雷达资料对0414号台风“云娜”数值预报的改进

运用NCEP/NCAR再分析资料,研究了2004年12月初登陆我国台湾的冬季台风"南玛都"的性质结构特征,结果表明:冬季台风"南玛都"具有与夏季台风相同的暖湿中心和低层辐合、高层辐散的环流特征,不同的是低层辐合气流中西南气流不明显,台风涡旋气流对大气的扰动偏弱.台风过程海平面气压距平场的EOF分析表明,台风生命史中的扰动主要由EOF1和EOF2构成(占90%的方差),EOF1反映台风结构和强度变化,EOF2反映了台风移动过程中的环境状态变化.     

冬季登陆我国的0428和7427号台风过程的冷空气作用和水汽特征

应用NCEP/NCAR再分析资料,对冬季登陆我国的0428和7427号台风过程的冷空气作用和水汽特征进行了研究,结果表明：在初冬季节,东亚大槽引导的冷空气可以到达热带洋面的台风外围;台风与出海高压相向而行, 外围气压梯度增强对台风强度的加强和维持起作用;弱冷空气在低层侵入仍在温暖海面上的台风,气旋扰动加强使台风加强;当强冷空气侵入台风中心中层时会破坏其暖心结构,使其填塞消亡。台风生成于水汽通量辐合带内,其生成和发展引起水汽汇合的扰动,加强水汽的辐合,使水汽辐合带加强;一旦台风脱离水汽辐合带后,不能继续获取大量水汽,则会逐渐减弱消亡;冬季台风过程没有强的水汽输送带。     

卫星云图资料在台风路径相似预报中的应用

利用中国气象局（CMA）最佳台风路径资料、地面加密自动站资料、SRTM30数据与ERA5再分析资料,对2013年相似路径台风“苏力”与“潭美”造成的福建暴雨落区差异的成因进行了分析。结果表明：（1）两次台风暴雨过程中福建强降水落区相对于台风移动路径方向的位置在其登陆前后有所不同,台风登陆前强降水均位于其路径北侧（闽东北）,台风登陆后“苏力”强降水转至其路径南侧,而“潭美”强降水则位于路径附近。（2）台风登陆前“潭美”相较于“苏力”低纬存在强水汽输送带、闽东北上空高能高湿、低层辐合和高层辐散形成的抽吸作用,配合垂直正涡度场及地形抬升作用,该区域上升运动强且伸展高度高,导致其路径北侧降水强度更大、范围更大。（3）台风登陆后,“苏力”路径的南侧为强水汽辐合中心、气流汇合区及能量锋区,垂直正涡度柱南倾,上升运动强烈且强对流不稳定;“潭美”移动路径附近为强水汽辐合中心,西北气流与偏西气流汇合,维持暖湿结构,正涡度柱范围位于台风中心附近,该区域配合低层辐合、高层辐散,强垂直上升运动。受地形的引导、阻挡作用,低层气流加速辐合与抬升,有利于强降水的维持和加强。（4）台风强降水落区与环境风垂直切变有较好的对应关系,强降水区往往位于环境风垂直切变矢量下游和左侧;“苏力”和“潭美”登陆前后环境风垂直切变强弱和方向不同,可能是造成福建暴雨落区差异的重要原因之一。

     

双季风低压影响下的一次内陆山地暴雨成因分析

利用地面观测资料、台风路径数据、FY-2G卫星TBB资料以及NCEP再分析资料,对2019年7月攀西地区西部高海拔山区的一次暴雨天气成因进行了天气学诊断分析,结果表明：在这次山地暴雨过程中,南海季风低压发展形成的热带风暴“木恩”与印度季风低压的低层外围气流在攀西地区西部交汇并显著辐合。同时,地形对低层的暖湿气流存在强迫抬升作用,低层中尺度辐合线的位置和强度与中尺度对流性云团有较好的对应关系;低层显著的水汽辐合、中层强烈的上升运动以及低层不稳定能量的维持都有利于暴雨的产生。     

强台风“海葵”(1211)近海急剧增强的数值研究

近海台风强度急剧增强是预报中的难点。使用新一代中尺度WRF模式对台风“海葵”(1211)近海强度急剧增强过程进行数值模拟,并对数值模拟结果展开分析,研究引起台风强度突变的可能机理及相应结构变化。模拟结果表明,台风“海葵”的急剧增强与低层水汽输入的突然增加以及有利的高、低层辐散、辐合流场配置密切相关,且在“海葵”台风强度迅速增强的前6 h其高低层辐合、辐散流场呈现同时增强。台风结构变化的分析表明,在台风急剧增强时段台风结构趋于对称化,且低层眼壁范围小,高层眼壁范围向外扩展。伴随着台风强度增强,径向风速和切向风速也处在增大过程中,特别是台风急剧增强阶段,径向风速和切向风速增大更明显。另外,暖心强度逐渐加强,且暖心范围明显扩大并向低层扩展。同时随着台风强度的增强,垂直上升运动也逐渐增强。台风的这些结构变化都有利于其强度的维持和发展。      

台风“山竹”登陆结构变化及造成广西强降水异常分布的成因分析

利用地面加密自动站观测资料、多普勒天气雷达及NCEP格点再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆前后环境场、动力热力场结构变化特征进行了分析,并初步探讨台风造成广西强降水分布异常的成因。(1) 200 hPa南亚高压稳定维持、西南季风与越赤道气流、西太平洋气流卷入提供水汽和能量是台风登陆后强度减弱缓慢的重要因素。(2)台风登陆移入广西过程中,其中高层θ_se漏斗状结构、正涡度柱状结构维持,东侧和北侧低层有深厚入流辐合上升,高层有明显出流。(3)水平风场的不对称分布导致台风东侧到北侧存在明显的风向切变和风速辐合,出现垂直螺旋度正值中心和强水汽辐合区,对应有螺旋对流回波带发展、维持,这可能是“山竹”强降水出现在台风偏北侧的重要原因。(4)云贵高原冷空气的侵入加剧了热力不稳定,加上地形抬升增幅作用,导致桂北和桂西持续强降水。(5) “山竹”降水分布与低层湿位涡负值区有较好对应,强降水主要出现在湿正压项(MPV1)负值中心附近和MPV1负值区与湿斜压项(MPV2)正值区相叠加的区域。      

登陆台风Rananim(0414)环流内中尺度辐合线的形成和发展研究

0414号台风Rananim不仅在中国沿海引起暴雨灾害,还在中国内陆产生了强烈降水,导致严重的洪水和地质灾害。基于地面、探空和卫星观测资料、NCEP 1°×1°分析资料以及日本气象厅区域谱模式同化资料(20 km×20 km格距),对台风Rananim内陆强降水过程中环流内中尺度辐合线的形成和发展进行研究,结果表明:(1)中纬度冷空气自对流层中低层侵入台风环流,与台风偏东风暖湿气流相遇,激发了中尺度辐合线在其西北象限的生成。(2)这条中尺度辐合线存在于700 hPa以下低层,具有指向冷空气的斜升气流,并形成辐合线上的垂直环流圈。β-中尺度对流云团群在中尺度辐合线附近形成发展,最后并入台风残涡云团,生消过程约12 h。(3)中尺度辐合线上对流不稳定和条件性对称不稳定共同存在,为强对流运动提供有利环境。湿斜压性增强是中尺度辐合线斜升气流上条件性对称不稳定产生的主要原因。(4)中尺度辐合线与台风环流相互作用的诊断表明,中尺度辐合线从台风低层获得动能和垂直涡度而发展,而其发展又为台风环流提供动能和高层正涡度,减缓了台风衰减。中尺度辐合线不仅直接产生暴雨对流云团,还有利于热带气旋的维持,造成内陆持续强降水。     

超强台风“天鹅”（2015）路径突变过程机理研究

本文采用中国气象局的最佳台风路径数据和美国国家环境预报中心1°×1°每6 h再分析资料作为研究工作的基本场,运用了分部位涡反演方法探讨影响2015年第15号超强台风“天鹅”路径突变的物理机制,得到以下结论:（1）就天气系统而言,“天鹅”整个移动过程中都受到周围环境场及引导气流的影响,主要的影响系统包括西北太平洋副热带高压、季风涡旋、邻近台风“艾莎尼”及台风外围反气旋;（2）定量分析了与各影响系统扰动位涡相关的引导气流矢量,发现整个过程中超强台风“天鹅”的移动始终受西北太平洋副热带高压的影响,其次是来自季风涡旋及台风外围反气旋的贡献,而当“天鹅”有向北转向趋势时,与外围反气旋相关的东北向引导气流导致了台风的路径北折;（3）进一步定量分析了总扰动位涡在不同高度层上相关引导气流的贡献,结果表明在垂直方向上对流层中层系统的引导气流矢量与“天鹅”的移动最为吻合,而形成于低层系统的偏南风气流与“天鹅”向北突然转向有着密切的联系,并在转向后逐渐向中高层发展增强。     

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1)南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2)南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、...     

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.     

相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水差异成因分析

为探讨相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水的差异原因,从天气形势、物理量场等方面进行分析,利用水汽通量、假相当位温、湿位涡、垂直螺旋度等物理量对降水进行诊断,得到以下主要结论：1）两台风移动路径主要受副热带高压和冷空气的影响,副热带高压边缘气流为主要引导气流。两台风均有追随200 hPa辐散中心移动的趋势。2）较强冷空气的侵入、鞍形场中的缓慢移动、强正涡度和强盛上升运动、强水汽输送且低空长时间水汽辐合、大气斜压性增强和风垂直切变增大均是台风“温比亚”造成南通更强降水的原因。3）水汽通量辐合增强,低层正涡度中心、强上升运动,低层假相当位温大值区叠加上空假相当位温梯度带,垂直螺旋度增大与正值发展高度均与台风强降水有明显对应。     

台风“康森”对防城港市影响特点分析

利用MICAPS3.0常规天气图、防城港市自动站资料对第1002号台风"康森"路径及防城港市暴雨降水过程的原因进行分析,分析表明,1002号台风"康森"的移动路径和副高的位置相关;此次暴雨降水过程是由于在"康森"发生发展的整个过程中,台风附近的对流层顶部始终伴随着强的辐散流场。"康森"进入南海后,低层的西南低空急流强盛,还受稳定强大的副热带高压阻挡,台风北侧偏东气流明显加强,从而使低层台风附近气旋性的气流辐合加剧;西南季风加强有利于气流辐合上升。另外,十万大山地形抬升作用使得西部地区降水明显增幅。     

台风“山竹”（2018）远距离暴雨的成因分析

热带气旋远距离暴雨（TRP）往往成为高影响天气,是业务预报难点。本文用地面、探空观测资料、雷达遥感资料以及NCEP一日四次0.5°×0.5°再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆广东期间在长江三角洲（简称长三角）地区引起的远距离暴雨过程进行分析。结果表明:（1）这是一次发生在副热带高压（简称副高）控制范围内的热带气旋远距离暴雨,低层受台风倒槽影响。（2）这次过程第一阶段暴雨主要是在强的对流不稳定条件下,由对流层低层“山竹”倒槽中的辐合线触发对流产生,同时对流层高层“山竹”的极向流出汇入加大了中纬度西风风速,在长三角地区上空产生辐散,有利于上升运动的维持。第二阶段,对流不稳定条件有所减弱,但前一阶段强回波产生的低层偏北外出气流与东南风形成辐合线,辐合线上还有中γ尺度的涡旋产生,又促进了对流发展。850 hPa台风倒槽北端形成一个低涡,500 hPa副高边缘发展出一个短波槽,暴雨的动力条件更为有利。（3）长三角的3个强降水中心分别在长江口、杭州湾北岸的嘉兴沿海及宁波沿海,都是在水陆边界附近。（4）远距离暴雨区的涡度收支诊断发现:暴雨的初始扰动主要由近地层水平辐合辐散项提供,850 hPa的水平辐合辐散项和扭曲项共同作用形成和加强低涡,并通过垂直运动上传使中层700～500 hPa附近涡度增长,进而发展出500 hPa短波槽。850 hPa涡度来自于台风倒槽和副高边缘的偏南急流。（5）在这次远距离暴雨过程中,台风“山竹”与海上西太平洋副高之间形成偏南低空急流,向长三角输送水汽,这与典型TRP事件相似。不同之处在于:典型TRP中暴雨的初始扰动一般由西风槽提供,而这次过程主要由低空台风倒槽和偏南急流提供,涡度上传形成高空短波槽,是不同于典型TRP事件的一个物理过程。     

热带气旋研究和业务预报技术的发展

利用GFS 0.5°×0.5°再分析资料、中国地面与CMORPH融合0.1°×0.1°逐小时降水产品、FY2E卫星资料和常规观测资料,对2010年7月14—15日江西东北部大暴雨天气进行分析,重点讨论了15日远距离台风与高空西北气流的相互作用。结果表明:(1)暴雨发生在副高北缘和高空为西北气流的背景下,低层存在台风“康森”的远距离水汽输送,低涡切变、副热带高压、远距离台风、西风槽、中尺度低压等多尺度系统协同作用导致了强降水的发生,其中远距离台风“康森”与西北气流起了主导作用;(2)由于副高结构不够深厚强盛,强降水发生于南亚高压东侧偏北气流、500 hPa大陆高压和海上副高之间的西北气流、700—850 hPa副高西侧的西南急流中:台风“康森”北侧强劲的东南急流和副高西侧西南急流叠加将低纬大量的水汽和热量沿着大陆高压和海上副高之间的甬道向北输送,使江南北部成为高温高湿高不稳定区,200 hPa上16~20 m·s^-1西北气流带动500—700 hPa干空气向南移动,与同步加强的暖湿气流相遇形成斜压锋区,使辐合系统稳定于江南北部;(3)高空西北气流和远距离台风的共同作用使斜压锋区的水平和垂直梯度加大、垂直风切变加强,有利于气旋性涡度发展、锋生加剧,强烈的上升气流穿越锋区,引起强的水汽辐合,加大了层结不稳定,在斜压区激发出多个中尺度涡旋,促进对流发展、强降水发生。(4)预报业务中,关键在于对副高、500 hPa冷槽、台风等外强迫系统强弱的预估,一方面需关注上下层系统作用对比的强弱,找出占主导地位的天气系统,另一方面应注意低层扰动环境的改变。

     

鲁中山区地形对山东省一次暴雨影响的敏感性数值模拟试验

利用PSU/NCAR MM5V3中尺度数值模式进行了鲁中山区地形对一次台风暴雨的数值模拟敏感性试验,结果分析表明:鲁中山区地形作用对山东省暴雨有重要影响,迎风坡可引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加,但偏北气流在迎风坡的水汽辐合不明显,降水量影响不大;山顶引起低层辐合上升运动减弱,辐散下沉运动增强,降水量减小;背风坡引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加。     

1822号台风“山竹”的涡旋Rossby波特征分析

采用WRF中尺度模式对2018年22号台风“山竹”进行高分辨率的数值模拟,在此基础上,分析台风的精细动力结构和雨带特征。分析结果发现,台风“山竹”的眼墙处具有低层辐合流入、高层辐散流出的动力配置;台风眼墙附近存在切向风速的高值区和明显的垂直上升区,并且随着高度逐渐向外侧倾斜,同时该处的雷达回波也较强,对流系统较为深厚。然后利用尺度分离方法得到涡旋罗斯贝(Rossby）波的扰动场,进一步分析了台风“山竹”内部的涡旋Rossby波特征。研究发现：1）1波和2波会同时沿着切向和径向方向传播,2波的振幅明显小于1波;1波和2波的正涡度扰动大值区基本覆盖强的雷达回波区域,同时伴有较强的对流活动。2）垂直方向上,降水区的涡度扰动呈现出上层为正、下层为负的动力配置时,同时散度扰动的垂直方向也有类似配置时,则会加强对流系统的发展,有利于降水的增强。由此可见,1波和2波扰动的上层辐散下层辐合的动力配置会促使对流系统的加强,同时也会对台风降水的强度和分布有一定的作用。     

2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨对比分析

应用多种常规观测资料、加密自动气象站资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨过程进行了对比分析。研究表明：“尤特”台风暴雨直接由台风环流引起,具有锋前暖区降水的特点;而“天兔”台风暴雨由台风低压倒槽与西风带天气系统相互作用引起的,其降水属于典型的锋面降水。“尤特”由东风带进入西风带,其与副高相对位置的变化是导致其登陆后路径北翘的主要原因。“尤特”低压环流与南海季风相互作用,充沛的水汽输送对台风低压环流的长时间维持以及湘东南暴雨的形成和发展起到了重要的组织和促进作用。而“天兔”登陆后南海季风位置偏南,不利于“天兔”的长时间维持以及向暴雨区的水汽输送。低层暖式切变线附近强辐合与高层强辐散耦合、低层强正涡度与高层负涡度的耦合为“尤特”台风暴雨的发生发展提供了动力条件。由中低层冷空气入侵导致的锋生强迫和高低空急流耦合形成的次级环流,加强了“天兔”低压倒槽内冷暖气流的辐合,是触发倒槽内中尺度对流发展和暴雨产生的重要动力机制。     

台风“纳沙”路径和降水诊断分析

利用常规资料分析冷空气对2011年17号台风“纳沙”路径改变及降水影响.结果表明:(1)在副热带高压南侧东南气流引导下,台风较稳定西北移,后期由于冷空气南下阻挡推动台风移动折向西偏南方向移动;(2)强盛的西南暖湿气流为暴雨产生提供足的水汽条件;(3)低层水汽辐合、高层辐散和强烈的上升运动是暴雨产生的动力条件.     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

南北两半球环流相互作用及过赤道气流

本文利用欧洲气象中心提供的1982年5—8月的资料进行了谱分析,结果表明在准双周振荡中,西北太平洋辐合带上的扰动和澳大利亚冷空气活动之间无因果关系。辐合带上的扰动引起过赤道气流的变化,过赤道气流振荡形式是自东向西移。综合分析表明,过赤道气流的增强主要是北半球台风引起的,与澳大利亚寒潮爆发关系不大。