SST对台风过程影响的敏感性试验——以“杰拉华”为例

针对台风"杰拉华"过程,使用中尺度大气模式(WRF),采用不同时间分辨率的TRMM/TMI海表面温度观测资料作为大气模式底边界条件,设计数值试验,研究不同时间分辨率SST对台风模拟的影响;同时,通过分析HadISST1资料得到东中国海近50 a SST变化趋势,根据计算得到的SST(海表温度)变化趋势重构SST,并以重构的SST作为模式底边界条件,通过定量分析水文要素的变化,研究台风"杰拉华"过程对重构SST的响应情况。数值试验结果表明:SST时间精度的提高对台风"杰拉华"的路径后报误差减小贡献较小,但台风强度精度有明显提高。在根据SST长期变化趋势改变SST条件后,海平面气压显著降低,海面10 m风速、潜热通量、波浪能密度明显加大,有较明显增幅。     

海面温度变化影响台风"海棠"强度的数值研究

通过对台风"海棠"5 d的数值模拟,研究海表温度(SST)变化对台风强度的影响。与NCEP月平均海表温度相对比,在中尺度大气模式中引入热带测雨卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)/先进微波扫描辐射计(AMSR-E)来考察SST对台风"海棠"路径和强度的影响。研究结果表明,每天变化SST的试验模拟的台风强度和路径整体效果不错;模拟的台风路径不敏感于SST的变化,而台风强度的变化不仅取决于由于台风移动引发的SST冷却的幅度大小,而且取决于SST冷却区域的相对位置。在台风"海棠"强烈发展过程中,台风中心右侧冷却区对台风中心气压影响很小;台风强烈发展过后,SST冷却区开始影响台风强度,但造成台风中心气压下降幅度不大,6 h内台风中心气压减弱约3.9 hPa。海面热量通量和海面风速与SST的分布都有良好的相关性:在SST变化为正值的暖水区,感热通量和潜热通量都是一个正的通量分布的极值区,并有风速极大值区域存在;在台风右侧相应的冷却区,则存在着负的通量异常和风速极小值区域。     

海表温度对台风“梅花”影响的数值试验分析

使用中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),采用TRMM/TMI海温观测资料,进行不同时间分辨率海温对台风"梅花"过程的影响试验;同时,通过HadISST1资料分析得到东中国海近50年海温变化分布情况;根据温度变化率计算了SST分布整体变化后的"梅花"过程响应情况;定量计算了水文要素受影响情况。数值试验显示,与使用NCEP/NCAR的SST试验相比,使用日平均SST试验结果的台风路径偏差减少6.7%,台风强度偏差减少55.1%,后报精度明显提高。SST整体增加后,海面向大气辐射通量显著增加,海面气压与风速在台风衰减不同阶段对下垫面SST变化的敏感性不同,台风波浪能和风暴潮由于SST增加造成的台风影响,也有不同程度的增加。     

SST对台风“珍珠”影响的数值试验

本文使用了最新的中尺度大气模式WRF模式,结合Nudging方法和自动移动嵌套方法,采用TRMM/TMI观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,进行了5组数值试验,模拟了0601号台风"珍珠",分析了在台风作用下的海面降温对台风路径和强度的影响,对比各组模拟结果表明,SST的变化对台风路径和强度都有较大影响,采用了TRMM/TMI观测资料后,能够显著提高对热带气旋强度的模拟,此外,数值模式模拟结果还表明:SST每增加或减少1℃,热带气旋的最低气压大约增加/减少16 hPa.     

台风“苏力”(2013)期间海洋上层温、盐及海平面异常变化特征

台风"苏力"是2013年最强的台风之一。本文利用再分析资料、卫星遥感资料及ARGO浮标数据等分析了台风过境所引起的海表面温度(SST)、海表面高度异常(SLA)以及海洋次表层温、盐的变化规律,给出了上层海洋对台风响应的基本特征。台风所经过的海域都存在着明显的降温,在冷涡区域引起了6~7℃的海表温度的冷却,降温区域集中在路径的右侧。台风造成SLA降低,最大为20cm左右。海表温度的变化滞后于海面高度的变化。ARGO浮标数据显示,台风引起了海面的显著降温,最大降温幅度为5℃,位于冷涡内,且位于路径的右侧。路径左侧的SST的降低相对较小,为1.5~2.5℃。台风的扰动导致次表层水涌升到表层,改变了表层的盐度和密度,引起混合层加深。     

3套不同的SST再分析数据与中国近海浮标观测的对比研究

基于自然资源部浮标数据,通过分析均值差、均方根误差、相关系数和标准差偏差4个统计量,检验了2018年7月1日至8月6日全时段及该时段内3个台风(1808号台风"玛利亚"、1810号台风"安比"、1812号台风"云雀")过境期间,3套海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)再分析资料(OISST、OSTIA SST、RTG SST)在中国近海区域的可靠性。对比结果表明,在全时段内,3套SST再分析资料都能在一定程度上反映中国近海SST的基本状况,其中OSTIA SST资料同浮标实测SST数据的均值差为0.12℃、相关系数为0.94,均优于OISST资料(均值差为–0.85℃、相关系数为0.90)和RTG SST资料(均值差为–0.17℃、相关系数为0.86)。通过对比单个浮标数据发现,相较约80%的MF浮标实测SST数据,OSTIA SST资料都显著优于RTG SST资料和OISST资料,具有较高的可信度。在台风过境期间,较之RTG SST资料和OISST资料,OSTIA SST资料同大部分浮标实测数据的均值差绝对值及均方根误差更小、相关系数更大,表明在高海况...     

琼东上升流区海表温度对台风过境的响应

对1982—2015年间过境琼东上升流区的台风及其引起的海表温度(SST)变化进行统计分析,并探究SST变化的影响因素和热量输送机制。结果显示,与开阔大洋显著不同,琼东上升流区SST变化存在降温、基本不变和升温三种类型。在42例台风中,3种类型分别为19例、20例和3例。平均升温(2.1℃)大于平均降温(-1.5℃)。SST变化与台风参量相关性分析显示,与台风过境时长相比,台风强度和台风入射角度对SST变化幅度影响更大。台风在外海引起的非线性海面孤立波向近岸的热输送可能是SST升温的重要机制,观测的SST上升与台风入射角度的关系与理论结果吻合。台风过境琼东上升流区引起的SST变化特征取决于台风局地热输送和外海热输送的相对大小。     

南海东北部上层海洋对台风“莲花”的响应

台风过境会引起所经海域海洋环境要素场剧烈响应。本文通过分析南海东北部上层海域各要素对2015年第10号台风"莲花"的响应过程,发现以下规律:台风过境期间,海表温度(SST)影响台风的移动路径和强度,两次显著的台风移动方向偏转均发生在台风下垫面温度发生显著改变的条件下。台风吸收海表热量引起SST降低0～1.5℃,而这种热量(以短波辐射和潜热通量为主的海表净热通量)吸收引起的海表失热每秒可达60 W/m2,对台风移动过程产生影响。同时,台风过境时(7月6—9日)的SST降低与失热变化都存在一定的"左偏性"。台风引起的Ekman抽吸速率最高可达1.6×10-3m/s,引起台风过后(7月9日之后) SST的降低。通过对海面10 m风场、海表温度、降雨量进行EOF分析发现:风场在南海东北部海域呈东西反位相分布,风场增强持续时间约5天,具有显著"右偏性"且近岸的局部风场特征明显;降雨量在台风期间呈全域一致性的增加,持续时长约4天,具有显著"左偏性"且在吕宋岛北部局部降雨特征明显;SST在南海东北部绝大部分海域呈降温态势,时长超过8天,降温时间滞后风场约2～3天。整个降温过程(7月5—15日)受Ekman抽吸作用较海表失热作用更大,表现为在台风右侧降温更为显著。同时,台风移动速度越慢,降温效果越明显。台风过境时,粤东离岸流显著增强,上升流区的垂直温度降幅可达2.5℃且滞后流场响应约1～2天;垂直盐度降幅可达1.3 psu且滞后流场响应约2～3天。总体上看,温度在台风响应过程中起着重要的联结作用。     

赤道海洋对罕见台风“画眉”的响应

利用GHRSST L4、QuikSCAT、OAFLUX以及SeaWiFS L3资料分析了近赤道罕见台风"画眉"生成前后海表温度SST及其感热通量、潜热通量和叶绿素a浓度的变化。在台风"画眉"生成之前,中南半岛沿岸海表平均温度较其他区域低,并且在南海盛行东北风,在台风生成区有一明显的气旋性涡旋存在。南海北部地区潜热通量和感热通量均较大,而在台风的生成区域仅感热通量较大。台风"画眉"使其路径右侧的区域发生海表温度降低,相对于其他强度较强的台风降温较小,海表温度在马来半岛以东洋面以及马六甲海峡降低明显,降低约2—2.5℃。与高纬度的台风类似,台风"画眉"使中南半岛沿岸以及马来半岛与苏门答腊岛之间的地区叶绿素a浓度相对于台风前增大0.6 mg.m 3以上。     

海洋表层温度对台风"蔷薇"路径和强度预测精度的影响

基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),首先对2007年3次船舶辐射通量观测进行模拟,以检验WRF对长波和短波辐射通量的模拟能力,结果表明使用中国近海海洋环境数值预报系统环流模式POM(Princeton Ocean Model)模拟的高时空分辨率的海洋表层温度能够显著改进短波辐射通量的模拟,而对长波辐射通量模拟的改进不明显。然后,将业务化运行的中国近海海洋环境数值预报系统后报的逐时海洋表面温度(SST)作为WRF底边界条件,对2008年15号强台风"蔷薇"(Jangmi)过程进行了数值后报试验。结果表明,与使用NCEP/NCAR的SST试验后报的台风中心位置偏差相比,使用高时空分辨率的SST能够较为显著地改善"蔷薇"的路径模拟,台风中心位置模拟偏差减少11%,尤其在台风减弱阶段,台风中心位置模拟偏差减少37%。台风强度在台风发展的不同阶段对下垫面SST的变化敏感性不同。台风路径附近的海表面温度下降会导致海洋向大气输送的热量减少从而减弱台风强度。     

海洋表层温度对台风"蔷薇"路径和强度预测精度的影响

基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),首先对2007年3次船舶辐射通量观测进行模拟,以检验WRF对长波和短波辐射通量的模拟能力,结果表明使用中国近海海洋环境数值预报系统环流模式POM(Princeton Ocean Model)模拟的高时空分辨率的海洋表层温度能够显著改进短波辐射通量的模拟,而对长波辐射通量模拟的改进不明显。然后,将业务化运行的中国近海海洋环境数值预报系统后报的逐时海洋表面温度(SST)作为WRF底边界条件,对2008年15号强台风"蔷薇"(Jangmi)过程进行了数值后报试验。结果表明,与使用NCEP/NCAR的SST试验后报的台风中心位置偏差相比,使用高时空分辨率的SST能够较为显著地改善"蔷薇"的路径模拟,台风中心位置模拟偏差减少11%,尤其在台风减弱阶段,台风中心位置模拟偏差减少37%。台风强度在台风发展的不同阶段对下垫面SST的变化敏感性不同。台风路径附近的海表面温度下降会导致海洋向大气输送的热量减少从而减弱台风强度。     

台风引起南海海表面降温的位置变化特征

台风过后通常会在上层海洋引起冷迹,即路径附近的海表而温度(sea surface temperature,SST)降低.本文利用多种卫星数据分析了12年(1998-2009)内经过中国南海的92个台风所引起的海表降温位置的分布特征.通过分析逐日微波遥感SST数据发现,64个台风(69.6%)引起了明显降温(降温≥2℃).其中,43个台风(46.7%)引起的最大降温位于台风路径右侧;13个台风(14.1%)引起的降温出现在路径附近;同时还有8个台风(8.7%)引起的最大降温明显位于路径左侧.台风引起的最大降温出现的位置主要集中在路径左右两侧100km范围内.统计分析表明台风之前存在于上层海洋环境的冷涡,特别是强冷涡,在台风引起的海表面降温和位置分布中可能起着重要的作用.     

连续台风对海表温度和海表高度的影响

利用多卫星观测资料,分析了2008年9月3个连续台风前后的海表温度(SST)和海表高度距平(SSHA)的时空变化特征,并探讨了影响其变化的主要因子。结果表明:(1)3个台风引起了强烈的上升流(1×10-5~150×10-5 m/s),海表显著降温(1~6 ℃),海表高度也有不同程度降低(10~50 cm);(2)台风引起的SST最大降温中心与SSHA负值或中尺度冷涡的区域中心十分吻合,同时台风使得先前存在的海洋中尺度冷涡得到加强;(3)同一区域台风对SST影响程度大小受台风的强度、移动速度以及台风对海面强迫时间等因素控制;(4)在原先SSHA为正值的海域,3个台风连续强迫下使得局地洋面形成一个SSHA为负值的中尺度涡,这与单一"打转"台风强迫海洋生成中尺度涡的现象不同。因此,对于西北太平洋海域而言,频发的台风在中尺度涡生消演变过程中的影响应不容忽视。     

南海SST对台风过程响应分析

根据ECMWF和CFSV2的数据,本文选择了3个影响我国南海的典型台风过程,分析了海表温度SST在台风期间的变化。结果表明,台风期间SST下降,台风路径右侧的降温幅度明显高于左侧。在过境2d左右,SST下降幅度最为明显,其中201509号台风威马逊降温中心右侧最大异常值可达-2.5762℃,左侧为-1.441℃,降温中心呈明显的右偏性。在此基础上,对SST异常与有效波高,热通量以及风速的相关性进行研究。统计表明,台风期间的SST异常与有效波高和风速的相关性较高,相关系数高达0.6-0.7;与热通量相关性最低,相关系数为0.2-0.4,且台风的最大风速越大,相关系数就越高。通过计算台风期间风向海表波浪输入动能发现,风应力越大,风向波浪输入的动能以及动能下传的深度也越大。海洋内部的混合就越剧烈,故而由混合引起的海表降温幅度较大。可见SST异常与风速以及波浪要素确实有很高的相关性。     

台风“达维”对“苏拉”的影响分析

1209号台风"苏拉"生成后,长时间移动缓慢,路径北偏西,但移动过程复杂。位于其东北方向的1210号台风"达维"的活动给"苏拉"的业务预报带来了较大不确定性。当"达维"快速移动后,与其间距小于1000 km达1.5 d,期间双台风互旋不明显。但"达维"的近距离存在,不仅改变了"苏拉"的环境基本引导气流,还改变了"苏拉"的水汽输送、强度变化和结构特征,使"苏拉"的后期路径转向西北,移速加快一倍;登陆福建前后出现非对称结构和降水异常分布;其降雨特点与无双台风影响的相似路径台风"海棠"和"碧利斯"有巨大差异。本文应用卫星云图、新一代天气雷达资料、NCEP1°×1°再分析资料和常规气象资料,着重分析"达维"对"苏拉"的路径和降水影响。     

一次台风过程对西北太平洋西边界流系源区影响的数值模拟研究

利用POM及其与WRF的耦合模式对"格美"台风影响下的该海区进行了5组数值模拟试验,在对结果分析的基础上,得到了西北太平洋西边界流系源区对此次台风过程的响应。研究表明:在台风影响下,最大风速区及热通量输送决定了海表温度(SST)降温中心范围,热通量的输送对SST的降低贡献超过16.7%;受此次台风影响的混合层(OML)加深、维持的时间为42 h,热通量对OML的加深有正作用,但不如风应力的贡献明显。台风移动方向右侧,OML加深范围更大,且SST最大降低区并不是OML最大加深区。此次台风过程对黑潮南向流的影响较弱,主要增加了海洋混合层的北向流流量。利用耦合模式,考虑了海气间的相互作用,在台风中心附近模拟出由于低压引起的海面升高现象。     

西北太平洋上层海洋对台风响应的个例研究

基于数字台风网、欧洲中心ERA-Interim、美国国家海洋与大气局以及中国Argo实时资料中心的资料研究了西北太平洋上层海洋对台风"奥鹿"的响应。研究结果表明,当"奥鹿"移动速度在2 m/s以下时,强风应力产生的Ekman泵是上层海洋响应的主要机制,移动速度越慢,Ekman抽吸速率(EPV)越大,海表温度(SST)降温持续时间短,冷尾迹出现在台风中心位置处。当"奥鹿"移动速度达到6 m/s以上时,持续风应力驱动的惯性泵是主导机制,SST降温持续时间长,冷尾迹出现在台风路径的右侧。惯性泵比Ekman泵持续的时间长,但Ekman泵影响深度比惯性泵大得多。在"奥鹿"经过西北太平洋时,混合层深度(MLD)变浅并伴随着"冷抽吸"作用的出现。上层海洋中"冷抽吸"现象较"热泵"现象影响深度深,持续时间长,在"奥鹿"过境后可持续20天以上。     

台风“杜鹃”对西太平洋上层温度的影响研究

本文利用海气耦合模式COAWST模拟了2015年的1521号超强台风"杜鹃",并结合再分析资料综合分析了台风过境期间西太平洋上层温度的变化规律。研究结果表明台风过境会使海区内上层温度降低,最大降温可达5-6℃,降温范围直径可达上百千米,台风路径右侧温度降低幅度大于左侧,具有明显的右偏性,路径两侧降温最大差异可达4-5℃。台风过境的引起了海水的垂直混合,"冷抽吸"作用将下层温度低的海水混合到海洋上层,影响深度可达200m。海洋上层温度对台风的响应速度与深度密切相关,深度越小,响应速度越快。台风经过后造成的降温区,约在7-15d内恢复到台风经过前的温度。     

吕宋海峡上层海洋对于台风南玛都响应的观测分析与数值模拟试验

利用海洋模式POM模拟了吕宋海峡上层海洋对历经其上的2011年8月1111号台风南玛都的响应过程。基于2个方面进行了模拟实验,其一是吕宋海峡上层海洋对固定大小及位置的台风风场响应;其二是吕宋海峡上层海洋对台风南玛都移动期间的响应。并分析了台风南玛都的风场和海洋响应南玛都的表层流场、SST及SSS。研究结果表明:(1)吕宋海峡上层海洋对台风风场结构不对称的响应表现出吕宋海峡上层海洋右侧的流速要远大于左侧,海流和台风一样具有右偏特征。海洋表面温度(SST)下降2~7℃,下降的空间范围直径在百公里,表现为右强左弱的不对称性。(2)上层海洋对驻台风的响应过程中,海洋流场及SST达到能量的极值后,会触发1个反气旋流场控制吕宋海峡,SST经过约10d时间恢复到初始态。(3)上层海洋对台风移动过程的响应表现为1个随台风移动的海洋流场,海流的强度和SST下降的幅度都较小,海流气旋式结构沿着路径有一定的拉伸,并且在路径后方出现尾流。     

台风“达维”影响山东的暴雨落区及路径特征分析

利用高空观测资料、地面观测资料、加密自动站资料、NCEP/NCAR全球再分析资料、FY-2E卫星云图等资料对2012年第10号台风"达维"影响山东的暴雨落区分布及路径特征进行了分析。结果表明:暴雨落区主要出现在台风移动路径的右侧及台风中心附近,而且台风中心的右侧降水明显大于左侧。冷空气对台风引起的降水落区影响较大。水汽通量大值区和辐合区分布、中层的强上升运动对暴雨落区有一定作用。温度梯度大值区和假相当位温的分布与暴雨落区较一致。台风"达维"是在300 h Pa引导气流的作用下移动的,其移动路径与500 h Pa总温度线的走向及高空500 h Pa正涡度带的走向一致。此外,台风的移动路径与副热带高压、双台风效应、低层弱冷空气和下垫面等关系较大。