基于降水极端预报指数的福建台风极端降水预报研究

应用1961—2017年中国气象局热带气旋最佳路径数据集、国家地面气象观测站日降水观测资料和2015年8月—2017年12月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合预报系统降水极端预报指数(EFI)数据,根据百分位法定义台风影响期间福建省各站点的台风极端降水阈值,采用最小阈值法剔除台风极端降水时EFI箱线图中的异常值,保...     

中国东南地区夏季台风小时降水概率分布特征

利用1980—2013年7月1日—9月30日中国东南地区818个国家地面气象站小时降水资料以及台风6 h路径观测数据分离出台风降水后,采用最大似然估计法得到台风小时降水Gamma概率密度函数分布的形状参数α和尺度参数β,并对代表站点上Gamma分布模拟的小时降水概率分布与观测的小时降水频率分布进行对比分析;最后,基于Gamma分布模拟,得到台风小时降水总的降水概率分布特征以及不同台风影响距离和台风强度影响下超过给定阈值的降水累积概率分布与极端降水阈值。结果表明:我国东南地区台风降水总的特征是小时降水超过5 mm多发地区位于华南、华东沿海地区;其余大部分地区不易发生超过5 mm的小时降水量;广东沿海、广西南部、海南西北部,小时降水超过10 mm的累积概率为10%~15%;小时雨量超过20 mm阈值的概率极低;在近距离台风影响下,随着台风强度增大,95%累积概率小时降水阈值为15~20 mm的区域由福建和广东沿海以及海南变为湛江和海南,而阈值为10~15 mm的地区由两广浙闽地区变为广东、福建和江苏沿海以及浙江;就远距离台风而言,随着台风强度增大,东南地区出现台风降水的区域逐渐由东南沿海向内陆延伸;海南、广东、福建和江西为远距离强台风影响下95%累积概率对应的小时降水阈值较高地区。     

不同资料同化对登陆台风菲特(2013)短时预报的影响研究

为定量评估地面、探空、飞机报、卫星辐射亮温、雷达反射率及径向风等不同观测资料同化对台风预报性能的影响,本文以2013年严重影响我国的登陆台风菲特为例,利用WRF模式与GSI-3DVAR同化系统开展观测系统试验(OSE)研究,探讨了不同类型资料同化对"菲特"(2013)路径、强度、形势场和降水短时预报的相对贡献及可能影响机理。结果表明:(1)不同类型资料同化对模拟结果贡献程度有明显差别,其中探空、雷达反射率和飞机报对模拟结果有较大影响,分别"拒绝"这三种资料后模式模拟的高空各要素均方根误差分别上升约54.8%~62.0%、9.2%~16.5%和6.1%~6.4%。(2)对于不同的台风预报效果评估参数,各类资料的贡献率大小排序不同。对高空场和台风路径模拟影响较大的是探空和飞机报,对台风强度模拟影响较大的依次是雷达径向风、反射率、探空和飞机报,而对降水模拟影响较大的依次是雷达反射率、探空和飞机报。(3)各类资料对降水模拟的贡献率随时间变化不同。雷达反射率资料对降水的贡献随着模式积分时间明显下降,而飞机报、探空资料等对降水的贡献在模式积分3 h之后开始出现。(4)资料同化对降水模拟的改进与其对台风路径、水物质及强度模拟改进有关,因此影响高空场、台风路径和强度较大的雷达反射率、探空和飞机报资料,也是对降水模拟贡献较大的资料。     

台风与冷空气对重庆“9.17”大暴雨的影响分析

利用实况降水资料、雷达资料以及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对2014年9月17—19日发生在重庆的大暴雨过程进行分析研究。结果表明:(1)大暴雨的环流背景场在中高纬为"两槽一脊"的形势,高原上高空槽东移至四川盆地中东部,并引导槽后冷空气扩散南下影响西南地区。(2)台风"海鸥"减弱并演变成切变线,热带低压环流"凤凰"加强发展并向北移动,从而对副热带高压形成"挤压",使得副热带高压主体稳定少动且经向度逐渐加大,并与"海鸥"相互作用,将南海与孟加拉湾的暖湿气流及不稳定能量输送至降水区。(3)降水初期,降水区上空整层都为暖平流控制,此后随着槽后冷空气的侵入,降水区对流层低层出现弱的冷平流,且强度逐渐增强。(4)偏北冷空气由低层侵入与偏南暖湿气流交汇,引起锋生,形成一条向西北倾斜的能量锋区,同时随着冷空气向南逐渐扩散,暖湿空气沿能量锋区向上爬升,触发强烈的垂直上升运动,降水增强。     

贵州中西部地区一次台风暴雨天气过程的诊断分析及数值模拟

利用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2014年9月16—18日发生在贵州中西部地区的一次台风暴雨天气过程进行诊断分析,并利用中尺度模式WRF对该次过程进行了数值模拟。结果表明:此次暴雨天气过程具有降水强度大、持续时间长的特点。强降水时段主要有两个时段,且两个时段降水时空特征存在区别及其主要影响的天气系统也不一致。第1时段主要受1415号台风"海鸥"外围云系影响,降水强度较大且持续时间长;第2时段为700 hPa低涡切变系统配合冷空气侵入台风尾流云系,强降水持续时间比第1时段短但强降水范围更为集中,且最大小时雨强比第1时段强。台风云系带来的深厚湿层与暖湿气流沿地形抬升的动力作用,使得贵州累积的不稳定能量得到释放,加上后期700 hPa低涡切变带来的冷空气补充影响,导致此次贵州中西部地区连续强降水天气过程的形成。WRF模式较好地模拟出了台风的演变特征,并揭示了此次暴雨过程形成的重要机理,但WRF模式不能够较好地分离第1时段和第2时段的降水分布特征。总体来说,模式对于700 hPa切变系统降水的模拟略优于台风系统降水的模拟。     

台风灿鸿造成浙江东北部大暴雨地形作用的数值模拟研究

利用中尺度非静力数值模式WRF V3.6.1对台风灿鸿(1509)进行了高分辨率数值模拟,模式较好地再现了台风灿鸿的发展演变过程和在浙江东北部产生的强降水。观测资料显示台风接近浙江期间,在东北气流下,浙东北地形的摩擦辐合及抬升作用使得大量的对流云团汇集在台风西北侧,对流系统活跃,是浙江东北部产生强降水的重要原因。控制试验也模拟出了在台风接近陆地时,内核区西北侧存在有组织的、切向分布的小尺度对流系统,由地形强迫产生的降雨量和地形走向一致,迎风坡降雨量增加。通过升降地形,改变土地类型和将杭州湾水体用陆地替换等敏感性试验发现:(1)地形的影响对台风降雨量的增幅最为明显。通过降低地形,台风西北侧小尺度雨带明显减弱,浙江东北地区降水也明显减少。可见地形会影响这些中小尺度系统的结构和演变,引起降水异常变化。(2)大暴雨期间,台风一直维持较强的对称性,具有典型的眼墙和暖心结构。     

台风“莫兰蒂”(1614)影响期间浙江暴雨成因分析

利用Micaps、常规观测、自动站资料、降水融合资料以及云图、雷达资料和NCEP/NCAR1°×1°每日4次再分析资料对2016年第14号台风"莫兰蒂"影响期间浙江暴雨成因进行了分析,发现浙南前期降水是台风外围东南气流造成;后期降水是由台风环流后部的西南气流与副高西南侧东南气流交汇加之弱冷空气共同影响促使对流发展引起。强降水落区和偏东或东南急流影响区域基本一致,或者强降水落区位于偏东或东南急流的右前方。另外,当台风残留环流与副高形成的偏南急流在有充足水汽输送时,若影响浙江中北部沿海,以上地区仍可能有短时强降水发生。通过对物理量的诊断分析,发现水汽通量散度负值区和正涡度区对强降水的落区有一定的指示意义。浙东南沿海特殊的地形分布,造成了降水的进一步增幅。     

台风“山竹”的风雨特征及其对广州南站客运枢纽客流输送的影响

利用广州南站高铁客运枢纽的客流资料和广州市全市的气象监测网观测资料,分析了台风"山竹"影响广州的风雨特征以及其对广州南站客流运输造成的影响,结果表明:(1)台风"山竹"8级以上大风对广州影响持续时间达26 h,覆盖率为74%;10级以上大风影响持续时间达21 h,覆盖率为30%,给广州市造成暴雨到大暴雨降水影响,暴雨以上覆盖率达85.08%;(2)台风"山竹"影响期间,广州南站客运枢纽的区域客流人数较日常减少了70%,且流入、流出的客流量均大幅度下降,造成长时间驻留的客流比例异常增多,驻留超过5 h的客流人数比例最高值达到83.61%;(3)台风"山竹"造成广州南站的列车、客车、出租车当天全部暂停运营,公交车线路调整或停止运营,地铁虽然正常运行,但受台风影响客流也明显减少。     

冷湖地区气象要素变化及其对天文观测的影响

基于青藏高原冷湖地区的气象观测资料,开展了气象要素变化及对天文观测的影响研究,从气温—降水、云量—日照时数、大风—沙尘三个方面分析了在冷湖地区进行天文观测的可能性与合理性。结果表明:冷湖地区年平均气温低,最高和最低气温差值存在年代际转折特征,转折后气温差值降低(最低气温增加趋势超过最高气温),降水量较少,夏季降水减少而其他季节降水增加,低温少雨的环境有利于大气层结稳定,提升天文观测数据质量;日照时数在年代际转折以后增加,云量减少,低云量有助于电磁波的传播,提升天文观测精度;风速和大风日数在转折以后均为减弱趋势,这使得浮尘日数也减少,这有助于减少天文观测仪器的磨损,增加天文观测仪器的使用寿命。     

影响海南岛的台风降水及水汽输送源地分析

利用1986—2016年中国气象局台风最佳路径资料、海南岛区域站降水数据以及基于拉格朗日方法的轨迹模式对近30 a影响海南岛的台风降水和大气环流特征进行分析,并探讨了台风影响降水期间水汽输送通道和源地。结果表明：6—10月是台风影响海南岛的主要时段,也是台风降水主要时段。在台风降水偏多(少)年,长江以南地区冷空气影响偏弱(强),副热带高压偏弱(强),南支槽偏强(弱),低层水汽通量场呈现异常气旋性(反气旋性)环流。降水偏多年,海南岛受到来自西北太平洋异常东北气流与印度洋、孟加拉湾的异常偏强西南气流影响;降水偏少年,水汽主要来自西太平洋的偏东气流和南海较弱的西南气流。海南岛台风降水的四个主要水汽源地分别为西太平洋、孟加拉湾、南海和印度洋,在台风降水偏多年,水汽输送贡献最大的是西太平洋和孟加拉湾,分别为33%和30%,来自东西两路的水汽供应充足,而在偏少年西太平洋水汽输送贡献最大,为38%,其余水汽源地贡献均在30%以下,以110°E以东的水汽输送为主。     

台风“海燕”（2013）后期路径折向及降水机制分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规观测资料,综合分析了环流背景、冷空气活动和地形对台风"海燕"(2013)后期路径和降水变化的影响。结果表明:1)"海燕"后期路径北翘东折的环流背景为500 h Pa高度层西太平洋副热带高压减弱东退,引导气流随着西太平洋副热带高压的变动而发生改变。2)"海燕"东西两侧经向风和南北两侧纬向风的不对称分布是导致台风路径突折的主要原因,此外冷空气和地形的阻挡作用也是使得"海燕"路径突折的重要原因。3)冷空气对降水的影响体现在,前期冷空气侵入到"海燕"西侧,使其获取了斜压能量,有利于台风低压和暴雨的维持,后期冷空气主体侵入到台风低压,使得台风低压斜压性明显减弱,低压环流迅速填塞,降水趋于减弱。4)对于秋、冬季的台风而言,除了要关注西太平洋副热带高压、西风槽等天气系统和地形的影响外,还需注意冷空气南下对台风路径和降水强度的影响,尤其是对于北上的台风而言,冷空气南下可能会导致台风路径突折,降水幅度增加。     

台风“莫兰蒂”登陆前后微物理特征研究北大核心

基于厦门市2016年9月14—15日S波段双偏振雷达资料,研究了2016年第14号台风“莫兰蒂”登陆前后降水特征以及它们的差异。结果表明:台风“莫兰蒂”登陆过程经历了登陆前缓慢减弱、登陆后快速减弱、登陆后缓慢减弱3个阶段。登陆前,台风螺旋雨带中对流旺盛,发展高度高,冷云过程较强,0℃层以上存在大量的冰晶。0℃层以下,粒子破碎比较严重,降水以小滴为主。登陆后快速减弱阶段,受地形影响,台风内区发展高度升高。登陆后快速减弱阶段,螺旋雨带发展高度降低,0℃层上冰相粒子数量减少,0℃层以下,粒子之间的碰并增长和蒸发过程明显,降水以中小雨滴为主,暖云过程占主导。     

1415号台风"海鸥"广西极端暴雨预报偏差分析及地形订正

利用地面自动站降水资料、ERA5再分析资料、广西壮族自治区气象台降水落区和ECMWF模式预报数据对1415号台风"海鸥"在广西暴雨预报偏差进行了分析,并开展了地形降水订正研究.结果 表明,对"海鸥"强降水落区预报准确,但大暴雨以上量级降水明显偏弱,大暴雨和特大暴雨漏报严重.降水经地形订正后,大暴雨以上降水TS(BS)评分由0.19(0.27)大幅度提升到0.35(0.53)且暴雨及以下量级降水评分无明显改变,但地形降水订正方法对特大暴雨仍无明显订正技巧;偏南风、东北风及偏东风在广西复杂地形下均会产生地形降水,实际业务预报中应加以考虑,有助于提升对强降水开始时间的预报效果.     

TRMM降水率资料的三维变分同化及其对"杜鹃"(0313)台风预报的改进

在GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System, 全球/区域同化预报系统)三维变分同化系统的基础上, 用改进的郭晓岚对流参数化方案作为观测算子, 来同化TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission, 热带降水监测计划)卫星反演的降水率资料.单点试验表明该方案通过调整背景场的水汽辐合和辐散的垂直结构, 使得同化后观测算子计算的降水率更接近实况.对台风 "杜鹃" (0313)的同     

1959—2012年我国极端降水台风的气候特征分析

利用上海台风研究所整编的1959—2012年台风最佳路径和台风日降水资料,采用百分位法确定单站台风极端降水阈值,针对单个台风影响过程中所造成极端降水的影响范围、降水日数和降水强度异常等指数进行逐个评估,建立了极端降水台风综合指数,依据该指数确定了影响我国的57个极端降水台风,并统计分析了这些台风个数及强度的月际分布特征和路径特点。结果表明：台风极端降水阈值在我国呈由东南沿海向西北内陆减小的分布特征。极端降水台风影响我国的路径大致分为两类,一类穿过台湾或经过台湾北部洋面在我国东南沿海登陆,另一类则于华南沿海登陆或在其近海活动。极端降水台风在20世纪60—70年代及2000年以后相对频发,70年代平均综合指数最高。极端降水台风均出现在5—10月,7—8月频次最多。57个台风中达到台风和强台风级别的最多。     

影响杭州台风过程降水的气候特征分析

本文通过对1965—1993年29年来台风影响杭州的降水资料的分析,确定了影响杭州台风的大、小关键区.根据台风的移动路径,划分了西路、东路和中路三类台风,并对影响杭州造成较大降水的33个台风分三路进行了统计和分析,得出了不同路径台风影响下的杭州地区的降水分布规律.又分析了1949—1993年45年来影响杭州的109个台风的过程最大降水量和日最大降水量,得出了台风影响下杭州各地的降水极大值情况.     

CPS法对影响江苏台风的适用性研究

利用NCEP FNL 1°×1°再分析资料、江苏省地面自动站资料以及长三角地区新一代天气雷达资料,使用气旋相空间法(CPS)对2000—2015年影响江苏台风的相空间参数进行统计分析。经过和台风年鉴比对,CPS法能较为客观准确地描述各类路径影响江苏台风的变性过程,而结果表明:影响江苏的台风发生变性的多为登陆北上、变性前强度较强的台风。进一步分析台风"海葵"和"麦德姆"两个CPS轨迹不同的台风相空间参数,发现其参数轨迹能较好地反映台风变性过程中的热力结构和环流特征演变,与台风降水的落区和强度有一定关联,CPS参数变化明显的"海葵",台风降水范围和强度变化较大,参数变化较小的"麦德姆",降水基本位于台风本体周边。     

影响广西电网输电线路的台风“威马逊”和“海鸥”环流特征分析

利用2008—2017年的台风路径、风雨强度及广西电网输电线路的台风灾情资料,分析了影响广西电网输电线路的台风特征及影响电网台风灾情的主要因子,并分析了影响较严重的1409号超强台风"威马逊"和1415号强台风"海鸥"的环流背景。结论如下:1)影响广西电网输电线路的台风强度主要是台风及其以上级别;第I类路径的台风更易对电网输电线路造成灾害;登陆时台风中心附近最大风速越大,通常在广西境内引起的最大风速就越大,同时过程暴雨站次数越多,灾害也越严重。2)台风"威马逊"和"海鸥"的环流形势具有多个共同点:生成后稳定地向西北移动,然后进入北部湾;生命史期间副高强盛,副高脊线维持在25°N附近;南海海温异常偏高;孟加拉湾水汽与南海水汽汇合,源源不断地向台风东南部输送;高层辐散、低层辐合结构配置良好,有利于台风的维持和加强。这些环流特征可对影响广西电网输电线路的台风预报提供有益的参考。     

称重与人工观测降水量的差异

为了更好地使用降水观测数据,对引起称重观测和人工观测的差异原因进行分析,选取北京市15个国家级地面观测站2012年11月—2014年1月称重式降水传感器与人工观测降水量业务资料,探讨称重观测与人工观测累积降水量的差异,并细化为对固态降水和液态降水两种降水类型进行相关性研究。结果表明:称重观测与人工观测日降水量相关系数为0.9990, 88.0%的对比次数中, 两者日降水量差值满足业务要求;在出现固态降水时,称重观测较人工观测降水量偏大,在出现液态降水时,称重观测较人工观测降水量偏小;两者在日降水量等级判断差异较小,小量降水时称重观测的能力较优;防风圈可显著提高称重观测固态降水的捕捉率,而称重观测内筒蒸发对夏季降水测量有一定影响。     

0302号(鲸鱼)台风降水和水粒子空间分布的三维结构特征

由于缺乏关于台风结构信息的高分辨率资料,即探测台风云系内部结构特征的技术限制,造成了进一步理解台风的动力传送特征的困难.作者用热带测雨卫星(TRMM,Tropical Rainfall Measuring Mission)的测雨雷达(PR,Precipitation Radar)和TRMM微波图像仪(TMI,TRMM Microwave Imager)资料详细研究了"鲸鱼"台风(0302号)于2003年4月16日1105 UTC的降水和降水云系中各种水粒子的三维结构特征.通过分析发现该时刻:(1)台风降水中大部分区域为层性降水(占总降水面积的85.5%),对流性降水占总降水面积的13.1%,但对流性降水的贡献却达到41.8%,所以,虽然对流性降水所占面积比例很少,但是它对总降水量的贡献却很大.(2)60%降水主要集中在距离台风中心100 km以内的区域,约占总降水量的60%.(3)各种水粒子含量随着与台风中心距离的增加而减少.降水云系中水粒子最大含量出现高度与水粒子的种类和与台风中心的距离有关.最后,分析了台风降水和降水云系中三维分布的成因.