测技术。通过对2019年全年的业务台风云图的检验分析,结果表明利用该技术能够实现对不同强度、不同发展阶段的台风客观强度估测,且对2019年全年独立样本估测的平均绝对误差和均方根误差分别为4.3 m·s~(-1)和5.5 m·s~(-1),精度优于传统客观定强方法,具有一定的业务应用价值。     

夏季西太平洋台风频数异常与ENSO事件的关系及大气环流异常特征

根据西太平洋编号台风资料、NOAA卫星观测OLR资料和NCEP／NCAR风场再分析资料,在统计和探讨夏季西太平洋台风多（少）发年与ENSO事件的关系的基础上,分别对夏季台风异常偏多或偏少的E1Nifio、LaNifia年的OLR特征量和热带夏季风环流进行合成对比分析。分析表明：夏季当南半球马斯可林高压和澳大利亚高压无明显的系统性异常时,Walker环流异常的影响占主导作用,并遵循ENSO事件对大气环流及台风频数影响的基本规律。若E1Nifio期间澳大利亚高压环流出现系统性异常时,南半球环流异常的影响则占主导地位,台风反而异常偏多。对于1999年LaNifia特殊年份,马斯可林高压异常偏强引发的季风西风偏北偏东,台风反而异常偏少。弱风速垂直切变区、西太平洋暖池和季风槽的重叠部分是台风频发源地,本文分别对E1Nifio、LaNifia台风异常偏多（少）年台风频发源地的位詈和范围作了比较分析．     

包含超梯度力作用的台风次级环流诊断方程

次级环流在台风的发展和维持中起着重要作用,基于梯度风平衡的Sawyer Eliassen（SE）方程常用于台风次级环流的诊断。然而梯度风平衡关系在台风边界层及边界附近有较大误差,这导致SE方程求解出的次级环流在边界层也会有较大误差。本文在梯度风平衡方程中保留包含径向摩擦力项在内的超梯度力项,得到包含超梯度力作用的SE方程,从方程形式上看超梯度力主要是通过调节与斜压性相关的系数来影响次级环流的。对“森拉克”（2008）台风次级环流的诊断结果显示,在不人为改变边界层流场结构的情况下,新的SE方程能显著改善次级环流的求解效果,避免眼墙外侧边界层附近的虚假对流并且减小虚假入流。     

超强台风SANBA发展演变过程中涡度及环流收支的诊断分析

台风的增强过程与气旋性涡度的急剧发展相伴。使用滑动平均的空间滤波方法对WRF模式的模拟结果进行尺度分离, 进而诊断分析台风SANBA突然增强过程中垂直涡度及环流的发展演变特征。结果表明, 台风突然增强的过程中, 眼壁区上升速度增大, 暖心结构增强, 同时垂直涡度迅速增强。当SANBA从热带风暴发展为强热带风暴时, 对流层低层辐散辐合及垂直速度分布的不均匀对台风涡旋结构的增强强度相当, 在台风内部以增强区域为主同时与减弱区域交错分布; 当SANBA发展增强为强台风时, 对流层低层的散度项与倾斜项在台风中心附近均表现为强的正中心, 台风低层径向入流的增强导致低层辐合加强对台风的增强起到主要作用。台风中心区域平均环流强度随台风的不断增强而不断增大, 且从900 hPa高度不断向高层发展, 其中环流方程中的EED/EET项的发展变化可以表征台风发展初期散度项和倾斜项的主要变化。      

基于机器学习的格点气温预报订正方法

使用2017年9月至2021年3月国家级业务化运行的智能网格实况分析产品和欧洲中期天气预报中心全球模式(EC)产品,根据湖北省的地理分布特征构建6个分区,采用基于LightGBM机器学习算法建立的气温预报方法,生成湖北省0.05°×0.05°格点气温预报产品。利用2021年4—9月的预报产品和格点实况资料进行检验,结果表明:基于机器学习的气温预报方法(MLT)取得了较好的预报效果,其在0～72 h时效内优于中央气象台下发的气温精细化指导预报(SCMOC)和EC产品;MLT在山区的误差较平原大,但山区的订正幅度大于平原,日最高气温的订正幅度大于日最低气温的订正幅度;4—9月MLT、SCMOC、EC产品的平均绝对误差(MAE)日变化都呈现了白天偏高、夜间偏低、午后凸起的单峰特征,MLT的MAE值较SCMOC和EC产品的更低,并且在转折性天气中仍具有优势;站点检验与格点检验结论一致,基于格点建模的气温预报产品对站点预报同样得到了订正。机器学习在格点气温的模式订正方面可以作为一个行之有效的手段。     

2008年台风“风神”强迫次级环流的诊断分析

利用WRF（weather research and forecasting）模式模拟资料对2008年06号台风“风神”进行诊断分析,采用准地转PV-ω方程对台风外围中尺度对流系统较强的6月20日10时（世界时）的资料进行分析.通过PV-ω方程诊断了潜热、摩擦及干动力过程对台风次级环流的作用,结果显示潜热强迫产生的次级环流最强,摩擦强迫主要集中在边界层,而干动力过程则在台风中心附近产生影响.加入摩擦、潜热得到的准平衡流场能够描述70％左右的台风环流.环境垂直切变在台风中心附近强迫产生横向次级环流的垂直切变与环境垂直切变相反,次级环流会使得台风一侧的上升气流减弱而另一侧上升气流增强,从而使得台风不对称增强.同时,发现垂直切变可能在其最大垂直切变方向右侧激发台风外围中尺度系统.通过构造理想的准平衡的台风及叠加在其上的中尺度系统环流,选择不同的切变和环境平均气流,发现增大切变会使得强迫次级环流增强,而增大环境平均气流不一定能够使得强迫次级环流增大,反而可能使得强迫次级环流减弱.通过诊断发现由切变强迫次级环流造成的中尺度对流系统上方扰动可能是中尺度对流系统持续存在的原因.