高层冷涡的不同结构对台风运动的影响

通过对不同水平和垂直结构的高层冷涡在台风移动中的作用的对比试验,发现高层冷涡的水平和垂直结构变化会影响台风的运动。对总涡度倾向分布和强度的比较分析,发现正压过程主导台风运动的方向,而斜压过程在某些情况下对台风移速有很大影响。通过各动力项对总涡度倾向贡献的讨论,发现涡度平流对总涡度倾向正中心的贡献主要来自引导气流对非对称涡度场的平流。散度场贡献主要来自行星涡度和非对称散度相关场。最后还得到预报性的结论：台风朝对流层上层的辐合中心或对流层中下层辐散中心方向移动。     

副热带高层冷涡对9005号台风路径北折的作用

一、概况 9005号(热带风暴)台风于6月18日14时在菲律宾以东洋面上生成后,一度向偏西方向移动,从19日开始稳定向西北方向移动,平均移向约为320°。22日晚台风移经巴士海峡时,路径发生明显转折,朝360°方向移动,前后折角达40°(见图1)。关于这次     

高空冷涡对台风烟花(2106)路径的影响

2021年台风烟花（2106）移动路径复杂,经历多次移动方向和速度的异常变化,数值模式及主观综合预报对其路径预报均误差较大,模式对120 h预报误差最大达到400~800 km。通过研究导致模式对初次登陆时间及位置预报出现明显偏差的原因发现,高空冷涡的存在有利于副热带高压东退,使得影响台风烟花的引导气流减弱,移速明显减慢,24 h平均移动速度仅为3.6 km·h-1。随着副热带高压的继续北抬减弱,高空冷涡减弱后的西风槽前偏南气流引导是台风烟花移动路径出现明显偏北分量、登陆浙北地区的重要原因。通过对确定性预报和集合预报分析发现,数值模式对高空冷涡的预报仍存在较大误差和不确定性,是导致台风烟花路径预报误差较大的主要原因。     

一次东北冷涡暴雨数值模拟及动力诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图产品,对2009年6月18-19日黑龙江省西南部地区的一次东北冷涡暴雨过程进行诊断分析,并利用WRF中尺度模式对暴雨过程进行数值模拟,分析产生暴雨的天气尺度和中尺度特征。结果表明：此次暴雨是由东北冷涡前部的暖湿切变造成的,鄂霍次克海阻塞高压阻挡使冷涡移动缓慢,使冷涡系统影响时间长,降水量增大。暖湿空气在切变处强烈辐合上升,为暴雨产生提供了动力条件;低空偏南急流为暴雨提供充沛的水汽条件,同时低层增温增湿使大气层结不稳定。低层强辐合区与高层强辐散区重叠,易产生强烈的上升运动,有利于深对流的发展和中尺度系统的生成及维持。暴雨是由暖锋云带中多个对流云团的发展移动造成的,地面中尺度切变线为暴雨云团的发展和维持提供了有利条件。数值模拟结果显示此次暴雨是由两次中尺度切变线先后在同一区域的发展和移动造成的;切变线上存在与暴雨关系密切的中尺度垂直环流。     

台风“鲇鱼”异常路径的诊断分析和数值模拟

从高空环流和基本气流的演变对2010年第13号台风＂鲶鱼＂进入南海以后路径发生向北＂急翘＂的大环流形势进行分析,并应用wrf模式输出的高分辨率资料,对台风中心附近的风场、温度场和θse场的分布进行探讨,得出：＂鲇鱼＂进入南海后,路径发生向北＂急翘＂是由于青藏高压增强并向东移,致使其前部高空槽加深发展,切断了华南高压和副热带高压的联系,并使华南高压南落至中南半岛一带,使台风西行受阻,逐渐转为北移。同时越赤道气流的北涌,使基本气流从东北气流转为西南气流,北偏东移动趋势加大。500～700hPa两层引导气流与＂鲶鱼＂路径有很好的对应关系。最大风速区的水平和垂直结构将影响台风移动的路径,台风中心的有向风速低值区移动的趋势,最大风速区的垂直尺度的变化对台风移动有指导意义。温度场的水平和垂直分布也将影响台风的移动路径,西侧冷空气的入侵使台风偏西移动的趋势减弱,台风中心有向等厚度低值区移动的趋势。θse的高能舌的分布,有利台风向北或北偏东方向移动。     

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.     

对实验室台风的数值模拟

本文用柱坐标中原始方程的对称模式对实验室(转盘)模拟的台风进行了数值模拟。计算得到了一个类似台风的系统,其流场,气压场和温度场的结构与转盘模拟的台风和实际台风均很接近。      

云微物理过程对台风数值模拟的影响

将中国气象科学研究院（CAMS）混合双参数云微物理方案用于中尺度天气模式WRF,开展了对2013年超强台风天兔（1319）的模拟,通过与台风最佳路径、强度及热带降雨测量卫星（TRMM）资料对比,分析CAMS云微物理方案在模拟台风中的适用性及云微物理过程对模拟台风天兔的影响机制。设计了3组敏感性试验:修改雪粒子质量和落速系数（EXP1）,采用海洋性云滴参数（EXP2）,同时修改雪粒子质量和落速系数并采用海洋性云滴参数（EXP3）。结果表明:EXP1和EXP3由于霰碰并雪速率的增加及减小的雪下落通量,导致雪含量显著降低,同时也减少了整体冰相物的含量;EXP2和EXP3模拟的台风眼区对流有效位能快速减小,再现了前期台风的快速增强过程,路径偏差也最小;各试验模拟的小时降水率总体偏强,EXP3的降水空间分布与实况更接近,明显降低雪粒子含量,并一定程度上改善模拟的台风路径、强度及降水分布等。该结果不但可为改进适用于台风的云微物理参数化方案提供思路,也可加深云微物理过程对台风影响的认识。     

台湾附近地形对台风影响的数值模拟

利用ＴＣＭ－９０资料分析并用数值方法成功地模拟了９０１７号台风经过台湾时发生复杂变化的过程，包括环流场副中心和高度场副中心形成及与其主中心的合并过程，环流中心合并时路径跳跃过程，台湾西侧低压中心异常北移过程，台湾海峡低层急流变化过程以及上下层高度中心与环流中心明显偏离的现象，并详细分析了模拟中每隔３小时的演变过程，给出了台风经过台湾前后的结构及详细的路径变化，这种详细的演变图像不可能从间隔６小时的     

一次台风变性并入东北冷涡过程的动力诊断分析

台风北移变性并入东北冷涡是造成东北地区夏季大范围暴雨的主要形式之一, 但其中的热动力结构变化特征及其物理机制尚不清晰。本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料对一次台风变性并入东北冷涡过程进行动力诊断分析, 分析结果显示:冷涡冷空气的不断侵入以及台风移动形成的相对冷平流使得台风暖心结构消亡, 其低层低压辐合和高层高压辐散结构消失, 变性并入东北冷涡后气旋整层偏冷, 低层出现冷中心。台风变性并入东北冷涡过程中, 冷涡中心附近高空急流南侧的反气旋切变抑制气旋直接往高空发展, 而急流轴左侧的热动力分布特征有利于垂直涡度的发展, 变性后的气旋环流向冷涡的移近有利于急流轴维持倾斜, 从而促进气旋向高空冷涡倾斜发展。同时, 冷空气在气旋低层附近堆积导致等假相当位温线发生倾斜, 造成垂直涡度在气旋中层倾斜发展。台风变性并入东北冷涡后, 高空冷涡槽底的正垂直涡度平流促进气旋由中层直接向高层发展, 而高空冷涡槽底急流促进正垂直涡度平流的维持。气旋高空环流的发展反过来削弱了东北冷涡的高层环流, 导致高空冷涡中心出现北撤。     

一次西南涡路径预报偏差分析及数值模拟

2008年7月21-23日,在川东的西南涡移出后东北上.参考各数值模式对22-23日西南涡路径预报后,河南省气象台于21日发布暴雨预报,出现了落区偏差.为加深对西南涡移动路径机理的认识,利用常规和NCEP资料,从大气环流、热力、动力等方面对这次西南涡移动路径特征进行探讨;对数值预报产品作天气学检验;利用WRF模式对本次过程进行模拟.结果表明:(1)这次西南涡呈现南掉-东北上-东东北再东北上的曲折路径;(2)低涡结构显示了中尺度特征,涡度轴向、K指数等对低涡的移动路径有指示意义;(3)由于过于依赖数值预报,加之对东北南下冷空气影响考虑不足,是造成这次低涡路径预报偏差的主要原因;(4)WRF模式对这次低涡路径有较好的预报能力.     

中尺度涡旋和台风涡旋相互作用的数值研究

用一个高分辨率的正压涡度方程模式，实施了4组积分时间为24h的试验，研究了台风环流区域内中尺度涡旋的不同初始径向位置条件下与台风涡旋的相互作用，结果表明，中尺度涡旋初始径向位置不同，可以引起随后扰动相对涡度场演变特征的改变。     

高空冷涡影响台风Meranti(1010)北翘路径的集合预报分析

路径突变是台风路径预报中的一个难题。2010年第10号台风Meranti（1010）在台湾岛南部海域西移过程中突然北折,而欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报对其北翘路径存在较大分歧。选取预报成功与不成功两组集合成员各8例,对比分析台风Meranti路径变化的主要原因。结果表明:（1）一个来自热带对流层上部槽的切断高空冷涡（UTCL）是该台风路径变化的一个重要影响系统。Meranti北翘路径跟它与UTCL的南北向耦合有关;（2）UTCL通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流。在UTCL移至台风北部过程中,台风的偏南风引导气流明显加强,有利于其路径北翘;（3）UTCL对台风Meranti北翘路径的影响还与其自身结构有关。水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的UTCL对台风路径变化影响更明显;（4）位涡倾向方程的诊断分析表明,在TC与UTCL南北向耦合过程中,台风北部的正位涡水平平流项输送显著,有利于台风向北运动,且UTCL影响下产生的非对称风场在其中起主要作用。     

98.8松嫩流域一次东北冷涡暴雨的数值模拟初步分析

利用MM5中尺度非静力模式对1998年8月8~9日松嫩流域的东北冷涡切变型暴雨过程进行了数值模拟和对比试验。结果表明, MM5能够对此次过程进行较成功的模拟; 同时发现, 此次过程首先由高层强的正涡度平流触发, 低涡区强降水的产生是由于高低空急流的耦合。其中, 高空急流的作用强烈而短暂, 低空急流的作用较为持久, 强度稍弱。阻高前部下沉气流形成的中层偏东干冷气流是切变形成的关键, 它与偏南气流在对流层中层形成的风向切变是产生上升运动的主要强迫机制。减弱阻高使其底部偏东气流减弱及后部偏南气流在高层减弱、低层增强, 导致降水减弱, 并使系统位置偏东、偏南。西北路冷空气增强使低涡和切变北侧高层偏南气流增强、低层偏南气流减弱, 导致降水强度增强、尺度增大。     

A Method of Initial Vortex Relocation and Numerical Simulation Experiments on Tropical Cyclone Track

Using the technique of smooth filtering and cylindrical filtering, the initial vortex circulation and large-scale environmental field were separated from the background field. Then the separated initial vortex circulation was translated and reinserted in the location where it was observed. This led to the determination of a method of initial vortex relocation. For seven tropical cyclones at 23 points of measurement time in the years of 2006 and 2007, two schemes, either directly adding a tropical cyclone bogus model in the background or adding it after the relocation of the initial vortex in the background field, were employed. Simulation experiments were compared. The results showed that the mean errors of the simulated tropical cyclone tracks at 24 and 48 hours were both smaller with the scheme of adding tropical cyclone bogus model after the relocation of the initial vortex in the background field. The relocation method of the initial vortex decreases the error caused by the deviation of the initial tropical cyclone location in tropical cyclone models. The relocation method is conducive to improving the track forecast of tropical cyclone models and has a good perspective for operational application.     

冷涡前部飞机人工增雨作业条件数值模拟研究

利用中尺度数值模式WRF-ARW(V3.6)结合实测资料对2015年6月6日大兴安岭林区增雨作业条件进行研究,从不同尺度分析了天气条件、云宏微观条件,完善飞机人工增雨作业指标体系,进而为冷涡背景下的人工增雨作业提供一定的科学依据。研究表明：此次过程受贝湖以东冷涡的影响,6日08时冷涡中心位于蒙古国与内蒙东部交界处,黑龙江省西部处于涡前部偏南气流中,水汽条件良好;08-16时涡旋云系前部分布于黑龙江省西部地区,云系整体向东北方向缓慢移动,云层较厚,云顶温度在-30℃~-15℃,过冷层厚度为4~5km,云中过冷水分布较丰沛,普遍含量在0.01~0.1g/m3,最大值达到0.5g/m3,大值区主要分布在2900-4000m,具备较好的增雨作业云条件。     

台风“潭美”(2013)偏心不对称结构特征分析及数值模拟

利用NCEP再分析资料、FY-2E卫星资料和常规观测资料等,采用天气学分析、物理量诊断等方法,对1312号台风"潭美"空心结构特征及成因以及其造成的暴雨天气过程进行了初步分析。结果表明,台风"潭美"深对流云系一块位于台风中心北侧,一块位于南侧,且后期北侧减弱,几乎完全偏向台风的南侧,台风中心周围仅有浅薄稀疏的低云云线。"潭美"动力、热力结构均存在明显空心和不对称性特征,其与中高层气旋性环流偏离、高层辐散不对称、水汽输送不对称等有关;强降水分布与台风不对称性结构及地形等有关。WRF中尺度模式能较好地模拟出不对称性结构以及降水强度和分布。     

一次华北地区西南涡暴雨的数值模拟分析

采用WRFV3.01模式对2010年7月18—20日发生在华北地区的西南涡暴雨过程进行了模拟与分析。结果表明:这次西南涡暴雨主要降水机制是高低空急流的耦合。暴雨出现在低空急流的前方和高空急流的右后方;高空急流为强降水提供了高层的辐散场和高层的干冷空气,低空急流为降水区提供了充足的水汽和能量;这次西南涡降水有明显的暖锋降水性质。     

台风数值模拟中bogus涡旋四维变分同化的研究

研究用MM5四维变分同化系统同化bogus涡旋变量对台风数值模拟的影响,对2002年13号台风Phanfone进行48h预报,结果表明：用四维变分方法同化bogus涡旋变量效果优于在背景场中直接植入模型涡旋的传统bogus技术。同时同化bogus涡旋的风、气压、温度和比湿效果不如只同化气压和其中任一变量。同化bogus涡旋的气压和比湿,能够调整模式初始场的其他变量,得到结构更清晰、与环境场更协调的初始涡旋,从而在一定程度上提高了台风Phanfone路径和强度预报的准确性。