山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971—2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析。建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型。分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支。结果表明：在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次。暴雨的范围广、强度大。出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后。在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆。中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北。500 hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合。低层850—700 hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制。热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东。在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送。在台风登陆后12—48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入。暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨。     

登陆中国热带气旋入海强度变化的统计特征

利用1949—2006年热带气旋资料分析登陆中国又入海的热带气旋(LSTC)的强度变化,重点给出明显加强的LSTC(RLSTC)发生频率、时空分布、路径及强度演变特征。主要结论:(1)LSTC入海有24%加强,主要在我国海域,也有少部分进入朝鲜海峡、日本海和鄂霍次克海加强;登陆大陆入海加强的比率明显高于登陆台湾或登陆海南的比率。(2)RLSTC年平均有0.7个,逐年代减少,8月最多。(3)中心最低气压和最大风速加强最强的月份分别在8月和10月、加强最强的海域分别在南海和东黄海。(4)登陆时强度为强热带风暴的最多;其路径除了移向稳定者外,在南海和北部湾还有迂回盘转式。(5)明显加强主要发生在入海时刻,很少持续明显加强。进入东黄海的RLSTC以最大风速先于中心气压变化或仅有风速加强的情况居多,进入南海、北部湾入海后的风速、气压基本同步加强,迂回路径可在入海后72～132小时还会加强。     

2020年7月两次入海江淮气旋爆发性与非爆发性发展特征对比分析

利用高时空分辨率的欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)对全球气候的第五代大气再分析数据集(European Re-Analyses 5, ERA5),对比分析了2020年7月淮河上游地区的两次江淮气旋过程,并结合海洋—大气—波浪—泥沙耦合模式(Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport modeling system, COAWST)进行敏感性试验,探讨同一气候尺度背景下,高低频大气环流形势和海气耦合作用对江淮气旋的影响。结果表明,低空环流形势的高频变化和海表温度的升高对气旋的大风影响和强度发展有重要作用。低空环流形势中,存在“气旋—反气旋—气旋”环流天气尺度波列,易造成气旋大风叠加增强;海气交互界面的高海表温度加热作用导致的感热和潜热释放通过气旋北部弯曲锋面强烈的上升运动,为气旋发展提供能量,促进气旋入海后爆发性增强。     

不同海域影响热带气旋强度变化的环境动力因素对比

利用1982-2007年NCEP/NCAR再分析资料、月平均海平面温度(SST)资料和西北太平洋、北大西洋以及北印度洋热带气旋(TC)资料,对比分析了环境动力因素对不同海域TC强度在不同时间尺度变化的影响.结果表明,在各时间尺度上,TC强度变化与垂直风切变变化有密切的联系.在西北太平洋,使TC过程强度增强或减弱的风切变...     

南海热带气旋迅速加强环境场因子的影响分析

使用中国气象局上海台风研究所整理的热带气旋最佳路径资料,对1979-2012年间南海海域热带气旋迅速加强的时空分布特征进行分析。结果表明,南海热带气旋迅速加强主要出现在夏秋两季,其中9月频数最高,空间分布主要集中在海南岛东南侧以及南海中部远离大陆的海域。基于ERA-Interim再分析资料,确定了一种环境因子的新阈值计算方法,计算出风垂直切变、高(低)层散度、低层垂直涡度、低层水汽通量散度、对流层中层相对湿度、海表面温度和海洋热含量8种环境场因子有利于迅速加强的阈值条件,结果表明风垂直切变、低层辐合、低层水汽辐合是影响迅速加强的主要因子。强台风以下级别的南海热带气旋级别越高迅速加强概率越大,迅速加强时满足阈值的因子个数也越多。除海洋热含量以外的7个因子中,满足阈值的因子个数为6个(热带风暴级别)或5个(强热带风暴级别、台风和强台风级别)时迅速加强概率最大。这些对提高南海热带气旋强度突变的预报有一定指导意义。     

一次春季江淮气旋形成发展特征及暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料,对2013年5月25-27日一次江淮气旋的形成发展及其引发的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:高空明显的正涡度平流、低层暖平流以及与辐合辐散区相对应的垂直运动是导致气旋发展的重要物理因子。气旋发展过程和湿位涡正压项及斜压项有很好的对应关系,气旋的增强阶段伴随对流层低层mpv_1的增大及mpv_2值的减小;高层湿位涡下传;使近地面大气斜压性增强,从而在低层诱生出气旋性环流。气旋的形成发展过程与对流层正涡度柱的形成相对应,与湿位涡的空间结构及其演变有密切的联系。气旋引发的暴雨位于气旋移动路径的左前方(东北象限),该区域低层强辐合中心和正涡度中心的耦合,加剧水汽和能量的辐合,为暴雨维持提供了条件。     

春季中国东部海域气旋急流在气旋发展中的作用研究

对2008—2014年中国东部海域春季海上发展气旋进行了统计与诊断分析。结果表明:1)这类气旋属于较浅薄的低值系统,垂直伸展高度多在600 h Pa以下,水平尺度多在1 500 km以内。伴随的强天气为大风、大浪与强降水,落区主要位于气旋东南部。2)气旋环流各层的大风急流区构成了气旋的东南部位,称为气旋急流。从高层到低层,气旋急流轴在垂直方向上呈逆时针旋转,形成气旋上大下小的漏斗形状。3)气旋急流左侧的气旋式切变有利于气旋中心强度的维持,上层气旋急流左侧对应下层气旋急流前部流速辐合区,有利于气旋式动力抽吸及在气旋东南部形成强的垂直上升运动区。各层气旋急流配置导致气旋的非对称结构,以及气旋要素的非对称分布。气旋急流向气旋中输入螺旋度以及充足的水汽,并在东南部强烈抬升,增强了凝结潜热释放,从热力和动力两方面促进气旋发展及强天气落区。4)春季下垫面温度分布(锋区)有利于气旋急流的增强,并通过西北部非绝热冷却和东南部非绝热加热,增强气旋斜压性。高空环境西风急流位于气旋右侧,形成了整层偏差风辐合,有效增强低层气旋急流。同时高空动量下传位于气旋西侧,首先增强气旋西北部的弱流部分(即气旋螺旋结构的下沉支),进而增强整个气旋的螺旋环流,促使气旋急流也从下层开始增强。     

热带气旋影响陵水县降水的不同强度特征

利用1988～2008年《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料,统计分析近20年来进入陵水县预报警戒区的编号热带气旋,并对比每日4次的2 5.×2 5°NCEP全球再分析资料,对热带气旋影响过程的物理量特征进行诊断分析,找出在热带气旋影响下,陵水产生强降水的一般特征及预报思路.分析结果显示,陵水县降水强弱与热带气旋生成源地...     

多个数值模式对黄、东海入海气旋预报对比分析

通过对T213、T639、ECMWF及WRF中尺度数值模式对2009-2010年3个典型黄海、东海入海气旋预报能力分析发现:T213、T639和ECMWF能提前6～10d预报出入海气旋的生成、移动和发展,但对环流调整时气旋移速突变的预报还存在着很大的差距,所有预报时效基于各模式850 hPa涡度场的路径预报误差和标准差均小于海平面气压场预报,当气旋跳跃式快速移动时,850 hPa涡度场预报优势更加明显,预报中需要更注重中低层形势的预报来把握气旋的移动和发展.3个全球模式比较,ECMWF路径预报、中心气压预报误差及标准差均为最小,T639总体略优于T213.WRF中尺度模式在短期预报时效内(0～72 h时效),对入海气旋造成的大风具有一定的预报能力,但预报风速小于实况风速.个例2在提高了模式分辨率、同化雷达和中尺度站等本地资料后对风速预报有很大的改进.     

登陆中国不同强度热带气旋的变化特征

根据《热带气旋等级》国家标准(2006),将热带气旋(TC)划分为热带低压(TD)、热带风暴(TS)、强热带风暴(STS)、台风(TY)、强台风(STY)、超强台风(SSTY)6个等级,利用中国气象局整编的1949—2006年共58年的《台风年鉴》和《热带气旋年鉴》资料,分析了登陆中国大陆、海南和台湾不同强度TC变化特征。结果表明：(1) 不同强度登陆TC频数存在年际和年代际变化,在长期趋势上,TD、TS登陆频数呈现显著的线性递减趋势,STY登陆频数呈现显著增加趋势。(2) 登陆TD、TS、STS存在6—8年的周期变化,TY具有准16年的周期变化。(3) 登陆TD、TS主要生成于南海东北部海面,登陆TY、STY、SSTY多生成于巴士海峡东南部海面和菲律宾以东洋面。(4) 在年代际变化上,南海生成的登陆TD、TS频数有减少趋势,TY、STY有增多趋势。     

江淮气旋气候学特征的统计研究

从江淮气旋的定义出发,采用欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim再分析资料,运用气旋的客观判定与追踪算法追踪江淮气旋,分析了1979-2010年江淮气旋的气候特征。结果表明:江淮气旋发生的频数有显著的年际变化,但随时间变化的长期趋势并不明显。由于春季冷空气活动频繁,且易与副高西南侧气流汇合形成气旋,因此春季是江淮气旋最活跃的季节,其中5月份江淮气旋发生次数最多;而在冬季,东亚地区受大陆冷高压控制,形势稳定,不易形成气旋,故秋冬季江淮气旋出现较少。受地形和下垫面等因素影响,江淮气旋生成的源地主要位于洞庭湖地区、鄱阳湖地区及大别山区东北侧。43.9%的江淮气旋中心平均降压率为0~-1 h Pa/6h,大多数江淮气旋中心最大降压率为0~-2 h Pa/6h(占66.4%),较难形成暴发性气旋。江淮气旋生命史较短,主要为1~2天。     

适用于热带气旋分析的动态合成方法

介绍跟随热带气旋的动态合成方法,可以避免把简单算术平均的合成方法用于热带气旋分析时,不可避免地会带来信息平滑的问题.该方法采用随热带气旋移动的动态坐标,热带气旋中心即为坐标的的原点,将各个样本相同坐标的格点进行算术平均即可得到动态合成场.该方法可以使热带气旋结构保持相对完整,而且热带气旋周围环流系统的相对位置也基本得到保留;并给出了一个例子说明该方法是适用于热带气旋分析的.     

2011—2019年影响安徽致暴江淮气旋统计分析

采用安徽国家基本站逐小时降水及欧洲ERA5再分析资料,统计分析了2011—2019年影响安徽致暴江淮气旋气候概况、雨区、路径及环流场特征。结果表明,影响安徽致暴江淮气旋多发生于湖北、湖南等地,约占同期总气旋数的18.9%,年均2.8次;降水大值中心主要位于大别山南麓至皖南山区西南一带,高海拔山区尤其明显。根据斜旋转T模态主成分客观分析法,将影响安徽致暴江淮气旋主要划分为高压脊型(SP1型)、高空槽型(SP2型)、暖式切变型(SP3型);其中,SP1型致暴天气过程最多,占40%,SP2型次之,占36%,SP3型占20%。高压脊型(SP1型)江淮气旋一般偏南东移,安徽以西有一高压脊,高压脊东侧有显著的经向环流,中高层有明显干侵入过程,低层暖湿舌伸向皖南山区,暖湿不稳定层结的配置有利于皖南山区对流性强降水的产生;高空槽型(SP2型)江淮气旋一般向偏东方向移动,安徽中北部中高层为东北—西南向高空槽,低层表现为冷锋南侵,与南方暖湿气流汇合于安徽长江流域,导致雨区分布于安徽长江一线;暖式切变型(SP3型)江淮气旋一般偏北东移,低涡位于安徽以西,西南强盛的暖湿气流经大别山区向东北方输送,整层均为大湿区,低层有较强的辐合抬升,降水效率高,雨区主要分布于大别山区,属于暖区暴雨或强降水类型。     

一次黄渤海入海气旋强烈发展的诊断分析

针对2007年3月造成黄渤海地区特大风暴潮的一次人海气旋发生与发展过程,采用NCEP资料并利用涡度倾向方程对其进行诊断分析与研究。结果表明,气旋的发展过程主要分为三个阶段：初期的气旋发展由低层开始,对流层低层具有明显的锋区和斜压性;当气旋入海时,高空槽移动到低层低值系统之上,涡度平流加强,高低层涡度平流差异成为气旋快速发展的主要动力;气旋发展的第三阶段是南北两支西风槽合并加强,使对流层中层的气旋性涡度增加,导致对流层中下层垂直上升运动增强,潜热释放增强,气旋发展达到最强。     

海温对0907号热带气旋“天鹅”入海后强度变化影响的数值模拟研究

运用WRF模式对0907号热带气旋“天鹅”进行84 h过程的数值模拟,研究海温的变化对“天鹅”登陆入海后强度变化的影响。结果表明,模式较好重现了“天鹅”再次进入南海后复杂曲折的移动路径及强度再度增强的过程;“天鹅”再次入海后强度变化对海温非常敏感,而路径对海温并不敏感,北部湾较高的海温是造成“天鹅”入海后再增强的重要原因之一;在模式中提高（降低）海温时,使“天鹅”入海后中心西南侧的低层热量通量增强（减弱）,表面风速随之加强（减弱）,边界层入流和垂直上升运动相应增强（减弱）,进而促进（抑制）整个气旋中心附近（特别是中心西南侧）对流发展,最后导致“天鹅”入海后强度的再增强。      

2018年一次温带气旋入海爆发性增强时期的集合预报对比分析

基于实况观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Forecast, ECMWF)0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的再分析数据和集合预报数据,对2018年2月一次入海爆发性气旋在黄海南部的爆发性增强时期的动力和热力因子进行了对比分析。根据气旋路径、强度和海面风的检验结果挑选出两组集合成员——好成员组和坏成员组。通过组间对比分析得到如下主要 结论 1）在气旋入海之后爆发性增强时,500 hPa高空槽和850 hPa中低层低涡迅速加强,同时低层和高层的西南急流均明显加大,中高层系统快速增强,上述因子均为气旋出现爆发性发展提供有利条件。2）气旋入海之后上升运动快速增强,这加剧了低层辐合与高层辐散,有利于地面降压,促使地面气旋的爆发性发展。水汽在中低层辐合后随气流上升发生凝结并释放潜热,这加强了高层辐散、低层辐合以及上升运动,促使气旋进一步爆发性发展。与此同时,对流层顶的高值位涡下传增强,低层大气斜压性受气旋上空冷暖平流的增强而增大,导致垂直稳定度减小,地面气旋性涡度增强,也有利于气旋爆发性发展。最终此次气旋快速增强并达到中等爆发性气旋的强度。3）虽然集合预报两组成员的平均场均比分析场弱,但是好成员组抓住了气旋上空中高层天气系统的快速增强过程,以及垂直运动、温度平流、水汽条件、位涡等预报因子和物理量的快速增强过程,其预报效果在气旋强度和路径等方面均显著优于坏成员组。     

影响北印度洋热带气旋生成环境因子的月际变化特征

利用美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Centre,JTWC)发布的1979—2018年北印度洋热带气旋(tropical cyclone,TC)数据和ERA-Interim提供的分辨率为1°×1°的同期再分析资料,分析影响北印度洋热带气旋生成的不同环境因子月际变化特征。结果表明：5月北印度洋海温明显增暖,适宜的200 hPa与850 hPa垂直风速切变(5～10 m·s^-1)和充足的水汽供应使得热带气旋的生成数达到全年第一个峰值。7—9月对流层中低层相对湿度条件很好,但200 hPa与850 hPa垂直风速切变过大,使得扰动对流很难形成暖心结构,不利于热带气旋的生成。10—11月北印度洋平均海温27～29℃,中层大气相对湿度条件较好,850 hPa多气旋性环流,200 hPa与850 hPa垂直风速切变为5～15 m·s^-1,在这种有利的环境条件下北印度洋热带气旋生成数达到全年第二个峰值。对影响北印度洋两个海域热带气旋月际变化的不同环境因子定量研究发现,尽管阿拉伯海和孟加拉湾的热带气旋生成数都呈现双峰型变化,...     

春夏季节黄河气旋经渤海发展时影响因子对比研究

利用2008—2012年台站资料、NCEP(National Centers for Environ mental Prediction) FNL(Final Operational Global Analysis)1°×1°再分析资料,将近5年经过渤海持续发展的黄河气旋分为夏季型和春季型,采用动态合成法对两类气旋的结构和黄渤海海域的热力、动力、水汽等影响因子进行对比分析。结果表明：经过渤海时,夏季型气旋主要伴随大范围的强降水,而春季型气旋主要形成强风区。春夏季黄河气旋均为冷暖交汇的斜压性结构,但夏季型有偏暖中心,斜压性弱于春季型。春季高空急流位于气旋南部,其左侧正涡度区维持气旋的深厚,且气旋后部高空动量下传与锋面二级环流及平坦海面配合有利于气旋低层大风迅速增强。夏季高空急流位于气旋北部,高空强辐散区和低层辐合区配置加强了气旋中的上升运动,有利于气旋强降水和凝结潜热释放。气旋发展阶段,扰动位能向动能的转化,支持气旋动能的维持与加强。湿位涡计算显示,夏季气旋中有深厚的干空气下沉,干湿梯度强,尺度大,有利于气旋的强降水,春季气旋中干湿梯度小,分布零散,对应降水强度和范围均小。黄渤海为气旋主要水汽输送通道,夏季海温相对春季高,水汽充沛,春季水汽辐合量仅为夏季三分之一。海洋下垫面作用对春季气旋影响大,在夏季作用不明显。夏季海面潜热加热影响为主,春季感热加热影响明显。     

4-6月江淮流域不同尺度温带气旋发展率及移动特征

基于改进的温带气旋客观识别方法,统计分析1986—2015年4—6月不同空间尺度江淮流域温带气旋的发展率及移动特征。结果表明:1)整体气旋发展率呈先上升、后下降趋势,较大空间尺度气旋发展率呈显著上升趋势,中间尺度气旋发展率无明显变化趋势。2)较大尺度气旋源地集中在湖北、湖南交界处,中间尺度气旋源地位于安徽等江淮流域东部,各尺度气旋源地位于整层大气非绝热加热项大值区域内。3)气旋初生阶段,江淮流域存在风速切变线,淮北地区风速小于淮南地区,江淮流域上空对流层低层位势高度为负距平,中高层则为正距平,属浅薄低压系统。4)不论何种尺度气旋,均存在东移和东北移动路径,但较大尺度气旋东北移动路径的比例较大。     

两类不同路径热带气旋登陆前后的总能量对比分析

以热带气旋“麦莎”和“碧利斯”为例,利用NCEP／NCAR再分析资料和实况资料,对两类不同路径热带气旋登陆前后的总能量场进行了对比分析,重点讨论了总能量场的变化与登陆热带气旋路径的对应关系,结果表明：（1）热带气旋区域的总能量分布并不均匀,高值中心主要集中在热带气旋移动方向的前方;（2）热带气旋中心始终在总能量输送场的“0”线附近小幅摆动;（3）登陆后西行热带气旋和北上热带气旋的能量输送变化存在一定差异,可能与同期的环境流场和地形作用有关,热带气旋的移动方向趋向与能量输送较强的一方一致。