热带气旋风场对海浪分布特征的影响

设计了一系列理想的数值实验,利用高分辨率的WAVEWATCHIII海浪模式定量分析热带气旋移动速度、强度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向等风场细节因素对热带气旋下表面海浪分布特征的影响。实验结果表明,热带气旋移动速度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向会影响海浪的空间非对称分布。最大风速半径增大会使最大有效波高的位置向后移动,而移动速度增大会使最大有效波高位置向前移动。移动速度增大会使右侧象限内的有效波高增大,左侧象限内有效波高减小。最大风速半径增大和强度增强使各象限内有效波高均增高。热带气旋的转向使各象限内有效波高增高,除了右后象限。这些风场特征对各个象限内海浪的平均波长、平均周期、平均波向、和波峰方向都有很重要的影响,尤其以左后象限最为显著。     

热带气旋-海洋的相互作用对南海一个强热带气旋过程影响的数值模拟

采用中尺度海-气耦合模式MCM v1.0对南海强热带气旋“黄蜂”(No.0214)进行了数值模拟试验,并就热带气旋-海洋的相互作用对热带气旋的影响进行了定量分析。结果表明,耦合试验中热带气旋后期路径有显著改善,36h和48h路径误差分别减小22km和110km,登陆点位置误差减小22km;气旋强度与非耦合结果基本一致,36—48h气旋强度减弱得更快;热带气旋中心大风区地面风速增大1—3m.s-1,眼区附近风速减小2—5m.s-1;近地层(取925hPa)气温降低1℃以上,且气温降温区与较大的SST下降区域大致吻合;改进了热带气旋暴雨的落区及降水强度,且主要落区误差的修正位于热带气旋移动路径的右侧并同主要的SST降温区相关;热带气旋-海洋相互作用通过SST下降减少向上的热通量,潜热通量的减少对SST的下降更敏感。     

Dependence of sea surface drag coefficient on wind-wave parameters

The relationships between sea surface roughness z 0 and wind-wave parameters are analyzed,and spurious self-correlations are found in all of the parameterization schemes.Sea surface drag coefficient C D is fitted by four wind-wave parameters that are wave age,wave steepness,windsea Reynolds number R B and R H ,and the analyzed data are divided into laboratory,field and combined data sets respectively.Comparison and analysis of dependence of C D on wind-wave parameters show that R B can fit the C D most appropriately.Wave age and wave steepness are not suitable to fit C D with a narrow range data set.When the value of wave age has a board range,R H is not suitable to fit C D either.Three relationships between C D and R B are integrated into the bulk algorithm COARE to calculate the observational friction velocity,and the results show that the relationship between C D and R B which is fitted with field data set can describe the momentum transfer in the open ocean,under low-moderate wind speed condition,most appropriately.     

WAVEWATCHIII 同化模块的建立和检验

将基于最优插值 (OI) 的同化并行模块植入全谱空间的第三代海浪模式WAVEWATCH III version3.14,建立数据同化的海浪模式预报系统, 并通过实际的预报个例对同化系统进行检验。个例实验是以5°S 以北的印度洋海域为目标计算区域, 海面风场强迫采用业务单位的中尺度天气预报模式WRF(weather research and forecast) 提供的逐时海面风场预报产品。模式积分过程中连续同化2010 年12 月15 日、16 日和17 日过境北印度洋的Jason-2 卫星高度计沿轨有效波高 (SWH) 数据 (需要指出的是, 每次同化得到新的SWH 分析场后需重构相应的二维海浪谱用于谱模式)。SWH 同化分析值和无同化的对照组分别与高度计沿轨观测数据比较发现, 就日平均统计来看, 同化较无同化使SWH分析值的均方根误差减小约25%～50%。以SWH 同化分析场作为初始场的预报表明, 同化对预报影响的时效性可延长至48～60 h。本研究目的是通过将高度计测量的SWH 数据同化到海浪模式进一步提升海浪数值预报的准确度。     

Importance of tropical cyclone heat potential for tropical cyclone intensity and intensification in the Western North Pacific

Which is more important for tropical cyclone (TC) intensity and intensification, sea surface temperature (SST) or tropical cyclone heat potential (TCHP)? Investigations using best-track TC central pressures, TRMM/TMI three-day mean SST data, and an estimated TCHP based on oceanic reanalysis data from 1998 to 2004, show that the central pressure is more closely related to TCHP accumulated from TC formation to its mature stages than to the accumulated SST and its duration. From an oceanic environmental viewpoint, a rapid deepening of TC central pressure occurs when TCHP is relatively high on a basin scale, while composite distributions of TCHP, vertical wind shear, lower tropospheric relative humidity, and wind speed occurring in cases of rapid intensification are different for each TC season. In order to explore the influence of TCHP on TC intensity and intensification, analyses using both oceanic reanalysis data and the results of numerical simulations based on an ocean general circulation model are performed for the cases of Typhoons Chaba (2004) and Songda (2004), which took similar tracks. The decrease in TCHP due to the passage of Chaba led to the suppression of Songda’s intensity at the mature stage, while Songda maintained its intensity for a relatively long time because induced near-inertial currents due to the passage of Chaba reproduced anticyclonic warm eddies appearing on the leftside of Chaba’s track before Songda passed by. This type of intensity-sustenance process caused by the passage of a preceding TC is often found in El Niño years. These results suggest that TCHP, but not SST, plays an important role in TC intensity and its intensification.     

Impact on the tropical cyclone “Vongfong” forecast using the Quik SCAT wind data

Since QuikSCAT is available in cloudy and rainy condition, its wind data are valuable in monitoring and real timeorecasting the wind field, especially in sparse genesis regions of tropical cyclones. In order to understand and investigate the impact of QuikSCAT wind data, the three-dimensional variational data assimilation (3D-VAR) of scatterometric wind data has been employed for the tropical cyclone “Vongfong” in the year 2002. The result shows that the QuikSCAT wind data have positive impact on the analysis and forecasting. But the positive impact is slight. The present results suggest that how to assimilate QuikSCAT wind data effectively is important and will be a challenge to meteorologists.     

热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展

首次从云系形态识别、风场结构分析、云体温湿反演、时空运动匹配等4个崭新角度梳理归纳了热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展,分别介绍此4类方法的实现原理与过程,比较分析各种方法的优缺点与适用性。总结认为,上述方法虽大多仍处于探索研究阶段,但其优于传统人工目视判读定位法的诸多特点将使之成为发展应用的必然;同时综合比较指出,结合运动特征的混合智能算法将是热带气旋中心定位的未来方向;此外建立集成多种资料和算法的热带气旋综合客观定位系统,也有利于提高热带气旋中心定位的稳健性和准确率。     

热带气旋“麦莎”和“韦帕”在浙江产生大风对比分析

热带气旋“麦莎”登陆玉环,“韦帕”登陆苍南霞关,登陆点均在浙江南部,登陆点距离不超过150 km,登陆时强度相同,离境点的位置只相距50 km,但产生的大风和分布有很大的不同,“麦莎”在浙江境内产生的大风强度、范围、都比“韦帕”大得多,持续时间也要长很多.本文通过对两个热带气旋登陆前后的热带气旋自身的变化、移动的路径及速度和环境场等特征对比分析,发现登陆后减弱速度、路径与地形、副热带高压调整、气压梯度、热带气旋中心与测站的距离不同是两者产生大风不同的主要原因.     

利用QuikSCAT/NCEP混合风场及WAVEWATCH模拟东中国海风浪场

将国际上比较成熟的海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ移植到东中国海,采用QuikSCAT卫星遥感资料与NCEP数据混合风场作为强迫项,对该海区2000年1月23日至31日的一个大风天气过程下的风浪场进行了模拟计算。计算结果与浮标观测资料的对比结果说明,所获得的风浪场数值结果不但具有较高的时空分辨率,其精度也是比较高的。     

海洋对热带气旋风应力响应的准平衡解析解

为考察海洋上层各物理量对热带气旋风应力的响应问题,本文利用海洋线性化约化重力方程组开展了解析研究,所得主要结论如下:求解该问题使用跟随热带气旋中心移动的极坐标较为方便,当热带气旋风应力在热带气旋云墙内即热带气旋眼中为静止,在云墙处及之外随该极坐标半径增加而成反比衰减时,可求得该问题在此极坐标系中的定常解析解,该解强度与风应力成正比;解的流场在热带气旋云墙内为静止,在云墙处及之外呈现有向外流出的气旋式涡旋形态,且随极坐标半径增加而衰减。在云墙之外离云墙较近处,解的切向流速大于径向流速,在更远处则反之。解的径向流与热带气旋切向风应力平衡,切向流是梯度流,流动呈水平无辐散状态。在热带气旋眼中以及云墙处,海洋上层的厚度不变,且达到最小值。从云墙向外则厚度值逐渐增加。厚度值的变化反映了密度跃层的变化,在厚度值最小处附近,跃层位置有明显抬升,这会造成跃层附近海水涌升,从而海洋上层的响应涡旋是冷性的。略去海洋上层对热带气旋移动的响应,将此移动极坐标系中的解返回到固定坐标系后,则解的空间分布形态不变,但由定常解转变为非定常解,且随热带气旋一起移动;此解最重要的物理性质是其具有准平衡性,这与非平衡的近惯性振荡与重力惯性内波有本质区别。     

海洋中暖涡对热带气旋强度的影响

采用中尺度大气模式MM5和区域海洋模式POM构造了中尺度海气耦合模式,利用该耦合模式模拟了台风Chanchu(2006)从热带低压发展到台风再逐渐衰减的全过程;再以该耦合试验作为对比试验,同时设计一个敏感性数值试验来考察海洋中暖涡对TC强度的影响。试验结果表明暖涡的存在并没有使得TC更快速增强,但抑制了TC的衰减,使得TC增强的时间延长,暖涡的存在使得TC增强,中心气压减少了15 hPa。分析表明,由于暖涡处的混合层很深,阻止了温跃层的冷水挟卷到混合层中,使得TC引起的海面降温较小,因此抑制了TC的衰减。     

热带气旋生成机制的研究进展

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生发展的复杂性,热带气旋生成机制的研究领域至今仍然存在很多未解之谜。半个多世纪以来,科学工作者们利用有限的船舶、探空仪、雷达、卫星、飞机等观测资料以及数值天气模式,对热带气旋生成的气候背景场、扰动源和触发机制做了大量研究。介绍了近50年来国内外热带气旋生成机制的主要研究成果,总结了该领域的研究进展及其存在的优势和不足,指出热带气旋生成机制研究中依然存在的问题,同时展望了该领域未来的发展方向。     

基于人工神经网络的台风浪高快速计算方法

采用2010—2017年南海5个浮标波高观测资料和中国气象局热带气旋最佳路径集中的热带气旋参数, 基于前馈型误差反向传播(Forward Feedback Back Propagation, FFBP)神经网络(Artificial Neural Network, ANN)方法, 分别建立了各浮标站的台风浪高快速计算模型。研究显示, 基于热带气旋中心坐标、中心最低气压、近中心最大风速、热带气旋中心与浮标之间的距离和方位4个参数建立的神经网络模型经反复训练后, 模型输出结果可以很好地拟合观测数据, 各浮标有效波高计算值与观测值的均方根误差小于0.3m, 平均相对误差为5.78%~7.23%, 相关系数大于0.9, 属高度相关。独立测试结果显示, “山竹”( 国际编号: 1822)影响期间有效波高最大值的神经网络模型预报结果与观测值基本吻合, 相对误差为-31.06%~0.98%, 但计算的最大值出现时间和观测情况不完全一致。该计算方法可应用于热带气旋影响期间的有效波高最大值计算, 因而在海洋工程领域和海洋预报领域具有应用前景。     

The response of the upper ocean to tropical cyclone Viyaru over the Bay of Bengal

Better forecast of tropical cyclone(TC) can help to reduce risk and enhance management. The TC forecast depends on the scientific understanding of oceanic processes, air-sea interaction and finally, the atmospheric process. The TC Viyaru is taken as an example, which is formed at the end of 11 May 2013 and sustains up to 17 May 2013 during pre-monsoon season. Argo data are used to investigate ocean response processes by comparing pre-and post-conditions of the TC. Eight oceanic parameters including the sea surface temperature(SST), the sea surface salinity(SSS), and the barrier layer thickness(BLT), the 26°C isotherm depth in the ocean(D26), the isothermal layer depth(ILD), the mixed layer depth(MLD), the tropical cyclone heat potential(TCHP) and the effective oceanic layer for cyclogenesis(EOLC) are chosen to evaluate the pre-and post-conditions of the TC along the track of Viyaru. The values of the SST, D26, BLT, TCHP and EOLC in the pre-cyclonic condition are higher than the post-cyclonic condition, while the SSS, ILD and MLD in the post-cyclonic condition are higher than the pre-cyclonic condition of the ocean due to strong cyclonic winds and subsurface upwelling. It is interesting that the strong intensity of the TC reduces less SST and vice versa. The satisfied real time Argo data is not available in the northern Bay of Bengal especially in the coastal region. A weather research and forecasting model is employed to hindcast the track of Viyaru, and the satellite data from the National Center Environmental Prediction are used to assess the hindcast.     

海气相互作用对热带气旋发生发展影响研究综述

本文回顾了近几十年来海气相互作用对热带气旋形成和发展影响的研究情况.海表温度(SST)和海洋飞沫(sea spray)蒸发对热带气旋的强度和路径有一定的影响,但影响机制和程度如何,目前还存在争议.利用中尺度海气耦合模式进行数值模拟是研究海气相互作用对热带气旋影响的一个有效方法.介绍了国内外一些中尺度海气耦合模式,旨在推动建立适合我国海域用于热带气旋模拟和预报的海气耦合模式.     

南海热带气旋纬向分布特征

根据中国气象局整编的1949~2003年台风年鉴资料,对南海热带气旋的源地、消亡地、强度、移向移速、活跃地等纬向分布的特征进行分析,旨在为南海热带气旋各纬度带的活动特征,为南海热带气旋的预报业务工作提供参考依据,并为研究工作奠定基础.     

Numerical study of sea waves created by tropical cyclone Jelawat

A numerical study of sea waves generated by tropical cyclone Jelawat is carried out using the cycle 4 version of the WAM.The model domain currently covers the latitudes 20-45 N and longitudes 115-135 E,and the model spatial resolution reaches 0.25 ×0.25.Comparison of the model results with buoy observations reveals that the model can fairly reproduce the temporal variation of observed waves.Two-dimensional comparison is also made against the satellite altimeter significant wave heights derived from TOPEX/PO...     

登陆闽南地区的热带气旋对厦门天气的影响

根据1956～1990年的热带气旋资料,对登陆闽南地区的热带气旋进行气候统计及路径分型,共分北移Ⅰ型、北移Ⅱ型和偏西型三类,文中对上述不同路经类型的热带气旋对厦门降水和大风的影响分别进行了分析。     

热带气旋在东海的活动及其灾害分析

本文根据1949～1989年热带气旋历史资料,对影响东海的热带气旋进行了统计分析,结果表明,热带气旋在东海的活动相当频繁,特别是7、8、9三个月;热带气旋逐年出现个数有明显的年际波动和季节性变化;进入东海的热带气旋大致分为七类路径,不同路径的热带气旋对东海沿岸地区造成不同程度的危害,其灾情以具体实例作了阐述。     

中尺度暖涡对热带气旋强度变化的影响及作用机制

基于两组理想化数值试验,对比研究了分布于热带气旋不同位置处的海洋中尺度暖涡所引发的热带气旋强度变化的时空特征。研究发现,热带气旋中心附近的暖涡对热带气旋强度有增强作用,而位于热带气旋外围的暖涡则会抑制热带气旋的发展。本研究将暖涡增强（减弱）热带气旋强度的区域称为内（外）区。随着时间的推移,内（外）区暖涡对热带气旋强度的增强（减弱）幅度逐渐减小（增大）,区域范围同步减小（增大）。内区暖涡增强了热带气旋的次级环流和结构对称性、增加了海气界面热通量,同时减弱了外围螺旋雨带,进而导致热带气旋强度增强;若暖涡在外区,其对热带气旋的作用相反,导致热带气旋强度减弱。由于理想化试验中热带气旋静止不动,因此研究结果可能只适用于传播速度较慢的热带气旋。本研究结果有助于更好地理解热带气旋和海洋中尺度暖涡之间的相互作用,并通过引入热带气旋外区暖涡的影响助力提高热带气旋强度预报工作。