斜压能量转换引起台风暴雨的动力计算

本文以7406与7411号台风登陆后出现突然性大风区引起突然性的暴雨中心为例,从能量的角度出发,对出现大风区引起暴雨中心的物理机制进行了计算分析,结果表明:当台风(指7406和7411号台风,下同)受干冷空气影响前后,有明显的能量转换,即有效位能向动能转换,正能量区对应大风区,大风区的辐合区对应于暴雨中心。这种配置关系是由斜压能量转换引起大风区产生的。     

西风带系统影响下台风暴雨的动力计算及其机制

本文应用连续方程和湿绝热降水公式组成的降水计算模式对两个受到西风带天气系统侵入的台风降水进行了计算。计算的降水区和降水强度与实况都较一致。发现在侵入台风后的西风带系统附近的低层产生一新的大风中心,在该中心的下风处的低层辐合区产生暴雨。从能量转换计算的结果发现,大风中心是由位能向动能的斜压转换造成的。     

台风Rananim登陆后引发强降水成因和暴雨分布的诊断分析

首先对2004年第14号台风Rananim登陆后造成的强降水过程按主要影响系统进行了划分,指出第一阶段的降水是由台风本身环流产生的,第二阶段的降水则是台风残留低压与中纬度西风带环流系统共同作用的结果。然后针对暴雨在台风登陆点南北两侧非对称分布的特点进行了重点分析,结果表明,台风暴雨的非对称分布与台风本身的非对称结构、南北两侧不同的水汽输送以及中尺度地形有密切关系。同时利用湿位涡分析方法诊断了台风暴雨时空分布特征,发现湿位涡负值中心与暴雨中心存在较好对应关系,而且其中心数值的绝对值大小与1 h降水强度存在正相关关系,从而说明湿位涡负值中心可以作为降水时空分布的重要指标,为台风暴雨预报提供一种思路。     

“莫兰蒂”台风暴雨的湿Q矢量和垂直螺旋度分析

利用NCEP FNL再分析资料和中国自动站与CMORPH融合降水资料对1614号台风"莫兰蒂"进行了非地转湿Q矢量和垂直螺旋度诊断分析。对比非地转湿Q矢量散度和垂直螺旋度的三维结构可见,低层正垂直螺旋度与台风移动和强度变化相对应,可作为台风演变的动力因子。而综合考虑了动力和热力作用的非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中作用更突出,其中低层700 hPa上的非地转湿Q矢量散度辐合值大于20×10^-16/(hPa·s³)可作为台风暴雨落区和强度预报的重要参考量,其所对应的辐合区变化与台风暴雨落区变化有较好的对应关系,此外,湿Q矢量散度的三维结构反映了台风内部存在明显的中尺度对流系统,中尺度对流云团不断生消使得台风暴雨维持。     

一次早台风暴雨的湿位涡分析

0601号强台风"珍珠"是1949年以来5月份登陆我国最强的台风之一,与西风带系统在低纬度相互作用是早台风的预报要点.通过台风暴雨过程的湿位涡(MPV)分析,从湿位涡和湿位涡平流的的角度探讨西风带系统在早台风暴雨中的作用.结果表明:对流层中高层冷空气以漏斗状高MPV1柱的形式在江淮地区的维持及漏斗底部正MPV1向南入侵强台风环流,触发不稳定能量储存和释放,是此次早台风暴雨强度大的重要原因,同时也是台风登陆后迅速填塞,降水快速减弱的重要因素之一.正MPV2中心与暴雨中心有较好的对应.MPV2平流与MPV1平流量级相当,湿斜压作用与正压作用同样重要.     

WRF模式同化系统在“碧利斯”台风暴雨数值模拟中的应用

利用美国高分辨率中尺度模式WRF(weacherResearch and Forccast)式和、WRF三维同化系统(WRF 3DVAR),以2006年"碧利斯"台风低压引发的暴雨天气过程为例,通过控制试验和同化试验的对比分析,探讨了高空和地面实况资料同化对台风低压"碧利斯"暴雨过程分析和预报的影响.初步的结果显示,同化高空和地面实况资料后对模式的初始场有明显的改进、对暴雨过程的降水落区和强度有不同程度的正反馈,更接近实况的降水.     

9711号北上台风演变及暴雨过程的位涡诊断分析

通过对 971 1号台风登陆北上穿过山东造成山东特大暴雨过程的湿位涡的分析 ,并从湿位涡的角度研究了台风演变及山东特大暴雨的形成机制 ,揭示了冷空气在台风演变及暴雨过程中的重要作用。结果表明 :倾斜涡度发展是暴雨产生和台风加强的重要机制之一 ,暴雨产生在 θe线陡立密集区内 ;湿位涡在这次暴雨过程中对流层低层具有 MPV1 <0 ,MPV2 >0的特征 ,此次暴雨产生在负的MPV1等值线密集区中 ;对流层上部及平流层下部高位涡的下传使得低层斜压性增大 ,引起低层的对流稳定度减小 ,促使气旋性涡度发展 ,有利于位势不稳定能量的释放 ,使得暴雨增幅 ,导致台风的加强并演变为温带气旋。     

非地转湿Q矢量对0505号“海棠”台风特大暴雨过程的诊断研究

利用NCEP和地面雨量资料,应用非地转湿Q矢量三维结构对2005年"海棠"台风在浙江造成的特大暴雨过程进行诊断研究,结果表明:大暴雨和特大暴雨发生地区上空非地转湿Q矢量在低层存在强烈辐合,辐合区的垂直伸展深度和随高度的变化倾向能预示未来降水的强度和移动趋势;多数大暴雨和特大暴雨发生地850hPa高度的非地转湿Q矢量辐合极大值与降水极大值存在12h的滞后相关,大暴雨和特大暴雨发生地的辐合值往往在50×10-17hPa-1s-3和150×10-17hPa-1s-3以上,平均辐合极大值分别达到了121.89×10-17hPa-1s-3和237.65×10-17hPa-1s-3:850hPa的非地转湿Q矢量散度水平分布对未来12h台风强降水的落区有较好指示意义,大暴雨和特大暴雨的落区常位于强辐合区附近;850hPa非地转湿Q矢量流场的中尺度辐合线的活动与强雨区的移动相对应,两者走向也基本一致,能预示出后期台风大暴雨和特大暴雨落区演变的一些细致特征.     

受陆岸影响浅水区台风风浪的计算方案

在我国港口工程技术规范的波浪成长理论基础上，考虑到台风流浪的基本特点，等效水深的概念，浅水区波浪的折射，不规则波的能量分布特性，受陆岸和岛屿影响角度范围内的有效能量风区长度等因素，提出了受陆岸，岛屿影响浅水区（包括海湾区）台风风浪的计算方案，本方案只需台风中心位置、中心气压和计算点于各方位的风区长度（受陆岸影响部分）等资料，便可快速地得到计算点的波浪要素。经实测资料验证，效果良好。     

0709号台风影响下粤东后江湾海滩地形动力过程研究

基于0709号台风"圣帕"影响下粤东后江湾的现场实测海滩前滨地形资料和水动力、风等资料,采用典型相关分析方法识别了台风影响下海滩前滨地形不同的变化过程,揭示了这些不同变化过程的主要控制因子,并尝试给出了物理解释。研究结果表明:(1)台风影响下海滩前滨地形的主要变化过程是水上滩肩被破坏—水下岸坡略有堆积—水下沙坝泥沙向海搬运,控制这一过程的主要动力因子是风速东向量、最大波高和碎波尺度参数;(2)海滩前滨地形的次要变化过程是海滩前滨泥沙向海搬运而形成水下沙坝,控制这一过程的主要动力因子是最大波周期和海滩地下水位;(3)海滩前滨地形也表现出前滨上部地带堆积、下部侵蚀的变化过程,控制这一过程的主要动力因子是沿岸流、海滩地下水位和最大波高。这些研究结果进一步揭示了台风影响下海滩前滨地形动力过程是由多个不同的地形-动力过程耦合作用而组成。     

台风“达维”影响山东的暴雨落区及路径特征分析

利用高空观测资料、地面观测资料、加密自动站资料、NCEP/NCAR全球再分析资料、FY-2E卫星云图等资料对2012年第10号台风"达维"影响山东的暴雨落区分布及路径特征进行了分析。结果表明:暴雨落区主要出现在台风移动路径的右侧及台风中心附近,而且台风中心的右侧降水明显大于左侧。冷空气对台风引起的降水落区影响较大。水汽通量大值区和辐合区分布、中层的强上升运动对暴雨落区有一定作用。温度梯度大值区和假相当位温的分布与暴雨落区较一致。台风"达维"是在300 h Pa引导气流的作用下移动的,其移动路径与500 h Pa总温度线的走向及高空500 h Pa正涡度带的走向一致。此外,台风的移动路径与副热带高压、双台风效应、低层弱冷空气和下垫面等关系较大。     

不同驱动场对东亚区域再分析系统中华南台风降水影响的对比研究

使用ERA-Interim和ERA5两套再分析资料分别驱动东亚区域再分析系统(East Asia Reanalysis System,EARS),并输出2015年一年期试验再分析资料,通过评估其中3次代表性的华南登陆台风降水过程,对比不同驱动场对该系统的影响,研究发现以ERA5驱动的EARS输出结果较ERA-Interim驱动的结果更准确,尤其在丘陵和山地等复杂地形下的降水模拟改进明显。进一步用ERA5驱动的EARS输出结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)新一代陆面再分析资料ERA5-Land对比分析,发现ERA5-Land对于台风大尺度降水的把握更好,而EARS对中小尺度降水过程的再现更完整,特别是对沿海降水的模拟更准确。相较于ERA5-Land,EARS目前同化的观测资料有限,对物理过程参数化方案的选择仍欠准确,后续需要有针对性地改进。     

0515号登陆台风"卡努"引发江苏暴雨过程的动力学诊断分析

研究了0515号登陆台风“卡努（Khanun）”对江苏暴雨过程的影响．结果表明，此暴雨过程属主要由台风本身的气旋性涡旋所造成的区域性暴雨，位于台风移向的右前方．通过对物理量场诊断分析发现，暴雨强度的趋势与落区基本上能从水汽通量相对散度上反映出来，水汽通量相对散度越大，暴雨越强；暴雨区位于垂直上升运动区．     

0604号台风"碧利斯"持久不消及造成云南暴雨成因分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°6h再分析资料对0604号台风"碧利斯"登陆后持久不消及其造成云南暴雨的成因进行分析.其结果表明:两高间强而宽广的辐合带和西南急流增强使台风低压在陆上连续5d不消,副高、西南急流在低压区形成的最大风速中心位置决定台风低压移动方向.此次云南台风暴雨是在台风减弱低压主导作用下,激发强不稳定能量释放、产生强对流,形成利于垂直运动深厚发展伴有强抽吸作用的暴雨动力结构,孟加拉湾水汽源源不断向云南上空输送,经低层强水汽辐合抬升凝结而造成的.影响云南500hPa低压干位涡涡源中心值越大地面降水越强,850hPa干、湿位涡可提前12h预示台风减弱、移动方向的信息.     

台风过程影响下的滨海湿地物理变量观测及湿地系统响应

如何研究台风等极端天气事件影响下的湿地系统响应过程,进而提出有效的生态完整性维护和管理方案,对关键区域的湿地管理及生态安全维护具有重要意义。本文于2021年9月“灿都”台风期间在南汇东滩南岸设置水动力观测点,采集表层沉积物、测量滩面高程并用无人机获得植被影像,运用ArcGIS空间分析,探讨了台风过程影响下的南汇东滩水动力、滩面沉积变化与植被分布面积响应。结果表明：台风中,观测点近底层平均流速为0.23 m/s,植被边缘平均有效波高和波能是台风前后的1.54倍和2.14倍,近底层1 m的滩面出现“高悬沙浓度层”（>10 g/L）且存在时长为8.13 h。台风后高程低于4 m的稀疏海三棱藨草和互花米草滩面侵蚀0～4.8 cm,高程高于4 m的茂盛互花米草和芦苇滩面淤积0～14.7 cm;研究区植被分布面积共减少1 827.67 m²,减少量占台风前植被总量的1.63%,其中侵蚀滩面植被分布面积减少31.9%,淤积滩面减少68.1%。对台风过程影响后的湿地管理,可以总结为：（1）湿地在台风过程后滩面基本表现为明显的侵蚀、淤积区域共存的特征;（2）对高程低于4 m的侵蚀滩面,建议确定植被适宜生长的高程,结合台风过程冲淤变化通过“微生物膜”和植被斑块移植的方法消浪、固滩和促淤,加速湿地在台风过程影响后的修复。     

0307号台风"伊布都"影响广西南部暴雨的数值模拟及诊断分析

本文用MM5模式模拟了0307号台风“伊布都”影响广西的暴雨过程．其结果表明：副高西侧偏南风急流的加强为广西大范围的暴雨天气创造了有利条件，台风环境风场的不对称结构导致其暴雨的不对称分布．盂加拉湾至中南半岛一带维持强盛的西南风急流，为台风南部维持强的涡度中心提供了大尺度的背景场．涡度空间分布的不对称是造成台风南部暴雨的主要原因．本次桂南暴雨的水汽源来自盂加拉湾，中南半岛水汽输送通道明显；过程前期螺旋度高低空负、正垂直螺旋度配置十分有利于系统自身的发展及暴雨的维持；对流不稳定度的增强和湿斜压涡度的发展，导致中低层湿位涡的增强，有利于降水加剧．     

影响福建沿海的0010号"碧利斯"台风暴雨的地形敏感性试验

采用MM5模式,以2000年10号(0010)台风“碧利斯”为个例,选取台风登陆前后时段,采用不同地形高度来模拟该时段台风暴雨过程.试验结果表明福建东部沿海的特殊地形对登陆福建中部沿海的台风暴雨有着明显的增幅作用.用3个不同区域每隔3h面雨量作比较,并通过对不同方案的垂直风速及不同时段的水平流场进行分析,可见其地形对台风暴雨的最大增幅作用发生在山脉迎风坡的地形坡度与气流正交速度乘积最大的时段.     

低空急流对0212号台风"北冕"后部暴雨影响的分析和数值试验

本文首先用实测资料分析了0212号台风"北冕"造成福建大暴雨过程的环流形势和物理量场特征,指出低空偏南风急流的北抬和加强为远离风暴中心的福建东南沿海大暴雨提供了有利的水汽和动力条件.然后用中尺度模式(MM5)模拟分析了低空偏南风急流强度变化对本次暴雨过程的影响,结果表明低空急流强度变化对福建东南部的暴雨落区及强度有很大影响.