登陆台风影响下离地300 m高度内的强风特征

利用台风山竹（1822）和利奇马（1909）登陆期间固定式风廓线雷达、WindCubeV2激光雷达和测风塔的梯度观测数据,结合台风山竹（1822）登陆前后精细化风场模拟资料,分析了登陆台风不同影响象限内,离地300 m高度内的强风参数及其随距离、海拔高度及下垫面的变化特征。结果表明:（1）距离台风中心200 km水平范围内,最大风速所在高度及风切变指数沿台风半径向外增加,且陆地强风切变指数普遍高于0.12,而海洋下垫面拖曳作用弱,风切变较小,仅在岛屿群附近存在超出国标设计阈值的高切变区域。（2）台风移动方向的右前象限内强风切变指数稳定维持在0.17左右,且对海拔高度不敏感,左后象限存在类似于急流的风廓线,而左前象限内强风的垂直变化在空间上具有较强的非线性特征,边界层低层强风结构较复杂。（3）阵风因子和湍流强度随平均风速增大、离地高度升高呈现减小趋势。（4）过程最大风向变差角沿台风半径向外减小,且在空间上具有显著的非对称性,其中右后象限的风向变差角最大,半小时风向变化超过30°,且大多发生在台风登陆前或登陆时。研究成果可为我国近海及沿海风电场的微尺度风场模拟及台风风险防御提供帮助。     

风廓线雷达资料在台风苏拉登陆过程中的应用初探

为了研究风廓线雷达在台风天气过程预报中的作用,对2012年8月2—4日在福建秦屿镇登陆的台风苏拉天气过程统计分析,结果表明：风廓线雷达在台风苏拉登陆期间4 km以上高空有效数据获取率明显提高,确定风廓线雷达的有效探测高度为4.8 km;通过信噪比和垂直速度数据统计分析出台风登陆前后带来间歇性的降雨,而台风眼登陆主要表现为无降水天气,仅有少量的降雨,这一结论进一步在小时降雨量统计中得到验证;通过水平风速数据统计分析出台风登陆前后在有效探测高度内水平风速在25 m·s-1左右,而台风眼登陆水平风速在0~3 m·s-1; 统计结果与台风登陆物理过程相吻合。     

模式分辨率对台风“天鸽”（2017）模拟效果的影响

利用WRF模式,研究了模式水平和垂直网格分辨率对台风“天鸽”（2017）模拟的影响。结果表明:水平分辨率的改变会对台风路径造成一定的影响,这种影响与改变水平分辨率以后所引起的台风强度和结构的变化有关。使用更高的水平分辨率时模拟的台风强度往往更强。此外,改变垂直分辨率对台风的路径模拟也有一定的影响。采用双曲正切的垂直分层方法,提高垂直层数,模式大气的垂直分辨率都有增加,但是在低层和高层垂直分辨率的增加更大。低层和高层垂直分辨率增加,模拟的台风强度增强。模式的水平分辨率和垂直分辨率之间匹配才能比较好地模拟台风,双向嵌套模式在提高嵌套层数的同时也要增加模式的垂直分辨率。台风强度和结构变化密切相关,台风强度增强的重要原因是台风云墙随着分辨率的增加更加陡峭,垂直风速随着水平分辨率的提高逐渐增强。      

登陆台风边界层风廓线特征的地基雷达观测

为了分析登陆台风边界层风廓线特征,利用2004—2013年中国东南沿海新一代多普勒天气雷达收集的17个登陆台风资料,采用飓风速度体积分析方法,反演登陆台风的边界层风场结构特征。与探空观测对比表明,利用雷达径向风场可以准确地反演登陆台风的边界层风场结构,其风速误差小于2 m/s,风向误差小于5°。所有登陆台风合成的边界层风廓线显示,在近地层(100 m)以上,边界层风廓线存在类似急流的最大切向风,其高度均在1 km以上,显著高于大西洋观测到的飓风边界层急流高度(低于1 km)。陆地边界层内低层入流强度也明显大于过去海上观测,这主要是由陆地上摩擦增大引起。越靠近台风中心,边界层风廓线离散度越大,其中,径向风廓线比全风速以及切向风廓线离散度更大。将风廓线相对台风移动方向分为4个象限,分析边界层风廓线非对称特征显示,台风移动前侧入流层明显高于移动后侧。最大切向风位于台风移动左后侧,而台风右后侧没有显著的急流特征,与过去理想模拟的海陆差异导致的台风非对称分布特征一致。     

利用两类雷达探测资料分析超强台风“威马逊”登陆期间结构演变特征

利用实时多普勒天气雷达、边界层风廓线雷达和自动站资料对超强台风“威马逊”第4次登陆广西沿海时台风结构的演变特征进行研究,结果表明：台风眼区气压呈“漏斗”形变化,具有气压低、风速弱、空气干而暖的特征;登陆过程中眼区保持圆形,半径约为30 km,是典型强台风结构;天气雷达径向速度大风区具有非对称性,右象限大于左象限;风廓线雷达水平风场能够精确、直观地描述台风不同部位经过测站时的垂直结构特征,从低层到高层风向先后经历了“东北风—东风—东南风—南风”的转变过程,风速整体上呈现随高度先增大后减小的特点,其垂直速度和大气折射率结构常数(C2n)能够很好地反映台风的结构及其云和气流的变化特征;两种雷达风场产品的风向一致,但是VWP产品的风速比风廓线雷达的要小,VWP产品出现无效数据时,可以用风廓线雷达产品作为补充。     

超强台风“桑美”（2006）近海急剧增强特征及机理分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对超强台风“桑美”（2006）在中国近海急剧增强的特征及机理进行分析。结果表明, “桑美”台风强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈反相变化关系;介于-4～4 m/s弱的200 hPa和850 hPa高低层环境风垂直切变是“桑美”台风急剧增强的必要条件;台风中心附近对流层高层辐散的增强、中心附近正涡度的增大和正涡度柱向对流层中上层伸展导致“桑美”台风急剧增强,对流层中层辐散和涡度的增大与台风的减弱密切相关;“桑美”台风急剧增强过程中,对流层高层动能的下传是对流层低层动能补充的重要途径之一;“桑美”台风近海急剧增强具有前兆性,急剧增强对风垂直切变、850 hPa角动量和动能区域平均值变化的响应时间大约为18 h,这些可为提前预测我国近海台风的强度急剧变化提供参考。     

超强台风 “桑美” (2006) 近海急剧增强过程数值模拟试验

应用PSU/NCAR非静力平衡中尺度模式MM5 (V3.5) 设计试验方案, 对超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的急剧增强和减弱过程进行数值模拟研究, 模式较好地再现了台风的路径和强度变化; 通过地形敏感性试验, 着重研究了地形对近海台风强度变化的影响。结果表明: (1) “桑美” 强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系, 当南亚高压和副热带高压减弱时, 台风急剧增强; 台风中心附近对流层高层辐散的增强导致 “桑美” 急剧增强, 对流层中低层辐散的增强以及中层辐合的增大与 “桑美” 的减弱密切相关; 来自海洋的暖湿气流是 “桑美” 发展的关键条件; 低层气旋性涡旋并入台风环流是 “桑美” 近海急剧增强的重要原因。 (2) 凝结加热过程对 “桑美” 的近海维持和发展增强非常重要, 尤其是对流层中上层凝结潜热的突然增强有利于台风在近海的急剧增强。 (3) 小范围地形对 “桑美” 在近海的强度和路径有一定影响, 但作用相对较小, 而且主要表现在台风登陆前后; 大范围地形导致水平风场的非对称分布和台风中心附近垂直运动的异常, 最终影响到台风的强度变化。     

台风“山竹”登陆前后广东沿海珠三角机场阵风预报方法研究

利用WRF模式对1822号台风"山竹"的登陆过程进行数值模拟试验,分析台风产生的大风特征,比较不同的阵风参数化方法在机场大风预报中的效果,结果表明:(1)试验基本模拟出了台风的路径和强度变化过程,模拟的珠三角机场平均风速大小和变化趋势与观测非常接近。(2)地面最大风速区出现在距离台风中心大约50-100km的位置上,垂直方向上风速从低层到高层逐渐减小,湍流动能的大值区集中在1.5km以下的边界层内。(3)台风登陆过程中广州、深圳和珠海机场的平均阵风因子分别为1.45、1.51和1.46,且随着平均风速的增大,阵风因子有减小的趋势。(4)基于湍流动能的阵风参数化方案在珠三角机场阵风预报中效果最好,平均预报误差只有3.9m/s,可以考虑应用到台风天气过程中机场阵风的业务预报。     

MU雷达观测到的台风

8719号台风途经日本期间,用MU(中、高层大气)雷达对对流层和平流层低层进行了60小时的连续观测.以150m的高度分辨率每隔2.5分钟测量风速矢量的高度廓线.1987年10月17日,8719号台风袭击了日本,并在距MU雷达100km的范围内通过.18km以下都能观测到清晰的台风旋转结构,往上直到24km,风有短时的振动,表明受台风的强烈影响.整个观测期间,都发现有垂直波长为2-4km,周期为10小时的主波.高空风分析图显示,这些波从一个逆温层附近向上和向下传播,这意味着波动是在逆温层上生成的.     

强台风海鸥登陆期间近地层风特性分析

利用位于海南文昌市的90 m测风塔观测的强台风海鸥多层测风数据,分析了台风海鸥登陆期间近地层风场时空特征、湍流强度、垂直风切变及阵风因子等风场特性,分析结果表明:台风海鸥登陆期间,近地层各高度风速呈现"M"型双峰特征,最大风速出现在台风后风圈;台风过境前后,风向旋转了180°;近地层风速随高度升高而增大,各高度风速垂直切变符合对数和指数规律;粗糙度长度、风廓线幂指数、湍流强度、阵风系数等风场特性与风速呈负相关关系,随着风速的增加而降低;从台风外围至台风眼,粗糙度长度随风速呈现"增大-减小-增大"特征;台风眼内部风速垂直切变剧烈,前后风圈的风速垂直切变较弱;强风区湍流强度较弱,弱风区湍流强度较强;台风风圈的湍流强度随高度增加而减小,台风眼内湍流强度随高度先减小再增加;台风影响各阶段阵风系数随高度升高而减小,各高度层阵风系数遵循指数定律;阵风系数随风速的增大而减小,当风速达到一定强度时,阵风系数随风速变化不明显。     

强热带风暴“凤凰”（1416）登陆浙江后风场变化特征

基于宁波多普勒雷达、浙江省自动气象站、宁波凉帽山高塔梯度观测等资料,对1416号强热带风暴“凤凰”登陆浙江后的风场时空变化进行分析。结果表明:“凤凰”结构不对称,8级以上风速带主要位于风暴中心前进方向的前侧和右侧。前侧最大风速半径一直维持在60 km左右,最大风速带宽度约为50 km;其右侧最大风速半径为80~120 km,随中心北移有增大趋势,最大风速带宽度约100 km;其前侧和右侧最大风速半径在垂直方向上变化不大。“凤凰”前侧TREC（Tracking Radar Echoes by Correlation）风速在1 km高度最强,其上则随高度的增大而减小,其右侧1~3 km高度TREC风速的垂直变化明显小于前侧。宁波凉帽山高塔处TREC风和梯度观测表明:“凤凰”影响期间,高塔上空159 m和2~4 km高度出现多个风速高值中心;常通量层高度约为159 m;常通量层内风廓线遵从对数率,当高塔位于“凤凰”右前侧时塔层阵风系数随高度增大而减小,当高塔位于“凤凰”中心附近和右后侧时阵风系数明显增大,且层次差异减小;常通量层以上159~318 m的塔层风廓线不满足指数率或对数率,阵风系数上下差异不大。      

登陆台风启德近地层强风特性观测研究

根据Airda3000Q型边界层风廓线雷达获取的台风启德(1213)强风观测数据,分析了强风条件下的近地层风廓线特征,发现以下观测事实:台风中心经过前后风速呈现尖耸的"M"形双峰变化,台风眼壁强风区风速最大,台风眼区经过前后100m高度极大10min平均风速分别为35.7、35.4m/s,眼区经过时出现最小风速为16.2m/s;而风廓线幂指数α则呈现比较平缓的"M"形双峰变化,风廓线幂指数α出现极大值的时间比风速出现极大值的时间分别提前约1h和延后3.5h,台风眼区经过时风廓线幂指数α接近最小,甚至出现负值;台风影响期间,风的垂直变化主要发生在200m以下的低空,风的垂直变化率有波动,最大值出现在台风眼壁强风区和台风中心过境后的外围大风区。     

无旋转风分量在台风"桑美"急剧增强和急剧减弱过程中的分析和应用

利用日本气象厅区域谱模式(RSM)的20 km分辨率再分析资料,对2006年第8号台风"桑美"在近海急剧增强和登陆后急剧减弱时的高低层辐散、辐合特征进行了对比分析.结果表明,利用调和-余弦计算方法得到的无旋转风分量较散度场能更明显地反映台风"桑美"在近海急剧增强和登陆后急剧减弱时的风场变化特征.在台风急剧增强过程中,台...     

台风“山竹”期间深圳近地面水平风的垂直特征

基于深圳356 m气象梯度塔风速观测资料,采用统计分析的方法,以台风"山竹"为例分析了台风过程中深圳近地面水平风阵风因子、风廓线指数和湍流强度的垂直变化特征。结果表明:台风"山竹"影响期间,受城市下垫面影响近地面风湍流强度大于高层,阵风因子和湍流强度随高度变化符合指数规律,风速大于6级后逐渐趋于稳定;风廓线指数随高度增加、风速增大逐渐减小。此外,利用全部样本计算得到风廓线指数平均值约为0.23,符合《建筑结构荷载规范》的推荐范围,但利用该值推算近地面不同高度的风速值略大于实测值。     

模式水平分辨率对超强台风“天兔”强度和微结构特征的影响

利用不同水平分辨率下的中尺度数值模式WRF模拟1319号超强台风"天兔",以研究模式水平分辨率对台风强度和微结构(包括动力和微物理)的影响。模拟结果表明:不同水平分辨率(1 km、2 km、3 km、4km、5 km)模拟的台风路径差异不大,且均与实况基本相同;不同水平分辨率对台风强度和微结构的模拟效果影响较大,其中以对10 m最大风速、垂直运动和降水强度的影响为最大。将模式水平分辨率提高到1 km有助于改善台风强度和微结构的模拟效果。在较低分辨率下,台风非对称性较明显、眼墙倾斜程度较大和海表水汽通量较小等结构特征共同使得台风强度较小。     

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。     

超强台风“桑美”的特点及其成因分析

2006年第8号台风“桑美”（0608,SAOMAI）是1949年以来登陆我国大陆最强的台风,登陆时中心附近最大风力达到17级（60m.s^-1）,最低气压为920hPa,利用常规探测资料、风云2C红外云图及T 213资料,对其观测事实进行分析探讨,结果发现,“桑美”具有强度强、移速快、结构紧密,“个头”小、风速大、雨势猛、灾害重等特点,这些特点与大气环流的演变、影响台风的天气系统、相关物理量的分布、“桑美”本身的结构及其结构变化等有着十分密切的关系。     

台风云娜与桑美对鄂东南降雨影响的对比分析

2004年第8号强台风云娜、2006年第8号超强台风桑美均在8月份登陆浙江并偏西行,但它们造成鄂东南降雨却有较大区别.鄂东南出现大雨以上降水的站数和持续时间,云娜台风低压影响期间明显多于桑美台风低压影响期间,桑美影响期间降雨强度大但持续时间短.对比分析发现:云娜活动期间,低压环流和对流云系影响鄂东南时间长、偏东风低空急流强大、地面冷空气活跃;鄂东南区域平均水汽辐合量大、中低层等相当位温线陡立、有利于降雨的动力条件好,且这三者持续时间长;鄂东南区域平均湿螺旋散度低层正的数值大且持续时间长.桑美影响期间鄂东南对流云发展十分旺盛但快速移走,低层正的湿螺旋散度数值不大但发展层次却比较高.     

台风“艾云尼”（2018）外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征

2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80 km、160 km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能（CAPE）、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1 km垂直风切变值超过15×10-3 s-1。中小尺度雷达特征分析表明:（1）两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60 dBz,强度≥50 dBz强回波发展高度在4 km以下,微型超级单体有水平尺度2~3 km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9 min广州S波段雷达能自动识别中气旋。（2）与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。（3）两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片（TDS）特征,南海X波段雷达能提前30 min监测到入流急流,提前27 min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。（4）佛山四部X波段组网雷达反演的1 km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。      

登陆福建台风外围环流中宁波地区强对流天气分析

利用中央气象台台风定位定强、常规气象观测、浙江省自动气象站、宁波及华东多普勒天气雷达、美国NCEP/FNL（1 °×1 °）再分析等多种资料,对2015—2016年5个福建中南部沿海登陆后西北行的台风进行对比分析。这5个台风路径相似,宁波地区仅受外围环流影响,但均出现了暴雨到大暴雨,其中4个出现强对流。分析表明:浙江沿海保持较强的高层辐散和低层辐合,为强对流天气发生提供了环流背景。强对流天气发生在台风中心位于闽赣交界处、强度迅速减弱阶段,浙北沿海中低层处于台风气旋性环流、副热带高压环流和中纬度西风环流之间,宁波地区上空低层（约1.5 km以下）风向随时间变化不大,并可能出现逆时针旋转,1.5 km往上则为明显的顺时针旋转,风向在垂直方向上表现为随高度顺时针旋转且切变增大,同时中上层风速往往同时增大,进一步增大了风垂直切变,有利于强对流天气的发生,强对流均发生在风垂直切变（有时仅表现为风向切变）增强阶段。强对流天气发生在台风外围螺旋雨带中,但强对流回波走向与螺旋雨带明显不同,多个个例表现出由东南-西北逐步转为西南-东北走向,与中上层引导气流的变化一致。出现强对流的台风个例,宁波地区低层存在较明显的温度梯度,其他热力不稳定因素表现不明显,倒槽、中尺度涡旋等为需要密切关注的动力触发因子。最后归纳出此类台风强对流天气典型的高、中、低层大气环流配置模型,为预报提供参考。