双台风涡旋运动及其相互作用的数值研究

本文采用正压原始方程模式对不同强度、间距和基本气流条件下的双台风涡旋作了一系列数值试验,试验结果表明:在无环境风场条件下,双台风在某一临界距离内作明显的相互旋转运动,这个临界距离是随台风强度以及风场分布的特征而改变的。双台风有明显的相互吸引作用的临界距离远小于相互旋转的临界距离。双台风相互旋转速率与台风强度成正比、与台风切向风速向外减小率和台风中心的间距成反比。均匀的环境气流对双台风相互作用影响甚微,但有了基本气流以后,两个台风对基本气流的扰动具有不同敏感性。在西风基本气流中,西台风移动稳定而东台风移动稳定性差。在有切变的环境气流中,台风运动既受环境气流的平流作用也受β效应作用和台风相互作用,当台风中心间距大于相互旋转的临界距离时,主要受环境气流和β效应作用。此外,本文还把试验结果与西北太平洋的台风统计资料作了比较,並讨论了试验结果对预报的启示。     

较小尺度涡旋与台风的相互作用及其对台风路径的影响

用一个准地转正压模式实施５组积分时间为５天的试验，研究台风环流与较小尺度涡旋之间的相互作用。结果指出，涡旋相互作用可以改变台风环流的非对称结构，进而引起台风移动偏离正常路径。     

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。     

台风涡旋系统的波动性质及其数值模拟

本文使用柱坐标系下的正压浅水方程组以及斜压扰动方程组,分析得出台风涡旋系统中的涡旋Rossby波划分为两种类型。由于切向基本气流的二阶径向水平切变或者基本气流的垂直涡度在径向方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于切向基本气流是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。当基本流场垂直涡度-ζz沿着径向r方向增大时,第一类涡旋Rossby波是沿着切向圆周方向逆时针方向传播的;反之则是沿着切向圆周方向顺时针方向传播。如果考虑切向基流的二次垂直切变时,可以得到台风涡旋系统中第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是切向基本流场风速的二次垂直切变或者基本流场径向r方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于切向基本气流也是单向传播的,当-ζr沿着空间z方向上增大时,第二类涡旋Rossby波就是相对于基本气流-V0是顺时针方向传播的;反之则是相对于基本气流逆时针方向传播。在基本流场的风速-V存在二次径向水平切变或者垂直切变时,台风中的波动可能是混合的涡旋Rossby波——重力波;而当基本流场的风速-V仅仅存在线性切变,不存在二次切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,台风系统中的波动则仅仅是重力惯性波。最后,采用WRF模式对“云娜”台风进行了数值模拟,验证了上述结论。     

斜压大气中台风涡旋自组织的研究

文中利用MM5(V3),实施了8个数值试验,对斜压大气中台风涡旋自组织的问题进行了初步研究.结果表明:(1)在试验1中,没有引进一个半径为80 km的小涡旋,两个初始分离的半径为500 km的轴对称涡旋,一边互旋,一边相互排斥,两个涡旋中心之间的距离不断加大,致使双涡最终分离.(2)在试验2中引进了一个半径为80 km的小涡旋,其他条件同试验1,两个初始分离的轴对称涡旋一边互旋,一边相互逼近,经自组织形成了一个由内区和螺旋带组成的类似于台风环流的较大尺度的涡旋.这个结果支持周秀骥在十多年前提出的重要观点,也支持以往在正压框架内的同类研究结果.(3)试验3-8为在前两个试验的基础上取不同初始涡旋参数的敏感性试验,其中,试验3和4为引入小涡旋不同初始位置对台风涡旋自组织的影响,试验5和6为不同初始轴对称双涡间距对台风涡旋自组织的影响,试验7和8反映了不同初始轴对称双涡强度对台风涡旋自组织的作用.它表明对涡旋自组织过程影响最大的涡旋初始参数是涡旋之间的距离,其与正压模式中的结果是类似的.     

台风螺旋雨带——涡旋Rossby波

台风中的螺旋云雨带是由多种探测手段被观测到的现象,是为大家所共识的不争事实.但是,对它的形成、维持的理论解释,虽有多种学说,一直以来人们都倾向于重力惯性波说.而重力惯性波说有一个致命的弱点,即波的相速理论值为101m/s量级,它要比螺旋云雨带实测移速只有100m/s几乎大一个量级.于是从前几年开始,人们又回到30多年前提出的涡旋Rossby波说那里去寻找合适的解释.经典的Rossby波是β=(df/dy)作用的大尺度波动,而适用于台风中螺旋云雨带的涡旋——Rossby波乃是f平面(β=0)上的中尺度波动.那末,对这两类尺度不同和成波机理不同的波动,何以均冠予Rossby波一词?本文试图从动力学等价原理上,对此作统一联系的说明.其结果是:台风基本气流的涡度ζ随径向(r)变化的梯度dζ/dr=(1/r)(∂/∂r)(rvλ),在动力学上等价于科氏参数f随纬度变化的梯度即β=df/dy;或者说它们在绝对涡度守恒的前提下,作为波扰动的成波机理是等价的.     

GRAPES区域集合预报条件性台风涡旋重定位方法研究

为了在集合预报中更合理描述台风涡旋中心定位的不确定性,采用2009—2018年中国气象局和日本气象厅台风最佳路径数据,分析台风最佳路径涡旋中心定位的不确定性特征,在此基础上设计条件性台风涡旋重定位方法(Conditional Typhoon Vortex Relocation,CTVR),构建集合成员台风涡旋中心重定位阈值条件、台风涡旋分离数学处理及涡旋重定位等数学处理过程,利用中国气象局数值预报中心区域集合预报系统(Global/Regional Assimilation and Prediciton System-Regional Ensemble System,GRAPES-REPS)对2018年西北太平洋上的3个台风(1808号"玛莉亚"、1824号"谭美"和1825号"康妮")进行轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位两种方案的集合预报试验和检验评估。结果表明:(1)中国气象局和日本气象厅台风最佳路径误差平均值为13.72 km,可视为台风涡旋中心定位不确定性的合理估计值;(2)统计检验结果和典型个例分析表明,采用轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位...     

边缘区域扰动演变对台风结构的影响

在台风环流边缘区域给出不稳定模态的扰动四波分布作为初始场，用准地转正压模式实施四组数值积分，研究了边缘区域扰动演变及其对台风非对称结构及外区流型的影响。结果表明:线性平流对于外缘区域扰动的发展起主要作用。β项导致一个气旋—反气旋涡旋对和非对称结构的形成。非线性平流则使外缘区域较小尺度的涡旋破碎，形成更小尺度的涡旋。在线性平流、β项和非线性平流的共同作用下，台风结构与外区形成象螺旋云系的分布。外缘区域扰动引起的结构变化，进而能影响到台风的移动路径。     

季风涡旋对台风"烟花"路径突变的影响

台风"烟花"于2021年7月22日00时(世界时, 下同)在台湾岛东侧突然向北转向,但美国、日本和中国的业务预报均没有正确预报出该过程。基于NCEP/NCAR提供的全球再分析资料(Final Operational Global Analysis, FNL),采用Lanczos滤波方法分析发现,台风"烟花"转向前的西行减速主要受到与季风涡旋有关的季节内尺度环境引导气流分量的影响,向北转向及转向后的向北加速则主要受到季风涡旋和台风相互作用导致的天气尺度环境引导气流分量的引导,主要和beta涡旋对旋转、与季风涡旋的合并、以及加强的Rossby波能量频散这3个重要过程有关。台风"烟花"在纬向尺度约3 000 km的季节内尺度季风涡旋北部的偏东气流西移过程中,与季风涡旋相互作用导致beta涡旋对气旋性旋转,通风流经历东南风—东北风—西南风的转变,使得"烟花"向西减速并逐渐向季风涡旋中心移动,并于7月22日00时与季风涡旋合并,加强了Rossby波能量频散,使得"烟花"东南边缘的天气尺度西南风加强,为缓慢移动的"烟花"提供了向北的引导,"烟花"突然向北转向。     

论环境流场切应变率对台风移动的作用

利用浅水波正压环境流场切应变率对台风移动的影响，得到的结果是：在环境流场切应变率空间不均匀条件下，正切应变率引起的台风偏差路径比负切应变率引起的偏差路径要长，特别在正切应变率的区域，正切应变率要比相对涡度梯度对台风移动有更大的影响。     

斜压涡度的变化与台风暴雨的关系研究

台风暴雨作为台风引起的最主要灾害之一,一直被人们关注。台风常被认为是对称结构,但从实际状况来看台风的非对称性非常明显,所以有必要研究斜压性涡度在台风中的表现。在高分辨率数值模拟的基础上,通过引入斜压涡度的概念,分析和总结了斜压涡度在2009年台风“莫拉克”暴雨过程中的表现。通过模拟与分析得到如下的结果:斜压涡度和MPV对比,可以看出在登陆前和登陆后,明显低层斜压涡度有更强的异常信号,围绕台风内核呈现正负正的位相特点;从沿着台风中心时间剖面可以看出,登陆前斜压涡度低层多为负正负的位相,并且随着时间的推移,斜压涡度有从大气的高层向台风的移动中心传递的趋势,即在台风即将到达时原先的正涡度被替换为负涡度,所以对其移动有一定指示意义;在台风“莫拉克”过台湾岛时,其斜压涡度表现为负涡度消失,在山地附近有正涡度生成,完成过岛,台风中心被替换;斜压涡度的异常值主要位于大气的低层时,一般会产生较强的降水。      

ANALYSIS OF CAUSATION OF ASYMMETRIC PRECIPITATION ASSOCIATED WITH SEVERE TYPHOON DAMREY

Severe typhoon Damrey moved across Hainan Island from 00:00 UTC 25 September to 00:00 UTC 27 September in 2005 and gave rise to a significant rain process during its 48-h passage. The precipitation intensity on the southern part of the island is stronger than that on the northern, showing obvious asymmetric distribution. Using Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) data, the associated mesoscale characteristics of the precipitation were analyzed and the formation of asymmetric rainfall distribution was investigated in the context of a subsynoptic scale disturbance, vertical wind shear and orographic factors. The results are shown as follows. (1) The subsynoptic scale system provided favorable dynamic conditions to the genesis of mesoscale rain clusters and rainbands. (2) The southern Hainan Island was located to the left of the leeward direction of downshear all the time, being favorable to the development of convection and leading to the asymmetric rainfall distribution. (3) Mountain terrain in the southern Hainan Island stimulated the genesis, combination and development of convective cells, promoting the formation of mesoscale precipitation systems and ultimately resulting in rainfall increase in the southern island.     

THE IMPACTS OF INTERACTION OF A TYPHOON WITH THE MIDLATITUDE TROUGH ON ITS TRACK AFTER THE RECURVATURE

Three typhoon cases are selected to conduct a series of simulations that are initialized from sequential analyses. The results show that the forecast error in crucial area where a tropical cyclone (TC) interactes with the upstream trough is highly correlated to the track forecast error after the TC recurvature. Furthermore, sensitivity experiments confirm that the developments of the midlatitude downstream circulations and then the TC track after its recurvature are highly sensitive to the TC intensity and its location relative to the upstream trough, which can give an example or one way of sensitivity of the TC track to the TC-trough interaction. If the TC interacts with the upstream trough more strongly (e.g., the TC being intensified or getting closer to the upstream trough), the downstream circulations will be more meridional, thus the TC track will be more northerly and westerly; otherwise, the downstream circulations will be more zonal, and the TC track will be more southerly and easterly.     

台风“温比亚”停滞少动及转向机理探究

2018年1818号台风“温比亚”进入河南后停滞少动,移向有多次改变,累计在河南省境内滞留长达40小时,造成河南省东部历史罕见的极端暴雨天气。利用高空探测、地面观测、NCEP 1 °×1 °再分析等资料及中央气象台台风定位数据,对“温比亚”登陆进入河南境内后停滞少动及转向机理做详细诊断分析,结果显示:台风低压处在100 hPa高压带中的弱风区里,低层受高压带“包裹”或阻挡,低压缓行或停滞。200 hPa低压附近有风速辐合时,低压移速减慢,反之则加速,低压下游的风向对其移动方向有很好的指示意义。低压周围合成风场显示,北侧偏东风远大于南侧偏西风时,低压西行;东侧南风大于西侧北风时,低压北行;低压周围风场对称分布时,低压停滞;当非对称逐渐加强时,移向转为大风速轴的方向。500 hPa台风低压中心附近最大U、V风风速演变表明,北侧东风逐渐减小,西行低压移速随之变慢;东西风速差及南北风速差均减小到最小值且基本相当时,低压先停滞后转向,而后随着反方向风速的逐渐增大,低压沿着合动量方向移动。584 dagpm与588 dagpm之间风向与低压移动方向有很好的相关性。      

A NUMERICAL ANALYSIS ON TYPHOON ASYMMETRIC STRUCTURE AND MOTION

Five prediction experiments are carried out with two typhoons in 1992 using a limitedarca primitiveequations and two-way interactive model in a movable,nested mesh. The result indicates good agreementin terms of motion between the prediction and observation. Studying the asymmetric structure in the cases selected, a close link is uncovered between the temporal evolutions of the structure and the track of motion in a tropical cyclone. Understanding of real asymmetric structure will help to improve the skill offorecasting tropical cyclones.     

8805号登陆台风特大暴雨的数值模拟

应用中尺度模式ＭＭ４,使用了一种简单的模式台风处理方法,成功地模拟了８８０５号台风登陆前后的演变及其伴随的特五暴雨过程,即对分析的台风中心物理量场进行修正而形成与实况极为一致的初值,以期能更好地模拟台风过程。从模拟结果可以看出,台风降水强度中心基本上是随台风登陆移动而变化的,每一时期的降水中心基本上与台风移动的路径一致或略偏前方,在登陆时的降水最大,这种降水变化与台风上升运动的烛一致的,上升运动越     

1998年台风与飓风异常成因分析

1998年,西北太平洋台风年发生频数创下14个的谷值,打破了建国以来1951年全年生成20个台风的最低纪录。而在同年,大西洋飓风发生数目却创下了14个的近年最高纪录。本文利用NCEP/NCAR再分析等资料,分析了台风发生与越赤道气流活动异常之间的关系。发现:1998年夏季(6~9月)东半球90 E～180 区间里越赤道气流明显地偏弱,而0～90 E区间里,特别是位于40～45 E的索马里急流处,越赤道气流极强,是造成1998年南海及西北太平洋台风发生数目特少的重要原因。而1998年大西洋飓风发生数比气候平均发生数目明显偏多以及当年强烈飓风造成重大灾害的主要原因,也正是由于1998年夏季40 W及75 W处越赤道气流异常强劲所引起的。     

ON THE RELATIONSHIPS BETWEEN THE UNUSUAL TRACK OF TYPHOON MORAKOT (0908) AND THE UPPER WESTERLY TROUGH

In this paper,by carrying out sensitivity tests of initial conditions and diagnostic analysis of physical fields,the impact factors and the physical mechanism of the unusual track of Morakot in the Taiwan Strait are discussed and examined based on the potential vorticity(PV)inversion.The diagnostic results of NCEP data showed that Morakot’s track was mainly steered by the subtropical high.The breaking of a high-pressure zone was the main cause for the northward turn of Morakot.A sensitivity test of initial conditions showed that the existence of upper-level trough was the leading factor for the breaking of the high-pressure zone.When the intensity was strengthened of the upper-level trough at initial time,the high-pressure zone would break ahead of time,leading to the early northward turn of Morakot.Conversely,when the intensity was weakened,the breaking of the high-pressure zone would be delayed.Especially,when the intensity was weakened to a certain extent,the high-pressure zone would not break.The typhoon,steered by the easterly flow to the south of the high-pressure zone,would keep moving westward,with no turn in the test.The diagnostic analysis of the physical fields based on the sensitivity test revealed that positive vorticity advection and cold advection associated with the upper-level trough weakened the intensity of the high-pressure zone.The upper-level trough affected typhoon’s track indirectly by influencing the high-pressure zone.     

PRELIMINARY ANALYSIS ON THE INTENSITY AND STRUCTURE OF TYPHOON MORAKOT (2009) DURING ITS LANDING PROCESS

NCEP GFS(Global Forecast System)analytical data(available 4 times per day),satellite cloud image data and real-time observations of path and intensity of Typhoon Morakot are employed to investigate the variation of synoptic dynamics in its intensity and structure before and after the landing.This study intends to offer some hints for the forecast of intensity and structure of typhoons.Results show that in the tangential direction,the averaged asymmetry amplitude of wind on the radius of a large-value center of the low-level wind can be used as an important parameter for diagnosing the intensity of typhoons.Besides,the maximum of the upper dry potential vorticity in Morakot’s center tends to extend downward along the intensive gradient of tangential wind situated on the inner side of a large-value center of the low-level tangential wind.Additionally,the radial advection of the tangential wind determines the variation of tangential wind in conjunction with the vertical transmission of the tangential wind,the inertial centrifugal force and the Coriolis force.These four items are dominant in the motion equation of tangential wind based on a cylindrical coordinate without the effects of friction and turbulence.Moreover,the low-level convergence center of the typhoon has a tendency of shifting and developing along the intensive gradient of the tangential wind in the tangential direction.