登陆台风短时定量降水预报方法初探

利用登陆台风的GMS-5 IR1 TBB资料及地面自动站逐时雨量资料,初步建立了适用于登陆台风的定量降水估计(QPE)方法,基于QPE结果,采用外推法,初步实现了对登陆台风未来0~3 h的短时定量降水预报(QPF)。应用于0104号登陆台风“尤特”和0414号登陆台风“云娜”两个例表明:对单站逐小时雨量定量预报而言,如果50%相对误差可以接受,01、、23、h的QPF准确率分别达20%~70%、30%~80%、30%~70%、20%~60%;对于单站过程雨量定量预报而言,如果50%相对误差可以接受,0、1、2、3 h的QPF准确率基本都达60%~80%;对未来0~3 h的面雨量也具有一定定量预报能力。0~3 h QPF结果对实际短时登陆台风降水业务预报工作具有一定的参考价值。     

华东地区登陆台风降水变化的初步研究

利用华东地区129站1954—2004年逐日降水量资料,用降水客观分离的方法及其改进方案对登陆该地区的台风降水（tropical cyclone precipitation;TCP）进行分离;再用方差分析、气候趋势系数和线性回归等方法,分析TCP的气候特征,并与总降水的相应特征比较。结果表明：华东地区登陆台风降水量空间分布不均匀,福建东南沿海地区最大,具有向西北方向递减的趋势,这种趋势与地形等因素有关;TCP的年际变化明显,9 a和15 a周期显著;TCP年代际变化表现为20世纪50年代最多,70年代前开始减少,比华北地区台风降水减少出现的时间提早10 a;TCP与总降水两者的时间演变特点差异较大。     

8月中国登陆台风降水与对流层高层西风急流关系的初步研究

采用中国气象局及美国台风联合警报中心整编的1954—2013年best-track热带气旋资料、中国大陆743站逐日降水数据和美国国家环境预报中心及大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,研究登陆中国的台风降水特征及其与对流层高层西风急流的关系。结果表明:8月登陆台风降水对中国东南沿海地区的影响明显,福建、浙江的登陆台风降水占同期降水的30%左右,局部地区达到40%。基于降水与200 hPa纬向风的显著相关区定义的东亚西风急流指数(EAWJI),描述了西风急流位置的经向移动。EAWJI与台风降水具有显著的负相关,即EAWJI出现负异常时,急流位置偏北,中国登陆台风降水增加,反之急流位置偏南、降水减少。急流位置偏北,西太平洋台风活动区域的对流层纬向风出现东风异常,有利于台风登陆中国,且登陆位置较常年偏北,登陆台风数较常年偏多,台风登陆后维持时间较常年偏长;在中国大陆及东部沿海附近,纬向风垂直切变为异常的东风切变、对流层低层相对涡度增强及水汽输送增大均有利于台风登陆后的维持,从而使登陆台风降水增加。     

台风登陆衰减后造成降水加强的概况

对1965-2008年101例登陆台风衰减后3d内仍存在较强降水的天气过程,运用客观分离方法及其改进方案,分离提取了台风降水(Tropical Cyclone Precipitation;TCP),结果表明:即使登陆台风衰减为热带低压或停编后,因台风系统的存在而产生高强度降水是一种普遍现象,仍旧是预报服务中需要高度关注的问题.采用气候趋势系数和功率谱等方法得到TCP及台风的气候特征:台风衰减点的位置分布具有很强的区域性,与南岭、武夷山脉的走势大致吻合;台风衰减后降水并非单纯性减少,随着时间的推移,空间分布具有向北、向西扩散的特点,特别是中纬度地区的江汉一江淮一带,仍然是防灾减灾的重点.对于衰减后降水反而加强的台风,防御重点可以有针对性地对登陆华南类和登陆华东类两类路径的台风展开.     

登陆我国台风与华北夏季降水的相关

利用1957-2002年华北104站月降水量、登陆我国台风频数、海平面气压场、850hPa流场、500hPa高度场资料，分析了华北地区夏季降水与登陆我国台风的关系。结果表明：华北中部和东部夏季降水量与登陆我国台风频数存在着显著的正相关，中心在华北中部的河北饶阳和保定一带。在登陆台风特多年，华北中、东部夏季降水增加（偏涝），南部降水减少（偏旱）；登陆台风特少年则相反。逐月分析发现．8月登陆我国台风频数与华北地区同期降水量相关最好，而且显著的正相关仍然位于华北中部和东部。多（少）登陆台风活动年无论是海平面气压距平场、850hPa流场距平、500hPa高度距平场还是冷空气异常，其特征均与华北中、东部夏季降水偏多（少）年相似。     

登陆台风对安阳降水的影响及其预报

在分析1966－1995年安阳区域夏季登陆台风的不同环流形势基础上，利用历史天气图资料及安阳区域实况要素资料，找出台风登陆后安阳区域产生的不同天气的预防指标，并分类建立了预报方程。     

利用多普勒雷达数据分析中国华东地区登陆台风轴对称降水特征

利用中国新一代多普勒雷达网温州雷达和台湾气象局五分山雷达资料、地面自动站降水资料,分析2004-2007年登陆中国华东地区的6个台风从登陆前18小时至登陆后6小时的降水结构时空变化特征.环状平均回波分析显示,在台风离陆地较远时,轴对称降水径向廓线呈双峰结构,最大降水位于台风眼墙处,降水次大值位于台风外围雨带处.台风强度越强,最大降水越强,且离台风中心的距离也越近.当台风接近登陆时,其内核区降水有增强的趋势,从登陆前6小时至登陆时,各台风内核区平均降水率的增强倍率在1.3-3.2,且外围降水随时间向台风中心收缩,内缩速率随台风强度增强而减慢.台风登陆后,台风眼被降水填塞,强度快速减弱,同时降水持续内缩,内核区总降水逐渐衰减.此外本文还建立了一个登陆前台风轴对称降水径向廓线模型,该模型能定量地描述降水廓线的双峰结构,模拟结果与实际雷达观测降水廓线的的均方根误差最小为0.46 mm/h,最大为5.3 mm/h.     

不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟

利用美国最新发展的新一代中尺度数值预报模式(WRF),研究了不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟问题,结果表明,在网格距适当小的情况下,同时采用积云对流参数化方案和云微物理方案(Kessler方案)时,其降水预报优于只使用积云对流参数化方案时的预报;在台风降水模拟的初期,Kain-Fritsch方案比Betts-Miller方案产生降水更快,更接近实况降水;在台风登陆后随时间的延长,对流降水重要性逐步下降,网格尺度降水逐渐增强。     

登陆华南台风特异—特弱或特强降水发生的环境条件

本文采用1979～1988年登陆华南台风逐日雨区各站日雨量资料、台风中心附近的探空资料和雨区附近的地形资料，用对比度分析方法研究了登陆台风过程的特弱降水和特强降水发生的环境条件，结果发现这两种特异降水发生的环境条件是迥然不同的，文中还对一些重要结果作了讨论。     

华南登陆台风降水不对称性及持续性问题

针对登陆华南台风降水及模式预报存在的突出问题,就当前关于登陆台风降水分布的不对称性及台风登陆后期持续性暴雨发生机理的研究状况进行回顾和分析,提出了需要深入研究的相关科学问题及模式预报技术改进的应对措施,为促进登陆华南台风暴雨预报工作和效果的不断改进提供参考。分析指出环境风场垂直切变、低层气团边界(如冷池边界)、干冷空气侵入、中尺度对流系统以及地形等是造成登陆华南台风降水不对称分布的重要影响因素。台风登陆后期华南发生的持续性暴雨往往与季风活动增强相关,活跃的西南季风为强降水中尺度对流系统(MCSs)发展提供有利条件,MCSs通过潜热加热反馈于大尺度环流,可使台风涡旋环流和西南季风得以维持并致使MCSs反复发生发展、暴雨持续。开展相关科学问题的深入研究,有针对性地考察评估目前模式的预报性能并提出有效改进方案,是进一步提高模式预报效果的重要途径。     

A STUDY ON VARIABLE QUANTITATIVE PRECIPITATION ESTIMATION USING DOPPLER RADAR DATA

With the pros and cons of the traditional optimization and probability pairing methods thoroughly considered, an improved optimal pairing window probability technique is developed using a dynamic relationship between the base reflectivity Z observed by radar and real time precipitation I by rain gauge. Then, the Doppler radar observations of base reflectivity for typhoons Haitang and Matsa in Wenzhou are employed to establish various Z-I relationships, which are subsequently used to estimate hourly precipitation of the two typhoons. Such estimations are calibrated by variational techniques. The results show that there exist significant differences in the Z-I relationships for the typhoons, leading to different typhoon precipitation efficiencies. The typhoon precipitation estimated by applying radar base reflectivity is capable of exhibiting clearly the spiral rain belts and mesoscale cells, and well matches the observed rainfall. Error statistical analyses indicate that the estimated typhoon precipitation is better with variational calibration than the one without. The variational calibration technique is able to maintain the characteristics of the distribution of radar-estimated typhoon precipitation, and to significantly reduce the error of the estimated precipitation in comparison with the observed rainfall.     

多普勒雷达资料动态定量估测台风小时降水量的研究

在充分考虑传统的最优化方法和概率配对法优缺点的基础上,使用一种改进的最佳窗概率配对法计算Z-I关系中的系数A和b,得到了雷达测得的基本反射率因子Z和雨量计实时测到的小时降水量I的动态关系.利用温州多普勒雷达体扫资料和浙江省自动雨量站资料,使用该方法对"海棠"(Haitang)和"麦莎"(Matsa)两个台风分别进行了动态计算,得到了不同系数的Z-I关系,进而对两个台风的小时降水量进行了定量估测.使用变分技术对估测的小时降水量进行了校准.结果表明,不同台风Z-I关系的系数差别较大,因而造成台风小时降水量的很大不同.使用雷达基本反射率来估测台风小时降水量,能够清楚表现出台风的螺旋雨带和其中的中小尺度雨团,估测的台风小时降水量与实况基本接近.经过变分校准的估测降水量可以较好地表现出台风雨带与地面中尺度流场动力结构的对应关系.误差统计分析表明,变分校准后的估测台风小时降水量要明显好于变分校准前的估测台风小时降水量.变分校准法既保留了雷达估测台风小时降水量的分布特征,又使估测的台风小时降水雨量与实况的误差明显减小.     

一种台风过程雨量的相似预报方法

提出一个台风过程雨量的定点、定量预报方法。方法应用台风初始参数、历史过程的天气形势场和物理量场及数值预报产品,构造预报区域内当前时刻至未来时刻环境要素场的多元客观相似判据。通过定义非线性的相似指数,综合评估历史台风样本与预报台风在多元判据下的连续动态相似程度,以此找到相似样本。应用相似样本的历史雨量记录进行相似指数的权重综合,得到台风未来雨量的定点、定量预报值。预报试验表明该方法具有一定的预报技巧。     

TERRAIN IMPACT ON THE PRECIPITATION OF LANDFALLING TYPHOON TALIM

The impact of terrains on the precipitation of landfalling typhoon Talim (2005) over mainland China is investigated using the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model. The simulated precipitation of simulated typhoon (the control) matches the observations closely. To compare with the control simulation, four sensitivity simulations were carried out in which terrains of Wuyi Mountain, Lushan, Dabieshan, and both Lushan and Dabieshan are completely removed respectively, but other surface properties were retained. It is found that the complex terrains of Wuyi Mountain, Lushan and Dabieshan have a significant impact on the rainfall intensity and distribution of Talim. As the terrains are removed, the rainfall is decreased very greatly and the rainfall in inland area is decreased much more than that in the coastal area. Besides, the rainfall distribution near the Lushan and Dabieshan is spread much more westward compared with the control simulation. Further analysis shows that the Wuyi Mountain would increase both the lower level air convergence and the upper level air divergence for Talim that just made landfall and thus it would contribute to the convection and increase rainfall intensity. It can be concluded that the terrains of Wuyi Mountain, Lushan and Dabieshan have obvious impacts on the Talim rainfall, and their impacts are different in various landfalling periods. The present study is a useful attempt to explore the influence of orography on the TCs in mainland China.     

台风“黑格比”登陆期间浙江地区水汽演变特征分析

在 2020 年 8 月 3—5 日台风“黑格比”登陆期间,浙江地区出现了强降水。利用中国自动站与 CMORPH融合降水产品及ERA5再分析资料进行分析,表明浙江地区强降水分两个阶段。为探究两个阶段降 水成因,采用扰动天气图方法、拉格朗日轨迹追踪模式HYSPLIT与FLEXPART(the Flexible Particle Model)重点 分析浙江地区强降水期间水汽输送特征,结果表明伴随强盛西南夏季风环流的水汽通道起着重要作用。最后, 利用中尺度模式WRF_ARW进行了水汽条件的敏感性试验,进一步验证了西南季风水汽输送的重要性。在台 风登陆降水预报过程中,需要关注西南夏季风背景下不同水汽输送影响。     

A SIMILARITY SCHEME FOR QUANTITATIVE FORECAST OF PRECIPITATION OF TYPHOONS

A quantitative scheme is put forward in our work of forecasting the storm rainfall of typhoons for specific sites.Using the initial parameters,weather situations and physical quantities as well as numerical weather prediction products,the scheme constructs multivariate,objective and similarity criteria for environmental factors for the time between the current and forthcoming moment within the domain of forecast.Through defining a non-linear similarity index,this work presents a comprehensive assessment of the similarity between historical samples of typhoons and those being forecast in terms of continuous dynamic states under the multivariate criteria in order to identify similar samples.The historical rainfall records of the similar samples are used to run weighted summarization of the similarity index to determine site-specific and quantitative forecasts of future typhoon rainfall.Samples resembling the typhoon being forecast are selected by defining a non-linear similarity index composed of multiple criteria.Trial tests have demonstrated that this scheme has positive prediction skill.     

MLP在雷达定量降水估测中的应用

通过临近时次、临近空间降水回波性质相似假设,以人工智能技术结合快速动态分级法(Fast Dynamic Categorical method,FDC)为核心,设计广西区域分钟级雷达定量降水估测产品模型。在单部雷达估测降水时,分两层三次使用感知器寻求合理的降水类型分类Z-I关系,首先将FDC看为一种多分类算法,根据单站雷达各级回波的降水估测结果误差将回波区内的站点分为强站点和弱站点两类,然后分别对这两类站点再次使用FDC建立新的强、弱两类Z-I关系。在多部雷达组网联合估测定量降水时,将各雷达估测值等权重看待,将单部雷达估测作为一个分支,通过连结方式构建一个多层感知器(Multilayer Perceptron,MLP)。无站点回波区采用K近邻算法(K-Nearest Neighbor,KNN)选择合适的MLP求得的Z-I关系估算降水量。对2019年3—10月试验产品进行检验分析,结果表明以区域站组成的训练组小时降水相关系数达0.973 7,以国家级气象台站组成的测试组相关系数达0.825 6。     

SWAN系统雷达定量降水估测产品在江西的应用

利用SWAN1.0系统对江西省2010年1—7月的25次降水过程进行反算。结果表明,雷达定量降水估测(QPE)产品在江西省的主汛期(4—7月)应用效果要好于非主汛期,QPE产品的1 h雨量值比实际观测值要小,偏差大约20%;对3块小流域的QPE检验,其中2块小流域的QPE产品误差与全省范围的误差差别很小,QPE对小流域短时中阵雨以上量级的降水具有较高可靠性。依据检验工作的结果,开发出的QPE修正产品可以作为江西省短时临近天气预报业务使用。     

2006年“珍珠”台风影响期间福建省降水酸度分布特征分析

利用2006年"珍珠"台风影响福建省期间的酸雨监测资料和新一代天气雷达回波资料,对城市降水酸度分布特征及福州市短时段降水酸度进行分析,结果表明:来自海上的台风降水呈偏碱性;登陆后台风对福建省城市降水酸度的影响与其螺旋雨带上降水云团的移动路径及城市周边污染源分布有关;"珍珠"台风的短时段降水酸度并非保持恒定,对福州市降水酸度的影响会随着台风强度、风场结构的变化及螺旋雨带上降水云团途经下垫面城市大气污染排放状况而发生改变.     

PRELIMINARY STUDY ON STRUCTURE OF WINTERTIME TYPHOON NANMADOL IN 2004

Using NCEP/NCAR reanalysis, the structure of a wintertime typhoon named Nanmadol that landed on Taiwan 4 December, 2004 has been examined in this paper, it is found that Nanmadol looks similar in structure and time evolution to summer typhoons; the central part of it is warm and humid, and the convergence is observed in the lower troposphere while there is divergence in the upper troposphere. The differences between wintertime and summertime typhoons are found. The southwest stream flow in the lower troposphere and cyclonic disturbance in the upper troposphere seem significantly weaker in Nanmadol than in summertime typhoons. The EOF analysis performed for sea level pressure (SLP) of Nanmadol shows that about 90% of the total variance of temporal changes in typhoon circulation can be explained by two leading EOF modes of EOF1 and EOF2. EOF1 shows the structure and intensity variations of Nanmadol while EOF2 shows the changes in environmental SLP distributions that influences the moving direction of Nanmadol.