台风影响上下海近海风场特性的数值模拟分析

选择近年来影响上海最严重的不同路径台风个例,首先利用TAPM数值模式对出现最大风速过程期间,海岸线的风速变化作了数值模拟计算,然后与海岸测风梯度塔的同步观测数据进行对比,在验证了模式计算结果的准确性和可靠性基础上,对台风影响下上海近海区域最大风速的分布特征、不同高度风速变化规律进行分析评估.同时采用海上测风平台的观测数据,对近海海面上的湍流强度作了计算.结果表明:当台风影响上海地区时,上海近海海上的最大风速有较明显的梯度变化;海面上风速随高度变化远比陆上小,各高度层风速如用指数律公式计算,幂指数可取O.09-0.10;海面上的湍流强度亦较小,基本上在0.10以下范围内波动.     

台风"云娜"(2004)近海加强的数值模拟研究

本文利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2004年14号台风RANANIM("云娜")在登陆前近海加强及登陆初期的过程进行了54 h模拟,并加入人造台风优化初始场。结果表明:MM5能比较好地模拟出台风近海及登陆初期的移动路径及台风中心气压的变化。利用数值模拟结果,讨论了RANANIM(2004)台风在近海加强过程中的环流、动力和热力结构特征。发现在台风RANANIM近海加强的过程中对应有高空200 hPa净辐散场的存在,台风中心气压随净辐散值的增大而降低,反之亦然。净辐散值的减小对台风中心气压的快速升高有着预示的作用;垂直环流在强度和空间分布上发生了明显的变化。台风加强后,台风中心上方出现了明显的补偿性下沉气流;对流层低层存在明显的冷暖空气堆积,且当冷暖空气强度相当时有利于台风的增强;台风中心上方的正涡度柱逐渐发展为东西不对称分布,垂直方向上伸展高度保持不变或升高,而且在量值上也要更大。     

台风“莫拉菲”登陆期间深圳排牙山周边风场结构的数值模拟研究

以计算流体力学软件FLUENT为工具,模拟台风“莫拉菲”登陆期间深圳大鹏半岛排牙山周边的风场三维结构。通过研究得到了强风条件下山地风场的概念模型,并得到以下结论:(1) FLUENT可较合理地模拟出强风条件下复杂地形的三维风场结构,描述山体对于风场和湍流场的影响;(2) 山体的动力学效应可使高大山体迎风侧和山顶之上的局地风速加大;(3) 高大山体背风侧为弱风区、风速强切变区和强湍流区。      

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。     

国家气象中心台风数值模式的改进及其应用试验

在国家气象中心台风数值模式中进行了扩大预报区域,两次嵌入人造台风模型和模式网格初始移动3个方案试验。试验结果表明：3个方案对台风路径预报效果都有所改进。该文还介绍了应用国家气象中心台风数值模式进行台风中心强度预报的进展。     

超强台风“威马逊”近海急剧加强特征及诊断分析

利用NCEP/NCAR提供的全球客观分析资料对1409号超强台风“威马逊”近海急剧加强的特征进行了诊断分析。结果表明：南海较高的海表温度、中低层丰富的水汽净流入为“威马逊”增强提供了有利的能量条件;维持近22 h对流层深层、高层及低层介于0~4 m/s弱环境风垂直切变是“威马逊”两次以超强台风登陆的必要条件;台风中心附近对流层高层强烈辐散、中低层正涡度值的增大和正涡度柱向对流层上层的伸展导致“威马逊”急剧增强;“威马逊”台风急剧增强具有一定前兆性,急剧增强与环境风垂直切变及对流层中低层涡度值的响应时间分别为12 h和9 h。     

台风莫拉克 (0908) 影响期间近地层风特性

通过对台风莫拉克 (0908) 影响范围内的33座测风塔观测资料的分析可知:台风莫拉克越靠近陆地,风场的非对称性越明显,其行进方向的左侧测风塔风向呈逆时针旋转,右侧测风塔风向顺时针旋转。在远离台风莫拉克的地方风向稳定,湍流强度变化较平稳;在台风莫拉克登陆点附近,风向、风速和湍流强度均会出现突变。台风莫拉克影响期间,湍流强度与风速的关系未出现IEC标准曲线那样随风速增大稳定减小,其I₁₅达B级和A级及以上的平均湍流强度会在风速7~17 m·s-1形成一个峰值;无论南风或北风,风速越大,各层湍流强度差异趋于减小,同等风速、高度的湍流强度偏南大风均大于偏北大风。位于台风莫拉克登陆点北侧测风塔湍流强度随风速的增加先减小后增大,最终各高度全部超过IEC标准A级曲线,而位于南侧测风塔湍流强度随风速的变化比北侧小,并随风速增大趋于标准A级曲线;另外北侧测风塔湍流强度大于南侧,且各高度偏北大风湍流强度之间的差异比南侧相应风向明显,表明北侧垂直方向的扰动更强。台风莫拉克阵风系数为1.2~1.7,其随高度变化与地形有关,一般情况下随高度升高而减小,在复杂地形条件下不符合随高度升高减小的规律。     

对台风“麦莎”风暴潮过程的数值模拟

利用NCEP再分析资料和中尺度天气数值预报模式MM5/V3.7,模拟2005年8月8日第9号台风“麦莎”减弱的热带风暴造成渤海风暴潮的天气过程,得出与风暴潮发生相关的气象要素预报场,即风场和气压场;将其输入HAMSOM海洋模式模拟出本次渤海风暴潮过程增水的格点场。选用塘沽、京唐港2个验潮站的实际增水与HAMSOM模拟的增水进行比较、分析。结果表明：①用大气与海洋模式结合的方法客观定量地计算风暴增水是可行的,HAMSOM能够模拟台风风暴潮的增水过程。②本次过程中,HAMSOM对渤海西部（120°E以西）的增水模拟得比较好,对渤海东部增水的模拟与实况差距较大。③HAMSOM对塘沽增水高峰时段（8日12：00～20：00）及京唐港整个过程增水的模拟都很接近实况,绝对误差均在15cm以内,对本次风暴潮的预报有很好的参考作用。④HAMSOM对塘沽和京唐港2站的最大增水模拟的精度都较高,出现时间也与实况基本同步。     

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。     

台风登陆过程中南海近海阵风因子特征

阵风预报对于输电铁塔线路设计、风力发电、建筑和桥梁设计以及航空气象安全等至关重要。目前,基于不同观测资料和计算方法,学者们给出了不同的阵风或阵风因子参数化公式,没有公认的一致结果。利用中国气象局南海(博贺)海洋气象科学试验基地离岸4.5 km和6.5 km的两个海洋气象观测塔在2008—2018年七个台风期间观测的10 Hz高频湍流脉动数据,分析了观测高度、平均时间、下垫面特征和大气稳定度对阵风因子计算结果的影响,研究了近海海上台风过程中阵风因子与平均风速和湍流特征参数的关系。不同于以往研究给出阵风因子是常数,给出了阵风因子随10 m风速变化的计算公式,为阵风预报及相关防灾减灾提供参考依据。     

台风大风预报研究回顾

大风是台风引发的三大灾害之一,考虑到现有的台风大风研究相对较少、预报经验也比较不足,因此对其预报方法进行回顾总结具有十分重要的意义。从经验预报、统计预报、数值模式预报及数值预报产品释用等4个方向梳理了台风大风预报技术的研究与应用现状:天气图、卫星云图和雷达图是经验预报中非常重要的工具;统计预报根据方法的不同可细分为回归预报、客观相似预报和气候持续性预报;数值模式预报方面,国内外多家机构都研发了相应的台风大风预报产品;数值预报产品的释用目前则包含了动力释用、统计释用和人工智能释用。同时总结了上述4类预报方法各自的优势和不足。最后,讨论了未来研究与实际业务中进一步提高台风大风预报能力的可能发展方向。     

近海台风影响下陕北两次区域性暴雨对比分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图及雷达资料,对近海台风影响下,发生时段及降水落区均相似的陕北两次区域性暴雨个例(2014年7月8—9日(简称"7·8"过程)及2013年7月11—12日(简称"7·11"过程))进行对比分析,结果表明:"7·8"过程是东北路冷空气、高原槽和台风"浣熊"外围偏东气流共同作用产生,"7·11"过程是高原槽引导西路冷空气与西南暖湿气流共同作用产生;近海台风为"7·8"过程提供了水汽和能量,对"7·11"过程无直接作用;"7·8"过程降水云团为冷锋云系中的5~6个β尺度的对流云团,而"7·11"过程为副高外围中-β尺度的对流云团;两次强降水时段雷达回波均呈现以积状云为主的混合型降水回波;暴雨发生时,两次过程低层冷平流均减弱,850hPa东北风起到了冷垫作用,暖湿气流被弱冷空气强迫抬升,相对湿度大于90%的区域由中层迅速增加到对流层整层;湿涵密集带对暴雨落区有较好的指示意义。     

台风最大风速增强的数值研究

用一个高分辨率的正压模式，实施了8组时间积分为36h的试验，分析了中尺度涡旋和台风涡旋的相互作用及其对台风强度变化的影响，讨论了初始中尺度涡旋空间尺度大小与台风强度变化之间的联系。结果表明：在一定的合理的参数条件下，这种相互作用可以使台风切向风速量大值增加，显示出台风增强的现象。     

GRAPES模式中地面通量在一次台风数值模拟中的敏感性试验研究

在中尺度天气数值预报模式（GRAPES）的边界层方案（MRF）中,地面通量的计算与模式分层有直接关系,可能引起计算结果的不准确。在模式中引入Beljaars方案,通过比较分析模拟的台风地表特征量及形势场和风场表明,引入的方案对台风强度和路径的预报效果都起到改善作用。对台风“巨爵”个例的模拟表明,引入Beljaars方案之后,其地表的潜热、感热通量均明显增强,摩擦速度最大值增大,说明地表向上传输的热通量、水汽通量、动量通量均增强,这都有利于台风的发展和加强,因此模拟的台风路径和强度也更接近实况;从台风结构来看,方案二模拟的台风倾斜垂直结构没有方案一的明显,暖心结构有所加强;从风场分析来看,台风眼区的风速低值中心可延伸到500 hPa的高度上,明显高于方案一。      

台风Winnie(1997)影响下海浪的数值模拟研究

采用多重嵌套中尺度大气数值模式提供的风场,在考虑了波-流相互作用等主要物理过程的基础上,应用最新版本的第三代海浪模式SWAN对Winnie（1997）引起的台风浪进行了模拟,将模拟的有效波高与TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星高度计资料作了详细的对比分析,并分析了台风浪要素的分布特征。结果表明,SWAN在模拟较大尺度的海区时也能得到较好的模拟效果,能较好地再现海浪的发展过程和合理地反映台风浪的分布。     

台湾地形对海棠台风影响的数值模拟研究

应用美国国家大气研究中心(NCAR)研发的WRF(Weather Research and Forecasting)气象模式,研究海棠台风(2005)接近并登陆台湾岛的过程中的强度、结构的演变,以及地形强迫作用对台风的影响.对模拟结果的评估表明,在整个海棠台风(2005)模拟实验期间,WRF模式很好地抓住了台风海棠强风,低中心气压的高强度特征.对引起台风降水的中尺度系统的分析表明,一方面台风环流与中央山脉地形共同作用激发出垂直次级环流在降水区域产生强烈的上升运动;另一方面,水平风场源源不断给该地区输送暖湿空气,为对流发展提供充足的水汽.分析结果表明中央山脉地形与台风环流场之间的配置形势对台风降水有着重要的影响.     

南海台风Vongfong(2002)登陆前后内核结构和近海加强原因的数值模拟研究

利用6 km细网格区域的显式模拟结果分析了Vongfong(2002)的内核结构;对Vongfong近海加强的动力学机制进行了研究.结果表明:(1) 轴对称性结构中,Vongfong最大风速半径(RMW)在强盛期随高度递减.Vongfong在近海时,低层最强的流入在其移行的前方,而流出区在其后方.这些特征与大西洋飓风和西太平洋台风相反.(2) 动力场和热力场都有明显的不对称结构.在强盛期,对流西北强、东南弱;强对流云带与最大风速区的位置一致.在加强期,低层西冷东暖、中高层西暖东冷;到强盛期,低层和中高层都有明显的暖心结构.(3) 中纬度中上层冷低压系统和台风的相互作用是Vongfong近海加强的重要原因.①由于冷低压系统外围的冷空气从西北侧进入台风的中层,低层有暖湿空气配合,使得位势不稳定能量增加,对流发展.②因为冷低压中心的下沉气流正是二级环流的下沉支,冷低压南移填塞,台风近海加强.两个方面最终通过CISK(第二类条件不稳定)机制来实现.     

台湾附近地形对台风影响的数值模拟

利用ＴＣＭ－９０资料分析并用数值方法成功地模拟了９０１７号台风经过台湾时发生复杂变化的过程，包括环流场副中心和高度场副中心形成及与其主中心的合并过程，环流中心合并时路径跳跃过程，台湾西侧低压中心异常北移过程，台湾海峡低层急流变化过程以及上下层高度中心与环流中心明显偏离的现象，并详细分析了模拟中每隔３小时的演变过程，给出了台风经过台湾前后的结构及详细的路径变化，这种详细的演变图像不可能从间隔６小时的     

干冷空气活动对超强台风“桑美”(2006)近海突然增强影响的数值模拟研究

利用中尺度模式WRF V2.2对超强台风“桑美”(2006)进行数值模拟,在模式较好地模拟出台风路径和强度及其近海突然增强过程基础上,分析在“桑美”近海突然增强过程中,环境场中的干冷空气在湿度场和温度场上的表现特征以及对近海台风突然增强的作用及其可能机制。结果表明:“桑美”在近海突然增强与环境场中干冷空气活动密切相关,高时空分辨率的FY-2C气象卫星水汽图像可以形象地揭示出台风发展演变过程中干冷空气的发展演变特征,干冷空气在高层的范围和强度明显强于中层。随着“桑美”西北侧的干冷空气不断靠近台风环流,台风在近海发展加强;而随着“桑美”西南侧干冷空气逐渐逆时针卷入台风环流,台风开始减弱。干冷空气沿着等熵面由高层向中层、由高纬向中低纬入侵,在“桑美”北上时,两者发生相互作用,“上干下湿”的层结分布,有利于台风增强。干冷空气与沿西北向移动的暖湿台风环流系统发生相互作用,干冷空气及其穿越等熵面的下沉运动所产生的冷平流效应有利于台风发展;干冷空气随着等熵面高度的下降出现明显西倾,有利于台风发展。      

用数值预报释用方法做近海及登陆热带气旋强度预报

这是一个对GFS数值预报产品进行解释应用的方法.将支持向量机(SVM)回归方法应用于近海和登陆热带气旋(TC)的强度预报.从其本身强度,影响范围内气象因子情况,地形因子等三个方面,设计相关因子,建立预报模式,用来预报12、24、36、48、60和72 h的TC强度.总体上模式强度预报结果与中央气象台的预报结果相近,优于气候持续法的预报;趋势预报优势明显,可高出7～12个百分点.表明可以成为台风强度预报的另一个工具,投入业务应用.