"莫兰蒂"外螺旋雨带在浙江局地发展引发大暴雨成因分析

利用诊断和数值模拟相结合的方法,分析了2016年9月13—16日"莫兰蒂"台风在登陆福建南部北上后给浙江沿海地区带来的局地大暴雨天气,发现这次局地大暴雨发生在台风移动路径右侧,对流层低层强盛的东南气流促进了台风登陆减弱后其东北侧外螺旋雨带局地发展,导致这一区域对流发展旺盛,在浙江引发大暴雨天气。控制试验表明"莫兰蒂"东侧显著的东南到偏南气流导致外螺旋雨带中小尺度对流系统的发生发展,在"莫兰蒂"东北侧存在小尺度的对流耦合系统,小尺度雨带在涡度场和垂直运动场上正、负涡度中心和上升、下降运动交替分布的中小尺度波列结构明显,强降水就发生在此处。台风东侧显著的东南到偏南气流与"莫兰蒂"东南侧的"马勒卡"台风以及10～20 d的带通滤波场上台湾岛附近的气旋性涡旋密切相关。敏感性试验表明"马勒卡"台风和准双周振荡都对"莫兰蒂"路径有很重要的西北行引导作用,进而影响东南气流水汽输送和降水分布。     

双台风形势下长三角地区一次大暴雨过程的成因分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达拼图资料与NECP再分析资料,对2016年9月15—16日发生在"莫兰蒂"(1614号)和"马勒卡"(1616号)双台风形势下的长三角地区大暴雨过程的成因进行了诊断分析。结果表明:此次暴雨过程发生在台风倒槽的顶端,暴雨区与对流层中低层辐合区和中高层高空急流右后侧辐散区相对应;"莫兰蒂"台风外围的丰富水汽与来自热带洋面"马勒卡"台风外围源源不断输送的水汽叠加,导致长三角地区降雨强度远大于"莫兰蒂"登陆前后阶段的降雨强度;苏皖地区高空槽后冷空气侵入,在浙江到上海沿海地区形成东北—西南向温度锋区,以及浙江中北部海陆交界地带特殊山脉地形的强迫作用,使得中尺度对流系统(MCSs)发展维持;长三角强暴雨区边界水汽通量收支变化与暴雨强度变化对应关系较好,且有6～12 h的提前量,对强降雨预报有一定的指示意义。     

2013年“菲特”台风暴雨的水汽和螺旋度分析

利用常规资料、自动站资料和NCEP/NCAR1°×1 °每日4次的再分析资料,对2013年“菲特”台风暴雨的水汽和螺旋度做了分析,发现“菲特”影响期间:6日20:00-7日08:00降水主要出现在浙南,是由台风外围环流和本体造成的,水汽主要是台风本体环流输送;7日08:00-20:00降水主要出现在浙东沿海和浙北,是由“菲特”台风消亡后形成的倒槽和“丹娜丝”东风气流形成,水汽主要是由“菲特”台风倒槽形成的东南气流和台风“丹娜丝”形成的偏东气流输送;7日20:00-8日08:00降水主要出现在浙北,是由台风残留云系、偏东急流以及弱冷空气共同影响造成,水汽主要是由台风“丹娜丝”形成的偏东气流输送.850 hPa垂直螺旋度则反映出大值区和强降水落区有很好的对应关系;暴雨区中低层均有明显的正螺旋大值区,大值区中心位于950～ 850 hPa之间,而且在台风本体引起降水时垂直螺旋度明显大于其它时段.     

台风“尼伯特”和“莫兰蒂”造成的江西暴雨中干空气的影响对比分析

应用常规资料、FNL再分析资料,分析相似路径台风“尼伯特”和“莫兰蒂”对江西暴雨的影响,结果表明:1)“尼伯特”和“莫兰蒂”进入江西后降水落区差别较大,“尼伯特”降水主要位于赣南地区,以对流性降水为主;“莫兰蒂”降水主要集中于赣东北,以层状云稳定性降水为主。2)“尼伯特”和“莫兰蒂”环流形势类似,台风东、西、北三面都被高压控制,台风的北侧系统差异造成两个台风移速差异,“莫兰蒂”北侧有西风槽东移,使“莫兰蒂”的移速较“尼伯特”更快。3)干空气对不稳定能量积累起重要作用,相较于“莫兰蒂”,“尼伯特”过程中江西上空有较为深厚的干空气,更利于不稳定能量积累,造成降水性质差异。4)两个台风期间高、低层干空气的差异是造成降水位置差异的主要原因。“尼伯特”期间台风西侧高层干侵入不明显,而在“莫兰蒂”期间台风西侧干侵入明显,利于江西东北部降水,而抑制江西西部南部降水;对流层低层,“尼伯特”影响期间,干空气控制台风北侧和西南侧环流,切断其西南部的水汽输送;而在“莫兰蒂”影响过程中,台风中心北、西、南侧均受干空气影响,水汽输送通道更为不通畅。     

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。     

两例相似路径台风降水差异的成因及预报分析

2016年超强台风“尼伯特”和“莫兰蒂”的路径极为相似,登陆福建北上途经太湖流域后入海的路径也几乎重合,但太湖流域出现的降水却迥然不同,前者仅造成了太湖流域个别测站的暴雨-大暴雨,后者则出现大范围暴雨-大暴雨。利用常规气象观测资料、多普勒雷达资料、中国气象局的台风最佳数据集及美国国家环境预报中心（NCEP）提供的再分析资料等,对两个台风登陆后的环流背景、台风结构特征等进行了对比分析。结果发现：“莫兰蒂”登陆后的低压环流结构保持良好,北上过程中与外围浅层冷空气的相互作用明显,海上水汽输送通道畅通,台风倒槽导致太湖流域大范围暴雨-大暴雨;“尼伯特”登陆后迅速减弱,环流结构出现“空心化”,水汽输送弱,高层弱冷空气与台风残余低涡的叠加触发局地短时强降水,未能导致太湖流域大范围暴雨。从预报回顾看,模式对登陆台风北上过程中强度预报过强是导致“尼伯特”在太湖流域风雨预报过度的主要原因。3 d以上的中期台风降水预报中,经验概念模型与模式集合预报结果的相互印证,有利于得出比模式确定性降水预报更合理的预报结论。     

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。     

秋季台风“纳沙”大范围暴雨的机制研究

利用T213、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对1117号强台风“纳沙”造成广西持续大范围暴雨的成因进行分析,造成广西大范围暴雨的主要原因是:“纳沙”登陆后,副热带高压强大,台风环流与副热带高压之间气压梯度增大,其右侧辐合加强,深厚偏东气流给台风输送了大量的水汽和能量,西南风急流与副高西侧强东南气流形成辐合,北方冷空气从低层南下,东北风与台风后部的东南风形成切变产生对流降水;加上台风自身带来的降水、急流降水以及冷空气入侵降水三部分相接,组成了“纳沙”影响期间的持续性强降水过程.     

相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨对比分析

一般认为相似路径台风的影响大致相似,但实际上相似路径台风的风雨分布尤其是暴雨分布往往有很大差异,因此,对相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨成因的对比分析有助于加强台风暴雨发生机制的认识和预报。“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)逐日降水分布对比分析表明,两者登陆前降水分布类似,而登陆后降水分布差异比较大。利用NCEP/GFS 1 °×1 °分析资料对热带气旋登陆前后天气形势、水汽通量和水汽通量散度进行诊断分析,结果表明：“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)登陆前引起浙闽沿海地区大降水主要是热带气旋外围偏东气流和地形共同影响下形成。“海棠”登陆后,维持在浙江东部沿海东南风急流不断输送水汽到“海棠”倒槽内引起浙东南沿海强降水,深入内陆后,降水主要由“海棠”自身环流携带的水汽辐合引起的,降水比沿海地区明显减弱;而“碧利斯”登陆后,有明显的南海季风环流输送水汽并入热带气旋南侧环流,在其南侧形成偏南风急流,使南侧水汽输送得到明显加强,造成“碧利斯”南侧水汽通量辐合,北侧水汽通量辐散,南侧降水比北侧降水强很多;深入内陆后,“碧利斯”环流仍维持并引导北方槽后弱冷空气渗透到其西南侧,使南侧降水进一步增幅。本文还探讨了包括热带气旋外核在内区域平均垂直风切变和热带气旋强降水落区的关系,结果表明：“海棠”和“碧丽斯”大暴雨落区均对应于暴雨区区域平均垂直风切矢量左侧水汽通量散度负值区。“海棠”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径后方是造成“海棠”强降水分布在其移动路径右侧的重要原因,“碧利斯”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径前方是造成“碧利斯”强降水分布在其移动路径左侧的重要原因。因此,利用垂直风切结合水汽输送条件可以作热带气旋大暴雨落区预报可能是一种比较有效的方法。     

台风韦森特对季风水汽流的“转运”效应及其对北京“7·21”暴雨的影响

2012年7月21日北京地区遭受了61年以来最大的暴雨,造成了大量的人员伤亡与巨大的财产损失。资料综合分析表明台风韦森特在暴雨发生过程中的水汽输送起到“枢纽”的作用,夏季季风通过台风韦森特在副高的影响下将水汽“转运”至暴雨区。为了验证北京异常暴雨过程中台风韦森特的“转运”效应,利用中尺度数值模式WRF对暴雨过程进行数值模拟,结果表明模式能够较好的模拟出此次降水过程的强度、落区,且暴雨发生过程中的水汽输送亦能够较好的再现。通过设计剔除台风的敏感性试验发现,剔除台风韦森特之后降水强度仅为控制试验的50%。进一步分析表明低纬季风水汽气流通过处于东南沿海的台风韦森特向暴雨区域输送水汽,在此过程中西南气流直接向北京区域的水汽输送减少,而西南气流向台风的水汽输送增加,台风与东侧副热带高压之间的偏南气流向暴雨区的水汽输送明显增强,从而印证了上述西南季风气流—台风涡旋—暴雨环流三个系统之间水汽的“转运”效应。以上结果表明远距离暴雨的发生是一个复杂的过程,不仅反映了中低纬度系统的相互作用,而且揭示出夏季季风水汽流对台风涡旋的水汽输送持续供应也可能是台风远距离异常暴雨发生的关键因素之一。     

资料同化对2017年登陆广东沿海台风的短期降水与路径预报影响

利用华南精细数值天气预报模式,设计了无同化资料(CTRL)、同化雷达反演水汽(EXP1)以及同化雷达反演水汽、地面和探空资料(EXP2)三个试验,对2017年登陆广东沿海的四个台风降水预报与路径预报进行模拟,以评估资料同化对登陆台风短期降水预报、路径预报的影响。分析结果如下:雷达反演水汽同化后对未来24小时降水预报技巧均有正的改善,对台风路径预报影响不大;在此基础上同化地面、探空资料后对台风路径预报有改进,对降水预报改进不明显(与EXP1比)。通过诊断分析台风“玛娃”,发现模式初值场水汽的增量配合对流上升区有利于短时间内成云致雨,从而提高短时降水预报;地面及探空资料同化有利于登陆台风的短时路径预报。      

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

A Numerical Study of the Severe Heavy Rainfall Associated with Typhoon Haitang （2005）

Typhoons landing in the central and north of Fujian Province often seriously impact Zhejiang Province. Much attention has been given to exceptionally torrential rain in the South/North Yandang mountainous regions in the southeast of Zhejiang Province associated with typhoon-landing. Typhoon Haitang （2005） is a typical case of such a category, which landed in Huangqi Town of Lianjiang County in Fujian Province, and meanwhile greatly impacted Southeast Zhejiang. A numerical simulation has been performed with the PSU/NCAR non-hydrostatic model MM5V3 to study the torrential rain associated with Typhoon Haitang. The comparison of simulated and observed rainfalls shows that the MM5V3 was able to well simulate not only the intensity but also the locations of severe heavy rain of Typhoon Haitang, especially the locations of the south/north heavy rain center areas in the South/North Yandang mountainous regions. Meanwhile, the diagnostic analysis has been also carried out for better understanding of the severe heavy rain mechanism by using the model output data of high resolution. The diagnostic analysis indicates that the westward tilt of the axis of vorticity from lower layer to upper layer over the south heavy rain center area and the coupled structure of convergence in the lower layer and divergence in the upper level over the north heavy rain center area, were both propitious to stronger upward motion in the layers between the mid and upper atmosphere, and the secondary circulation induced by the vertical shear of the ambient winds further strengthened the upward motion in the heavy rain areas. After Haitang passed through Taiwan Island into the Taiwan Strait, the water vapor east of Taiwan Island was continuously transferred by typhoon circulation towards South Wenzhou, leading to the torrential rainfall in the South Yandang mountainous region south of Wenzhou. Subsequently~ Haitang moved northwards, the water vapor belt east of Taiwan Island slowly advanced northwards, the precipitation rate obviously enhanced i     

Assimilation of GPM Microwave Imager Radiance for Track Prediction of Typhoon Cases with the WRF Hybrid En3DVAR System

The impact of assimilating radiance data from the advanced satellite sensor GMI(GPM microwave imager) for typhoon analyses and forecasts was investigated using both a three-dimensional variational(3DVAR) and a hybrid ensemble-3DVAR method. The interface of assimilating the radiance for the sensor GMI was established in the Weather Research and Forecasting(WRF) model. The GMI radiance data are assimilated for Typhoon Matmo(2014), Typhoon Chan-hom(2015), Typhoon Meranti(2016), and Typhoon Mangkhut(2018) in the Pacific before their landing. The results show that after assimilating the GMI radiance data under clear sky condition with the 3DVAR method, the wind,temperature, and humidity fields are effectively adjusted, leading to improved forecast skills of the typhoon track with GMI radiance assimilation. The hybrid DA method is able to further adjust the location of the typhoon systematically. The improvement of the track forecast is even more obvious for later forecast periods. In addition, water vapor and hydrometeors are enhanced to some extent, especially with the hybrid method.     

ANALYSIS OF RAINSTORMS ASSOCIATED WITH SIMILAR TRACK TROPICAL CYCLONES HAITANG (0505) AND BILLS (0604)

It is generally thought that the influence of comparable track typhoons is approximately similar,but in fact their wind and especially their rainstorm distribution are often very different. Therefore,a contrastive analysis of rainstorms by tropical cyclones (TCs) Haitang (0505) and Bilis (0604),which are of a similar track,is designed to help understand the mechanism of the TC rainstorm and to improve forecasting skills. The daily rainthll of TC itaitang (0505) and Bills (0604) is diagnosed and compared.The result indicates that these two TCs have similar precipitation distribution before landtall but different precipitation characteristics after landthll. Using NCEP/GFS analysis data,the synoptic situation is analyzed; water vapor transportation is discussed regarding the calculated water vapor flux and divergence.The results show that the heavy rainfall in the Zhejiang and Fujian Provinces associated with Haitang (0505) and Bitis (0604) before landlhll results ti'om a peripheral easterly wind,a combination of the tropical cyclone and the terrain. After landthll and moving far inland of the storm,the precipitation of Haitang is caused by water vapor convergence carried by its own circulation; it is much weaker than that in the coastal area. One of the important contributing thctors to heavy rainstorms in southeast Zhejiang is a southeast jet stream,which is maintained over the southeast coast. In contrast,the South China Sea monsoon circulation transports large amounts of water vapor into Bills - when a water-vapor transport belt south of the tropical cyclone significantly strengthens - which strengthens the transport. Then,it causes water vapor flux to converge on the south side of Bilis and diverge on the north side. Precipitation is much stronger on the south side than that on the north side. After Bilis travels far inland,the cold air guided by a north trough travels into the TC and remarkably enhances precipitation. In summary,combining vertical wind shear with water vapor transportation is a good way to predict rainstorms associated with landing tropical cyclones.     

台风利奇马(1909)极端强降雨观测特征及成因

利用自动气象站资料、FY-2G卫星TBB（black body temperature）产品、多普勒雷达组网资料和NCEP FNL分析资料对超强台风利奇马（1909）极端强降雨观测特征、热动力结构演变和水汽输送进行分析。结果表明:此次台风大暴雨覆盖华东大部，极端强降雨区（过程雨量超过350 mm）位于浙江东部和山东中部，21个国家级气象站突破日雨量历史极值；副热带高压、台风和西风槽相互作用以及华东沿海强劲东南风急流为台风利奇马（1909）长时间维持与强降雨发生提供了有利的环境条件。浙江东部极端强降雨主要由发展极为强盛的台风本体产生，垂直深厚涡旋系统强烈的上升运动和台风眼墙区密实的深对流系统导致雨强大且降雨集中；而山东中部极端强降雨则与台风非对称结构演变和冷空气侵入密切相关。倒槽锋生、台风北侧3条螺旋雨带北移汇入及地形迎风坡处的列车效应导致山东中部远距离暴雨发生，随着500 hPa干冷空气从低层不断侵入，在台风西侧118°E附近形成向西倾斜的假相当位温锋区，暖湿气流爬升引发第2阶段稳定性降雨。     

台风“烟花”的主要特点和路径预报难点分析

对2021年第6号台风“烟花”的主要特点与路径预报重大调整过程中出现的难点问题进行分析和研究,得出主要结论如下。(1)“烟花”移动缓慢,是首个两次登陆浙江的台风,在浙北和杭州湾附近地区长时间滞留。(2)降雨影响范围广、累计降雨量大、大风持续时间长。(3)反映出来的重要难点问题有:当多数模式预报出现一致的偏差时,预报员难以做出订正,有必要开展对模式中台风重要影响系统(高空冷涡、热带对流层上层槽等)的预报检验工作;台风移速缓慢的定量程度难以把握,需要通过总结历史个例和敏感性试验等方法开展东侧台风对西侧台风移动缓慢影响的定量研究;西风带槽/脊对副热带高压退/进快慢的定量影响把握困难,影响北上台风转向点的预报,特别是当不同模式有分歧的时候预报难度更大。     

高空冷涡影响台风Meranti(1010)北翘路径的集合预报分析

路径突变是台风路径预报中的一个难题。2010年第10号台风Meranti（1010）在台湾岛南部海域西移过程中突然北折,而欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报对其北翘路径存在较大分歧。选取预报成功与不成功两组集合成员各8例,对比分析台风Meranti路径变化的主要原因。结果表明:（1）一个来自热带对流层上部槽的切断高空冷涡（UTCL）是该台风路径变化的一个重要影响系统。Meranti北翘路径跟它与UTCL的南北向耦合有关;（2）UTCL通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流。在UTCL移至台风北部过程中,台风的偏南风引导气流明显加强,有利于其路径北翘;（3）UTCL对台风Meranti北翘路径的影响还与其自身结构有关。水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的UTCL对台风路径变化影响更明显;（4）位涡倾向方程的诊断分析表明,在TC与UTCL南北向耦合过程中,台风北部的正位涡水平平流项输送显著,有利于台风向北运动,且UTCL影响下产生的非对称风场在其中起主要作用。     

集合预报对台风天鹅(2015)远距离暴雨的不确定性研究

2015年8月23—24日期间台风天鹅引发华东中部沿海地区出现暴雨或大暴雨天气。基于欧洲中期天气预报中心的集合预报分析导致此次远距离暴雨预报不确定的关键原因,并利用集合敏感性分析方法研究影响此次暴雨过程的主要天气系统的敏感区域,此外对暴雨发生发展的热动力机制展开探讨,主要结论包括:集合预报对此次台风天鹅引起的远距离暴雨的可预报性明显偏低,仅在暴雨发生前24 h才做出较大调整。在不同起报时次下,当台风路径的系统性偏差最小时,台风降水集合预报也最接近实况,但是进一步的分析表明,台风路径误差与降水量级之间的对应关系并不确定。不同雨量成员组间中低层环流场的对比分析表明:高空槽的预报差异是集合预报不确定的主要原因,高空槽东移加深有利于增加暴雨区的斜压不稳定,也有利于增强对流层低层的水汽输送急流带。500 hPa高度场的敏感性分析表明无论是初始场还是预报场,暴雨区平均降雨量均与高空槽的东移和加深显著相关,且随着预报时次的临近,显著相关区域向低槽下游明显扩大。此外还发现高空槽的东移有利于增强(减弱)暴雨区左(右)侧低层冷空气的强度,使得台风右侧更多暖湿气流向暴雨区输送。