台风“麦莎”活动期间TTL区域的物质分布特征分析

利用ECMWF逐6 h的ERA-Interim再分析资料,分析了台风"麦莎"的环流场、位势高度场以及涡度场随时间的演变,了解台风的发生发展过程。在此基础上,进一步分析了台风发生发展期间热带对流层顶(TTL,称为热带对流层到经流层的过渡带)区域的云覆盖情况和微量物质(臭氧、云冰、水汽)分布特征,并对其产生的原因进行了初步探究。结果表明:(1)台风活动强盛地区的TTL区域臭氧浓度相对较低。(2)台风活动期间TTL区域云冰和水汽的浓度明显升高,浓度的高值中心处于台风中心附近。(3)台风活动会使其上空TTL区域的云覆盖量增加,在TTL区域上存在一个云量的极值区。(4)台风引起的垂直运动造成了对流层和平流层之间的物质交换,进而对TTL区域的微量物质产生重要影响。     

台风中尺度对流云团与中尺度暴雨相互关系的综合分析

选取1996-1998年5个登陆福建的台风，分析其中尺度暴雨时空分布规律；并通过对数学化处理的逐时红外卫星云图的研究，揭示台风中尺度对流系统发生发展的云图特征。分析表明台风中尺度暴雨的强度与中尺度对流云团的最冷云区温度和面积密切相关，常出现在中尺度对流云团偏东侧具有云顶温度梯度密集、云顶温度等值线曲率较大、云团处在发展阶段这些云图特征的区域。     

赤道地区一次中β尺度对流云团的观测分析

应用MTSAT红外云图、NCEP再分析资料、船载微波辐射计和自动气象站资料对2014年12月22日发生在赤道中太平洋地区的一次中β尺度对流云团降水过程进行研究,揭示了热带对流云团的垂直结构及演变特征。分析表明:(1)中β尺度对流云团的生成和发展与低层切变线有直接关系,云团发展过程呈现尺度小、发展快、移动快的特点。(2)该对流云团向西倾斜的不对称结构造成了降水在东西向的不均匀分布。(3)云团中心与强降水区相互对应,并伴有瞬时大风、低能见度现象。云团中心附近呈现低层存在逆温层、高层多个"冷团"的现象,与中纬度对流降水"中间暖、两头冷"的特点迥然不同。     

0808号台风“凤凰”登陆衰减后空间结构与再生对流云团演变特征分析

基于逐日4次1 °×1 ° NCEP再分析资料、卫星红外云图和苏皖两省自动气象站逐时降雨观测资料,采用先进的可视化流体分析技术,对0808号台风“凤凰”登陆衰减后的空间结构演变特征和期间对流云团的生消发展进程进行了详细分析。分析表明,衰减后的台风“凤凰”的流场结构和云团(降水)变化与其它天气系统存在密切联系,其在苏皖地区产生的两阶段特大暴雨过程对应着对流云团的两次更替。第一阶段,华南对流云带和川东对流云团对水汽和能量的接力输送,以及对流层底层始终维持的强盛西南暖湿气流的存在促进了台风本体残余环流中对流的发展,使得台风“凤凰”螺旋状结构解体后在皖南地区产生新的强对流云团,造成皖南地区强降水;第二阶段则是由于对流层中低层干而不冷的西北气流与倾斜上升的底层西南气流共同作用,在暴雨区对流层中层形成了新的疑似台风的螺旋状涡旋结构,使对流云团迅速再次更替,对应地面降水剧烈增强,并且这支西北气流作为新生对流单体的制造参与者和输送者,使强降水对流云团长时间维持,最终导致苏皖特大暴雨的产生。      

青藏高原对流云团东移发展的不稳定特征

利用1998年6~7月的逐时GMS红外TBB资料、T106的客观分析资料以及沿长江5个站的探空资料，对青藏高原上的对流云团东移维持发展的环流背景条件进行了分析。研究表明:高层气流辐散、低层气流辐合的垂直结构，高低空急流的引导作用，高原东南部和长江流域充沛的水汽条件以及大气层结的不稳定性是造成青藏高原上空对流云团东移的前提条件。     

对台风麦莎(2005)的熵流特征初步分析

根据热力学第二定律推导出熵平衡方程,并在数值模拟输出结果的基础上利用熵平衡方程中的熵流项来分析2005年台风"麦莎"发生、发展和消亡各阶段的熵流特征.(1) 从对流层的低层到对流层的高层,台风中心附近的熵流分布会逐渐由负熵流占优势互补趋向于以正熵流为主;(2) 对流层中层500 hPa的负熵流分布显示出,随着台风的强度加强(减弱),台风中心附近的负熵流强度也会随之加强(减弱);(3) 台风中心附近的负熵流分布和强度特征对于台风强度和未来移动路径有一定的指示意义.     

台风麦莎的正压特征波动结构及其稳定性

利用中尺度WRF模式对2005年8月西北太平洋台风麦莎（Matsa）进行了精细的数值模拟。使用模式输出资料,对正压浅水方程组进行了数值差分计算,分析它在最大强度时刻的正压特征波动结构和稳定性。结果表明,台风麦莎内部包含有沿逆时针方向传播的重力惯性外波和涡旋Ross-by波,两种波动的结构和稳定性存在显著性差异。前者主要存在于台风外围,增长率随波长的减小而增加,台风外围的波动相速度为48．9～68．5m／s;后者主要位于距离台风中心200km内,表现为3波最不稳定,半径100km处相速度约为5m／s。此外,重力惯性外波的扰动风场与高度场基本相垂直,扰动散涡比值大于3倍,甚至达到10＾3倍,运动以辐合、辐散为主;涡旋Rossby波的扰动风场基本平行于高度场,扰动散涡比值为10＾-1～10＾-2,涡旋运动是其主要运动,与内螺旋雨带沿着切向圆周方向的传播具有密切关系。     

台风麦莎渤海转向的可预报性研究

利用MM5模式研究了2005年第9号台风"麦莎"在渤海向东北转向路径的可预报性.试验用不同的积云参数化方案、不同的预报时效分别从确定性和集合预报角度对"麦莎"在渤海向东北方向的转向过程做了模拟.结果表明,"麦莎"在渤海的转向可预报时效为48小时左右.不同的积云参数化方案对台风麦莎路径的48小时预报结果显示台风均转向东北,预示"麦莎 "基本不会直接影响北京.60和72小时的预报结果显示,Kuo和Betts-Miller积云参数化方案的台风模拟路径与实况比较接近,而Grell和KeinFritch积云参数化方案的台风模拟路径却偏向了实际台风位置的西北,台风有可能直接影响北京.研究表明,对于台风麦莎而言,时效超过两天的转向预报可信度较低,Kuo和Betts-Miller积云参数化方案的预报准确性较高.     

Coupling mechanisms between equatorial waves and cumulus convection in an AGCM

In this study, we focused on the difference in appearances of the convectively coupled equatorial waves (CCEWs) in a simulation with the CCSR/NIES/FRCGC AGCM, between two experiments, one with and the other without implementation of the convective suppression scheme (CSS) in the prognostic Arakawa–Schubert cumulus parameterization. Realistic CCEW modes, i.e., Kelvin, Rossby, mixed Rossby-gravity (MRG), and n = 0 eastward inertio-gravity (EIG) wave modes, were reproduced in the with-CSS experiment, while only Rossby-wave-like signals appeared in the without-CSS experiment.By comparing the structures of the Kelvin wave mode and the Rossby wave mode in two runs, it was suggested that the structural difference between these two modes in conjunction with the difference in the controlling factor of cumulus convection determines the CCEW features. The CSS implemented here is such that cumulus convection is suppressed until the cloud-layer-averaged relative humidity exceeds the threshold of 80%. In the without-CSS model, only Rossby wave modes are coupled with the convection. This is because CAPE controls cumulus convection in this model, and the larger frictional convergence of Rossby wave mode prepares CAPE to generate favorable condition for cumulus convection. In the case of the with-CSS model, on the other hand, cumulus convection is largely controlled by the humidity in the free atmosphere. The convergence associated with the equatorial waves can produce the moisture anomaly to overcome the relative humidity threshold, and maintains the favorable condition for cumulus convection once it starts. In this case, not only Rossby waves but also Kelvin, MRG, and n = 0 EIG waves are reproduced more realistically. It is suggested that inclusion of some kind of mechanism connecting the free tropospheric moisture with the convection under the condition of abundant convective available potential energy could be a key factor for realistic coupling between large-scale atmospheric waves and convection.     

“海棠”台风（2005）结构对其降水影响的Q矢量分解研究

摘要： 基于WRF模式对2005年台风“海棠”登陆降水过程的成功模拟, 本文初步尝试利用修改后的非地转干Q矢量(QN矢量)PG分解, 定量揭示台风结构对台风降水和台风雨强差异形成的影响。结果表明： （1）在台风登陆过程的不同阶段, 对台风降水起主要贡献的台风结构因子是不同的。在台风登陆过程前12 h期间, 对降水贡献最为显著的为QNshdv, 其次是QNalst和QNcrst, 而QNcurv的贡献最小; 在后12 h期间, 对降水贡献最为显著的为QNcrst, 其次是QNcurv, QNshdv的贡献列第三, 而QNalst的贡献最小。（2）各台风结构因子QNalst、 QNcurv、 QNshdv及QNcrst对台风降水发生的贡献都存在明显的时、 空变化。（3）在台风登陆降水过程中, 对每个时刻暴雨雨强形成有贡献的台风结构因子是不同的。相对来讲, QNcurv对暴雨、 大暴雨及特大暴雨之间雨强差异形成的贡献最为显著, QNalst与QNcrst的贡献情况较为接近, 而QNshdv的贡献则相对最小。通过QN矢量PG分解, 可以定量揭示出登陆台风结构对台风降水的影响, 这也是总的QN矢量（即QN矢量）难以揭示的潜在物理机制。     

0509号台风(Matsa)登陆螺旋云带的增幅及其台前飑线的特征研究

利用FY-2C卫星、Doppler雷达、风廓线和加密自动站等资料,对0509号台风"Matsa"(以下简称Matsa)螺旋云带登陆过程中云、回波、风雨等时空分布特征量进行了深入的研究,对螺旋云带、飑线风雨增幅进行了定量分析.结果表明:Matsa先后有6条外、内对流螺旋云带登陆并影响中国大陆,对流螺旋云带登陆过程中增幅显著,云顶最低亮温平均下降20.2℃,螺旋云带登陆至减弱维持时间12.8 h,登陆间隔8.6 h.外螺旋云带登陆时风速增幅2.0 m/s,最大增幅4.1 m/s.同时可带来平均19 mm、最大75 mm的降水量.内螺旋云带登陆时风速增幅4.2 m/s,最大增幅9.0 m/S,最大瞬时风速达30.2 m/s,同时可带来139.6-174.2 mm、最大396 mm,1 h最大降水59.8 mm.对流螺旋云带在登陆过程中,在其前沿部位不断有台前飑线向外分离,台前飑线的回波宽度一般在5 km左右,回波梯度特大,长度从几十公里到几百公里不等,登陆时回波增幅5-10 dBz.台前飑线的移动方向与台风移动方向基本一致,移动平均46 km/h,是同时刻台风时速的2.5倍.台前飑线的形成特点为先出现双链或多链小弧弓形回波,在登陆中演绎成大弧.在速度图上,台前飑线中分布着倒V型或S型零速度线.在地面小尺度风场上,表现出具有东南与东北风向辐合线,切变辐合甚至涡旋扰动的特征非常显著.飑线过境时,风向扰动47-135°,风速增大1倍以上,地面瞬时风速平均增幅为4 m/s,最大可达10 m/s.瞬时极大风速26.4 m/s,同时可带来6.9-29.1 mm、最大90 mm的降水量.500 m以上的风速比近地面大1倍,大风区厚度可伸展至对流层上部.     

地形对登陆台风麦莎(2005)影响的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2005年9号台风Matsa("麦莎")登陆后期的过程进行了48h模拟,应用低通滤波器分离模拟结果中的天气尺度和次天气尺度运动,并采用热带气旋动态坐标跟踪考察登陆过程中热带气旋的次天气尺度环流特征.通过研究地形对两种尺度间动能和涡度转换的影响,进一步证明了地形对热带气旋有着不可忽视的影响.结果表明,地形的存在有利于维持热带涡旋性强度,这种影响随气旋中心与地形间距离的缩小而逐渐增强,且强度的增强在对流层中高层表现得更为明显.去掉地形后对流层低层次天气尺度系统向热带气旋输送的动能减少,次天气尺度系统对热带气旋动能的消耗增大;当低层涡度转换项的垂直运动贡献为负时,去掉地形会加剧这种负贡献,即次天气尺度系统从热带气旋得到更多的正涡度;从整体上看,去掉地形后,热带气旋不仅没有从次天气尺度系统获得正涡度,反而将自身的正涡度向外输送.     

A Numerical Simulation Study of Typhoon Rananim（0414）

Using the high-resolution non-hydrostatic model ARPS (Advanced Regional Prediction System),the Typhoon Rananim (0414) was simulated by using the CINRAD Doppler radar data.The results before and after typhoon landfall show that model ARPS performs well to simulate the track,the variation of center pressure,as well as severe heavy rain of Rananim.Meanwhile,the simulated composite reflectivity was compared with the observed radar composite reflectivity.The numerical results reveal that the asymmetrical structure of Rananim plays an important role in its westward deflecting after landfall.The sensitivity simulation experiments of terrain effects on Rananim (0414) were also investigated,and the terrain of the southeastern China has important effects on Rananim turning right slightly of its track and increasing its intensity obviously,but when typhoon is far away from the coastline,the terrain only impacts slightly on the storm intensity during its landfall.The results show that topographic lifting contributes greatly to precipitation enhancement,and makes the distribution of precipitation more uneven.     

中尺度对流系统对台风“风神”移动路径影响的研究

通过卫星资料分析台风“风神”路径预报之所以出现较大的偏差,可能是由于“风神”西侧中尺度对流系统引起的.为了更好地研究中尺度对流系统对台风的影响,利用中尺度非静力数值模式WRF对“风神”的移动过程开展了高分辨率数值模拟,模拟采用双重嵌套,最高分辨率6 km,共积分78 h.利用模拟资料,采用PV-ω分部位涡反演方法定量分析了台风外围中尺度对流系统对台风运动的影响,认为P V-ω分部位涡反演方法能够很好地分离出台风外围中尺度对流系统,其对台风引导气流的贡献可达到20％左右.为验证中尺度对流系统的影响,用模式积分的方法,通过3组模拟实验,发现中尺度对流系统使台风路径偏左或偏右可能随着环境引导气流方向而改变,而在此个例中的中尺度对流系统会使得台风向西和向极移动得更远.对比研究了不同中尺度对流系统对台风的影响,发现在“风神”移动过程中,中尺度对流系统之所以引起较大影响是因为中尺度对流系统与台风相对位置变化不大所致.     

不同微物理方案对台风“彩虹”(2015)降水影响的比较研究

本文以GFS资料为初始场,利用WRF（v3.6.1）模式对2015年第22号台风“彩虹”进行了数值研究。采用CMA（中国气象局）台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案（Lin、WSM6、GCE和Morrison）对“彩虹”台风路径、强度、结构、降水的模拟性能。模拟发现上述4个云微物理方案都能较好地模拟出“彩虹”台风西行登陆过程,但是其模拟的台风强度、结构及降水存在较大差异;就水成物而言,除GCE方案对雨水的模拟偏高以外,其他方案对云水、雨水过程的模拟较为接近,其差异主要存在于云冰、雪、霰粒子的模拟上。本文对比分析了WSM6和Morrison两个方案模拟的云微物理过程,发现WSM6方案模拟的雪和霰粒子融化过程显著强于Morrison方案,但是冰相粒子间转化过程的强度明显弱于Morrison方案。云微物理过程的热量收支分析表明:WSM6方案模拟的眼区潜热更强,暖心结构更为显著,台风中心气压更低。细致的云微物理转化分析表明,此次台风降水的主要云微物理过程是水汽凝结成云水和凝华为云冰;生成的云水一方面被雨水收集碰并直接转化为雨水,另一方面先被雪粒子碰并收集转化为霰,然后霰粒子融化成雨水;而生成的云冰则通过碰并增长转化为雪。小部分雪粒子通过碰并收集过冷水滴并淞附增长为霰粒子,随后融化为雨水,大部分雪粒子则直接融化形成地面降水。     

台风“鲇鱼”(1013)路径突变过程的成因分析

利用NCEP提供的GFS(Global Forecast System)再分析资料,对2010年西北太平洋最强台风“鲇鱼”(1013)路径突变的成因开展诊断分析,研究其影响系统、引导气流的演变特征等,并运用CPS(Cyclone Phase Space)方法对其生命史中的热力结构演变过程进行定量描述,重点分析路径突变前后各因子的变化。结果表明,“鲇鱼”移入南海后,冷空气南侵导致其热力结构发生变化,台风环流右侧较暖,此时引导气流微弱,“趋暖”运动占主导,首先引起路径向右偏转,随后引导气流转为西南气流并逐渐增强,在二者共同作用下,“鲇鱼”路径持续右转,逐渐向东北方向移动,完成路径突变。