台风眼壁的云结构与降水形成机制分析

使用带有详细微物理过程的ARPS模式,对台风韦帕（Wipha）进行三重嵌套细网格模拟,利用模式结果,对台风眼壁强降水中心的云结构和降水形成机制进行分析,结果表明：冰相微物理过程是启动和形成台风眼壁暴雨的主要降水形成机制。在9000～14000 m高空,云水在很低的温度下经均质核化产生冰晶,或经非均质核化形成云冰;冰晶通过凝华增长（psfi,贝吉龙过程）、雨水收集云冰产生雪（praci）和冰晶粘附雨水成雪（piacr）过程生长为雪;霰产生主要包括4个过程：冰晶接触雨水使其成霰（piacr）、雪撞冻云水使其成霰（psacr）、雨水收集云冰转化成霰（praci）或雨水冻结为霰（pgfr）;霰粒子通过收集云冰干增长（dgaci）,霰撞冻云滴增长（dgacw）等过程生长;霰融化（pgmlt）和雪融化（psmlt）成雨水后再通过碰并云水等暖云生长过程,最后形成雨水。霰过程的强弱在雨水形成机制中很重要。（29.5°N、121.8°E）和（28.3°N、120.4°E）强降水中心冰晶转化率没有太大差别,但是（29.5°N、121.8°E）强降水中心上空冰晶通过贝吉龙过程快速成长为雪和霰,霰粒子增长过程远远强于（28.3°N、120.4°E）强降水中心,低空又有较高的云水转化率,使降水粒子在暖云中继续快速生长,冷暖云过程的有利配置使（29.5°N、121.8°E）出现较强雨水转化率。     

登陆过程中台风高层暖心结构演变特征分析

采用美国国家环境预报中心NCEP提供的分辨率为0.5°的再分析资料和中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径集,对1979—2010年于30°N以南登陆中国的台风进行合成并分析其高层暖心结构,主要结论如下:(1)登陆台风暖心在登陆前18h左右强度有较明显的加强趋势;(2)登陆阶段台风暖心有着明显的非对称性,向陆地侧的暖心面积更大;而在登陆方向两侧暖心结构也存在较弱的非对称性,登陆前暖心面积左侧大于右侧,登陆后暖心面积右侧大于左侧。(3)登陆台风暖心的温度梯度分布是不均匀的。越靠近暖心外围,温度梯度越大,越靠近暖心中心,温度梯度相对较小。当暖心强度变化后,暖心内层温度的变化率大于外层。(4)登陆过程中暖心强度在垂直方向的衰减比水平方向更为显著。(5)文中几种台风暖心特征的计算简便,物理含义明确,为实际业务提供了较为不错的定量化参考,方便理解台风暖心结构与台风强度变化之间的关系,具备一定的业务应用价值。     

9216 号台风登陆后的云系结构变化

利用GMS卫星云图资料和物理量诊断场资料，分析了9216号台风的云系结构及其在登陆后发生的变化。研究结果表明，9216号台风云系结构的变化反映了台风和高、低空环境流场之间的关系。分析表明，由9216号台风造成我国沿海罕见的风暴潮及大范围暴雨，与强大的高空急流入口区右侧的辐散气流及其东侧的强低空急流有密切的关系。     

南海台风“尤特”螺旋结构的综合分析

应用卫星观测等资料及高分辨数值模拟方法,综合分析了台风“尤特”（2001）螺旋结构的多要素三维动热力特征。结果表明：台风螺旋结构在许多动热力物理量场上都有明显表现,如散度、垂直速度、涡度、相对湿度、水汽通量散度、垂直水汽通量、θse、位势高度、对流云等,但是不同要素及在不同高度层上的表现有所不同,主要具有以下特点：（1）台风螺旋结构在大多数动热力物理量场上都有明显的表现,不同要素及不同高度上螺旋结构的表现形式有所不同,但通过动热力过程相互关联;（2）地面螺旋雨带与低空辐合、上升运动、低空高湿高θse、高空辐散等对应,反映了螺旋结构的对流特性;（3）螺旋结构自下往上明显向外倾斜,其中散度场的倾斜比垂直运动大;（4）螺旋带的强度和伸展高度沿径向渐次减弱和降低。     

特大眼台风Winnie(1997)的高分辨率数值模拟

台风Winnie 1997的眼直径为370 km,是有观测以来发现的最大台风眼之一。应用Penn State/NCAR高分辨率中尺度模式MM5,成功地模拟了Winnie的路径、强度、台风眼及其双眼壁结构。由此根据模式输出结果分析了台风眼及内外眼壁附近的流场和热力场特征。发现Winnie台风的眼壁及其周围风场都显示了明显的非对称性结构。Winnie的外眼壁对应一个极大风速环,也是暖湿环和正涡度环。内眼壁对应一个次极大风速环、暖湿环。上升运动控制整个内眼壁和海平面2 km以上的外眼壁区域,下沉运动则控制眼区和内外眼壁之间。径向入流集中在外眼壁和内外眼壁之间的边界层,流出则位于外眼壁的对流层中上层。     

大涡技术对模拟台风眼墙替换过程的影响

眼墙替换是影响台风强度和内核结构的一种重要过程。本研究在高分辨率的数值理想试验中加入大涡模拟技术,对比分析大涡模拟对眼墙替换过程的影响。结果表明:大涡模拟的加入使得模拟台风的强度和边界层入流增强。整个眼墙替换过程共用时约20～22 h,但大涡模拟试验中外眼墙形成更迅速,同时强度和上升运动偏弱。外眼墙完全取代内眼墙之后的台风强度超过替换过程之前的强度。此外,使用大涡技术可以更好地模拟出眼墙替换过程中内外眼墙之间的moat区下沉运动,结构特征与前人观测中所发现的结构特征一致。因此,在台风数值研究中引入大涡模拟技术,有助于更好地模拟眼墙替换过程中的台风结构特征和变化。     

利用浮标站观测资料分析台风“贝碧嘉”过境时风浪变化特征

利用北部湾海域一个大型气象浮标站获取的台风"贝碧嘉"过程实测数据,分析了该台风过境时风浪变化特征。分析结果表明:台风的风速时程变化曲线呈"M"形双峰分布,台风眼壁区风速最大,前眼壁区风速大于后眼壁区,前眼壁区和后眼壁区最大风速分别为22.6m/s和20.8m/s;台风眼区气压和风速最小,波高和波周期最大,其中眼区最大风速为2.7m/s,最大波高为5.4m,最大波周期为5.5s;波高最大值出现时间滞后风速最大值40min;台风眼区以外的波高与风速正相关;在台风从浮标站南侧经过期间,风向和波向均沿着顺时针方向旋转,其中风向和波向10min最大旋转角度分别为50°和150°;风向与波向不在同一个方向,两者之间的夹角平均为171°。     

Sepat台风（0709）登陆过程中眼放大现象研究

台风登陆过程中常发生结构变化,从而引起其强度、路径以及风雨分布等一系列变化,导致登陆台风灾害十分复杂.0709号台风Sepat在穿过台湾岛时结构变化明显,出现了台风眼放大现象.基于上海台风研究所台风资料、FY-Ⅱ卫星半小时一次的遥感资料、台湾雷达逐时合成回波图像以及NCEP每日4次1°×1°格距的再分析资料,研究了Sepat登陆过程中的眼放大现象.结果表明:(1)Sepat登陆台湾后眼墙塌陷、眼消失,但随后在从台湾海峡移向大陆过程中重新出现了台风眼并伴有眼放大现象,眼直径扩展至约600 km;(2)这种眼放大现象,实际上是台风内核区对流云团分裂扩散过程中与外围螺旋云带一起重新发展出的环状结构.台风眼的扩大与眼区下垫面温度降低、低层大气不稳定度减弱、径向外流加强、下沉运动区范围扩大等因素有关;(3)在台风外围,环境干空气侵入台风环流并在其西部形成了弧状湿度锋.锋区既促进对流运动发展,也阻碍了台风眼区云团进一步向外扩散,使对流云团在锋区附近排列成半圆弧状云带,并在台风气旋性环流组织下与台风东部的螺旋云带一起形成了环状眼墙;(4)台风的减弱消亡与其眼区放大现象密切相关.台风眼放大过程中,由于眼内干空气下沉范围加大、对流凝结潜热加热减弱,不利于暖心结构维持,台风强度亦随之衰减.同时,其增强的径向外流在一定程度上阻止水汽能量向台风内核区输入,促使台风内核对流运动的减弱和消亡.     

台风蒲公英两次登陆过程的强度变化分析

主要通过台风蒲公英来研究台风登陆时的强度变化问题。首先利用雷达回波资料分析了台风蒲公英在台湾和浙江两次登陆过程的结构变化,发现第一次登陆后,结构明显变得松散,第二次登陆后,气旋的结构反而变得更有组织性、更紧密。并用浙江省地面自动气象站资料来分析雨带分布、地面涡度分布的变化情况,进一步证实“蒲公英”在浙江登陆后强度确实有所加强。最后用NCEPT再分析资料对比分析了“蒲公英”在两次登陆时的水汽和斜压能量等条件,发现第二次登陆时环境条件明显要好。因此认为台风蒲公英在浙江登陆后强度维持的原因主要是水汽的输送,北面冷空气的入侵等。     

台风利奇马登陆期间的对流结构特征及对强降雨影响

2019年9号台风利奇马在浙江造成极端降水,其中8月9日白天浙江东部受台风外围螺旋雨带长时间影响,9日夜间在台风内核对流影响下降水有显著增强;降水中心与浙江临海地区的天台山、括苍山和雁荡山等地形特征密切相关。GPM(Global Precipitation Measure)卫星遥感反演表明近岸台风螺旋雨带以层积混合型降水为主,台风眼墙区域以热带暖云对流型降水为主;眼墙区雨滴有效直径更大、雨滴数密度更高,有利于形成高降水强度。台风登陆前移动速度较慢,浙江沿海地区维持低层锋生和辐合,有利于外围螺旋雨带降水维持和增强;登陆前后受环境垂直切变等因素影响,台风中心左前侧眼墙区域对流活跃,在登陆点附近强降水区偏向于台风中心左侧。分钟级降水观测表明台风登陆期间浙江近海山区降水强度2～3倍于平原地区,其中地形性降水增幅效应与台风对流非对称结构差异对降水影响程度基本相当,有利于在台风中心左前侧的括苍山—雁荡山山区形成强降水中心。     

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。     

台风“桑美”（0608）登陆前后降水结构的时空演变特征

利用雷达－雨量计联合测量降水技术得到的1小时雨量分布资料, 分析了台风“桑美”登陆前后距台风中心111 km以内的降水结构及其时空演变特征, 尤其是登陆前双眼墙循环过程中, 降水结构的变化特征。研究发现: 在登陆前“桑美”经历了双眼墙循环过程, 在此期间, 其内、外眼墙和雨带降水均以强降水为主, 内、外眼墙平均降水率均随时间增强, 而外眼墙增长幅度更大, 且平均降水率始终大于内眼墙, 但并没有伴随外眼半径减小的过程。而雨带平均降水率随时间变化很小, 略有下降。在登陆后,“桑美”内核和外围区仍是以强降水为主, 登陆前三小时左右内核区平均降水率有一个迅速增长的趋势, 登陆后随着台风强度的减弱, 其平均降水率迅速下降。“桑美”降水的空间分布特征显示, 其登陆前后降水结构有明显的非对称性, 在登陆前内、外眼墙和雨带最大降水均出现在台风移动路径的右侧, 且雨带的最大降水率始终位于内、外眼墙的右方; 登陆后, 内核区和外围降水更多地出现在移动路径的后方, 而不是登陆前的右侧。     

环境流场和“派比安”结构变化对其异常北抬路径影响的诊断分析

利用NCEP的全球数据同化系统(GDAS)1°×1°分析资料、CIMSS微波亮温资料等,对0606号台风派比安的异常移动路径特征作了诊断分析。结果表明:"派比安"出现的两次异常北抬路径与中纬度西风槽活动、热带西南季风、副热带高压以及热带气旋结构影响密切相关,西风槽槽后经向风活动和台风最大风速中心轴向对台风未来移向有一定的指示意义。     

“尤特”强降水过程大气层结分析

1311号强台风“尤特”登陆后给广东带来持续性大范围强降水,对流降水特征显著.分析了“尤特”影响期间大尺度环流背景,重点讨论了此次持续性强降水过程中大气层结问题.发现低空急流向广东输送强的暖平流,是广东大气层结不稳定得以持续维持的根本原因.进一步分析发现,低空急流本身并不是“暖”的,当“尤特”趋向陆地时,陆地上的暖气团在“尤特”环流强迫下向南传播扩散,低空急流穿越这一暖区时温度升高才具备“暖”的特性.这一事实在以前并未被关注到.通过个例反查,在许多登陆后造成连续强降水的台风过程中均发现了这一特征.因此,台风登陆引起环境温度场的演变以及与低空急流的配置需引起重视.     

热带气旋"蒲公英"两次登陆过程的灾害与结构特征

2004年7月1~3日,热带气旋“蒲公英”自生成到影响浙江沿海地区期间,不仅持续时间长、强度大,移动路径长、变化较复杂,而且创下了近3年来台湾风灾损失的最高纪录,同时也给浙江等沿海地区造成了一定的经济损失。作者主要利用卫星云图资料、NCEP再分析资料,从宏观上对热带气旋“蒲公英”两次登陆过程中的强度及其引发的风雨灾害进行了分析。结果表明,“蒲公英”登陆台湾期间,东亚环流形势呈典型的鞍形场分布,有利于处于两高之间热带气旋“蒲公英”的维持和北上转向。而在其登陆浙江沿海地区后,浙江沿海地区处于较强的偏东气流中,“蒲公英”中心处于高空槽后,气流下沉以及缺少水汽和能量充沛供应使得其减弱为热带风暴。无论是其登陆台湾还是浙江沿海地区,台风垂直方向始终呈深厚气旋性涡柱结构,但中心附近低层辐散,中层辐合,不利于中心附近的对流发展。相反,台风外围螺旋云带内不仅中低层辐合,高层辐散,辐合层较深厚,且存在高湿和强上升运动,因而有利于对流云团的发展。对流云团发展强度的不同使得“蒲公英”两次登陆期间引发的风雨灾害明显不同。     

Typhoon Winnie （1997） with a Very Large Eye： High Resolution Numerical Simulation

Typhoon Winnie (1997) was one of the hurricanes that had extremely large eyewall ever recorded with a diameter of eyewall reaching 370 km. Using the Penn State University/National Center for Atmospheric Research mesoscale model MM5 with 3-km grid horizontal spacing on the finest nested mesh, Winnie was successfully simulated in terms of track, intensity, eye and concentric eyewalls. The dynamic and thermal structures of concentric eyewalls were studied based on the model output. It was found that the concentric eyewalls and their surrounding wind fields were asymmetric in observation as well as in simulation. Winnie's outer eyewall was associated with a maximum wind ring, a warm moist ring, and a high vorticity ring. The inner eyewall was associated with a secondary maximum wind ring and a warm moist ring. Upward motion dominated the whole layer of inner eyewall and the area above 2-km altitude of the outer eyewall. Downward motion was found inside the eye and the moat. Radial inflow happened in the boundary layer of the outer eyewall and the moat, but radial outflow dominated the middle and upper levels of the outer eyewall.     

影响河南的登陆台风分析

统计了1949－1998年从闽、浙登陆台风的气候特及河南省台风暴雨概况，并利用天气学方法对台风登陆后的移动路径进行了概括和分析，以期为灾类台风的降水预报提供参考。     

The Impact of Air-Sea Interactions on Typhoon Structure

In this work,the results of a coupled experiment and an uncoupled experiment conducted in one of our former works are used to analyze the impact of air-sea interactions on the structure of typhoons.Results reveal that typhoon-induced SST decreases to reduce the latent heat fluxes transporting from the ocean to the atmosphere and cause the flux of sensible heat to transfer downward from the atmosphere to the ocean.Such SST reduction also has remarkable impacts on the typhoon structure by making the typhoon more axisymmetric,especially in the middle and high levels.This study also analyzes the basic characteristics of symmetric typhoon structure.