0920号超强台风“卢碧”引起的强海上大气波导成因分析与数值模拟研究

基于中国台湾地区主持的侵台台风之飞机侦察及下投式探空仪观测实验（Dropwindsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region,DOTSTAR）获得的高分辨率下投式探空仪探测资料,分析了2003年9月—2012年8月所有发生在中国台湾地区附近海域的台风型大气波导事件,遴选出一次由0920号超强台风“卢碧”引起的强台风型海上大气波导过程作为研究对象。利用欧洲中期数值预报中心（ECMWF）再分析资料（水平分辨率0.125°×0.125°）,对此次波导的生成原因进行了分析;基于WRF模式比较了不同初始化方法对台风强度、尺度和周围台风型大气波导的模拟能力。结果表明,此次强台风型大气波导发生在台风环流西北侧外围的弱下沉运动区,其形成与850 hPa高度附近北方强干空气平流导致湿度随高度锐减密切相关。在数值模拟中运用台风动力初始化方法,可以有效改进台风强度、路径和尺度的模拟效果,进而有利于改善台风型大气波导尤其是波导层所在高度的模拟效果。台风外围出现的大气波导通常以悬空波导为主,模拟效果与台风螺旋雨带和内核尺度的模拟关系密切,而与台风强度和眼墙结构关系不大。中尺度数值模式WRF具有模拟台风型大气波导的能力,是研究台风型大气波导的有力手段。      

一次大气波导过程的数值模拟

利用ARPS模式对南京周围地区的一次大气波导过程进行了数值模拟,通过对南京站初始时刻、 6 h和14 h的模拟结果分析表明:同化探空资料的初始场较NCEP资料更接近实况,初始场对预报结果的影响具有一定的持续性,且同化了探空资料的初始场的模拟结果比未同化探空资料的初始场的模拟结果较接近于真实大气状况;同化多个测站探空资料的数值模拟表明ARPS模式对大气波导具有一定的预报能力.     

利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟

本文介绍了WRF中尺度模式的有关概况,分析了模式的物理结构,并利用WRF中尺度模式对河谷城市兰州冬季大气边界层的风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与观测事实基本一致,表明WRF模式具有良好的稳定性能。     

不同边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究

基于中尺度数值模式WRF,对比分析了六种大气边界层物理过程参数化方案（BouLac、MYJ、UW、YSU、ACM2、SH）对台风“利奇马”模拟结果的影响。结果表明,不同边界层方案对“利奇马”路径的模拟结果影响较小,但对其强度和结构演变的模拟结果影响显著。其中,局地闭合方案UW方案模拟的结果最强,局地闭合方案BouLac次之,而局地闭合方案MYJ和三种非局地闭合方案YSU、ACM2和SH的模拟强度都较弱。这些方案中,BouLac模拟的海平面最低气压与实况最为接近。通过对比这些边界层方案的模拟结果发现,由于台风强度的差异受到热力和动力的共同影响,边界层方案如模拟得到的地表潜热通量和边界层中湍流扩散系数较大,将导致较大的径向风和低层辐合,从而模拟得到较强的台风强度;反之,则台风强度较弱。     

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     

大气波导形成条件及传播路径模拟

推导了可形成波导传播的电磁波最大陷获波长和临界发射仰角,介绍了电磁波可形成波导传播的必要条件,在此基础上建立了在大气波导层中电磁波传播路径模式,并利用南京雷达实际观测的超折射回波对此模式进行了验证,所得结果比较一致。     

0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

台风远外围大范围强对流天气成因综合分析

为加深对台风外围发生的强对流天气的认识，提高对华南地区强对流天气潜势预报和预警的能力，利用广东中尺度天气监测网的多普勒雷达、自动站资料和NCAR／NCEP的再分析资料等对2004年8月发生在台风云娜外围一次强对流天气的天气形势背景、水汽、CAPE、SI、WI、垂直速度和海风辐合等进行了综合分析。结果表明：华南前期受副热带高压和云娜外围下沉气流作用，地面连续高温，使低层大气内能不断积蓄；台风云娜向西北移动的过程中，华南上空的副热带高压和下沉气流减弱，在其外围弱低压槽、海风辐合和干线共同作用下触发了强对流；台风外围的稳定度具有明显的波动性，强对流在台风外围螺旋云带末端的高温、不稳定和相对高湿舌发生；风指数WI用于华南地区雷雨大风预报比其它指数更有效。     

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     

台风“天鹅”对“莫拉克”强度维持影响的模拟分析

为探究重灾台风0908号莫拉克(Morkot)成灾的内在原因,利用NCEP/NCAR1°×1°资料和WRF数值模式,以及观测分析和数值模拟方法,对"莫拉克"过台湾岛强度始终维持在960hPa不减的现象进行研究。观测分析发现"莫拉克"强度不减与其西南方向的0907号台风天鹅(Goni)相互作用有关,物理量诸如水汽、散度、涡度等持续从"天鹅"输入"莫拉克",如水汽输入层次主要集中在950～850hPa,600hPa以上很少;涡度(垂直速度)也存在低层正涡度(负散度)输送,高层负涡度(正散度)输送。利用WRF数值模式作控制试验和抹掉台风天鹅的敏感试验,试验结果表明有涡度、水汽通量、散度等物理量从天鹅向莫拉克输送卷入,从而对莫拉克过台湾岛强度的维持不减存在一定的支持作用。     

"碧利斯"(2006)台风低压暴雨数值模拟试验

利用NECP 1°×1°的6h分析资料,采用中尺度数值预报模式WRF对2006年7月16~19日“碧利斯”(2006)台风低压引发的暴雨天气过程进行了数值模拟。结果表明,WRF模式对这次暴雨过程的雨带位置和走向均有较好的模拟,对这次暴雨过程中尺度天气系统的发生、发展及加强均在模拟结果中有所显现。     

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。     

关于大气“记忆”的大气环流模式模拟研究

通过２种大气环流模式（ＧＣＭ）的数值模拟,研究了大气对于赤道东太平洋海温（ＳＳＴ）异常外强迫的“记忆”问题。结果表明,大气对外强迫的“记忆”比传统意义的“记忆”要长得多,这是因为外强迫通过影响大气内部动力过程而激发产生了低频振荡（即大气低频遥响应）,使得外强迫的影响可持续相当长的时间,大气对外强迫的“记忆”也就变得相当长。     

北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟,分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用,并设置了升降地形敏感性试验。结果表明:数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度,台风大风区明显不对称分布,台风登陆后第一、四象限过境山区,其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带,水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动,动力条件极好,水汽输送带由近地面向对流层低层延展,山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡,强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心,是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%~50%,地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验

应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6),对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究,模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水,但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明,台风Rananim登陆期间,强回波带出现在台风移动的右前方,螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团;垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验,着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间, 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致,迎风坡降雨量增加,背风坡降雨量减少,地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间,地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带,高层为明显的辐散区;在中尺度环流场上,地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展,从而激发中尺度对流云团,形成中尺度雨团,造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用,可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显增强;当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间,地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大,位涡明显增强,从而造成台风涡旋的增强。     

福建惠安沿海大气扩散特性的数值分析与模拟

用福建惠安地区的实测气象资料,结合风场诊断、轨迹分析和随机游走模拟方法,分析惠安核电厂所在地小尺度(40 km×40 km)范围内的大气扩散特性,并与现场扩散示踪实验数据比较.结果表明,该地区的扩散输送总体受天气系统和海陆风环流二因子影响.研究范围内的风场,在水平方向的空间变化不大,扩散烟流基本平直.海陆风环流因子所致的风场时间变化和风向摆动对当地扩散有重要意义.随机游走模拟方法较好地反映出当地大气扩散的定量特征,但复杂地形与海岸气象条件的联合作用,仍使模拟结果与示踪实验结果的统计比较显得离散.     

0604和0605号台风的数值模拟与暴雨成因对比分析

利用MM5模式对0604号强热带风暴“碧利斯”和0605号台风“格美”进行数值模拟和水汽、动力、热力学分析。分析结果表明,“碧利斯”与“格美”前期都没有与北方冷空气发生作用,后期前者受到西南季风槽的影响得到大量水汽能量补充,在台风路径左侧产生强降水,后者的水汽、动力和能量条件较差,在华南产生的降水相对弱一些,但在北方冷空气的影响下在黄河中下游部分地区造成洪涝灾害。