Chanchu台风(0601)精细结构中的熵流特征分析

在耗散结构理论的基础上,根据热力学第二定律推导出了熵平衡方程。利用高分辨率模式输出资料通过对比Chanchu台风(0601)螺旋雨带上游、中游和下游及眼壁附近不同区域对流单体和熵流分布情况,揭示出负熵流值与台风的强对流单体有密切联系。基于负熵流与台风精细结构的配置分析,研究中尺度范围内熵流随Chanchu台风发生、发展、消亡各阶段的演变特征。分析表明,对流单体在从雨带上游至下游的演变过程中,熵流分布特征也会发生相应的变化,强对流单体与负熵流大值区相对应;当对流单体减弱,负熵流也随之减弱;当单体最后合并并汇入眼墙时,负熵流彼此合并旋入眼墙,有助于眼墙中深厚对流的维持和发展;此外,负熵流对于Chanchu台风在各发展阶段的强度变化也有一定的指示意义,揭示了负熵流对大气系统的组织化作用。      

台风麦莎的正压特征波动结构及其稳定性

利用中尺度WRF模式对2005年8月西北太平洋台风麦莎（Matsa）进行了精细的数值模拟。使用模式输出资料,对正压浅水方程组进行了数值差分计算,分析它在最大强度时刻的正压特征波动结构和稳定性。结果表明,台风麦莎内部包含有沿逆时针方向传播的重力惯性外波和涡旋Ross-by波,两种波动的结构和稳定性存在显著性差异。前者主要存在于台风外围,增长率随波长的减小而增加,台风外围的波动相速度为48．9～68．5m／s;后者主要位于距离台风中心200km内,表现为3波最不稳定,半径100km处相速度约为5m／s。此外,重力惯性外波的扰动风场与高度场基本相垂直,扰动散涡比值大于3倍,甚至达到10＾3倍,运动以辐合、辐散为主;涡旋Rossby波的扰动风场基本平行于高度场,扰动散涡比值为10＾-1～10＾-2,涡旋运动是其主要运动,与内螺旋雨带沿着切向圆周方向的传播具有密切关系。     

台风麦莎(0509)陆上长久维持诊断分析

利用日本气象厅分析资料对2005年9号台风麦莎陆上长久维持现象进行了诊断分析。结果表明:台风陆上长久维持与低空水汽通道的连结、中纬度弱冷空气的侵入、高空流出气流的强辐散、登陆后台风移经垂直切变小值区和特殊的下垫面等密切相关。     

0509号台风麦莎影响山东分析

分析了0509号台风的移动路径、强降水分布及物理量场分布,重点分析台风在安徽突然转向东北和强降水不在中心附近而是偏于中心东北侧的原因。结果表明：副高突然南落及200hPa辐散偏向台风中心右侧是台风在安徽转向进入江苏的原因;台风进入西风带以后没有明显的冷空气侵入;台风进入山东前,半岛大暴雨是由台风右侧东南急流和切变线引起,而台风进入山东境内时,鲁北、鲁中强降水由台风倒槽引起。     

“海棠”台风(2005)暴雨过程数值模拟及位涡分析

采用WRF模式对2005年"海棠"台风登陆福建省前后24h内所造成的降水过程进行了数值模拟,在此基础上,利用模式输出结果,借助位涡理论分析位涡与台风低压流场及降水的关系,并结合对风场、相当位温、相对湿度等诊断量的分布特征分析,探讨了台风强降水的发展和维持机制。结果表明,310K等熵面上高位涡发展演变较好反映了台风低压系统路径移动以及强度变化的过程。暴雨中心主要出现在位涡大值区及其偏东北方向,且位涡气块回旋少动,与暴雨的发展维持密切相关。高位涡区主要位于等熵面坡度和梯度最大处,当等熵面上下贯通,对流层高层的高位涡沿等熵面下传,形成位涡柱时,有利于暴雨增幅。台风环流内水汽充足,上升运动强烈,也有助于此次台风降水强度持续强大。     

雷达径向风速同化对台风麦莎模拟的影响

本文应用WRF-3DVAR系统同化多普勒雷达径向风速资料,并利用WRF模式对台风麦莎（2005年8月6日00时至7日00时）进行数值模拟,以此检验多普勒雷达径向风速资料在改进模式初始场及提高台风路径和降水预报准确度等方面的应用效果及意义,探讨不同同化时间间隔对同化效果的影响。通过对比同化试验和控制试验发现：雷达径向风速资料能通过调整初始风场结构,改进对台风结构的模拟,从而提高模式对台风麦莎的路径、强度和降水的模拟能力;雷达资料信号在进入模式后有一定的时效性,在一定程度上缩小同化时间间隔有助于提高同化效果。     

0509号台风"麦莎"暴雨过程分析

从移动路径、环流形势、物理量场、卫星云图等方面就0509台风“麦莎”登陆后对山东的影响进行分析,结果表明:0509台风登陆后在西太平洋副热带高压东南气流的引导下,沿120°E线向北偏西方向移动;暴雨主要产生在高能(湿)舌附近及高能轴线左侧和台风移向的右前方;水汽通量和水汽通量散度大值区和梯度最大的区域重叠处与强降水落区对应较好;强降水云系位于台风中心的右前方。     

台风麦莎与赤道穿透对流云团的初步比较分析

利用TRMM卫星的测雨雷达、微波成像仪、可见光和红外扫描仪资料详细分析比较了麦莎台风和位于南海南部的赤道穿透对流云团(EPCC)的云高以及降水结构特征.首先,对热带地区对流层到平流层的过渡带(TTL)以及进入TTL的穿透对流云团进行了阐述和定义.然后,分析对比了赤道穿透对流云团和台风麦莎不同生命史阶段的云高、降水结构特征,分析对比结果表明:(1)在强降水区:麦莎台风和EPCC的云顶上部均出现了冰粒子散射现象,但EPCC的散射强度强,微波亮温值均低于180 K,并且其雷达云高和红外云顶亮温云高相差较大、云顶亮温曲线平缓.(2)EPCC的深对流数量四分比、穿透对流数量百分比、尤其是穿透对流数量占深对流数量比,都比麦莎台风各阶段的高;在麦莎台风和EPCC(10-20 km)云体中大部分云高集中在10-12 km,但EPCC(10-20 km)的云高谱相对具有连续性、相对较宽.(3)麦莎台风以层云降水为主,对总降水量的贡献中也是从云降水贡献大,但是EPCC中却是对流性降水的贡献大,且EPCC对流降水与层云降水的像素数量比值和降水量比值也比麦莎台风的3个时次都高.(4)EPCC的降水廓线深度无论是从云降水还是对流降水都比麦莎台风深,层云廓线深度达11 km,对流廓线深度达18 km.另外,从EPCC的穿透对流数量百分比比麦莎台风多,层云、对流降水廓线比麦莎台风深这几方面,一定程度上说明了EPCC的局部垂直对流强度比麦莎台风强.     

ENTROPY FLOW CHARACTERISTICS ANALYSIS OF TYPHOON MATSA (0509)

The evolution of Typhoon Matsa (0509) is examined in terms of entropy flow through an entropy balance equation derived from the Gibbs relation, according to the second law of thermodynamics. The entropy flows in the various significant stages of (genesis, development and decaying) during its evolution are diagnosed based on the outputs of the PSU/NCAR mesoscale model (known as MM5). The results show that: (1) the vertical spatial distribution of entropy flow for Matsa is characterized by a predominantly negative entropy flow in a large portion of the troposphere and a positive flow in the upper levels; (2) the fields of entropy flows at the middle troposphere (500 hPa) show that the growth of the typhoon is greatly dependent on the negative entropy flows from its surroundings; and (3) the simulated centres of heavy rainfall associated with the typhoon match well with the zones of large negative entropy flows, suggesting that they may be a significant indicator for severe weather events.     

一次远距离台风暴雨过程的熵流指数演变

应用耗散结构理论,结合河南省一次远距离台风暴雨过程,分析了大气排熵指数、边界层上部广义相当位温及广义相当位温平流等三个熵流指数与暴雨的发生和落区的关系,得到:大气排熵指数由高值向低值的演变有利于对流的发展,从而导致对流暴雨形成;暴雨落在大气排熵指数负值中心或负值轴线附近区域;远距离台风暴雨产生前,有高熵空气在边界层上部聚集,边界层高熵中心往往与暴雨落区对应;边界层上部高熵平流的移向往往预示了强降水的未来移向。     

模拟台风Ewiniar（2006）内部扰动的时空变化特征

在使用WRF（V2．2）模式双向移动嵌套方案对台风Ewiniar模拟结果的基础上,利用空间上的离散功率谱和时间上的连续功率谱、最大熵谱方法对Ewiniar内部扰动的时空变化特征作简要的分析。结果表明：台风内部波动在空间上以长波分量占优,距台风中心越近,长波分量的比重越大,而台风外围的短波分量则有所增加;Ewiniar内部的振荡现象具有非对称特征,这种非对称特征在对流层中高层及台风前移的左右两侧的眼壁内表现得非常明显,越往台风外围、越往对流层低层越不明显;对流层低层的台风眼壁内部,无论是台风前移的左侧还是右侧,低频振荡总是占很大优势。     

登陆台风Matsa维持机理的数值研究

使用新一代中尺度WRF模式对2005年台风Matsa(麦莎)登陆后的变化特征进行了数值模拟;对其登陆后强度持续维持的机理作了初步探讨;对登陆后涡动动能收支作了诊断分析。台风"麦莎"登陆后长久维持与以下因素密切相关。(1)持续的水汽输送通道。"麦莎"登陆后两条持续维持的水汽输送通道将暖湿空气源源不断地送入台风,为"麦莎"的维持提供了潜热能。(2)增强的高层辐散风场。200 hPa附近的辐散风场随着时间的增加而增强,所产生的"抽吸"作用和"减压"作用,对"麦莎"环流和强度的维持起到了重要的作用。(3)长久剧烈的上升运动。"麦莎"登陆后一直保持着剧烈的上升运动,强烈的上升运动把低层的暖湿空气向上输送,为"麦莎"的维持提供热能和动能。(4)活跃的中尺度扰动。"麦莎"的螺旋云带中活跃着中尺度对流系统,它们在低层所产生的较强辐合作用对"麦莎"气旋式环流的维持起到了正反馈作用。(5)涡动动能收支的诊断分析表明,"麦莎"登陆后,地形等摩擦作用和水平输送使其能量耗损,垂直通量散度项使其能量增加,平均动能与涡动动能之间的转换项是涡动动能收支中的相对小项;但随着时间的增加摩擦动能耗散作用逐渐减小,"麦莎"从中高层环境中获得了能量,涡动动能的增加从高层开始逐渐向中低层传播。     

GRAPES模式对2005年登陆强台风预报检验分析

针对2005年4个登陆强台风,在台风移动路径、登陆时间、地点、强度等方面,对GRAPES模式的预报能力进行检验评价, 并进行了误差原因分析。检验结果显示,GRAPES 模式台风中心位置预报24 h平均误差131 km,48 h平均误差252 km。模式预报台风登陆的时间、地点接近实况,预报比较准确;台风登陆时的强度预报偏弱。模式48 h预报准确性略低于24 h。误差原因分析表明,需要加强对非常规观测资料的同化应用,改进模式初始条件;提高模式分辨率,使得模式对中小尺度系统的预报模拟能力增强;改进模式地形的精细处理方法,提高模式对地形影响涡旋移动的模拟能力。     

VERIFICATION OF TYPHOON FORECASTS BY THE GRAPES MODEL

Four landfalling typhoon cases in 2005 were selected for a numerical simulation study with the Global/Regional Assimilation and Prediction System (GRAPES) model. The preliminary assessment results of the performance of the model, including the predictions of typhoon track, landfall time, location and intensity, etc., are presented and the sources of errors are analyzed. The 24-hour distance forecast error of the typhoon center by the model is shown to be about 131 km, while the 48-hour error is 252 km. The model was relatively more skilful at forecasts of landfall time and locations than those of intensity at landfall. On average, the 24-hour forecasts were slightly better than the 48-hour ones. An analysis of data impacts indicates that the assimilation of unconventional observation data is essential for the improvement of the model simulation. The model could also be improved by increasing model resolution to simulate the mesoscale and fine scale systems and by improving methods of terrain refinement processing.     

SIMULATED FINE STRUCTURES OF SPIRAL RAINBANDS IN TYPHOON CHANCHU (2006)

In this study, fine structures of spiral rainbands in super Typhoon Chanchu (2006) are examined using an Advanced Research Weather Research and Forecast (WRF-ARW) model simulation with the finest grid size of 2 km. Results show that the simulation reproduces well Typhoon Chanchu’s track, intensity and basic structures. According to their locations and features, spiral rainbands are classified into principal, secondary, inner and distant rainbands, and their dynamic and thermodynamic features are investigated. The principal rainbands remain quasi-stationary with respect to Chanchu’s center and exhibit a wavenumber-1 feature with their outer edges separated by dry air. The secondary rainbands that occur on the radially inward side of the principal rainbands move around Chanchu''s center. The inner rainbands are closest to the center. They propagate both radially outward and azimuthally with time. The distant rainbands are located outside the inner-core region, and have stronger and continuous updrafts compared to the other rainbands. Distant rainbands are inward-sloping with height along the radial direction and have a cold pool in the low layers, whereas the principal and secondary rainbands lean radially outward with height. The inner rainbands do not show tilting with height along the radial direction. However, there are few vertical tilting cells along the azimuthal orientation among the four types of rainbands. The simulated radar reflectivity cores in all rainbands are collocated with the maxima of updrafts and equivalent potential temperatures in the low layer, indicating the important roles of energy supply in the boundary layer in determining the development of the rainband convection.     

台风Haitang和Matsa引发浙江暴雨强度和分布的对比分析

以2005年两个严重影响浙江台风Haitang和Matsa为研究对象,首先对两次台风暴雨过程在强度和落区上的相似和差异进行了比较,指出两者都给浙江带来了大范围的暴雨天气,并且最大降水中心都出现在台风登陆点北侧;虽然Haitang先在福建登陆、且登陆时强度不及Matsa,但其雨量明显大于后者。然后从台风的强度、移速、结构、环境场、地形等多个方面对两次台风暴雨过程进行了比较分析,结果表明:台风暴雨的非对称分布与台风结构、水汽输送、地形密切相关。高温高湿在台风的北侧表现得比南侧更为强烈,水汽含量也更为丰富。Haitang降水量大于Matsa则是多种因素共同作用的结果,弱冷空气的侵入、动力场上较Matsa减弱得更为缓慢,均有利于降水的增加和持续;Haitang影响前控制浙江气团的“冷场”性质和影响期间移速缓慢也对暴雨增幅起到了促进作用。     

单多卜勒雷达对台风的自动定位方法

利用单多卜勒雷达径向速度的ＰＰＩ资料,使用模式识别技术自动探测台风中心。结果表明本方法能较快较好地探测到台风中心,本产品可用来作为台风的预警系统。