环境地转基本气流的计算及热带气旋运动与其偏差的统计分析

利用国家气象中心T63L16的1.875×1.875经纬网格点资料和中央气象台编号的热带气旋实时中心位置资料,计算了1996年全年25个热带气旋,共126个时次的环境地转基本气流,分析了环境地转基本气流的垂直分布特征,并对热带气旋的实际运动与环境地转引导气流的偏差(后文将称其为引导偏差,即热带气旋的实际中心位置与按引导气流推算出的位置之间的偏差)进行了分析,发现引导气流的计算区域不同,其引导偏差是不一样的。得到了引导气流的最佳计算区域,并且发现热带气旋运动与环境地转基本气流的垂直切变结构的关系以及引导偏差与引导气流的速度、气旋本身的初始纬度位置和强度等有关。结果还表明,200～1000 hPa的深层加权平均的基本气流的引导效果最佳,可作为最佳引导气流使用。了解这些规律和特征,对热带气旋运动预报具有一定的参考意义。     

热带气旋运动和环境地转气流之间的关系

一、引言 50年代以来,对引导概念及其在预报的应用已作了许多重要的研究。多数研究表明,对流层中层的基本气流或深厚层的气压加权平均气流可以作为热带气旋运动的引导气流。许多作者讨论了涡旋运动对基本气流的偏差,但研究结果互相矛盾。这就导致了本文的研究。     

引潮力共振对热带气旋突变的触发作用

热带气旋突变的成因和预报是当前气象学中的主要难点之一,经过近三十年的研究发现,热带气旋在海上突然加强和登陆后后暴雨突然异常加大,都是遇引潮力共振减压而引起,热带气旋的路径突变和多速突变,则都是由引潮力共振导致热带气旋外围的副热带高压突变引起引导气流的方向或强度发生突变所致。     

华东沿海地形对登陆热带气旋运动影响的理想数值研究

利用中尺度数值模式设计一组高分辨率理想试验,采用位涡趋势方法定量诊断分析热带气旋在登陆我国华东沿海地形时,其运动发生的精细化变化以及不同因子的贡献。结果表明,平地的存在使得登陆热带气旋移速相对更快,当华东沿海地形存在时,热带气旋移速显著增大,这种增速现象主要是由于平地和地形所引起的非对称气流以及相应的引导气流变化所致,这很可能是导致预报路径误差的一个重要原因。平地试验中,陆地在热带气旋低层激发出中小尺度的非对称气流,与之不同的是,实际地形的加入激发出更大尺度并且更强的非对称偏南气流。位涡趋势方法的诊断结果表明,非引导效应总体而言对热带气旋运动贡献较小,这是因为这些因子相互抵消,但在不同的垂直层次上,不同的非引导因子贡献存在明显的差异。     

近海热带气旋折向路径的合成分析

本文以在20—30°N,120—130°E海城内生成或由处部移入的低压热带气旋为对象,运用合成分析方法,对1956—1985年间的这类近海热带气旋的环境场作了分析研究,找到了西折和东折时具有不同天气特征的环境高度场和温度场特征。通过对折向后(24小时)热带气旋移向和500hPa引导气流以及由对流层中低层平均温度场所反映的热成风之间的关系分析,提出了用引导气流方法作台风热带气旋路径预报要考虑β作用引起的移向订正的见解。     

热带气旋内部非对称积云对流对其移动的影响

在一个简单的两层板对称CISK模式中，我们考虑了热带气旋内部非对称积云对流的作用，并由此推导出热带气旋移动的动力学速度公式。利用SPECTRUM-90这套热带气旋试验资料，本文着重分析了热带气旋内部非对称积云对流对其运动的影响，以探索热带气旋移动与引导气流偏差的可能机理。计算结果表明，考虑积云对流非对称作用产生的动力学速度确能明显改善热带气旋的路径预报效果，尤其对于一些疑难路径，这种改善作用更突出。因此，CISK理论不仅是热带气旋发展和维持的重要机制，而且对热带气旋移动的影响也不可忽视。     

环境气流及非绝热加热对热带气旋结构和移动的影响

设计一个三层的准地转斜压模式,研究了不同结构环境气流和环境非绝热加热场中热带气旋移动路径和结构的特征.数值试验的结果表明:(1)无外界影响下热带气旋向西北方向移动,垂直速度场有明显的螺旋结构;(2)热带气旋主要受基本环境气流引导,非对称环流中的小扰动干扰了热带气旋的移动;(3)非绝热加热场对热带气旋影响较大,热带气旋有向加热中心移动的倾向,同时热带气旋的水平、垂直结构都有较大的变化.     

2013年欧洲中心台风集合预报的检验

广州中心气象台利用中国气象局下发的欧洲中心台风集合预报数据,制作了台风集合预报产品,供业务参考应用。利用欧洲中心台风集合预报数据,对2013年1307—1331号热带气旋的集合预报路径和强度进行检验,通过对比集合平均、模式高分辨率确定性预报和预报员主观预报,发现路径集合平均在24~120 h预报误差最小;在有限的预报样本数中,从热带风暴到台风级别的热带气旋,各预报时效路径集合平均的误差随强度增强而减小;强引导气流背景下的热带气旋预报误差小于弱引导气流的误差。对比强度集合平均和模式高分辨率确定性预报,发现各时效集合平均的误差比确定性预报大,随着预报时效的延长误差没有明显增大或减小的趋势,而且强度集合平均预报,在中心最低气压、中心最大风速、热带气旋等级都表现出明显的系统性偏弱特征;对不同级别的热带气旋强度预报,集合平均的误差随强度增强而增大,即强度集合预报对强度较弱的热带气旋有更高的准确率;对比受强、弱引导气流影响的两类热带气旋,集合平均对受弱引导气流影响的一类预报误差更小。     

海南台风的球谐分析及其预报

众所周知,西北太平洋是全球热带气旋发生频率最高的地区,占全球总数的６０％左右［１］。Ｇｅｏｒｇｅ和Ｇｒａｙ［２］,Ｃｈａｎ和Ｇｒａｙ［３］等证明,西北太平洋（包括南海）台风的路径预报有５００和７００ｈＰａ的气流作为引导气流最好。说明台风的移向移速是受对流层中层平均气流操纵的。引导气流原理是台风移动的主要诊断依据,其有效时间取决于大型环流的稳定程度。即大型环流愈稳定,其后续作用愈大,台风长期预报的可能性也愈大。这就是用５００ｈＰａ月平均高度（或高度距平）球谐分析制作海南台风长期预报的物理依据。１　…     

热带气旋移动理论

本文是关于热带气旋移动理论的一个简要评论。理论研究表明,精确到一阶近似,热带气旋的移动是由平均环境气流的引导作用和以Rossby波方式西传作用的线性组合造成的,这种移动是由离气旋中心大约100—300公里范围内的相互作用决定的。因此这种运动对气旋大小和外围风速强度的变化是很敏感的,而中心强度大小变化的影响是微不足道的。观测到的向极Rossby偏移可解释为一种指向极地的次级引导气流发展的结果,这种气流是由气旋环流与地球涡度场的相互作用而造成的。地面摩擦作用也使气旋运动发生微弱变化,这种影响可能是通过改变基本气流而起作用的。在气旋的整体运动上可能迭加有一种附加的气旋眼的振动型扰动。虽然提出过一些理论,但引起这种振动的机制仍很不清楚,还需要进一步研究,以弄清基本气流非对称性的影响,如垂直的和水平的风切变,以及在环境场变化过程中发生的非线性相互作用的影响(如转向运动)等问题。     

2009—2015年ECMWF热带气旋集合预报的检验及分析

本文从四个方面检验分析了ECMWF 2009—2015年西北太平洋热带气旋集合平均预报性能。结果表明：集合预报对路径的预测能力逐年提高,对强度预报整体偏弱。随着热带气旋强度增强,集合预报对移速和移向的预测能力提高,而移向预报偏左、移速预报偏慢、强度预测偏弱的现象较明显。将影响热带气旋的引导气流分为偏强、中等、偏弱三类,引导气流偏弱时热带气旋移动偏慢,因此移向预报的不确定性大;而引导气流偏强时热带气旋移向明确,只是移速预报不稳定。进入南海的三类路径热带气旋,集合预报对西行、西北行两类的移速、移向预报效果较好,而西行后北折的预报较差,在热带气旋北折前,移向预报发散度很大,向北转折后移向趋于稳定,移速预报的误差相对较大。这几种情形的检验结果,在热带气旋集合预报的业务应用中值得注意。     

双热带气旋相互作用的研究

采用无基本气流的无辐散正压模式模拟了双热带气旋的运动。应用非对称理论研究了双热带气旋的相互作用。双热带气旋中的每个热带气旋主要由通过其中心的非对称气流（即通风气流）作用而移动。这股非对称气流是由其自身的线性和非线性效应产生的非对称涡旋与其配对热带气旋形成的非对称涡旋相叠加而引起的。     

西北太平洋热带气旋移动方向变化异常的环流特征

基于中国气象局和上海台风研究所整编的1972-2011年热带气旋(TC)best-track资料,采用极端天气气候事件定义的百分位法确定TC移动方向异常变化的阈值,利用Lanczos滤波法将大气环流分解成为季节内振荡(MJO)、准两周振荡(QBW)和天气3种尺度环流场,研究这3种尺度环流对热带气旋在南海地区异常北折的影响。结果表明:近40 a的资料统计显示,热带气旋12 h内移向逆时针方向偏转50°以及顺时针方向偏转47°为TC移动方向变化的95%分位数值,将12 h移动方向变化大于该数值的TC定义为移动方向变化异常。TC异常路径平均每年发生2.68次,9月份发生的概率最大,约为7%,最常发生在南海海域。分析3个发生在南海地区热带气旋异常北折的引导气流发现,在TC转向前,向西的引导气流纬向速度减慢,经向分量先向南加速,随后突然转为向北加速。天气尺度对应的引导气流对TC异常右偏影响最为明显,对流层中高层热带气旋中心东南侧强天气尺度西南气流引导TC异常右偏。     

影响大西洋热带风暴Debby（2006）的干空气源地分析

干空气影响热带气旋活动的研究受到越来越多的重视。大西洋地区热带气旋的活动不仅受撒哈拉干暖空气层（SAL）的影响,还受副高下沉干空气的影响。通过模拟2006年大西洋地区SAL的活动以及热带风暴Debby等热带气旋的活动,着重研究影响Debby三个不同发展阶段的干空气源地。研究发现,从对流层中层进入热带风暴内核地区的干空气,除了以上两个源地外还包括来自中纬度对流层低层的干空气,以及来自中高纬度下沉气流的干空气。在Debby生成之初,中层有35.7%的格点气团来自干空气,其中51.9%来自SAL的干空气,剩余的干空气分别来自副高下沉气流及中纬度对流层低层运动的干空气。随着Debby逐渐向西北方向移动,来自SAL的干空气逐渐减少,来自中高纬度下沉气流的干空气逐渐占主导。      

0308号强热带风暴天鹅路径和降水分析

详细分析了0308号热带气旋天鹅在南海中部加强为强热带风暴后云系的演变以及对路径和降水产生的影响，结果表明：强对流云团的“吸附”作用是天鹅登陆后路径南折的主要原因；垂直速度场对热带气旋路径短期偏折方向有较好的预报指示意义，热带气旋有向强上升运动区偏折的趋势；中尺度暴雨出现在强对流云团中小涡旋的螺旋云带上或云顶亮温的梯度密集区与地面风向辐合区重叠处。     

根据周围风场和温度场预报热带气旋的转向运动

1.引言要提前24—36小时预报出热带气旋的转向运动是很困难的,而且常常是失败的。由于统计预报方案着重于气候学和持续性,所以用这些方案要预报出这样的转向运动有很大的问题,数值模式基本上也预报不出气旋的转向运动。因此,热带气旋路径预报的最大误差往往与风暴的转向有关。详细地研究气旋转向时周围环境的特征,有助于研制出能减小与转向运动有关的预报误差的新方案。本文介绍了热带气旋转向前和转向时的周围环境气流型的资料。可以看出,左转向风暴、正向移动风暴和右转向风暴500毫巴上的大尺度周围风场有     

热带气旋运动的动力学研究进展

热带气旋运动是由各种形式的外部强迫、内部过程及其相互作用所决定的。特别是环境气流与气旋环流以及β效应之间的相互作用可以产生次级的非对称气流,使热带气旋偏离大尺度环境气流的引导。这种偏差,被称为广义的β漂移。本文讨论了控制β漂移的物理因子和物理过程,尤其是涡旋结构与环境气流切变对它的影响,以及β漂移在热带气旋路径预报上的应用。另外,还总结了双台风相互作用、热带气旋摆动和与下垫面强迫有关的物理过程的影响。     

鞍型场对热带气旋移动路径影响的研究

鞍型场是一种特殊的流场,鞍点附近气压梯度很小,风场很弱,引导气流不明显。当热带气旋进入鞍型场时,会表现为停滞、打转、突然转向等异常路径。采用NCEP资料对2011年热带气旋"梅花"路径和大尺度形势场分析结果表明,在其整个生命史中出现三次移动路径转折,热带气旋进入鞍型场后,出现在鞍点附近停滞、移动缓慢、突然转向等异常路径。利用理想变形场和兰金涡旋相结合的鞍型场作为背景场,用梯度风平衡构造了理想热带气旋,分别考虑了科氏参数为常数和β平面近似两种情况,利用二维浅水模式对热带气旋处于鞍点和收缩轴附近不同位置的情况进行了数值对比试验。当科氏参数为常数时,处于鞍点位置的热带气旋在鞍点停滞;而当采用β平面近似时,处于鞍点位置的热带气旋向东北低压一侧移动,并和低压合并。当初始热带气旋处于鞍点南侧的收缩轴上以及偏东或偏西100 km时,会出现三种截然不同的移动路径。试验结果表明:鞍型场对热带气旋有"陷阱"作用。当热带气旋进入到鞍型场区并接近鞍点时,在β漂移和弱引导气流作用下,可能陷入鞍点附近区域,移动缓慢,出现异常路径,也可能沿着膨胀轴向偏东或偏西方向移动,使得热带气旋突然转向。热带气旋的移动对其和收缩轴的相对位置十分敏感,数十千米的偏差可能会导致截然相反的移动路径。     

基于风廓线雷达的广东登陆台风边界层高度特征研究

针对8个登陆广东省的热带气旋,利用经过数据质量控制的风廓线雷达连续、高时空分辨率的风场观测数据,对热带气旋边界层特征进行了分析。研究结果表明:热带气旋边界层中切向风速大值区垂直范围越大、风速越强、持续时间越久,则热带气旋强度越大、登陆后强度维持时间越久。眼区外入流层厚度越大,入流层气流越强,热带气旋登陆后强度维持时间则越久。风廓线雷达信噪比垂直梯度对大气湍流信息有一定的指示作用,对于入流层高度在2000 m以下的热带气旋,其入流层顶所在高度与信噪比梯度最大值所在高度相近,对于入流层较为深厚的热带气旋,用信噪比垂直梯度确定的边界层高度虽接近入流层顶高,但仍有一定差距。不同特点的热带气旋其边界层高度并不相同,对于登陆后强度迅速减弱的热带气旋边界层高度在500~1000 m;登陆后强度持续时间短的热带气旋,其边界层高度约1000~2000 m;登陆后强度持续时间长的热带气旋,其边界层高度在2000 m之上,最高可达5000~7000 m。这些结果加深了对登陆台风边界层高度演变特征的认识。     

两个移速快、强度强、路径相似的台风过程分析

0814强台风"HAGUPIT"和9615台风"SALLY"具有移速快、强度强、路径相似的特点,通过分析得出,500 hPa不断加强的大陆副热带高压,南侧偏东引导气流加强,使热带气旋移速不断加快,而且与热带气旋同向移动增强的副热带高压,使其移速更快。越赤道气流增强和维持,给热带气旋不断输送能量,对流层高层强辐散,弱纬向风垂直切变都有利于热带气旋显著加强和维持。