热带风暴Bilis（2006）登陆期间-波非对称降水分布成因的探讨

利用中尺度数值模式WRF-ARW对Bilis（2006）进行数值模拟,并进行地形和下垫面因素2个敏感性试验,诊断分析Bilis（2006）登陆期间-波非对称降水结构形成的动力因子。综合分析3个试验,结果表明环境垂直风切变对Bilis（2006）-波非对称降水结构形成的影响显著大于地形、登陆过程下垫面属性的改变和风暴移动速度的影响,冷空气的侵入对降水形成也有重要贡献。垂直切变的作用使顺切变左侧形成强降水,冷空气的作用与垂直切变的作用相互配合可能是顺切变方向和顺切变方向右侧强降水的主要成因。     

强热带风暴“莲花”(0903)非对称降水结构分析

利用雷达回波和NCEP分析资料,本文从水汽条件、环境风垂直切变和风暴移动状态等方面诊断分析了0903号强热带风暴"莲花"非对称降水结构形成的可能机制。结果表明:"莲花"南侧充足的水汽输送为强降水的发生提供了基本的水汽条件,同时水汽通量在水平空间上的非对称分布也在一定程度上导致了降水的非对称分布。环境风垂直切变是导致"莲花"降水结构改变并最终形成一波非对称降水结构的主要动力因子。随着垂直切变的增强,同时配合风暴南侧充足的水汽条件,一波非对称降水结构逐渐形成,在较强垂直切变长时间的作用下,强降水最终集中于顺切变方向左侧。在较强垂直切变的作用下,逆切变一侧的下沉运动抑制了陆地摩擦和地形抬升所形成的对流的发展。相对于较强的垂直切变而言,"莲花"相对稳定的移速和移向条件难以主导强热带风暴降水的空间分布。     

环境风垂直切变对0908号台风“莫拉克”影响的分析

利用多种卫星观测资料和NCEP/NCAR提供的风场资料等,分析环境风垂直切变对0908号台风“莫拉克”的强度、对流和降水结构的影响.结果表明:环境风垂直切变不是影响“莫拉克”强度变化的直接因素.“莫拉克”登陆前,在较强环境风垂直切变作用下,最大对流和降水区域均位于顺切变方向左侧,降水呈一阶非对称分布.“奠拉克”登陆后,...     

环境垂直风切变对0509号台风“麦莎”的影响分析

利用多种卫星观测资料和NCEP/NCAR提供的风场资料等,分析了环境垂直风切变对0509号台风“麦莎”的强度、对流和降水结构的影响。结果表明:在台风“麦莎”整个生命史中,垂直风切变与其强度之间关系非常密切,但垂直风切变不是影响其强度变化的唯一因素;“麦莎”登陆前及登陆后在垂直风切变作用下,强对流和强降水均位于顺切变方向及其左侧,对流和降水呈1阶非对称分布。     

环境条件对0709号超强台风“圣帕”影响的分析

利用多种卫星观测资料和NCAR／NCEP提供的分析场,分析海温和环境垂直风切变这两个环境因素对0709号超强台风“圣帕”的强度、对流和降水结构的影响．结果表明：强度的变化和环境垂直风切变之间没有直接相关性,海温是影响强度变化的主要环境因素;最大对流区域位于顺切变方向左侧;较强切变条件下,在内眼壁上的最大降水位于顺切变方向左侧,降水呈一波非对称分布;在外围螺旋雨带上的最大降水区域则分布在顺切变方向上或顺切变方向右侧．     

海气热通量和垂直风切变对强热带风暴“温比亚”(2018)影响研究

利用地面加密自动气象站观测的1h降水、NCEP提供的海温、海气界面热通量以及风场等资料,分析了海温、海气界面热量交换以及环境垂直风切变对强热带风暴"温比亚"(2018)强度和降水结构的影响。结果表明:在"温比亚"生命史过程中,垂直风切变对其强度发展起到了一定的抑制作用。但是,垂直风切变不是影响其强度变化的唯一因素,"温比亚"登陆前27～29℃的高海温海域为其强度的增强提供了大量潜热。"温比亚"深入内陆期间,其降水分布具有显著的非对称结构。在环境垂直风切变的作用下,"温比亚"强降水位于顺切变方向及其左侧。     

1814号台风“摩羯”造成浙江内陆强降水的动力特征分析

采用 NCEP / NCAR 0. 25°×0. 25°再分析资料及预报场、FY-2E 云顶亮温、雷达、自动气象观测站等资料,运用风场分解、中尺度平滑滤波等方法对台风“摩羯”造成的浙江内陆局地强降水相关动力特征进行分析。结果表明：(1)台风中心环流由低层到高层呈现向西南方向倾斜的非对称结构,台风前侧(浙闽赣交界处)的低涡对中高层整体环流分布造成了一定影响。(2)在台风移动方向(低层垂直风切变顺切变方向)前侧,925 hPa 相对入流辐合与 700 hPa 相对出流辐散形成耦合。(3)边界层辐合及地面辐合线较长时间维持在台风移动方向前侧,正涡度柱随台风移动西传, 在浙中形成低层辐合和涡度叠加效应,有利于浙中内陆局地强降水。(4)偏东气流的风速辐合、边界层相对入流以及之后西南气流的增强对浙中内陆边界层辐合的长时间维持起到一定作用。此外,地形对浙江内陆局地强降水也起了增幅作用。     

台风Rananim登陆后引发强降水成因和暴雨分布的诊断分析

首先对2004年第14号台风Rananim登陆后造成的强降水过程按主要影响系统进行了划分,指出第一阶段的降水是由台风本身环流产生的,第二阶段的降水则是台风残留低压与中纬度西风带环流系统共同作用的结果。然后针对暴雨在台风登陆点南北两侧非对称分布的特点进行了重点分析,结果表明,台风暴雨的非对称分布与台风本身的非对称结构、南北两侧不同的水汽输送以及中尺度地形有密切关系。同时利用湿位涡分析方法诊断了台风暴雨时空分布特征,发现湿位涡负值中心与暴雨中心存在较好对应关系,而且其中心数值的绝对值大小与1 h降水强度存在正相关关系,从而说明湿位涡负值中心可以作为降水时空分布的重要指标,为台风暴雨预报提供一种思路。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6——8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明:1) 500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统,数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因; 2) 850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强; 3)列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因; 4)风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

台风“达维”经过海南岛过程内核结构演变的数值分析

利用非静力中尺度数值模式 WRF (V2.2)对0518号台风“达维”(Damrey)经过海南岛过程进行了模拟.模式较好地再现了“达维”经过岛屿过程的移动路径、强度变化、环流结构以及降水分布.基于模拟结果,分析了台风内核区的动、热力场演变特征,结果如下:1)经过岛屿期间,台风内核区高、低层切向风速变化不大,贴地层与中间层切向风速在登陆过程及岛上移动前期减小,岛上移动后期到离岛入海期间增大.2)台风内核区高、低层分别存在主体出流及回流入流、主体入流及回流出流.登陆过程及岛上移动前期,主体入流速度变化不大,主体出流明显减弱.岛上移动后期到离岛入海期间,主体出流与回流出流明显加大并出现合并趋势.3)经过岛屿期间,台风环流区的环境风垂直切变没有像大多数热带气旋登陆一样出现增大的趋势,反而减小.切变下风方向先顺转后逆转,切变下风方向左侧与降水区有较好对应.4)登陆过程及岛上移动前期,台风高、低层的垂直速度及凝结加热均显著减小;岛上移动后期,高层垂直运动及凝结潜热释放继续减小,低层则明显增大.     

2006年台风“碧利斯”与“格美”的降水差异性比较

对2006年7月登陆,西移影响粤东的路径相似、降水过程强度和范围不同的2次台风过程,从环流形势,台风环流本身、结构以及降水性质等方面进行了对比分析.结果表明,"碧利斯"的降水是一典型的和西南季风相结合的降水,而"格美"的降水仅仅是台风本身环流的降水.同时发现两者在登陆2 d内500 hPa平均高度场、水汽通量垂直剖面图,水汽输送时间序列图上均有显著差异.指出水汽输送的强弱,决定了登陆台风的维持时间和降雨强度.     

强热带风暴"碧利斯"造成异常强降水的气候背景

利用大气环流特征量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了强热带风暴"碧利斯"造成异常强降水的气候背景。结果表明,冬春季节西太平洋暖池海温偏高时,夏季副热带高压脊线活动偏北,影响中国的热带气旋个数偏多,2006年冬春季海温分布及夏季副高活动形势有利热带气旋影响中国。强热带风暴"碧利斯"登陆和西行时,大气环流高层辐散、低层辐合和热带辐合带的位置偏北、西南暖湿气流在华南有强的辐合等均有利中国南部地区气流辐合上升,使"碧利斯"登陆后低压环流仍能长时间维持,从而造成异常强降水。     

"碧利斯"台风对湘南造成的暴雨洪灾分析

"碧利斯"台风对湖南南部造成了"7·15"特大洪灾。本文简述了湘南暴雨洪灾的破坏情况,分析了本次洪灾的类型、基本特点以及灾区的地质特征;根据东江水库库区13个雨量站的雨量数据,对其暴雨中心的降雨量进行了计算分析;通过资兴市重灾区坪石的Google Earth卫星照片,分析了山洪型洪灾的地形因素。描述了降雨的利弊,最后提出了洪灾预警、水土保持、防洪工程等减灾对策。     

WRF模式同化系统在“碧利斯”台风暴雨数值模拟中的应用

利用美国高分辨率中尺度模式WRF(weacherResearch and Forccast)式和、WRF三维同化系统(WRF 3DVAR),以2006年"碧利斯"台风低压引发的暴雨天气过程为例,通过控制试验和同化试验的对比分析,探讨了高空和地面实况资料同化对台风低压"碧利斯"暴雨过程分析和预报的影响.初步的结果显示,同化高空和地面实况资料后对模式的初始场有明显的改进、对暴雨过程的降水落区和强度有不同程度的正反馈,更接近实况的降水.     

Hindcasting nearshore wind waves using a FEM code for SWAN

An improved SWAN model using the Finite Element Method (FEM) was developed for wind waves simulations in both large-scale oceanic deep water regions and small-scale shallow water regions. The model employs a Taylor–Galerkin finite element technique for the discretization of the modeled area, which makes it flexible to represent bottom topography and irregular boundaries. The fractional step numerical scheme was adopted to split the wave action balance equation into three one-dimensional space equations, which can be solved efficiently by one-dimensional algorithms. The Flux-Corrected Transport method was also applied to circumvent the steep-gradients of the action density in the frequency space. The FEM code with unstructured grids improves the numerical schemes in the original SWAN to maintain computational efficiency at the operational stage. A simulation of wind wave activities for the monsoon and the 2000 Typhoon Bilis were performed using the FEM and SWAN models. The simulated results were compared with field observations in order to verify the suitability of the method.     

非绝热加热对热带气旋径向非均匀结构的影响

利用平面极坐标系下无摩擦有外源(非绝热加热)的正压无辐散方程,将热带气旋的物理量分解成环境场和扰动,进而求出了热带气旋扰动的行波解,并分析了风场(切向、径向)和重力位势扰动场的径向非均匀松紧结构.表明:这种松紧结构与热带气旋所在纬度的科氏参数(f)、热带气旋的强度(Ω)、热带气旋扰动的圆频率(ω)、热带气旋扰动在θ方向的角波数(m)有关,且不同要素的松紧结构不尽相同;同时还受非绝热加热(Q₁)的影响,这种影响主要表现在使风场(切向、径向)呈内紧外松的非均匀分布.     

0010号台风"碧利斯"对厦门港湾表层海水中溶解无机砷含量的影响

本文研究了0010号台风“碧利斯”影响期间及其随后的恢复期中,厦门港湾中九龙江口和西港海域站表层海水总溶解砷（TDIAs)、As^3 含量和As^3 /As^5 值的变化特征。结果表明,观测期间两站TDIAs和As^5 含量均比非台风时期呈数倍增加,经10d后仍未恢复到非台风时的水平。As^3 含量也有较大幅度的增加,但波动较大。文中还对观测期间影响溶解无机砷含量的因素进行了初步的探讨。     

Random wave-current interactions in water of varying depth

Refraction of incoherent random gravity waves with currents and bottom topography results in spatial variations in the spectral characteristics of the free surface. Prediction of such variations based on the radiation transfer equation is in a simple analytic form for the case of one dimensional inhomogeneities in currents and topography. This analytic form is examined in terms of two-dimensional wave number- and polar frequency-direction spectra along the associated dynamic and kinematic constraints relevant to wave breaking and reflection. Results are specialized to the simplest case of horizontal shear currents in deep and shallow water with explicit examples to illustrate the relative and combined effects of currents and topography on free surface spectra.     

Spatial distribution of wave overtopping water behind coastal structures

Spatial distribution of random wave overtopping water behind coastal structures was investigated using a numerical model based on Reynolds-Averaged Navier-Stokes solver (RANS) and Volume of Fluid (VOF) surface capturing scheme (RANS-VOF). The computed spatial distributions of wave overtopping water behind the structure agree well with the measurements by Pullen et al (2008) for a vertical wall and Lykke Andersen and Burcharth (2006) for a 1:2 sea dike. A semi-analytical model was derived to relate spatial distribution of wave overtopping water behind coastal structures to landward ground level, velocity and layer thickness on the crest. This semi-analytical model agrees reasonably well with both numerical model results and measurements close to coastal structures. Our numerical model results suggest that the proportion of wave overtopping water passing a landward location increases with a seaward slope when it is less than 1:3 and decreases with a seaward slope when it gets steeper. The proportion of wave overtopping water passing a landward location increases with landward ground level and overtopping discharge. It also increases with the product of incident wave height and wavelength, but decreases with increasing relative structure freeboard and crest width. We also found that the extent of hazard area due to wave overtopping is significantly reduced by using a permeable structure crown. Findings in this study will enable engineers to establish the extent of hazard zones due to wave overtopping behind coastal structures.     

Influence of processes of nonlinear transformations of waves in the coastal zone on the height of breaking waves

Using data from laboratory, field, and numerical experiments, we investigated regularities in changes in the relative limit height of breaking waves (the breaking index) from peculiarities of nonlinear wave transformations and type of wave breaking. It is shown that the value of the breaking index depends on the relative part of the wave energy in the frequency range of the second nonlinear harmonic. If this part is more than 35%, then the breaking index can be taken as a constant equal to 0.6. These waves are spilling breaking waves, asymmetric on the horizontal axis, and are almost symmetric on the vertical axis. If this part of the energy is less than 35%, then the breaking index increases with increasing energy in the frequency range of the second harmonic. These waves are plunging breaking waves, asymmetric on the vertical axis, and are almost symmetric on the horizontal axis. It is revealed that the breaking index depends on the asymmetry of waves on the vertical axis, determined by the phase shift between the first and second nonlinear harmonic (biphase). It is shown that the relation between the amplitudes of the second and first nonlinear harmonics for an Ursell number less than 1 corresponds to Stokes’ second-order wave theory. The empirical dependences of the breaking index on the parameters of nonlinear transformation of waves are proposed.