台风“利奇马”引发山东强降水成因分析

利用常规气象观测资料、台风最佳路径数据集资料、地面-卫星-雷达三源融合逐小时降水产品(0.05°×0.05°)、FY-2G云顶亮温(0.1°×0.1°)、NCEP／NCAR FNL(1°×1°)再分析资料,对2019年9号台风“利奇马”影响期间2019年8月11日发生的山东特大暴雨过程进行分析。结果表明:1)强降水主要受台风倒槽的影响,台风倒槽在山东中部暴雨区长时间稳定维持,台风东侧的低空东南急流把东海北部的水汽和能量向暴雨区输送,配合200 hPa高空急流的“抽吸作用”,在暴雨区上空辐合抬升,造成具有中尺度特征的暴雨。2)强降水区存在的正涡度区伴随强烈的上升运动、低层辐合、高层辐散的结构和次级环流耦合发展,为此次台风暴雨过程提供了有利的动力条件,而且动力条件的演变在此次台风暴雨过程中的作用比热力条件更重要。3)850 hPa水汽通量辐合中心,以及相匹配的在垂直方向的强上升运动区,对强降水落区和雨强有一定的指示意义。     

台风“利奇马”不同强降水中心的雨滴谱特征分析

在2019年台风“利奇马”台风暖区、台风与西风槽相互作用区及西风槽影响区分别挑选4个极端强降水中心,利用各站连续观测分钟雨滴谱资料和分钟降水资料,分析了不同站点和不同降水时段的雨滴尺度谱、雨滴速度谱、雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱特征,研究了雨滴谱特征随时间的变化。结果表明:4个降水中心的雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱存在明显差异,而过程的统计谱特征差异不明显;过程中不同区域的站点、同一站点不同的降水时段,雨滴尺度谱和雨滴速度谱主要为双峰型,尺度谱双峰中各站对应1.2 mm直径峰的位置一致,处于较小尺度峰的位置不一致;在较大雨强时,雨滴尺度谱上会出现单峰和三峰的情况,但比例较少;1.2 mm雨滴的高浓度区域与地面降水强度有非常好的对应关系,在1.2 mm雨滴的高浓度区域形成的过程中,地面降水逐渐增强,随着1.2 mm雨滴的高浓度区域逐渐瓦解,地面降水逐渐减弱,直至出现间歇。     

台风“利奇马”引导气流的计算方法研究

为了更准确计算台风的引导气流,基于相关系数计算方法,评估了各层环境风与台风移动速度的相关性。结果表明,剔除相关性差的低层环境风后,计算得到的引导气流与台风移动的一致性有所提高;引导气流分量的峰值谷值在时间上滞后于台风的峰谷值;低层风之所以与台风相关性差或与低空急流和地形的干扰有关。针对性调整引导气流计算方法,有助于提高引导气流与台风移动速度的相关性。     

1909号超强台风“利奇马”强降水特征的诊断

基于TRMM卫星降雨资料、MERRA-2卫星位势高度、风速、垂直速度等资料，对1909号台风"利奇马"的移动特征及其引发浙江、江苏、山东等地暴雨进行诊断分析.分析结果发现，台风"利奇马"是北上型台风，移动路径主要受副高与1910号台风"罗莎"等系统影响.在北上的过程中，由于台风倒槽与西风槽携带的冷空气配合，且存在大量不稳定能量，引发了此次强降水过程.此外，低空急流及西风槽为降水提供了良好的动力上升条件，南海西南季风与台风"罗莎"是台风"利奇马"充沛的水汽与能量来源，为暴雨提供了良好的水汽条件.     

台风“利奇马”灾害风险及气象服务效益评估

利用气象资料、灾情资料、浙江宁波地方经济发展数据,采用模糊算法、层次分析法等对台风“利奇马”在宁波地区的影响进行风险和灾情评估,“利奇马”灾害风险评估等级是1级、特重,实际灾损虽是50.19亿元,但灾情等级5级、较轻,实际灾损低于风险评估等级;用逆推算法计算宁波地区“利奇马”台风的气象服务效益达41.76亿元,占台风直接经济损失与气象服务效益之和的45%,服务效益显著。政府及水利部门根据气象预报做出关闸滞洪的决策部署,在保障水库和下游河道堤防安全前提下,为城乡积涝赢得了45小时的排水时间,降低平原河网水位的压力,减轻了内涝灾害;同时充足的水库蓄水,使得后期出现气象干旱时,保障了本地供水安全,气象服务在减少内涝等灾害风险和保障水库蓄水等方面发挥巨大作用。      

不同微物理方案对台风“利奇马”雨带模拟的影响分析

云微物理过程是影响台风降水数值模拟的关键过程。利用华东中尺度模式系统,选取Thompson与CLR两种微物理参数化方案对台风“利奇马”进行数值模拟,对比观测、卫星资料,评估两个微物理参数化方案对台风模拟的影响,结果表明：相比于Thompson方案,CLR方案对台风“利奇马”的模拟在登陆后的路径、强度、降水明显更接近观测;Thompson方案在距离台风中心约100 km形成较强的螺旋雨带,而CLR方案在距离台风中心150 km左右的位置形成了较弱的螺旋雨带。进一步的分析表明,CLR方案模拟出的外围雨带距离台风中心的距离更远,是由于CLR方案中冰、霰等冰相态水凝物下落速度更小,更有可能被推送到距离台风中心更远的位置,从而形成不同的雨带分布。     

超强台风“利奇马”(1909)的闪电活动特征

利用风云四号A星(FY-4A)装载的闪电成像仪探测到的闪电实时定位资料和中央气象台提供的台风定位资料,分析了2019年第9号超强台风“利奇马”的闪电时空演变特征。结果表明:“利奇马”在强台风阶段的日平均闪电密度最大,其次是超强台风阶段。处于增强阶段(△V>0 m·s^-1)时的闪电活动强于减弱阶段(△V<0 m·s^-1),气旋强度稳定时(-5 m·s^-1≤△V<5 m·s^-1),闪电活动最弱。台风成熟以后闪电密度基本呈现出三圈结构。闪电的空间分布具有不对称性,在台风移动方向左侧的闪电数量明显多于右侧。台风外围雨带中的闪电远远多于台风中心发生的闪电,台风中心发生的闪电所占比例不到总数的1%。在台风两次增强阶段均出现闪电的爆发,在台风最强阶段也有较多的闪电发生。在台风最强时期的前半段,眼壁闪电数明显爆发至最大,在台风减弱阶段,眼壁闪电发生很少。     

台风“利奇马”远距离暴雨的关键动力因子和水汽来源

基于地面加密观测、ERA5再分析、ECMWF全球集合预报等多源资料,利用敏感性分析方法、涡度收支诊断方法以及拉格朗日水汽追踪方法,探讨1909号台风“利奇马”造成远距离暴雨的关键动力因子和水汽来源。结果表明,对流层低层短波槽的加深有利于台风远距离降水(Tropical cyclone Remote Precipitation,TRP)区南北两侧的气流共同增强TRP区域内的低层相对涡度,从而增强TRP。尤其相对涡度的散度项是影响TRP增强或减弱的关键作用项。在TRP增强阶段,有利于暴雨增强的正涡度主要由散度项贡献。负的散度项贡献导致相对涡度减小,TRP雨强也随即减弱。在水汽方面,TRP雨强和区域内的水汽含量密切相关。500 hPa上TRP区域内的水汽由局地和台风“利奇马”共同贡献;700 hPa的水汽主要由“利奇马”台风贡献;850 hPa的水汽则由局地和两个台风共同输送,其中台风“罗莎”的贡献更大一些。     

不同边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究

基于中尺度数值模式WRF,对比分析了六种大气边界层物理过程参数化方案（BouLac、MYJ、UW、YSU、ACM2、SH）对台风“利奇马”模拟结果的影响。结果表明,不同边界层方案对“利奇马”路径的模拟结果影响较小,但对其强度和结构演变的模拟结果影响显著。其中,局地闭合方案UW方案模拟的结果最强,局地闭合方案BouLac次之,而局地闭合方案MYJ和三种非局地闭合方案YSU、ACM2和SH的模拟强度都较弱。这些方案中,BouLac模拟的海平面最低气压与实况最为接近。通过对比这些边界层方案的模拟结果发现,由于台风强度的差异受到热力和动力的共同影响,边界层方案如模拟得到的地表潜热通量和边界层中湍流扩散系数较大,将导致较大的径向风和低层辐合,从而模拟得到较强的台风强度;反之,则台风强度较弱。     

台风“利奇马”(1909)快速增强事件的降水演变

利用台风路径资料及GPM多星集合降水反演产品(IMERG),分析了“利奇马”台风快速增强(RI)事件的平均降水率、降水(>0 mm·h^-1)和短时强降水(>20 mm·h^-1)的覆盖率随时间的演变。进一步,将RI事件分为RI启动前0~24 h、RI启动期、RI持续期、RI结束前0~24 h,和RI结束后0~24 h等阶段,分析平均降水率、降水和短时强降水发生频率的空间分布。研究结果表明:(1)在整个RI事件中,平均降水率和短时强降水发生频率较高的区域主要集中在台风中心西北方位,但其面积和位置随阶段转换而变化;(2)在RI启动前0~24 h,降水覆盖率的高值区由台风内核逐渐扩大至台风外围,而平均降水率和短时强降水覆盖率在RI启动后才明显增强;(3)在RI启动前0~12 h到RI结束前0~24 h的4个阶段,平均降水率和短时强降水发生频率的高值区都出现在台风移动方向的正前方。     

台风“利奇马”(1909)影响期间上海强降水成因诊断分析

2019年第9号台风“利奇马”(1909)在8月9—11日影响上海期间造成了严重的风雨影响。基于ERA5逐小时再分析资料和上海区域高时空分辨率的地面观测资料,采用非地转Q矢量分解等方法诊断分析了此次强降水成因。结果表明,台风“利奇马”在上海造成的强降水主要来自台风东侧的螺旋雨带。强降水区东南西北各边界的相对湿度在垂直方向上随时间的变化差异明显,水汽的垂直输送和大气整层水汽含量在台风强降水中起重要作用。进一步利用非地转Q矢量分解方法揭示了东边界的大尺度和北边界的中尺度系统在强降水中起主要作用。台风登陆时呈现出整层大气被抬升之后最大强迫中心由高层向低层下传的态势,且此下传效应中尺度比大尺度强迫更加明显,从而有利于强降水的发生。     

台风“利奇马”登陆前后雨带强度与结构变化特征分析

利用GPM卫星3-IMERGM产品、NCEP/NCAR逐6 h水平分辨率0. 25°×0. 25°的再分析资料和后向追踪轨迹模拟技术,对"利奇马"登陆前后降水结构特征及雨带强度变化成因展开分析。研究发现:登陆前强雨带非对称分布与垂直风切变作用密切相关;临近登陆风切减弱,强雨区趋向环流向岸侧。轴对称环状降水率先后出现收缩和扩展,雨带强度经历两增两减变化。其中登陆前雨带增强发生在南亚高压和副热带高压加强、垂直风切持续减弱的有利环境背景下;浙闽沿海离岸风和中心西侧次级环流形成促进了对流雨带发展;"罗莎"台风外围北侧偏东气流为雨带提供有利水汽输送。登陆时刻雨强减弱发生在南压高压、副热带高压及"罗莎"北侧偏东风减弱背景下。雨强变化与水汽通量散度呈正相关,与垂直风切变呈反相关,整层可降水量增大相对降水率峰值有6 h左右提前量。     

精细化评估GPM/IMERG产品对台风\

为研究多卫星联合反演(Integrated Multisatellite Retrievals for GPM,IMERG)降水产品对台风降水的适用性,以2021年台风“烟花”为例,利用我国东部地区563个国家气象站小时降水资料、FY-4A AGRI红外亮温资料和全球测雨卫星双频测雨雷达(GPM DPR)资料,检验IMERG估测降水的能力,并分析误差形成的原因。结果表明：IMERG估测降水与实况相比空间一致性较好,相关系数达0.75。IMERG降水产品整体表现出一致的低估,但不同雨强表现不同,随着降水强度增大,其低估程度随之增大。IMERG降水产品对弱降水存在略高估。对于10 mm·h^-1以下的降水,IMERG估测值略大于实测值;对于40 mm·h^-1以上的强降水,IMERG估测值明显小于实测值。由最小二乘法计算的IMERG估测值和实测值计算的直线处于对角线下方可知,整体而言IMERG估测值小于实测值。IMERG融合降水产品中红外反演降水的误差比微波反演的更大,小时降水量的均方根误差为7.8 mm,并且忽略了台风“烟花”中的暖云降水。微波反演不同类型降水的精度存在差异,对粒子数浓度参数(dBN_w)和粒子有效半径(D₀)较为集中的层状降水反演效果优于dBN_w和D₀较为分散的对流降水。红外和微波反演的强降水均比实况偏小,导致IMERG估测降水值亦偏小。

     

基于GPM卫星降水产品对1808号超强台风“玛利亚”降水结构的分析

利用GPM卫星探测两个时次的资料,以1808号超强台风"玛利亚"为研究对象,分析了台风降水率、降水类型及台风高度水平分布,降水率垂直廓线变化特征,以及降水率三维结构分布特征。得出以下主要结论:两个时刻"玛利亚"均处在超强台风级,A时刻台风眼区为深厚对流区,B时刻眼区对流有所减弱,但是有强螺旋雨带出现。A、B时刻的降水率最大值与风暴顶高度并非一一对应,还与降水云系中微物理过程有关。GMI低频18.7 GHz探测的水粒子含量的大值区与强降水率对应较好,高频183.31±3 GHz探测的冰粒子信号与风暴顶高度分布一致。不同降水率对应的垂直廓线表明,降水率在5 km高度出现急剧变化,这是由于在该高度上雨滴碰并增长或者蒸发减小。从A时刻到B时刻,云墙区大于10 mm·h~(-1)的云墙半径内缩,B时刻眼壁与螺旋雨带之间存在着弱降水区及无降水区。     

基于全球闪电定位网的江淮闪电定位网探测效率分析：以台风“利奇马”为例

基于全球闪电定位网(World Wide Lightning Location Network,WWLLN)获取的闪电定位资料对江淮闪电定位网(Jianghuai Area Sferic Array,JASA)在内陆及近海区域的闪电实时探测性能进行评估。通过对2019年第9号超强台风“利奇马”期间产生的闪电活动进行对比分析,发现JASA和WWLLN对台风闪电的径向分布、时间变化和空间变化有较好的一致性,绝大部分闪电发生在云顶亮温小于220 K区域;在台风发展阶段,内核区闪电活动较为频繁,在台风成熟和消亡阶段时,闪电主要分布外雨带,内核区的闪电活动少但集中。在探测效率方面,JASA对江淮区域实时定位到的闪电数远多于WWLLN,相对探测效率和绝对探测效率分别为69.12%和92.51%。而在海洋区域(114～130°E,20～24°N和123～130°E,24～32°N),由于受到JASA站点位置分布的限制,闪电实时定位数略少于WWLLN,其相对探测效率和绝对探测效率分别为32.67%和52.26%。研究结果表明了JASA对内陆及近海区域雷暴具备较强的捕获能力,为实时监测台风期间强对流闪电...     

超强台风“利奇马”登陆前后多模式降水预报评估对比分析

利用欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、美国全球预报系统(GFS)、中国气象局全球区域一体化同化预报系统—全球数值预报系统(GRAPES_GFS)、上海区域中尺度数值预报业务系统(SMSWARMS)、以及浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)和浙江省快速更新同化预报系统(ZJWARRS)降水预报资料,开展了各模式对超强台风"利奇马"登陆前后浙江省强降水的预报性能检验评估。结果表明:(1)过程降水预报方面,ECMWF对降水落区预报表现最佳,但对降水极值中心强度的预报技巧较低; 3个区域模式各有优势,其中ZJWARRS和ZJWARMS对登陆点附近及浙西北强降水落区、强度的预报均与实况一致,SMSWARMS对几个强降水落区的预报也表现较好,但雨强偏弱。(2)对逐日降水预报技巧上,登陆前全球模式ECMWF、GFS评分较高,而临近登陆及登陆后区域模式表现较好;其中SMSWARMS、ZJWARRS和ZJWARMS在预报时效12 h内的大暴雨及特大暴雨的预报上有较大优势,尤其ZJWARRS对0～3 h大暴雨的预报技巧表现最为突出。(3)对强降水致灾地区(永嘉、临海、临安)的短时降水预报方面,ZJWARMS无论在落区还是强度预报方面均表现较好,ZJWARRS与之接近,对多个降水中心的预报方面可互为补充;SMSWARMS对降水中心的预报往往存在位置偏差且雨强显著偏弱;全球模式对致灾强降水的短临预报参考价值较低。(4)各模式对850 hPa水汽通量及辐合区的预报差异较大是导致"利奇马"预报降水差异显著的重要原因。对于浙江省级区域来说,ZJWARRS及ZJWARMS在强降水落区及强度的短临预报方面有显著优势。     

进入杭州湾的两个台风降水特征及成因分析

本文利用FY-4A红外云图和ERA5再分析等资料对"云雀"和"温比亚"两个台风的强降水进行诊断分析。结果表明:"云雀"影响华东期间,西太平洋副热带高压(WPSH)不断加强西伸,台风路径右侧辐散环流维持,台风中心附近垂直风切变指向偏西方向,导致强降水始终集中在台风路径左侧。"温比亚"登陆前,台风中心附近垂直风切变指向西北方向,台风左侧垂直速度强于右侧,有利于强降水发生在台风路径左侧。"温比亚"登陆后,垂直风切变转为指向东北方向,台风右侧垂直速度强于左侧,有利于强降水发生在台风路径右侧。进一步分析指出,"云雀"登陆时期的垂直风切变和WPSH南侧偏东风气流有关;而"温比亚"登陆后WPSH减弱东退和中高纬高空脊东移,垂直风切变指向变化和高空脊后部的西南气流有关。     

浙东地形对台风“利奇马”极端降水的影响分析

利用自动站实时降水资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,结合中尺度数值模式WRF对台风"利奇马"在浙东地区产生的极端降水过程进行分析,重点研究了浙东地形对极端降水的影响。结果表明,"利奇马"影响期间,浙东强降水过程出现2个雨量峰值,依次由台风外层螺旋云带和台风中心附近的多个中尺度对流云团持续影响所造成,浙东地形对这一系列对流云团有明显的加强作用。浙东地区西部山脉对"利奇马"有阻滞和辐合抬升两方面作用,前者通过地形阻挡拖曳,延长强降水时长,后者通过山前显著的动力抬升作用和水汽辐合加强造成降水增幅。根据估算可知,括苍山脉在强降水阶段对暴雨的增幅可达11 mm·h~(-1),接近此时段内总雨量的2.5成。通过敏感性试验降低地形高度后,浙东地区辐合及上升运动减弱,雨量也明显减少,进一步验证了浙东地形是造成此次极端降水事件的重要原因。     

台风“利奇马”造成浙江极端降水的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料(0.25°×0.25°)、FY-2G卫星的黑体亮度温度(TBB)、双偏振雷达、加密自动站资料,对2019年台风“利奇马”引发浙江极端暴雨过程的成因进行分析,结果表明:(1)“利奇马”引发的浙江特大暴雨过程是一次深厚台风本体降水,具有范围广、总量大、局地雨强极端的特点,山脉地形对降水的增幅作用显著。(2)台风登陆前后850 hPa水汽通量、850 hPa辐合和200 hPa辐散都超过气候平均值3~4个标准差,异常强的动力抬升和水汽输送为此次极端降水提供了有利的背景条件,物理量的异常度可作为判断极端降水的重要因子。(3)活跃的西南季风和副高南部的偏东急流为“利奇马”提供了充足的水汽和能量。925 hPa水汽通量辐合大值区域与暴雨落区的形态和位置对应较好,且辐合强度的变化对降水量具有一定的指示意义。(4)登陆前后台风中心密闭云区范围大、结构紧实,其中有多个中尺度对流系统强烈发展且移动缓慢,是浙江东部沿海地区产生极端降水的主要原因。基于双偏振雷达的降水估测产品在短临预报中参考价值高。(5)中层的弱干冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,在地面中尺度辐合线和地形的强迫抬升下不断触发中尺度对流系统并产生“列车效应”,是此次过程中西北部山区特大暴雨产生的重要原因。