大涡模拟试验中台风梯度风平衡分析

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺度涡旋等小尺度系统,这些小尺度系统对梯度风平衡可能产生影响,使用中尺度天气预报模式结合大涡模拟（WRF-LES）对模拟台风内核区域方位角平均的梯度风平衡进行了分析,三个大涡模拟试验的水平分辨率分别为333 m、111 m和37 m,结果表明非梯度风平衡气流并未因为分辨率提高而显著增强或产生结构差异,最大超梯度风出现在边界层顶处最大切向风半径的内侧,达到梯度风速的10.8%~16.1%。进一步分析发现,不同台风中心定位方法会影响非梯度风平衡气流,最小气压方差法和最大切向风法可以得到与前人模拟一致的结构,而气压权重法得到的低层超梯度风中心远离眼墙、靠近台风中心,位涡权重法得到的低层超梯度风的径向范围向内扩大,最小气压方差法和最大切向风法更适合用于梯度风平衡研究中的台风中心定位。     

台风“摩羯”螺旋雨带中衍生龙卷的非超级单体特征

2018年8月14日受台风"摩羯"外围螺旋雨带影响,山东遭受7个龙卷风,其中影响惠民县姜楼镇的非超级单体龙卷达F2级致灾标准。利用常规观测资料、卫星云图、探空资料及多普勒雷达资料等,对此次强龙卷过程单体特征进行诊断分析。结果表明:龙卷发生在台风"摩羯"外围螺旋雨带中,其发生地位于台风中心35°方向约160 km处,为湿度梯度大值和TBB梯度大值相重合区域内。大尺度环流背景和低空急流、较低的抬升凝结高度及较大的低层风垂直切变均利于龙卷的发生。初始阶段小尺度涡旋先在近地面层出现,随后向上发展加强,并自高层减弱消失,且最大反射率因子强中心高度的快速下降和跃升过程对应地面龙卷的出现和消失;龙卷发生前7 min在0.5°仰角径向速度上出现小尺度涡旋,表明龙卷接地或即将发生,小尺度涡旋顶高明显上升可作为龙卷迅速增强的指标。     

2011年7月3日山东局地大暴雨过程的观测分析

应用常规气象资料、FY-2E红外TBB资料、地面加密自动站观测资料和NCEP再分析资料,对2011年7月3日山东中部地区出现的大暴雨过程进行了分析。结果表明：该过程在有利的天气形势下发生,其降水具有中尺度强对流系统特征;强降水落区位于地面自动站风场辐合中心偏冷锋前位置;一个MαCS和一个MβCS是该暴雨过程的直接影响系统;强降水出现在中尺度对流系统（MCS）发展强盛到成熟阶段,降水区最初位于TBB梯度最大处,再沿TBB梯度最大处向下风方移动,并始终处于强冷云顶区后侧;自高纬度向暴雨区低空锲入的东北气流对降水过程起触发作用;强降水区位于低层切变线南侧与水汽通量舌区左侧等值线密集带上,并与假相当位温陡立面密集区位置对应。     

台风影响下上海近海风场特性的数值模拟分析

选择近年来影响上海最严重的不同路径台风个例,首先利用TAPM数值模式对出现最大风速过程期间,海岸线的风速变化作了数值模拟计算,然后与海岸测风梯度塔的同步观测数据进行对比,在验证了模式计算结果的准确性和可靠性基础上,对台风影响下上海近海区域最大风速的分布特征、不同高度风速变化规律进行分析评估。同时采用海上测风平台的观测数据,对近海海面上的湍流强度作了计算。结果表明：当台风影响上海地区时,上海近海海上的最大风速有较明显的梯度变化;海面上风速随高度变化远比陆上小,各高度层风速如用指数律公式计算,幂指数可取0.09～0.10;海面上的湍流强度亦较小,基本上在0.10以下范围内波动。     

台风"云娜"降水云区中单站大暴雨诊断分析和预报

在台风降水云区中,有的站点出现大暴雨,有的站点不出现大暴雨,这给单站预报带来难度。为了提高台风降水云区中单站大暴雨预报准确率,利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对2004年第14号强台风“云娜”在西进途中的多站点进行水汽来源、不稳定层结维持以及次生中尺度辐合等研究,并探讨单站大暴雨发生发展机制和不发生大暴雨的原因。研究表明:单站大暴雨发生的主要原因是有次级环流出现;站点200hPa为明显的负温度平流,850hPa为明显的正温度平流;站点高低层均为正涡度中心,且低层正值大于高层正值;站点散度场高低层都为负值中心,或高层为正值中心、低层为负值中心;站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa·s-1以下。另外,站点有源源不断的水汽供给与辐合;台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素值时大暴雨容易发生。     

台风影响上下海近海风场特性的数值模拟分析

选择近年来影响上海最严重的不同路径台风个例,首先利用TAPM数值模式对出现最大风速过程期间,海岸线的风速变化作了数值模拟计算,然后与海岸测风梯度塔的同步观测数据进行对比,在验证了模式计算结果的准确性和可靠性基础上,对台风影响下上海近海区域最大风速的分布特征、不同高度风速变化规律进行分析评估.同时采用海上测风平台的观测数据,对近海海面上的湍流强度作了计算.结果表明:当台风影响上海地区时,上海近海海上的最大风速有较明显的梯度变化;海面上风速随高度变化远比陆上小,各高度层风速如用指数律公式计算,幂指数可取O.09-0.10;海面上的湍流强度亦较小,基本上在0.10以下范围内波动.     

"南川"、"狮子山"外围云系对温州的风雨影响分析

利用温州地区地面自动气象站观测资料、Micaps资料、NCEP/NCAR1°×1°再分析资料和温州新一代气象雷达资料等,对"南川""狮子山"外围云系对温州造成的大风和强降水进行分析,并总结出台风外围云系影响时大风和强降水的预报着眼点:可根据雷达基本速度场中的强径向风、地面气压梯度的增大区和台风路径、移速等判断大风;可在...     

0509号台风麦莎的结构与外围暴雨分布特征

利用地面加密观测资料、FY-2C卫星TBB资料和NCEP再分析资料，对2005年8月6～8日0509号台风麦莎登陆后环流结构及暴雨分布特征进行了综合分析。结果表明：台风麦莎具有明显不对称结构，台风东侧和北侧的积云对流较为旺盛；台风环流地面正涡度中心位于台风东侧，并随着台风北上移向台风东北象限并加强。地面强辐合区随着倒槽发展向偏北方向伸展；850hPa台风环流场表现为东侧和北侧的环流强盛，偏东风低空急流在台风北上过程中从东南风急流转为东北风急流；台风东侧暖，西侧冷，其东北侧有强暖平流输送。200hPa高空急流发展，急流入口区右侧强辐散有利于台风登陆后长时间维持。500hPa强上升运动区与台风外围暴雨区有较好对应关系。     

Polly(9216)台风登陆后的地面中尺度系统分析

1992～1994年夏季，85-906国家科技攻关项目07课题组织进行了台风现场科学和业务试验。Polly（9216）台风是一个影响面很广的试验目标台风。本文使用了1992年8月30日0000～9月2日0000 UTC该台风试验期间，受其影响的11个省市、共有673个气象台站、27996站次的地面加密观测资料，进行了该台风中心临近登陆及登陆后的每小时地面加密观测分析，提示了该台风登陆后主要地面中尺度系统的分布、发展和演变。     

地面和卫星降水产品对台风莫拉克 降水监测能力的对比分析

本文以2009年台风莫拉克为例,利用分布密集的自动站观测降水资料比较分析了国家气象信息中心研发的地面降水分析产品CPAP和卫星反演降水产品CMORPH、FY2C等对强天气过程降水的监测能力.结果表明:CPAP准确地把握了这次台风登陆过程中降水的空间分布和强度,但由于海洋区域无站点分布,CPAP无法展现一个完整的台风降水空间结构;CMORPH能够合理地描述完整的台风降水空间结构及其演变特征,但与地面观测相比,其降水中心的位置差异较大,且量值普遍偏低;FY2C的降水在陆地与海洋出现了严重的结构不连续的现象,对台风降水空间结构的描述不如CMORPH合理.由此可见,选择对降水空间结构描述完整且合理的卫星降水产品与精度较高的地面观测降水融合,结合两者的优势,是发展高质量降水分析产品的一种有效途径.     

利用多普勒雷达数据分析中国华东地区登陆台风轴对称降水特征

利用中国新一代多普勒雷达网温州雷达和台湾气象局五分山雷达资料、地面自动站降水资料,分析2004-2007年登陆中国华东地区的6个台风从登陆前18小时至登陆后6小时的降水结构时空变化特征.环状平均回波分析显示,在台风离陆地较远时,轴对称降水径向廓线呈双峰结构,最大降水位于台风眼墙处,降水次大值位于台风外围雨带处.台风强度越强,最大降水越强,且离台风中心的距离也越近.当台风接近登陆时,其内核区降水有增强的趋势,从登陆前6小时至登陆时,各台风内核区平均降水率的增强倍率在1.3-3.2,且外围降水随时间向台风中心收缩,内缩速率随台风强度增强而减慢.台风登陆后,台风眼被降水填塞,强度快速减弱,同时降水持续内缩,内核区总降水逐渐衰减.此外本文还建立了一个登陆前台风轴对称降水径向廓线模型,该模型能定量地描述降水廓线的双峰结构,模拟结果与实际雷达观测降水廓线的的均方根误差最小为0.46 mm/h,最大为5.3 mm/h.     

强热带风暴“北冕”登陆前后的风场变化

利用Q3000型车载相控阵风廓线雷达,对强热带风暴“北冕”登陆前后的风场情况进行了连续观测,观测资料反映了“北冕”登陆前后观测点上空风场的变化：“北冕”中心临近时风速逐渐增大,而后逐渐减弱,风向在垂直空间及时间上存在有规律的切变。风廓线雷达探测资料对于研究热带气旋内部的平均风特性、垂直结构、湍流输送性质及风压分布等有重要意义,可以弥补地面探空站在台风期间无法获取有效探空资料的不足。     

台风“菲特”影响期间浙江大风成因分析

利用常规观测资料、自动站加密资料、多普勒雷达资料以及NCEP/NCAR1°×1°每日4次再分析资料对2013年第23号台风"菲特"影响期间浙江大风成因进行了分析。发现:副高以及地面高压加强是导致浙南沿海大风提早出现的主要原因;台风"菲特"北侧东西向高压区的维持,使浙江始终维持大的气压梯度,导致台风大风向内陆扩展和影响时间增长;台风"丹娜丝"与台风"菲特"的相互影响使得"菲特"移速减慢,导致台风大风影响时间增长,同时台风"丹娜丝"与冷空气以及台风"菲特"减弱后环流的共同影响,使得浙北大风维持,进一步延长了台风大风对浙江的影响时间。台风"菲特"影响期间台风环流中的中尺度系统导致台风影响区域内风速的进一步增大。多普勒雷达径向速度产品结合组合反射率产品可以有效监控台风大风分布范围。地形的影响导致台风大风进一步增大。     

东海登陆台风的地面结构及降水分析

本文根据大陆上此较完善的地面观测资料,着重地对1953—1956年四次较强的登陆台风,此较细致地分析了台风中的气压、风、降水量和中心附近的气象状况的分布以及其相互联系.主要的结果如下:(i)台风范围内气压分布的特点随其移动方向的改变有显著不同.台风低压的填塞为其半径的函数,而且其六小时填塞率和当地气压日变化一致.(ii)台风范围风速的分布不仅和其气压分布相适应,而且受到海陆、地形的显著影响.地面风的辐合分布和台风降水分布的配合较好.(iii)台风登陆后的降水分布大致按其发展程度分为三种类型:对称型、侧偏型、对锋面型.(iv)台风刚刚登陆,其中心附近可有两种截然不同的天气状况:一类中心天气晴晴朗平静,一类中心狂风大雨.总的来说,登陆台风的地面结构一方面从东风带到西风带发生显著的变化,一方面受到海陆、地形的重大影响.     

一次鲁西北春季大风过程分析

利用常规资料、多普勒雷达资料和地面自动气象站逐小时资料,对2010年4月26日鲁西北一次大风天气过程进行分析后得出:(1)与高空冷涡相伴的中低层干冷空气侵入和地面较长时间干冷空气堆积是产生地面大风的主要原因;(2)梯度风和变压风共同作用是产生地面大风的直接原因;(3)地面中尺度切变线有助于将一些小单体组织起来,其后部强烈的辐散中心与地面大风有很好的对应关系;(4)多普勒天气雷达观测表明,此次大风与镶嵌在飑线回波带中的弓形回波相关,"V"型无回波区与地面冷舌位置一致,从径向速度图上分析,低空急流的形成对地面大风的预报也有一定的指导意义。     

台风“海燕”（2013）暴雨非对称结构及中尺度特征分析

利用NCEP再分析资料、地面雨量加密自动站资料及多普勒雷达产品资料,对2013年第30号超强台风“海燕”暴雨的非对称结构及中尺度降雨的形成机制、落区特征进行分析。研究结果显示:（1）“海燕”停编前有4个MCS呈东西向带状分布在广西南部,维持时间约9~12 h;台风减弱停编后在广西东南部有1~2个呈南北向的MCS,维持时间为2~4 h,造成此次台风过程的最强降水;（2）在“海燕”影响过程中,能量锋在贵州和广西维持并明显北倾、能量低值中心南下控制桂西北,使该地暴雨骤停、而桂东南在南风急流及地形作用下暴雨维持,是台风暴雨呈现东南强西北弱的非对称结构的主要成因;（3）台风登陆广西至停编时段的中尺度降雨是在高层的位涡异常与低层的位温异常叠加所形成的大气结构下,锋面触发不稳定能量形成的,中尺度降雨集中在边界层能量锋区最大梯度中心、MPV1梯度区零值附近与MPV2正值中心叠加处;（4）台风减弱在停编后的中尺度降雨是由冷空气侵入六万大山东侧抬升暖湿气流形成初始中-γ对流回波,在南风急流及两山脉间的盆地地形作用下,逐步加强发展成中-β对流回波并以“列车效应”传播而形成的。      

珠穆朗玛峰北坡地区河谷局地环流特征观测分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站的大气边界层塔站数据分析了珠峰北面一处河谷中局地环流的日变化特征.发现该河谷中的局地环流主要受山谷风和冰川风的影响,后者自影响主要集中在下午和傍晚,冰川风强度较大,地面最大风速达到10 m·s-1.冰川风开始出现的时间通常是气温达到一天中最高的时刻,这表明冰川风气流温度较低,带来了降温.另外,对空气湿度变化的分析中也能发现冰川风气流的影响.     

超大城市综合气象观测试验之测风激光雷达数据评估

为评估用于超大城市综合气象观测试验的测风激光雷达,从最大有效探测高度和数据获取率两方面对测风激光雷达的探测能力进行分析,同时使用测风激光雷达与深圳气象梯度观测塔的测风资料从不同观测高度、不同观测值等方面进行对比分析,结果表明:测风激光雷达与深圳气象梯度观测塔的风速、风向一致性较好,相关系数分别为0.96、0.99,平均绝对误差分别为0.54 m/s、9.95 °,且不同高度层的测风结果也较为一致,但雨天和雾天条件对测风激光雷达的最大有效探测高度和数据获取率影响较大,设备探测能力受到一定的限制。      

登陆台风Matmo(2014)北侧对流雨带的触发和发展过程

登陆台风Matmo（2014）北侧弱回波区突发多条强对流雨带,造成严重影响。本文利用NECP/NCAR的FNL（Final）再分析资料,地面自动站加密观测资料、雷达拼图资料等对台风北侧连续出现的3条对流雨带的触发和发展过程进行研究。结果表明:初始对流是在弱的对流不稳定和条件对称不稳定条件下,由锋面强迫和地形抬升作用共同触发。接二连三发生的3条对流雨带是在台风北部高湿环境,长时间稳定的水汽辐合,明显的对流不稳定,局部弱条件对称不稳定条件下,由近地面辐合线在辐合稳定并加强后触发的,有利的环境和多层不稳定的叠加有利于雨带的发展和维持。先后触发对流雨带的3条辐合线在发生位置上相当接近。辐合线的形成一方面由海陆下垫面差异、江苏和山东南部海岸线曲率、台风风速随半径分布特点所决定;另一方面,辐合线2和3的形成还与它们北侧对流雨带的冷出流密切相关。对流带上的强降水中心往往对应着稳定的辐合中心,辐合中心主要位于风速大小梯度明显的位置上。而辐合线上的风速梯度主要受海岸线、地形附近的降水分布影响。     

中国区域多种数值模式资料的地面气象要素评估

利用中国气象局国家级自动站(2421个站)的观测资料,分别对2010年7月1日至2013年6月30日的欧洲中期数值预报中心(ECMWF)、日本气象厅(JMA)和美国国家海洋大气局的全球预测系统(GFS)数值模式资料的地面气温、相对湿度和风速在中国区域的适用性进行了比较研究。结果表明,3种数值模式资料都能在一定程度上反映观测资料所具有的时间和空间分布特征,东部地区的适用性要高于西部地区。不同的地面气象要素,差异较大:对于地面气温和地面相对湿度,ECMWF比JMA和GFS更接近实际观测,ECMWF和JMA的分析场数据质量要好于预报场;ECMWF和JMA地面气温在冬季与观测差异最大,GFS地面气温在夏季与观测差异最大;3种数值模式资料的地面相对湿度在秋季和冬季与观测差异最大;对于地面风速,在江淮流域和华南等东部区域JMA与实际观测差异最小,在北部和西部区域ECMWF最好,JMA和GFS地面风速在冬季与实际观测差异最大。