Vertical Structure of Beta Gyres and Its Effect on Tropical Cyclone Motion

ＶｅｒｔｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＢｅｔａＧｙｒｅｓａｎｄＩｔｓＥｆｆｅｃｔｏｎＴｒｏｐｉｃａｌＣｙｃｌｏｎｅＭｏｔｉｏｎＴｉａｎＹｏｎｇｘｉａｎｇ（田永祥）ａｎｄＬｕｏＺｈｅｘｉａｎ（罗哲贤）（ＮａｍｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌ...     

热带气旋解析解与数值解的比较

对热带气旋波谱分析正确性的验证进行了讨论。通常可找一个能解析求解的特例,并对该特例求数值解,然后比较两者的结果。在保证解析解正确的前提下,若两者结果不一致,则数值求解肯定有问题。这里给出了热带气旋波谱分析验证的具体步骤,还求得了基流趋于零时热带气旋尺度涡旋中正压原始方程特征值问题的解析解。通过比较解析解和数值解的频率可知,两者的差别并不大,最大相对误差小于10％。这表明数值计算的方案设计和编程至少在基流趋于0时是没有问题的。此时仅存在一对重力惯性波,并得到了其频率方程,其特征函数可用Bessel函数来表示。因该函数是基流趋于0情况下扰动的解,故其不可能再是典型基流下的解。该情形下求取数值解看来是唯一的办法。     

副热带高压对登陆台风影响的数值模拟研究

中国登陆台风多发于夏季,尤其对于登陆后继续北上深入内陆的热带气旋,逐渐与其所处的中纬度环境场发生相互作用,强度衰减缓慢甚至再次发展,且伴随有台风动力、热力结构的转变(ET过程).同时,夏季多伴有副热带高压的活跃与西伸趋势,然而该系统与台风之间相互作用的物理机制仍不十分清楚,这已成为提高台风预报能力的主要障碍之一.文中选取1997年第11号台风"温妮"为研究个例,通过中尺度模式MM5模拟再现了该台风登陆后经历初期减弱、变性及变性后再次发展的演变过程.采用Davis等提出的片段位涡反演方法,改变模式积分初始时刻台风东部副热带高压强度,通过数值模拟与诊断分析的方法,深入研究不同强度副热带高压系统对台风陆上维持、变性和发展的影响.研究表明,副热带高压强度的加强加快了台风中心的北移速度,冷空气提前下沉入侵台风中心,加快台风的变性,配合暖气团的强迫抬升激发强烈的对流层中高层锋生,台风变性后冉次加强幅度增大.副热带高压强度的改变直接影响台风中心上空高空形势,而后者与台风强度的变化有较好的相关性.     

中国近几年热带气旋研究进展

总结了中国过去几年尤其是“八五”结束后热带气旋领域取得的研究成果。主要包括以下几个方面的内容：热带气旋的结构、数值预报研究、业务数值预报评估、热带气旋暴雨、热带气旋的气候特征以及热带气旋的灾害等等。     

随机分布的小尺度涡旋场对台风路径影响的研究

文中用正压原始方程模式和理想初始场研究了随机分布的小尺度涡度场对台风路径的作用.在模式初始场上,有一个理想的副热带高压脊、一个台风和一个随机生成的小尺度涡度场.设计实施两组试验,记为试验A和试验B,积分时间为56 h.每个试验的初始场上各有100个随机分布的小尺度涡.除了小尺度涡的空间位置不同以外,两组试验其余的试验条件全部相同.模式积分的结果指出:小尺度涡不同的空间分布可以引起台风外围水平风速的差异,进而改变台风环境引导流的强度.在24、36和48小时,试验A沿东西方向环境引导流分别为7.8、8.2和8.7 m/s,24-48小时平均值为8.2 m/s,沿南北方向环境引导流分别为0.9、1.8和2.5 m/s,24-48小时平均值为2.1 m/s;试验B沿东西方向分别为8.3、9.5和9.7 m/s,24-48小时平均值为9.5 m/s,沿南北方向分别为2.3、2.3和5.9 m/s,24-48小时平均值为3.4 m/s.环境引导气流强度的小同导致未来台风中心位置的不同.两组不同的初始随机涡度场可以引起48 h以后台风中心相距约120 km.副热带高压与台风相互作用的动力学表明:当初始台风位于副热带高压脊与赤道之间时,局域的绝对涡度梯度与台风传播的关系足南若干个不规则的散布点表征的.引进随机涡度场以后,副热带高压脊、台风和小尺度涡旋三者的共同作用使得绝对涡度梯度与台风传播之间的关系复杂化,除了会出现不规则散布点的特征外,还可显示出两者之间的高相关特征.     

海洋混合层厚度对热带气旋结构和强度变化影响的数值试验

利用高分辨率大气模式WRF（Weather Research Forecast）耦合了简单的海洋混合层模式,设计了不同海洋初始混合层厚度条件下的数值试验,研究了不同混合层厚度对热带气旋（TC）结构和强度的影响。结果表明,当TC经过海洋混合层厚度较浅海域时,TC对应的海洋底层的冷水更易上翻,最冷中心区出现在TC大风中心右...     

基于A-Train卫星编队资料的热带气旋强度估算

准确估算热带气旋(TC)强度,对于预测TC发展、减少财产损失具有重要的意义。前人将TC看作满足静力平衡和梯度风平衡的轴对称涡旋系统,基于云顶高度、云顶温度、海表面气压等物理量建立了TC强度估算模型,该模型未考虑环境垂直风切变对TC强度的影响。本文提出一种修正模型,通过统计拟合手段将垂直风切变加入原模型中。从2006—2015年的Cloud Sat资料中筛选出穿心个例共63个。针对云雷达(CPR)数据特点,提出根据反射率因子的垂直分布确定眼墙和外围边界位置的方法。分别用原模型与修正模型对这63个TC个例进行强度估算。与最佳路径数据相比,原模型结果总体偏大,尤其对风切变较大、强度较小的个例估算效果不佳。修正模型对于风切变大于5 m·s~(-1)的个例误差明显减小,平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和平均绝对误差百分比MAPE分别从5.8 m·s~(-1)、7.7 m·s~(-1)和19.5%变为3.5 m·s~(-1)、4.9 m·s~(-1)和11.5%。在一定强度范围内,修正模型估算效果随着强度的增强而提升。修正模型对于成熟阶段的个例效果更好,北半球的估算精度高于南半球,纬度越高,估算误差越小。试验结果表明,用该修正模型估算TC强度是可行的,可以对现有的技术进行辅助和补充。     

影响热带气旋路径的敏感性试验与研究

针对热带气旋观测中的敏感区域问题,用数值模拟的方法,以GRAPES-TCM为试验模式,对登陆中国的2个热带气旋“派比安”与“圣帕”进行了敏感性试验,并通过模拟其他4个热带气旋路径对试验结果进行了验证.结果显示,初始场的不确定性导致了热带气旋路径的不确定性,但初始场中涡旋场的变化对路径几乎没有影响,环境场中位于涡旋外、距...     

1965-2010年7-9月影响中国的热带气旋降水变化趋势分析

利用中国气象局逐日台站降水和上海台风研究所最佳台风路径等资料,对1965—2010年夏季(7—9月)影响中国热带气旋降水的变化趋势及影响机制进行了分析。热带气旋降水主要影响中国东部和南部,夏季平均的热带气旋降水由沿海向内陆,由东南向西北递减。自1965年以来,夏季影响中国的热带气旋降水呈现华东及东南沿海增多,华南沿海、海南岛以及西南地区减少的变化趋势。分析发现,一方面夏季西北太平洋副热带高压加强西伸,导致同期中国东部地区上空水汽辐合增强;另一方面热带气旋的引导气流发生变化,使夏季热带气旋盛行路径由南海向东亚沿岸偏移,这两个因子的共同作用致使影响中国的热带气旋降水发生变化。     

数值模式垂直分辨率对台风大涡模拟的影响

随着计算能力的提升,台风数值模拟大量采用了大涡尺度模拟,其水平分辨率已达到数10 m的量级,而垂直分辨率提升不大,其问题是数值模式的垂直分辨率对台风大涡模拟的影响如何?因此,本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展理想台风模拟,在不同的模式垂直层次(42,69和90层)...     

热带气旋内中尺度波动的不稳定机理研究进展

在回顾了近年来热带气旋波动动力学研究的基础上,介绍了热带气旋内中尺度波动不稳定机理研究方面的进展,分别对热带气旋三类中尺度特征波动的不稳定,即经典重力惯性波、涡旋Rossby波和具有物理性质不可分的混合波的不稳定进行了物理分析,给出了热带气旋内对称不稳定、横波不稳定、对流对称不稳定、涡旋Rossby波正压不稳定及混合波不稳定的动力解释,进一步说明热带气旋内中尺度扰动发展是与基本气流的动力(水平和垂直切变)及热力状态之间的相互作用密切相关。     

Diurnal Sea surface temperature response to tropical cyclone Dahlia in the Eastern tropical Indian Ocean in 2017 revealed by the Bailong buoy

Tropical Cyclone (TC) Dahlia occurred adjacent to over the equatorial southeastern Indian Ocean during the period 26 November – 3 December 2017 and was observed by the Bailong buoy, which provides in situ observations of high-frequency variations in the upper ocean environment. The diurnal sea surface temperature (dSST) variabilities during different stages of the passage of TC Dahlia are studied. The dSST variability is rather weak during the TC passing stage in contrast to the strong ranges before (0.35 °C) and after (0.57 °C) the TC. Before the influence of TC Dahlia, the dSST presented significant regular variability with a peak in the afternoon and minimum value in the morning, which is similar to the even larger range that occurred after TC Dahlia. During the passage of TC Dahlia, dSST decreased dramatically, and a uniform variation was presented due to the absence of strong heat fluxes and stirring and upwelling induced by strong winds. Further analysis through a one-dimensional mixed layer model (Price-Weller-Pinkel, PWP) indicated that the dominant elements responsible for the different dSST variations during distinct stages of TC Dahlia were shortwave radiation and surface wind, which strongly impacted the dSST evolution during TC Dahlia. The asymmetrical wind strength was responsible for the asymmetry of dSST variation.     

基于CWRF的中国近海热带气旋集合模拟及其对物理参数化方案的敏感性研究

为评估CWRF模式的降尺度能力和其热带气旋模拟对物理参数化方案的敏感性,本文利用ERI再分析资料驱动CWRF在30km网格上对1982-2016年中国近海热带气旋开展了一次集合模拟.结果表明:CWRF与ERI均能模拟出热带气旋的季节变化和年际变化形势且均存在低估,但相较ERI,CWRF的降尺度技术和集合模拟可以再现更多...     

多种再分析资料中热带气旋潜在生成指数分析

根据7套再分析资料计算的热带气旋潜在生成指数(GPI),分析了GPI对西北太平洋区域台风盛季(7—9月)热带气旋生成的表征能力。结果表明,虽然这些再分析资料计算得到的GPI的空间分布与观测的热带气旋生成特征都比较一致。但是,在时间变化上7套再分析资料计算的GPI对观测热带气旋生成的表征能力差异较大,其中ERA-40(欧州中期天气预报中心再分析资料)和MERRA(美国国家航空和航天局研究和应用再分析资料)的GPI与观测的相关系数较高。进一步分析表明,各套资料GPI之间时间变化的差异主要来自相对湿度,而ERA-40和MERRA的GPI与观测值有较高的相关系数,也与相对湿度有密切关系。     

登陆辽宁热带气旋特征的统计分析

利用1949-2010年热带气旋年鉴资料和常规气象观测资料,对62a来登陆辽宁热带气旋的生成源地、移动路径、登陆地点、登陆强度、登陆后影响时间等进行统计分析,揭示登陆辽宁热带气旋活动特征。结果表明：1949-2010年共有18个热带气旋登陆影响辽宁,66℅以热带低压（TD）的强度登陆,61℅在08-20时之间登陆,78℅在辽宁境内活动时间为6-12h,89℅是在其他地区登陆进入黄渤海后在辽宁再次登陆,大连是登陆次数最多的地区,33℅登陆辽宁后减弱消失,登陆后移动路径主要有向东北向、偏北向、西北向3种移动路径。在此基础上,根据业务需求建立了基于副热带高压、气旋源地和热带气旋前期路径等因子,预报登陆辽宁热带气旋后期走向[0]的预报关键区,为热带气旋预报工作提供参考。     

Influence of dust aerosols on eastern Pacific tropical cyclone intensity

热带地区大气的热力学状态对台风的发展起着重要作用.本项研究结果表明,东太平洋台风强度与沙尘AOD之间存在一定的负相关.同时,MERRA-2再分析数据和CMIP6的GCM模拟的分析结果,都表明了低层大气中云对沙尘AOD的负响应.沙尘颗粒物的准直接辐射效应可以解释上述响应:沙尘颗粒物吸收太阳辐射,并用此热量促进云层蒸发.理...     

热带气旋眼墙非对称结构的研究综述

热带气旋的眼墙非对称结构与其发展过程密切相关。在热带气旋移动过程中,非对称风场伴随着边界层内非对称摩擦而引起的辐合,影响着热带气旋眼墙内的对流分布。此外,风垂直切变作为影响热带气旋强度的重要因子,将上层暖心吹离表层环流,引起眼墙垂直运动的非对称,导致云、降水在方位角方向的非均匀分布。当存在平均涡度的径向梯度时,罗斯贝类型的波动可以存在于涡旋内核区域,影响眼墙非对称结构。海洋为热带气旋提供潜热和感热形式的能量,是热带气旋发展的重要能量来源,关于海洋如何影响热带气旋眼墙非对称结构的相关研究较少。文中着重回顾了热带气旋与海洋相互作用的研究成果,并提出海洋影响热带气旋眼墙非对称结构的机制。海洋对热带气旋最显著的响应特征是冷尾效应,该效应通过降低海表温度,减少海洋向大气输送的潜热和感热,从而影响热带气旋眼墙非对称结构。此外,海浪改变海表粗糙度,通过边界层影响移动热带气旋的眼墙结构。     

多时间尺度环流对热带气旋海棠(0505)路径的影响

利用滤波方法将NCEP/NCAR提供的FNL风场资料分离出天气尺度和低频环流场,研究不同时间尺度环流对台风海棠（0505）路径的影响。热带气旋海棠路径的特征可以分两个主要阶段,在第一阶段,海棠西侧的天气尺度反气旋和低频流场副高南侧气流共同引导海棠向西南运动;第二阶段初期,天气尺度环流抑制海棠向北转向,但海棠西侧的QBW气旋和MJO尺度的气流共同引导海棠向北运动。海棠运动后期,海棠与低频气旋的相互作用导致了天气尺度流场中波列的产生和发展,形成了热带气旋的传播分量,令海棠产生了向东北转向的趋势,但是由于MJO环流场中副高的北抬和QBW气旋的引导,最终导致海棠向西运动。     

A modeling study on the effects of MJO and equatorial Rossby waves on tropical cyclone genesis over the western North Pacific in June 2004

This study investigates the influence of the Madden Julian oscillations (MJO) and equatorial Rossby (ER) waves on tropical cyclone (TC) formation in western Pacific during June 2004 through one control and three wave experiments for each of the five TCs. The control experiment reasonably simulates the formation of five TCs. In the corresponding wave experiments, the MJO, ER waves, and both the MJO and ER waves are removed, from the initial fields and lateral boundary conditions, respectively. The differences of simulated TC intensity between the control and corresponding wave experiments provide a quantitative assessment of the relative contribution of each wave to TC formation.In the wave experiments with the MJO removed, three of the five TCs are weakened, and the remaining two (TC A and B) grow stronger due to an altered background flow that steered the TCs into more favorable oceanic regions. For the wave experiments with ER waves removed, three of the five simulated TCs become weaker (TC A, C, and E). TC D develops into a tropical storm because of a dominant influence from active synoptic-scale disturbance. The results indicate that both the MJO and ER waves have an important modulating effect on TC formation. In addition to the influence from the MJO, ER and synoptic-scale waves, local processes may dominate in TC formation; for the example of TC B, none of the waves positively influence the formation in significant ways. The present modeling approach provides a quantitative assessment of the relative contribution of tropical wave disturbances to TC formation.     

北半球夏季大气季节内振荡对中国东南沿海热带气旋暴雨的影响

本文采用美国台风联合警报中心整编的1981—2012年的best-track热带气旋资料、中国大陆743站逐日降水数据、亚太经合组织气候中心的北半球夏季季节内振荡(BSISO)指数和美国国家环境预报中心及大气研究中心的再分析资料,分析了中国东南部地区热带气旋暴雨特征及其与BSISO 8个位相的联系。结果表明:7、8月,中国东南沿海地区的热带气旋暴雨发生的频次最多,多个站点热带气旋暴雨占总暴雨频次的比例达40%以上。7、8月热带气旋暴雨主要发生于BSISO1的第1、2、7、8位相,发生的暴雨频次占总频次的78.4%,主要分布于福建省沿海地区和西南部;BSISO2的第5、6、7位相热带气旋暴雨发生的频次也较多,占总频次的73.6%,主要分布于福建省沿海地区及西南部和广东省西南沿海地区。对发生较多热带气旋暴雨的BSISO1和BSISO2位相背景下的环流合成异常的诊断显示,西北太平洋伸向中国东南沿海地区,大尺度引导气流为显著的异常东风带,有利于热带气旋登陆中国大陆;显著异常的纬向东风切变、气旋性相对涡度和整层水汽的异常辐合,有利于热带气旋登陆过程强度的维持,促使热带气旋暴雨发生在中国大陆。