西北太平洋台风尺度与强度变化之间关系初探

为探究西北太平洋台风尺度对台风强度变化的影响,从美国联合台风预警中心(JTWC)2006—2015年最优路径(best track)观测资料中筛选出快速增强和非快速增强两类台风样本,采用台风最大风速半径(RMW)、34 kn(1 kn=0.51 m/s)风速等值线半径(AR34)和最外围闭合等压线半径(ROCI)三个尺度参数,初步分析了台风尺度与强度变化之间的关系。结果表明:内核尺度(RMW和AR34)与台风强度变化之间存在显著负相关,而外核尺度(ROCI)与台风强度变化之间的相关性较弱。经历和未经历快速增强过程的两类台风的初始尺度,前者显著小于后者。可以使用RMW和AR34代表的尺度参数来辅助中小尺度台风的强度预报和快速增强过程的预测。     

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.     

小尺度系统对涡旋自组织的影响

在涡旋自组织动力学的框架内,利用．厂平面准地转正压模式讨论小尺度涡旋系统对两个中β尺度涡旋的自组织过程的影响。4组数值试验表明：小尺度涡旋的存在,可能会改变双涡相互作用的终态,使原本不合并的两个涡旋组织起来;双涡相互作用的终态对小尺度涡旋的初始位置敏感;存在“Z”型敏感区域,当小尺度涡旋出现在这一区域时,就有可能改变双涡相互作用的终态;小尺度涡旋对双涡相互作用产生影响需具备4个条件,即初始位于敏感区内,有足够的强度,距离适当且生存时间足够长。     

守恒系统中台风强度变化及其可能因子的数值研究

用一个高分辨率的f平面正压涡度方程模式,实施了时间积分为36h的21组试验,研究相邻中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用。结果指出:这种相互作用能否导致台风加强,取决于两类因子:一是台风涡旋最大风速的取值以及圆形基流切变的强弱;二是切变基流中的中尺度涡旋的自身条件,包括中尺度涡旋的分布、尺度、强度和结构。台风强度与初始中尺度涡旋的尺度、强度之间存在着非线性的联系。     

赤道辐合区中多台风期大尺度和台风尺度的动能收支及其相互作用

本文选了两例西太平洋赤道辐合区中同时有3个台风发生发展的多台风过程,采用滤波法分离出大尺度场和台风尺度场,并建立了完整的包括大尺度平均动能、扰动动能,台风尺度的平均动能、扰动动能收支方程,最后做了各种动能收支计算.结果发现:对于这种条件下台风尺度扰动的发展,大尺度动能转换的贡献不足20％,其发展动能主要是从比台风尺度小的短波尺度中获得.也就是说,在热带短波是台风尺度和大尺度的动能源.     

斜压大气中双涡自组织与台风形成的初步研究

从数值研究和个例分析两个方面讨论了斜压大气中双涡自组织与台风形成的关系.首先,利用PSU/NCAR 第五代数值天气预报模式(MM5),设计了6个弱环境流场下的理想试验,研究斜压大气中双涡自组织对台风形成的影响,结果表明:斜压大气中双涡自组织存在一个临界距离dc,其值在380 km左右.当双涡间距d≤dc时,双涡可以自组织形成台风环流,当d>dc时,自组织现象不能发生.其次,选取一个对我国有重要影响典型台风个例,分析双涡自组织对其形成的影响,结果表明双涡自组织过程是对我国有重要影响台风形成的典型方式之一.     

初始涡的结构与尺度对涡旋自组织影响的研究

在涡旋自组织动力学的框架内,实施了9组积分时间为72 h的试验,分析初始涡廓线与初始涡尺度对多涡自组织的作用.试验的初始场上,存在着12个大小不等的β和γ中尺度的涡.若初始涡廓线为高斯型,则这些涡不能自组织形成一个α中尺度的涡;若初始涡廓线为双正弦型、抛物线型或压缩型,则这个α中尺度的涡可以形成.此外,涡廓线不同,三涡流型出现的时间迟早不一,较大尺度α中尺度涡出现的时间也迟早不一.同时,初始涡的半径大小也是影响自组织过程成败的一个重要因素.     

台风“珍珠”登陆期间动量通量的多尺度分析

利用台风"珍珠"登陆前后的近地层湍流观测资料,分析了该台风经过观测场地前后地面气象要素的变化及其动量通量特征。结果表明,台风"珍珠"经过观测场地前后的近地层气象要素发生了急剧的变化,并且在台风前部存在强的中尺度对流系统,反映在风速能谱密度结构上,频率f在3×10-4~2×10-3Hz之间的中尺度信号对能谱的贡献比平稳天气形势下的能谱贡献大很多,尤其是顺风方向风速的能谱密度的峰值与湍流信号的峰值相当;动量通量分析结果表明,台风中心经过观测场地的前后三小时,近地层通量以向下输送的中尺度通量为主,湍流通量的贡献相对于中尺度通量较小,也是向下输送的;而在其他时段,近地层通量主要以向上输送的湍流通量为主,中尺度通量量值很小,可以忽略。     

湖北十堰“05．8台风倒槽特大暴雨的多尺度分析

受“珊瑚”台风倒槽的影响,2005年8月14日晚至15日凌晨在十堰市的房县、竹山和丹江口部分地区出现了一次特大暴雨天气过程。利用常规气象资料、卫星云图资料、地面加密气象资料,对此次强降水过程进行了多尺度分析。结果表明：（1）副热带高压的阻挡、地面弱冷空气的扩散、中低纬度环流系统的相互作用及低空急流对水汽的输送,是影响此次强降水过程的主要大尺度环流背景;（2）暴雨发生前存在较为明显的中尺度露点锋和地面中尺度辐合线;（3）卫星云图上有组织的中尺度对流系统（MCS）的发生、发展、成熟与消散对强降水临近预报预警有着重要的指示作用。     

湖北十堰“05．8台风倒槽特大暴雨的多尺度分析

受“珊瑚”台风倒槽的影响,2005年8月14日晚至15日凌晨在十堰市的房县、竹山和丹江口部分地区出现了一次特大暴雨天气过程。利用常规气象资料、卫星云图资料、地面加密气象资料,对此次强降水过程进行了多尺度分析。结果表明：（1）副热带高压的阻挡、地面弱冷空气的扩散、中低纬度环流系统的相互作用及低空急流对水汽的输送,是影响此次强降水过程的主要大尺度环流背景;（2）暴雨发生前存在较为明显的中尺度露点锋和地面中尺度辐合线;（3）卫星云图上有组织的中尺度对流系统（MCS）的发生、发展、成熟与消散对强降水临近预报预警有着重要的指示作用。     

三类物理过程对台风强度影响的研究

文中设计了一个极坐标系的准地转正压模式 ,一个直角坐标系定常台风环流条件下的准地转正压模式和一个直角坐标系非定常台风环流的准地转正压模式 ,其径向或水平格距均为 2km ,以研究三类物理过程对台风强度的影响 ,即沿方位角方向的线性平流 ,沿径向的线性平流以及非线性平流对中尺度涡旋涡量内传和台风强度变化的影响。结果指出 :沿方位角方向的线性平流可导致螺旋状涡带的形成 ;沿径向的线性平流在一定的参数集合可使涡量内传 ,台风略有增强 ;定常台风环流条件下扰动涡量的非线性平流可使内传涡量明显增加 ,台风明显增强 ;非定常台风环流条件下非线性平流的作用具有两重性 ,一方面可使内传涡量增多 ,有利于台风的增强 ,另一方面 ,在涡量内传过程中 ,原先呈同心圆轴对称的台风基流结构受到破坏 ,形成复杂流型 ,这又使台风趋于减弱。最后讨论了这些结果在台风强度预测方面的可能应用。     

涡动相关仪探测台风边界层动量通量特征分析

台风的发展维持受制于自身(内部结构)及与下垫面间的通量传输过程,利用台风“利奇马”登陆前后的涡动相关仪观测数据,分析台风过境前后地面要素变化及动量通量特征。分析结果表明：台风过境期间,地面气象要素在短时间内出现急剧的变化,动量通量在台风登陆过程中显示出“三峰”的结构,对应的摩擦速度随风速的变化以10 m/s为分界线,低风速下呈现明显的正相关性,高风速时则慢慢转为持平甚至回落;能谱分析中,峰值主要存在于0.000 2 Hz和0.06 Hz的位置上,另有一位于0.001 Hz外的较弱峰值;能量贡献上,大尺度系统占据主导作用,但中尺度对流系统与湍流尺度运动在能量贡献中同样不可忽视。     

登陆台风Matsa维持机理的数值研究

使用新一代中尺度WRF模式对2005年台风Matsa(麦莎)登陆后的变化特征进行了数值模拟;对其登陆后强度持续维持的机理作了初步探讨;对登陆后涡动动能收支作了诊断分析。台风"麦莎"登陆后长久维持与以下因素密切相关。(1)持续的水汽输送通道。"麦莎"登陆后两条持续维持的水汽输送通道将暖湿空气源源不断地送入台风,为"麦莎"的维持提供了潜热能。(2)增强的高层辐散风场。200 hPa附近的辐散风场随着时间的增加而增强,所产生的"抽吸"作用和"减压"作用,对"麦莎"环流和强度的维持起到了重要的作用。(3)长久剧烈的上升运动。"麦莎"登陆后一直保持着剧烈的上升运动,强烈的上升运动把低层的暖湿空气向上输送,为"麦莎"的维持提供热能和动能。(4)活跃的中尺度扰动。"麦莎"的螺旋云带中活跃着中尺度对流系统,它们在低层所产生的较强辐合作用对"麦莎"气旋式环流的维持起到了正反馈作用。(5)涡动动能收支的诊断分析表明,"麦莎"登陆后,地形等摩擦作用和水平输送使其能量耗损,垂直通量散度项使其能量增加,平均动能与涡动动能之间的转换项是涡动动能收支中的相对小项;但随着时间的增加摩擦动能耗散作用逐渐减小,"麦莎"从中高层环境中获得了能量,涡动动能的增加从高层开始逐渐向中低层传播。     

吉安南部山区一次台风强降水雷达回波特征分析

对吉安南部山区1次台风强降水的雷达连续观测资料进行了分析,结果发现,根据雷达径向速度图上反映的低层暖平流迭加辐合、高层迭加辐散的特征,可预测上升运动的发展趋势;分析垂直风廓线产品,可以得出风场的垂直切变情况,有助于判断云层的发展高度,进而判断降水演变情况;综合应用组合反射率因子迭加风暴综合信息表,如DBZM、HT、TOP、FCSTMVMT、VIL等,可作为剖析风暴垂直结构的重要参考数据,有助于预测风暴的强度和发展趋势,从而进行短时临近预报。     

台风运动内在随机性的研究

本文用差分方法，对决定性的正压涡度方程实施了四组数值积分。根据模式输出量，求得了台风中心移速的一维序列和二维序列。计算了移速序列的关联维数和Ｋ熵。结果表明模式大气中台风中心的移动具有内在随机性。最后讨论了局域热源和基流对台风移动路径随机性和可预测性的影响。     

我国台风灾害特征及风险防范策略

对登陆我国台风气候特征及灾害发生特点进行了分析,表明台风登陆我国时间集中于每年的7—9月,年均登陆数量广东最多,而最强登陆台风出现在台湾。台风灾害导致的直接经济损失总量呈现缓慢增加趋势,人员死亡数明显下降。但死亡100人以上的特别重大台风灾害平均每年发生一次,且造成的灾情占比很大。台风灾害影响主要是其伴随的大风、暴雨及引起的滑坡、泥石流、风暴潮等次生灾害共同造成的,重大灾害往往由突发性、极端性风雨引起。为了最大限度地降低和减轻台风灾害损失和社会影响,可依靠基于风险区划的防灾能力建设降低风险,依据准确的风险预评估避让风险,依赖保险特别是政策性巨灾保险的开展转移风险。     

台风环流区域内中尺度涡量传播特征的研究

用一个高分辨率f平面直角坐标系的正压准地转模式,实施了10组积分时间为36h的试验,研究了初始位于台风外区的一个中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用.结果表明:这种相互作用可以激发一个从外区伸展到内区的较小尺度的涡旋对,以此方式将涡量内传至台风中心附近.同时,中尺度涡旋呈现涡量集中化的特征.涡量内传与涡量集中化共存,使内区涡量增多,导致台风增强.此外,在一定条件下,这种相互作用还可以使涡量带破碎和断裂,形成一系列空间尺度更小的涡块.     

关于台风非对称结构与台风路径的数值分析

采用一个有限区域原始方程双向相互作用的移动套网格台风路径数值预报模式，对１９９２年的两个台风进行了５个个例预报试验，结果表明预报路径和实况有很好的一致性，通过对预报个例的台风非对称结构进行分析，发现非对称结构随时间变化与台风移动路径有着比较密切的联系，如能了解实际台风的非对称结构，将有助于提高台风路径预报的水平。