登陆台风“摩羯”(1814)在山东引发龙卷的灾情调查与天气雷达识别

2018年8月13—14日,1814号台风"摩羯"(YAGI)由强热带风暴逐渐减弱成热带低压,在山东省境内造成强降水,并引发了系列龙卷。龙卷发生后,气象部门对龙卷进行了详细的实地灾情调查。通过对6处龙卷路径无人机航拍的高分辨率图像和现场勘察的建筑物损毁、树木折断、庄稼倒伏等状况的综合分析,判断发生在滨州市姜楼镇、东营市盐窝镇的龙卷达到EF2级,其他为EF0/EF1级。上述龙卷都发生在残余低压环流中心移动方向的右前方,且集中在残余低压环流外围偏北段雨带中的小型超级单体内;其中在滨州引发的龙卷距离残余低压环流中心最近,约150km,在潍坊引发的龙卷距离残余低压环流中心最远,约400 km。这些小型超级单体在雨带中,自南向北或者自东南向西北方向移动,尺度都很小,发展高度较低,强反射率因子核位于风暴的底部,低层反射率因子的南端有入流缺口,呈钩状回波特征;低层径向速度产品有较强的正负速度对。用雷达系统原适配参数值计算表明,在调查的6次龙卷中,仅有1次龙卷发生前算出了中气旋(M)产品,2次算出龙卷涡旋特征(TVS)产品;用修改的适配参数值进行计算,在6次龙卷发生前都算出了M产品,4次算出TVS产品,优化适配参数可提前将弱的M和TVS识别出来,对龙卷的临近预警具有指导作用。     

1814号台风“摩羯”造成浙江内陆强降水的动力特征分析

采用 NCEP / NCAR 0. 25°×0. 25°再分析资料及预报场、FY-2E 云顶亮温、雷达、自动气象观测站等资料,运用风场分解、中尺度平滑滤波等方法对台风“摩羯”造成的浙江内陆局地强降水相关动力特征进行分析。结果表明：(1)台风中心环流由低层到高层呈现向西南方向倾斜的非对称结构,台风前侧(浙闽赣交界处)的低涡对中高层整体环流分布造成了一定影响。(2)在台风移动方向(低层垂直风切变顺切变方向)前侧,925 hPa 相对入流辐合与 700 hPa 相对出流辐散形成耦合。(3)边界层辐合及地面辐合线较长时间维持在台风移动方向前侧,正涡度柱随台风移动西传, 在浙中形成低层辐合和涡度叠加效应,有利于浙中内陆局地强降水。(4)偏东气流的风速辐合、边界层相对入流以及之后西南气流的增强对浙中内陆边界层辐合的长时间维持起到一定作用。此外,地形对浙江内陆局地强降水也起了增幅作用。     

台风“梅花”(2212)的主要特点和路径预报难点分析

对2022年第12号台风“梅花”的主要特点、路径预报难点问题和路径预报误差特征进行分析,研究主要结论显示：(1)“梅花”登陆次数多、登陆强度强,是首个4次登陆不同省(市)的台风,也是2022年最强登陆台风,造成华东与东北地区长时间、大范围的风雨影响。(2)台风生成初期的中长期时效路径预报是路径预报难点之一,模式对台风主要影响系统的长时效预报存在明显偏差,针对模式的及时检验和订正对预报调整非常重要。(3)双台风或多涡旋情景下,集合预报发散度大,“梅花”陆上路径预报偏西偏慢,其东侧“南玛都”的强度和位置差异对其路径有明显影响。(4)台风变性过程中的移速误差是路径预报极大误差的来源,关注台风是否处于变性过程可作为调整台风移速预报的参考。未来开展多模式交叉实时检验,基于集合预报研发针对转向变性台风路径预报订正技术可为主观预报提供支撑。     

台风"摩羯"(1814)残涡经渤海突然增强成因分析

利用气象常规资料、自动站资料、FY-4 可见光云图和 NCEP/NCAR 1毅伊1毅再分析资料,对 2018 年 14 号台风“摩羯”残涡经渤海增强前后热力、动力和水汽特征进行分析,结论如下：台风登陆北上后变性为温带气旋,其热力结构呈非对称分布,垂直风切变具有温带气旋特征,台风残涡入海后高空辐散、整层涡度、水汽通量和水汽通量速度等物理因子均明显增强。利用 Petterssen 气旋发展公式探讨入海增强原因,台风残涡入海前,温度平流对台风发展起主要作用,涡度平流对台风发展起抑制作用,台风残涡入海后,温度平流和涡度平流皆有利于台风残涡增强。非绝热加热作用在整个研究时段有利于台风发展,降水释放潜热加热对台风入海增强有正反馈作用,这种作用表现为一种突发性增大的特征。海洋平坦下垫面和适宜的海温是台风残涡入海增强的原因之一。     

相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水差异成因分析

为探讨相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水的差异原因,从天气形势、物理量场等方面进行分析,利用水汽通量、假相当位温、湿位涡、垂直螺旋度等物理量对降水进行诊断,得到以下主要结论：1）两台风移动路径主要受副热带高压和冷空气的影响,副热带高压边缘气流为主要引导气流。两台风均有追随200 hPa辐散中心移动的趋势。2）较强冷空气的侵入、鞍形场中的缓慢移动、强正涡度和强盛上升运动、强水汽输送且低空长时间水汽辐合、大气斜压性增强和风垂直切变增大均是台风“温比亚”造成南通更强降水的原因。3）水汽通量辐合增强,低层正涡度中心、强上升运动,低层假相当位温大值区叠加上空假相当位温梯度带,垂直螺旋度增大与正值发展高度均与台风强降水有明显对应。     

1814号台风“摩羯”引发鲁北平原一次罕见龙卷特征

利用常规观测、探空、区域气象观测站、ERA5、多普勒雷达等资料对 2018 年 8 月 14 日台风 “摩羯”在鲁北平原引发的1 个 EF2 级龙卷的环境背景和雷达回波进行分析。结果表明：(1)龙卷发生时台风“摩羯”已减弱为温带气旋并停止编号。(2)低层辐合、高层辐散,上下重叠度较好的急流轴,低空强的垂直风切变和风暴相对螺旋度等,构成龙卷风暴发生的有利环境条件。(3)龙卷母风暴属于小型超级单体风暴,低层反射率因子具有钩状回波形态;在速度剖面上具有龙卷涡旋轴线和小尺度风场辐合特征,对应谱宽剖面上有谱宽大值区。(4)降低雷达系统中气旋探测算法和龙卷涡旋探测算法部分适配参数阈值后,系统提前60 min 给出中气旋特征,提前7 min 给出龙卷涡旋特征(tornado vortex signature,TVS);中气旋顶高、最大切变高度快速上升和下降的过程对应小尺度涡旋的增强和触地,最大切变值骤降对应龙卷快速释放能量。     

台风“烟花”的主要特点和路径预报难点分析

对2021年第6号台风“烟花”的主要特点与路径预报重大调整过程中出现的难点问题进行分析和研究,得出主要结论如下。(1)“烟花”移动缓慢,是首个两次登陆浙江的台风,在浙北和杭州湾附近地区长时间滞留。(2)降雨影响范围广、累计降雨量大、大风持续时间长。(3)反映出来的重要难点问题有：当多数模式预报出现一致的偏差时,预报员难以做出订正,有必要开展对模式中台风重要影响系统(高空冷涡、热带对流层上层槽等)的预报检验工作;台风移速缓慢的定量程度难以把握,需要通过总结历史个例和敏感性试验等方法开展东侧台风对西侧台风移动缓慢影响的定量研究;西风带槽/脊对副热带高压退/进快慢的定量影响把握困难,影响北上台风转向点的预报,特别是当不同模式有分歧的时候预报难度更大。     

台风“圆规”路径预报偏差分析

利用环境场、卫星云图和海岛自动气象站资料,分析了1007号热带气旋"圆规"在三气旋和强副高的天气形势下路径稳定的原因,指出弱小的热带气旋对较强大的台风影响不大;偏心台风的内力与本身结构有关;台风右前方的增暖对台风路径具有一定的引导作用。     

台风“杜苏芮”(2305)的主要特点及路径和强度预报难点分析

通过总结2023年第5号台风“杜苏芮”的主要特点,并对主要的预报难点问题进行分析和研究,得出以下主要结论：（1）“杜苏芮”登陆强度强,是2023年截至10月登陆我国最强的台风,登陆后在陆上长时间维持,造成福建、安徽等地多站点风雨观测突破历史极值,黄淮、华北等地出现历史极端强降雨天气。（2）在“杜苏芮”生成初期,由于副热带高压受到多系统的影响,数值模式对于“杜苏芮”台风东侧新生热带扰动的强度、位置预报存在偏差,是产生较大路径预报偏差的原因。（3）“杜苏芮”登陆前形成双眼墙结构增加了登陆强度预报的难度,有利的形势条件和多源观测资料的应用为台风强度预报提供了良好的支撑。（4）“杜苏芮”登陆后,来自西南季风和第6号台风“卡努”共同的水汽输送、太行山地形作用以及移动路径上弱的垂直风切变均有利于台风减弱后的低压环流长时间维持。     

“梅花”台风路径与强度的集合预报

以新一代全球/区域多尺度通用同化与数值预报系统-热带气旋路径数值预报系统(global/regional assimilation and prediction system-tropical cyclone model,GRAPES-TCM)为试验模式,采用组合不同的物理参数化方案(MP)方法和随机全倾向扰动(STTP)方法,生成反映模式不确定性的集合成员,在此基础上设计包含6个成员的3种集合方案,方案1和方案3的成员分别用MP方法和STTP方法生成,方案2的成员同时采用MP和STTP方法生成,用3种集合方案对1109台风"梅花"进行了36次72h的集合预报试验。结果显示:对于路径预报,3种集合方案中预报效果最好的是方案3,其次为方案2,最差的是方案1;对于强度预报,方案1和方案2的预报效果差异不大,都远好于方案3。方案2和方案3的路径预报与强度预报都好于控制试验的预报,方案1的路径预报好于大部分成员的预报,强度预报好于所有成员的预报。3种方案的路径离散度都偏小,方案3偏小最多,其次为方案2;方案3的强度离散度也过于偏小,是3种方案中最小的,方案1和方案2的强度离散度在积分前期明显偏小,积分后期则有偏大的趋势,其中方案2的强度离散度大于方案1。与国内外8个业务数值模式的预报结果比较,对于路径预报,方案1优于5个业务模式的预报,方案2和方案3则优于除欧洲数值以外的7个业务模式的预报;对于强度预报,方案1和方案2优于所有8个业务模式的预报,方案3优于6个业务模式的预报。总体而言,3种集合方案的路径和强度预报都表现出优于确定性预报的预报能力,相对于各业务数值模式都表现出一定的预报优势,具有业务应用的价值,其中同时应用STTP和MP方法的方案2对台风的综合预报效果是最优的。     

“菲特”台风路径和强度预报难点分析

利用1°×1°NCEP再分析资料、NOAA海温资料对其进行分析,结果表明:(1)副高突然加强西进,中低层高压带加强,在台风北侧形成高压坝和强盛偏东气流,是台风路径突然西折的主要原因;(2)"丹娜丝"的活动在一定程度上阻止了副热带高压的南落,有利于副高南侧偏东急流的维持和加强,对"菲特"路径的突然西折起一定作用。敏感性数值试验结果表明"双台风"效应对"菲特"登陆前进一步西折具有决定作用;(3)高低空急流的配置,产生了动力场的耦合作用,加强了台风的对流活动,所释放的潜热可以补偿海温降低的影响,对"菲特"在近海强度维持起到了重要作用;(4)"菲特"的强度和环境风垂直切变的演变规律基本一致,较低的环境风垂直切变是"菲特"在近海强度维持的重要原因。     

不同 AMDAR资料同化时间窗对台风“摩羯”预报影响研究

2018年第14号台风“摩羯”对山东造成了大范围暴雨和大风天气,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其Hybrid-3DVAR混合同化预报系统,对Hybrid-3DVAR不同集合协方差比例和不同航空气象数据转发（aircraft meteorological data relay,以下简称AMDAR）资料同化时间窗对台风“摩羯”预报的影响进行了数值研究。结果表明：加大集合协方差比例对台风“摩羯”路径预报有较大影响和改进;当全部取来自集合体的流依赖误差协方差时,预报的台风路径最好,降水预报也最接近实况;AMDAR资料同化对于台风路径和降水预报也有正的改进作用,但加大集合协方差比例到100%时对台风路径预报影响更大;不同资料同化时间窗会影响同化的AMDAR资料数量,从而影响台风降水精细化预报;45 min同化时间窗的要素预报误差最小,对台风造成的强降水精细特征预报最接近实况;不同资料同化时间窗主要影响台风降水预报落区分布,对台风路径预报影响相对较小。     

北上台风路径预报

本文从几个与能量场相关的物理因子场分析着手,力图找出环境能量场与北上进入黄、渤海地区的台风路径的对应关系。根据1971年—1982年的资料分析和1983年—1985年历史资料验证,以及1987年夏季实际预报检验,效果比较好。该方法与天气图形势分析预报法相比,直观性比较强,各物理因子的计算比较简单,便于在基层台站日常预报业务中使用。     

相似路径台风“麦德姆”(1410)与“韦帕”(0713)对比分析

1410号台风"麦德姆"和0713号台风"韦帕"路径相似,登陆后长时间维持并北上,强降水造成中国东部多省份严重受灾。利用CFSR再分析数据对台风环流场进行分析,结合MTSAT卫星云图资料发现:(1)副高和高空槽的发展演变及相互作用决定了两台风深入内陆的转向路径;(2)西南季风与台风螺旋云雨带的结合,将水汽源源不断从印度洋和孟加拉湾向台风输送,使台风长时间维持,后期台风与冷空气云系结合,是造成强降水的主要原因;(3)通过TRMM降水资料分析,两台风降水分布不均匀,右半圆降水强度较大;(4)对物理量场诊断分析显示,高、低空急流,水汽含量,垂直运动,假相当位温的分布与降水分布有很好的对应关系。     

台风加(减)速运动的诊断预报方法及路径预报

本文用1980～1986年20时欧洲中心的1000、850、700、500、300、200及100hPa共7层的网格点资料,挑选了进入南海的若干个台风个例对台风中心运动方程进行了诊断分析,求出了台风前后12及24h的移速(V)、移向(θ)、移速差(ΔV)及移向差Δθ,分析得到,台风主要在气压梯度力、地转偏向力及阻力三力等的作用下运动.当气压梯度力和地转偏向力近于平衡时台风减速移动;当气压梯度力和地转偏向力不平衡时台风将加速运动.计算的12hΔV与实际的ΔV(≥5km/h)的符号相同者达90%,平均移向差Δθ为13°:计算的24hΔV与实际的ΔV的符号相同者达88%,平均移向差Δθ为15°.预报路径与实际路径比较接近.     

相似路径台风“天鹅”(1515)和“珊珊”(0613)降水差异分析

通过与相似路径台风"珊珊"(0613)对比,利用实际观测降雨量、卫星数据和CFSR再分析数据,通过对水汽通量、螺旋度、假相当位温、湿位涡(MPV)等物理量的诊断分析,结果表明:(1)中纬度西风槽的性质和移动特征决定了两相似路径台风降水差异:弱冷空气渗透,有利于远距离降水的发生;较强冷空气的东移南压,不利于强降水的发生;(2)螺旋云带充足的水汽输送,高低空急流配置,是强降水发生的另一主要原因;(3)江浙地区主要降水区域与垂直螺旋度大值区,假相当位温梯度区,有很好的对应关系;(4)低层湿位涡垂直分量(MPV1)0,湿位涡水平分量(MPV2)0,高层低层湿位涡垂直分量0,湿位涡水平分量0的分布特征有利于"天鹅’远距离降水在江浙地区的发生发展。     

相似路径台风“山神”(1223)和“海燕”(1330)降水对比分析

利用NCEP 1°×1°资料,卫星雷达资料,对相似路径台风"山神"和"海燕"降水进行对比分析,结果表明:(1)地面观测资料表明"山神"的降水强度大于"海燕";TRMM卫星3B42降水率资料揭示台风发展过程中,"山神"降水偏向于台风北侧,"海燕"较均匀分布在台风南北两侧;(2)通过分析台风南北两侧的水汽通量和垂直风速发现,"山神"水汽和垂直速度配合较好,能很好解释其降水分布;"海燕"水汽与垂直速度均呈现出明显的非对称性,可能原因是"海燕"水汽含量小,垂直速度超过一定强度后对降水产生的作用一样,导致其降水分布较均匀;(3)台风"山神""海燕"动能输入区与水汽大值区,及潜热能显热能输入区与上升运动对应较好。动能输入区水汽通量偏强。能量输入的区域,随着能量累积,大气稳定度变弱,易导致不稳定能量的释放,使得该区域降水偏多;(4)从台风"山神""海燕"基本反射率因子场可见,"山神"有台前飑线;两台风靠近海南岛期间,强回波长时间维持在海南岛的中部和南部;当台风移出海南岛时,"山神"后部的强回波带造成的"列车效应"位于东方市;而"海燕"的分布在五指山东侧。雷达径向速度场显示两台风靠近海南岛时,中部和南部局地地形造成"逆风区",使得该区域气流辐合抬升。最后,"山神"受海南岛地形抬升作用比"海燕"明显。     

异常北折台风“洛坦”与异常西折台风“奥玛”路径的对比及预报

选取在台湾岛附近发生异常北折的台风“洛坦”和异常西折的台风“奥玛”, 对其环流形势进行对比分析, 之后将全风场分解为气候场和瞬时扰动风场, 应用扩展的β-平流模型对“洛坦”和“奥玛”的异常偏折路径进行预报尝试。结果表明: 1)两个台风的500hPa全风场分析表明, 副高及槽前西南气流为“奥玛”异常北折的主要影响系统; 而“洛坦”北侧的大陆高压与副高合并加强有利于其西折。2)扰动风场的分布表明, 北折“洛坦”南侧的西南风逐渐增大, 东侧的东南风逐渐转变为南风, 在异常偏折时刻形成一条向北的“输送带”利于其北折; 西折“奥玛”在其异常偏折过程中其北侧一直维持着一个反气旋性环流, 向西输送分量逐渐增加, 利于其西折。3)利用扩展的β-平流模型对两个台风路径进行预报, 发现在综合考虑气候态和扰动场时, “洛坦”的路径预报效果最好, 而考虑瞬时扰动场时“奥玛”的西折预报效果最好。     

CMA数值模式对台风“杜苏芮”(2305)的预报性能分析

2023年第5号台风“杜苏芮”海上维持超强台风时间长达约72 h,登陆福建时为强台风级,登陆后维持时间长达22 h,给我国近海、沿海和内陆地区造成了严重的风雨影响。各家数值模式预报出现较大分歧,给综合预报造成较大困难。为了更好地对模式做出解释应用,重点检验中国气象局区域台风数值预报系统（China Meteorological Administration_Regional Mesoscale Typhoon Numerical Prediction System,CMA-TYM）和中国气象局全球同化预报系统（China Meteorological Administration_Global Forecast System,CMA-GFS）的路径和强度预报在“杜苏芮”预报过程中的表现,并采用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）和美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction,NCEP）预报与之对比,从而找出国产模式的优势和不足。检验结果发现,CMA-TYM路径预报误差与NCEP相近,大于ECMWF和CMA-GFS。在台风生成初期,CMA-TYM对其移动方向预报出现较大偏差,明显偏向了实况路径的右侧。23日开始的路径预报对登陆点把握良好,误差主要由对移动速度的预报偏快造成。CMA-TYM对快速加强过程的预报效果较其他模式具有显著优势。CMA-GFS的路径预报质量较好,平均误差略大于ECMWF,但小于NCEP和CMA-TYM,尤其是对长时效预报具有较好的可参考性,但对强度预报明显偏弱。     

南海台风路径预报CLIPER模式

基于南海（１１３°－１２３°Ｅ，１０°－２５°Ｎ）台风的气候学、持续性和一些组合因子，根据与未来的经向、纬向位移的回归分析，发展了一种预报台风路径的气候与持续的（ＣＬＩＰＥＲ）模式。并建立了一组从２４小时到１２０小时的预报台风路径经、纬向位移的预报方程，同样，根据台风前２４小时移向的分组，建立了分类样本预报方程，对非独立样本和独立样本试报表明，分类样本方程比全样本方程有更高的精度，无论对于全样本模