双台风相互作用及其影响

采用三维变分混合同化方法对双台风菲特（1323）和丹娜丝（1324）、天鹅（0907）和莫拉克（0908）进行数值模拟,并在此基础上,采用移除双台风中任一台风和增强或减弱任一台风的方法,对双台风的相互作用进行了敏感性试验。结果表明:台风丹娜丝的作用导致台风菲特路径偏南,移速偏慢;台风菲特的作用导致台风丹娜丝路径偏北,移速变化不大。双台风相互作用使台风菲特和丹娜丝强度发生变化。在台风菲特强盛阶段强度更强,减弱消亡阶段强度更弱。2013年10月6-9日我国华东地区出现的强降水主要受台风菲特影响,台风丹娜丝使降水强度增强、强降水中心位置偏南。双台风相互作用使台风天鹅移向偏南,移速偏快,但台风天鹅对台风莫拉克的移向、移速影响不大;台风天鹅路径盘旋曲折,每次移向的变化都与台风莫拉克有关;台风天鹅打转程度与台风莫拉克的强度呈正相关,双台风间存在涡度、水汽通量等的相互影响及输送机制。     

双台风生消过程涡旋能量、水汽输送相互影响的三维物理图像

重点研究“莫拉克”台风发展并登陆台湾,以及“天鹅”台风消亡阶段两者相互作用的问题。通过诊断分析发现“莫拉克”与“天鹅”移动过程存在双台风涡旋互旋、吸引与合并现象。采用双台风中心连线的垂直剖面移动坐标分析法可揭示出双台风涡度、风场三维结构,演变过程中双台风的涡度、动能强度呈反向变化关系,在双台风生消过程中,动能、位涡场分布存在显著“连体”通道特征。并揭示出双台风涡旋各自生、消过程水汽、动能可能存在的相互影响及其涡旋结构变化的内在关联。对“天鹅”消亡、“莫拉克”引发暴雨过程,采用Flexpart-WRF耦合模式模拟“质点群”轨迹,模拟结果再现了双台风生消阶段“天鹅”台风水汽“粒子群”向“莫拉克”低层气旋式输入通道,且在“莫拉克”涡旋高层反气旋式卷出的三维立体动态图像。通过剔除“天鹅”台风涡旋数值模拟试验进一步印证了“天鹅”台风趋于消弱过程其水汽、动能输送为“莫拉克”台风发展与维持做出了一定贡献。基于以上合成分析、轨迹和数值模拟技术综合分析提出了能揭示“天鹅”消亡、“莫拉克”发展过程能量、水汽输送相互影响的三维物理图像。     

0907号热带风暴“天鹅”特征分析

利用常规气象资料,对0907号热带风暴"天鹅"进行特征分析,重点分析"天鹅"登陆粤西以后折向西南方向移动进入北部湾的原因,还有进入北部湾后强度加强的原因,以及造成北海强降雨的原因分析,结果表明:高空槽的东移,受槽后偏北气流影响,"天鹅"折向西南方向移动进入北部湾;副高加强西伸,"天鹅"北侧的东北气流明显加大,受其影响,"天鹅"转向西南方向移动进入北部湾;"天鹅"和"莫拉克"双台风的互旋作用也是导致"天鹅"折向西南方向移东进入北部湾的主要原因;地面弱冷空气的侵入有利于"天鹅"辐合云系的发展,高低层垂直抽吸作用的加强和垂直风切变减小以及海面摩擦力减弱,使得"天鹅"在北部湾再次得到加强;西南季风与台风低槽共同作用是造成北海市强降雨主要原因。     

台风“天鹅”对“莫拉克”强度维持影响的模拟分析

为探究重灾台风0908号莫拉克(Morkot)成灾的内在原因,利用NCEP/NCAR1°×1°资料和WRF数值模式,以及观测分析和数值模拟方法,对"莫拉克"过台湾岛强度始终维持在960hPa不减的现象进行研究。观测分析发现"莫拉克"强度不减与其西南方向的0907号台风天鹅(Goni)相互作用有关,物理量诸如水汽、散度、涡度等持续从"天鹅"输入"莫拉克",如水汽输入层次主要集中在950～850hPa,600hPa以上很少;涡度(垂直速度)也存在低层正涡度(负散度)输送,高层负涡度(正散度)输送。利用WRF数值模式作控制试验和抹掉台风天鹅的敏感试验,试验结果表明有涡度、水汽通量、散度等物理量从天鹅向莫拉克输送卷入,从而对莫拉克过台湾岛强度的维持不减存在一定的支持作用。     

台风“天鹅”对“莫拉克”台风暴雨增幅影响的模拟分析

就2009年8月台风"天鹅"对"莫拉克"台风暴雨增幅的影响问题进行客观分析,并通过WRF数值模拟试验的方式进行研究探讨.利用NCEP/NCAR客观再分析资料分析发现"莫拉克"台风从"天鹅"台风环流中获取正涡度和水汽供应,有利于其台风强度的长期维持,是造成台湾地区超强降水的重要条件之一.进一步运用WRF数值模式对剔除"天鹅"台风的敏感性试验进行诊断分析,发现"天鹅"台风向"莫拉克"台风环流中有正涡度及水汽供应,与客观分析较为一致,最终估算出"莫拉克"台风在台湾地区南部造成的超强降水中有近三成来自于"天鹅"台风的动力和水汽贡献.     

台风"莫拉克"路径诊断分析和模拟

利用客观分析资料和数值模拟方法分析了0908号台风"莫拉克"穿越台湾岛前后在路径上出现的北翘、西折现象以及进入台湾海峡后移动异常缓慢的原因.结果表明:①台风靠近台湾岛后西太平洋副高减弱东撤,引导气流明显减弱,台风减速;台风进入台湾海峡后,北侧高压带的断裂和随后的重新连接加强是其路径偏北转向和移动缓慢的主因.②"莫拉克"...     

台风“达维”移动路径成因分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,综合分析了环流背景、"双台风效应"、冷空气活动和海陆下垫面对台风"达维"移动路径变化的影响,结果表明:(1)台风路径在登陆时第1次发生西折的主要原因是500 hPa副高东撤并由带状调整为块状分布,台风"苏拉"对"达维"吸附作用加强,且台风避开冷SST区趋向暖SST区行进;(2)鲁中山区的地形对台风第2次转向起到重要的阻挡作用,副高588线西伸明显,而副高边缘的西南气流增加了台风的东移分量,西风环流上短波槽的发展南下使台风向西移动的分量减弱消失,双台风强度的减弱和距离的增加使台风的吸附作用迅速减弱,这些因素共同导致了台风第2次转向。     

2009年热带风暴“天鹅”移动路径及特大暴雨降水分析

利用MICAPS3.0常规天气图、中尺度WRF模式﹑海南岛自动站资料对第0907号热带风暴"天鹅"异常路径及造成海南省北部﹑西部地区特大暴雨降水过程的原因进行分析,分析表明,造成0907号热带风暴"天鹅"的移动路径复杂变化和"莫拉克"的云系影响有关,两个热带气旋在一定距离内产生"双台风"效应;此次特大暴雨降水过程是由于中低空海南岛北部及西部有偏北气流与西到西南气流强辐合,西南气流把孟加拉湾东移来的水汽,聚积于海南省北部﹑西部地区,增强了水汽辐合;涡度场反映对流云团云顶高度深厚有利于强降水云团的发展及维持。另外,海南岛地形抬升作用使得西部地区降水明显增幅。     

利用位涡趋势法诊断台风“莫拉克”(2009)的移动

位涡趋势(PVT)法可以计算非绝热加热等物理过程对台风移动的直接影响(非引导效应)。在成功模拟2009年第8号台风“莫拉克”移动路径和近地面最大风速的基础上,进一步考虑了台风不对称环流发展的影响,对原有的位涡趋势诊断法进行了改进,并首次将该方法应用于高分辨率数值模式模拟结果中,诊断不同物理过程对“莫拉克”移动的影响。分析表明,虽然非绝热加热等物理过程主要作用于维持台风“莫拉克”的垂直结构,但非绝热加热等物理过程引起的非引导效应也对“莫拉克”移动的短时振荡有重要作用。     

“莫拉克”异常路径分析及预报

分析了0908号台风"莫拉克"路径复杂多变的原因。3个热带气旋相互作用,是导致"莫拉克"移速缓慢、路径多变的重要原因。与西侧0907号热带气旋"天鹅"的互旋效应使"莫拉克"移速减慢,同时东侧的热带涡旋——0909号热带气旋"艾涛"的前身切断了副高西南侧的东南气流、南海西南急流的增强、大陆高压东移这些共同因素使引导气流势均力敌,导致"莫拉克"移速缓慢。风场结构的不对称及强风速区的逆时针旋转推动了台风路径的突变,使"莫拉克"在靠近大陆时路径北折。海温对台风的发生、发展有重要作用,前一天海表温度的高温中心对后期台风的移动路径有指示意义。还分析了各家对"莫拉克"的路径预报误差和登陆地点误差,结果表明,中央台预报的台风路径有较高的参考价值。浙江省气象台业务运行的中尺度模式WRF在所有数值模式中表现出最佳的预报性能。比较欧洲中心、日本两个国外数值预报中心对"莫拉克"的路径预报误差,总体来看,欧洲中心表现出较好的预报性能和稳定性,特别是长时效预报有较高的参考价值。T213,T639对登陆地点的预报较好,但是路径预报存在较大的误差,与其他模式存在差距,有待进一步改进。GRAPES区域模式无论是路径误差还是登陆地点的预报都与其他模式存在较大差距,有较大的改进余地。     

台风莫拉克动力结构的高分辨率数值模拟及诊断分析

本文利用中尺度非静力数值模式WRF对2009年8号台风莫拉克进行了高分辨率数值模拟,模拟过程采用三重嵌套,最高分辨率为2 km,共积分72 h(3 d).对实际观测资料与模式模拟结果进行了细致对比和验证分析,结果表明,“莫拉克”台风的发展演变以及登陆过程得到了较好模拟再现,模拟的台风路径与观测路径较为一致,同时“莫拉克”台风的强度演变过程以及主要的雷达回波特征也有较好再现.利用物理量广义波作用密度因子对“莫拉克”引发的暴雨过程进行诊断分析,结果表明,波作用密度的异常值区始终伴随着降水区的发展而起伏变化,两者在水平分布和时间演变趋势上都较为相似,表明“莫拉克”台风降水活动受波动影响明显,广义波作用密度能够综合表征莫拉克台风降水系统动力场和热力场扰动的典型垂直结构,对强降水落区有较好的指示作用.     

0908号台风“莫拉克”登陆过程中海表温度变化特点及其对“莫拉克”的影响

以2009年台风“莫拉克”为例,利用AVHRR/AMSR卫星数据和WRF模式,分析台风登陆过程中台湾岛周围海域SST变化特点及其对台风的影响。结果表明,由于海岸线的阻挡以及台风之前存在的冷涡的影响,“莫拉克”引起近海海域的最大降温位置出现在路径附近偏左或者离台风中心较远的海域。宽阔洋面上,台风活动导致的SST变化虽然减弱了台风强度,但对路径的影响小。沿海的SST梯度加强了台风的非对称结构,使得台风向非绝热加热大值区(台风北部)偏移。考虑近海SST梯度的海峡试验与定常SST试验相比,沿海路径向北偏差最大可达134 km,与2009年中央气象台台风路径24小时的综合预报误差119 km相当。这说明为进一步提高我国近海海域的台风路径预报水平,需要考虑近海SST非均匀分布的特征。      

应用位涡分析1214号台风“天秤”异常路径

1214号台风"天秤"在移动过程中出现异常转向的极端个例,其路径呈近180°逆转向,以及强度的多次变化,使得"天秤"的路径预报十分困难。本文采用NCEP再分析资料,从位涡的观点结合天气学形势分析,以及应用兰金涡的假设对台风"天秤"异常转向路径进行诊断分析研究。结果表明:(1)藤原效应,高空槽的东移,副高位置稳定少动是导致"天秤"接近180°转向的主要原因。(2)"天秤"与1215号台风"布拉万"的逆时针互旋是造成"天秤"异常路径的关键因子,在藤原效应中,"天秤"受到主要影响。(3)"布拉万"向西北方向的移动,影响了副高的西伸。高空槽通过对下游大陆高压的影响,进一步间接影响了"天秤"的运动,这类异常路径的形成是大尺度环境场与藤原效应相互作用的结果。     

台风"莫拉克"暴雨特征

利用常规气象资料和卫星、雷达、区域自动站等资料以及NCEP再分析资料,对2009年闽东北地区"莫拉克"台风的降水特征做初步分析.结果表明:台风"莫拉克"暴雨具有明显的"空心化"特征,有利的环境场条件、螺旋雨带上对流单体的不断影响、台风移动缓慢是此次台风暴雨的主要原因,而地形也有明显增幅作用.通过雷达回波基本反射率因子强...     

0414号台风“云娜”的数值模拟

利用美国CAPS的非静力高分辨率区域预报模式(ARPS)对0414号台风"云娜"进行数值模拟,其中把新一代多普勒天气雷达资料分析引入模式,模拟结果表明ARPS模式能较好模拟台风"云娜"的移动路径、中心气压强度变化及台风大暴雨;并利用模式输出的组合反射率与雷达组合反射率资料比较来检验模拟结果.数值模拟结果表明台风自身结构是引起0414号台风西折路径的重要原因;浙南闽北地形对0414号台风的影响作地形敏感性试验结果表明浙南闽北地形使0414号台风移动路径出现右偏现象;浙南闽北地形对0414号台风强度影响较小,地形对深入内陆后台风强度变化有较明显的影响;浙南闽北地形对0414号台风暴雨有增幅作用,降水分布更加不均匀.     

海洋飞沫对台风“Morakot”结构影响的数值模拟研究

将海洋飞沫参数化引入到高分辨率、非静力中尺度模式中,并对0908号台风"Morakot"进行了数值模拟,研究了海洋飞沫对台风"Morakot"结构和强度的影响。结果表明:(1)不论是否考虑海洋飞沫作用,模式均能较好地模拟出台风"Morakot"的移动路径,说明海洋飞沫对其移动路径影响不大;(2)引入海洋飞沫参数化后,台风眼墙区域的切向风速、径向风速、垂直速度、涡度、云水混合比、雨水混合比等物理量均增强,表明飞沫对台风结构变化的影响明显;(3)海洋飞沫对台风"Morakot"演变的直接影响是在对流层低层,低层风速明显增大,大风速区的影响尤为显著;(4)飞沫的蒸发使台风范围内的潜热和感热通量明显增强,尤其是潜热通量,其大值区对应着台风中心附近的最大风速区。由于水汽和热量输送的增强,使台风眼壁附近的云水量与雨水量增多,因此降水强度明显增加。     

台风“莫拉克”登陆前后的动力诊断分析

利用NCEP 0.5°×0.5°每日4次的全球预报场分析资料GFS(Global Forecast System)、日本MTSAT静止红外卫星云图,对2009年第8号台风"莫拉克"在台湾登陆前后的演变特征进行了动力学诊断分析。结果表明:(1)由于近台风中心附近对流层中低层存在切向风大值区中心,使得水平位涡通量散度项在其内侧分布密集。(2)近台风中心低层的负水平位涡通量散度项指向正水平位涡通量散度项,可以很好地示踪台风在海上的移动。(3)p坐标系下的负垂直位涡通量散度密集区可作为分析台风移动的一个重要参考指标。通过涡度方程讨论了决定台风对流层中低层气旋性涡度变化的主要因子,指出南海、华南沿海地区夏季西南气流与台风的耦合对台风结构、路径产生了重要的影响。     

4月台风“利奥”和“浣熊”的对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR-2再分析资料和NOAA的向外长波辐射(OLR)资料,比较分析了近60年来登陆我国大陆的两个4月台风9902(LEO,利奥)和0801(NEOGURI,浣熊)的生成发展背景、路径变化和风雨分布特征。结果表明:(1)4月台风"利奥"和"浣熊"均是在La Ni?a事件下发生,在此背景下南海地区偏强的对流活动、弱的水平风垂直切变和高层辐散条件有利于4月台风的形成;"利奥"由季风低压发展而成,"浣熊"由东风波演变而成;(2)"利奥"路径多变与大陆冷高压强盛和副热带高压偏弱多变有关;"浣熊"移动则受偏强且稳定的副高环流影响,路径以稳定西北行为主;(3)"利奥"和"浣熊"登陆时强度和地形条件相似,热带气旋带来的强降水量级差异主要受水汽输送和动力抬升大小及持续时间的影响。     

强台风“纳沙”的路径和降水诊断分析

利用1°×1°的NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站等资料,综合分析环流背景对强台风"纳沙"的路径和降水变化的影响,并对"纳沙"影响过程的物理量特征进行诊断分析。结果表明:(1)台风路径稳定西北偏西行的主要原因是500hPa副高为带状分布,副高南侧边缘偏东和东南引导气流加强;(2)"纳沙"活动区域较高的海表温度、弱的环境风垂直切变与"纳沙"的增强有着密切的关系,这些要素可以作为台风强度预报的重要参考因子;(3)"纳沙"在西北偏西移动过程中其涡度、垂直运动、水汽通量散度等各物理量场均表现出有利于降水加大的特征。     

下投探空资料在台风莫拉克路径预报的应用试验

2009年8月7日中国大陆举行了首次利用机载下投式探空仪观测台风的试验,飞机在台风莫拉克与天鹅之间的云带相对稀薄区释放11个下投式探空仪。基于下投探空观测资料、常规探空资料和1°×1°分辨率的NCEP再分析资料,分析下投探空资料的可用性,并以下投探空资料初步分析了两台风间南海上空的风场、湿度场等大气特性;分别进行了有无以同化下投探空为初始场的GRAPES模式的模拟试验,以了解下投探空资料对台风莫拉克预报的影响作用。初步结论表明,台风天鹅与莫拉克之间的南海上空对流层中低层为深厚的西南气流,对流层低层及高层湿度小,中间层大;同化下投探空资料后,观测地区(下投探空点及其附近)800 hPa以下西南风减弱,以上加强,湿度中低层减小;有无同化下投探空资料的初值场差异随模式积分向下游传播,影响台风的环境场,改变了台风的引导气流:同化后500 hPa台风引导气流偏东、偏北分量加强,使台风的路径更接近实况路径,48 h台风路径预报误差比原来减少18%。