区域增强模式数值预报系统及其性能

介绍一个新的中尺度模式业务数值预报系统，即区域增强模式数值预报系统，该系统具有较高的分辨率，并能在广州区域气象中心现有条件下进行实时业务预报。大量准业务预报试验表明，该系统对影响华南的种类主要大气过程、尤其是台风和前汛期暴雨等过程有较强的预报能力。对１９９３、１９９４、１９９５年所有影响华南的台风过程的预报检验其降水邓产分明显高于国家气象中心降水预报模式等大尺度模式的预报，同时，台风路径的预报误差     

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。     

人造台风模型及资料同化对T213L31模式台风路径预报能力的影响

利用2003年台风季节T213L31的12时10天预报分析了国家气象中心全球中期数值预报模式系统T213L31对台风路径的预报能力,并就如何改进其对台风路径的预报能力进行了探讨。结果表明,在台风季节,T213L31模式在近57%的预报中对台风路径有预报,但初始位置误差较大。没有预报的区域主要集中在13～20°N,120°E以东的台风生成较为集中的地方,而此区域恰好不存在常规观测资料。对于目前仍采用OI分析的T213L31中期预报系统,常规观测资料在此区域的匮乏是其在此台风集中生成区预报能力较弱的主要原因。为了改进T213L31对台风路径的预报能力,本文就增加常规观测、加入人造台风模型进行了数值试验。试验结果显示,有限的常规观测对T213L31对台风的预报能力有明显提高。人造台风的加入无疑会改善T213L31在无常规资料区的预报,也会改善T213L31在资料较丰富地区的短期台风路径预报能力(36小时以内预报),而对较长时效预报的影响则有好有坏。     

应用卫星云导风进行台风路径预报试验

在国家气象中心台风数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行三项预报试验．首先用卫星云导风资料厂正客观分析风场;其次将云导风资料加人到输对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场、在前两项试验的基础上进行相应的质量场调整,使之形成较协调的客观分析场和非对称的人造台风模型。试验结果表明：卫星云导风资料订正客观分析风场对台风路径预报有明显改进;用云导风形成人造台风模型非对称风场对台风路径预报也有所改进;对订正后的客观分析场进行质量场调整可进一步提高台风路径预报的精度,而对非对称人造台风模型进行质量场调整,对减小台风路径预报误差作用不明显。     

T639全球模式的台风初始化方案升级试验

由于洋面上缺少有效的台风观测资料,台风初始化对全球数值预报业务模式而言,仍然是一个悬而未决的问题。国家气象中心自从2009年将T639全球数值预报系统投入业务运行以来,应用了一套完整可行的台风初始化方案,其技术路线是在台风刚发生时的预报时刻,在背景场嵌入人造bogus涡旋;而在后续的循环滚动预报时刻,采取涡旋重定位和涡旋调整技术方案;因此,第一个预报时刻的涡旋形成技术直接影响到后续时刻的台风涡旋质量乃至预报效果。但是,人造bogus涡旋主要依据统计的经验模型建立,其结构与全球数值模式的动力学、物理学属性并不匹配。基于国家气象中心T639全球资料分析同化-预报循环系统,一套升级版的台风初始化方案被发展了起来,与业务方案的主要区别在于升级方案利用资料同化技术来形成初始涡旋而不是直接嵌入人造bogus涡旋;这在很大程度上减少了人为主观因素对台风初始结构的影响,而更多地是依靠变分资料同化来协调约束产生三维空间的涡旋环流,这样产生的涡旋环流不但与周围环境场比较协调,而且与模式的动力学、物理学属性也比较匹配。应用新方案,本文对生成于西北太平洋2011-2012年27个台风进行了数值试验,初步分析表明,新方案在实现台风初始涡旋环流结构方面有着不错的表现,相比于业务使用的方案而言,新方案台风路径平均预报误差有了不错幅度的降低,2~5 d预报平均路径误差普遍降低了3%~15%。     

在台风业务系统中使用卫星云导风资料的试验

在国家气象中心台隐数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行两项预报试验。第一项是把卫星云导风资料作为观测资料进行最优插值客观分析;第二项是将云导风资料加入到轴对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场。试验结果表明：卫星云导风资料作为观测资料进入模式后对减小台风路径预报误差效果明显;用云导风形成人造台风模型非对称风场可进一步提高台风路径预报精度。     

资料同化对2017年登陆广东沿海台风的短期降水与路径预报影响

利用华南精细数值天气预报模式,设计了无同化资料(CTRL)、同化雷达反演水汽(EXP1)以及同化雷达反演水汽、地面和探空资料(EXP2)三个试验,对2017年登陆广东沿海的四个台风降水预报与路径预报进行模拟,以评估资料同化对登陆台风短期降水预报、路径预报的影响。分析结果如下:雷达反演水汽同化后对未来24小时降水预报技巧均有正的改善,对台风路径预报影响不大;在此基础上同化地面、探空资料后对台风路径预报有改进,对降水预报改进不明显(与EXP1比)。通过诊断分析台风“玛娃”,发现模式初值场水汽的增量配合对流上升区有利于短时间内成云致雨,从而提高短时降水预报;地面及探空资料同化有利于登陆台风的短时路径预报。      

一个与卫星TBB相匹配的人造台风构造方案

在台风数值预报中需要重点考虑的问题是初值条件,特别是人造台风的构造(typhoon bogusing)在当中起着重要作用.一个新的人造台风构造方案被提出,该方案在初值中引入了较真实的台风结构,尝试利用卫星探测TBB资料来改进人造台风中对流加热的分布,确定与卫星TBB协调一致的人造台风径向环流场,这能改善风-压平衡,使得模式对强加入的人造台风更协调.     

利用T106L19进行台风路径预报试验

为能提供较长时效的台风路径数值预报,利用国家气象中心中期数值预报业务谱模式T106L19在其第一猜测场或分析场中加入人造台风模型,进行了96小时的台风路径预报试验。结果表明：由于人造台风模型的加入,使T106L19对台风路径的预报能力有较大的提高,尤其是当T106L19的第一猜测场或分析场中台风涡旋相当弱的情况下效果更明显。另外我们采取三种不同的嵌入方式在T106L19,的资料场中加入人造台风。三种方式分别是：分析前加入人造台风模型(将人造台风模型加在第一猜测场上—T106L19的6小时预报场);分析后加入人造台风模型(将人造台风模型加在分析场上);分析前及分析后两次加入人造台风模型。个例试验结果表明：从平均情况来看分析前加入人造台风模型在台风路径预报前期有较好的表现,其24小时预报距离误差为184．5km,48小时为278．1km,72小时为515．6km。结果的分析还发现：T106L19的初值化使所加入的人造台风涡旋有较大的平滑,初值化后的中心气压值一般在995hPa左右。这对于台风路径的预报会有较大的影响。     

广东阳江沿海地区海陆风观测结果及其特征分析

利用TOVS资料分析了2000年几个热带气旋的结构，发现与经典概念模型所描述的结构有一定的差异，主要表现在：（1）在水平结构上，非对称结构呈多样性，高度场的低层低值中心（或高层高值中心）与温度场的高值中心并不一定重合；（2）在垂直结构上，高度场的低层低值距平与高层高值距平的配置也呈多样性，特别是存在了、下层距平中心倾斜，或高层只是处于高压区的边缘，不存在明显的高值距平中心与热带气旋相对应。还参照TOVS中的热带气旋结构，进行了修订热带旋数值预报模式系统中人造台风模型（台风BOGUS）结构的研究，发现修订后的台风BOGUS能够更好地与环境场协调，并且能对热带气旋的路径预报取得较好的效果。这一方面说明了台风BOGUS的结构对其路径预报有较大的影响，另一方面也说明利用TOVS资料中的热带气旋结构能改善热带气旋路径预报。这也为台风BOGUS的修订和发挥提供了依据。     

台风“彩虹”(1522)近海急剧加强的特征分析

采用多种大气和海洋资料对1522号台风"彩虹"近海急剧加强的特征进行了诊断分析。结果表明大气环流形势的变化、海洋环境的维持和台风内部结构的变化都有利于台风的近海加强。具体表现为:高层南亚高压西部型转东部型和中层西太平洋副热带高压加强西伸引起的环流形势的变化,使得台风区域高层辐散增强,中低层气旋性环流增强,低层台风东侧的水汽通量增强;低层北方弱冷空气侵入台风外围区域促进辐合抬升,环境风切变的减弱及弱切变的维持有利于台风加强,这些都是有利于台风增强的环流和动力条件。台风路径海域高海表温度和海洋暖涡的存在对台风急剧增强起了重要作用。此外,由于环流变化引起的潜热加热增大,导致了双中心位涡柱的形成和高层暖心的增加,台风内部结构的变化也有利于台风的进一步加强。     

台风利奇马(1909)与台风摩羯(1814)云特征对比

利用FY-2H,Aqua,CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)和GPM(Global Preciptation Measurement)卫星产品,对比同在浙江温岭沿海登陆且路径相似的台风利奇马(1909)和...     

登陆台风与其外围暴雨的相互作用

本文对8116号登陆台风及其环境和外围暴雨区分别作了动能平衡的诊断分析,结果表明,动能制造是三个区域动能平衡的主要能源,动能水平辐散和摩擦消耗则是主要能汇。在台风登陆减弱过程中,暴雨区的动能增加。台风区上层动能水平辐散呈显著的不对称型。台风右侧次天气尺度强风带起了向暴雨区输送动能使暴雨得到发展的作用。暴雨发生后,通过暴雨区北界向环境输送动能,于是,台风辐散的动能通过暴雨区最后输送给环境。这种动能传递过程可能是台风与环境大气相互作用引起台风衰减的机制之一。     

台风暴雨的研究进展

台风灾害的主要部分往往是由台风暴雨引起的,对台风暴雨的研究有利于提高对台风天气的预报水平.过去十几年中,在远距离台风暴雨、螺旋雨带的形成理论、台风系统对中纬度地区降水的影响、暴雨分布、下垫面特征对暴雨的影响和暴雨的突然增幅等方面都取得了新的进展.我们对上述进展作了综述,并对现阶段存在的问题进行讨论.     

基于不同重现期的南沙港区台风灾害风险评估

台风是对港口威胁最大、影响最广而评估难度最高的自然灾害之一,港口台风灾损评估对于国际大港密布的中国尤其重要。利用1997—2015年的台风气象观测资料及广州市南沙港区资产分布统计数据,采用国际减灾战略评估模型,重点测算致灾因子危险性和承灾体脆弱性,评估不同重现期下南沙港区台风灾害风险的分布特征和经济灾损状况。评估结果显示,南沙港区的台风风险水平呈现出空间非均衡性,二、三期工程风险水平较一期工程更高;当遇重现期50 a以下台风时,港区经济灾损较小,一旦超过100 a一遇等级,则可形成巨灾;港区不同部位的风险水平差异明显,其中供油、通信、空箱、给水、消防的风险水平偏高;在不考虑易损性前提下,500 a一遇台风可导致经济灾损达1.404亿美元。基于PGIS法将本地风险知识应用到GIS软件中,开展多种情景下南沙港区台风灾害风险评估的方法,可移植到其他港口的各类气象灾害损失研究。      

厄尼诺与南海的台风活动

本文对厄尼诺年(赤道东太平洋SST有持续正距平)和反厄尼诺年(赤道东太平洋SST有持续负距平)南海的台风(包括进入南海的西太平洋台风和在南海生成的台风)活动进行了统计分析。结果表明,厄尼诺同南海的台风活动有明显关系:厄尼诺年平均台风数偏少,反厄尼诺年平均台风数偏多,其异常主要发生在8—11月份;在两广沿海登陆的平均台风数也是厄尼诺年偏少,反厄尼诺年偏多,其异常以10和11月最显著;在北部湾海域活动的台风多在8—9月份,也是厄尼诺年偏少,反厄尼诺年偏多。文本也对厄尼诺如何影响南海的台风活动提出了初步看法。      

中低纬度环流系统的相互作用及其暴雨特征的模拟研究

利用MM5模式分别模拟了台风、中纬度西风槽对台风远距离槽前降水的影响.试验结果表明,(1)台风的强度影响了台风东侧东南急流向中纬度槽前的水汽输送.低层水汽输送,造成中纬度暴雨区强水汽辐合和不稳定能量积聚,故槽前降雨的强度与其南方台风东侧的水汽输送有着相当密切的关系.(2)中纬度西风槽提供了有利于台风远距离降水的大尺度背景场.西风槽的存在,有利于垂直运动的发展和维持,有利于降雨的产生和发展.模拟结果表明,槽的加强和减弱将会相应地造成中纬度暴雨区的加强和减弱.     

中纬度高空槽—台风相互作用对台风“利奇马”远距离暴雨的影响

利用NCEP提供的0.25°×0.25° FNL资料和国家气象信息中心提供的高分辨率三源融合降水资料,以台风"利奇马"为研究个例,从动力和热力因素两个方面研究了中纬度高空槽与台风之间的相互作用对台风远距离暴雨的影响。研究认为中纬度高空槽—台风的相互作用是此次台风远距离暴雨的主要原因之一。在高空槽—台风的相互作用中,随着弱正PV异常从中纬度高空槽向台风区域的水平平流,台风西北部地区逐步处于高空槽前西南急流的次级环流的上升区域,而对流层深厚的暖平流恰好位于台风西北部3~5个纬距的地区,此热成风暖平流的作用增强了台风西北地区的上升运动。另外,中纬度高空槽后的干冷空气的逼近,促进了在台风西北部地区的中纬度斜压锋生,斜压锋面进一步增强了台风远距离暴雨处的动力抬升作用。同时还发现当台风与中纬度槽的距离大约是10个纬距时其相互作用最为显著。     

台风“达维”不对称结构特征分析

利用地面加密观测资料、FY-2E卫星TBB和水汽图像资料、NCEP1°×1°再分析资料综合分析了2012 年第10 号台风“达维”的不对称结构特征及成因。结果表明：台风“达维”登陆后在云系结构、降水落区、高低层风场等都表现出不对称分布,其中暴雨主要分布在台风中心北到东北侧;通过FY-2E水汽图像分析清晰地揭示了这种不对称结构的演变,台风西侧干下沉暗区切断了西南侧水汽输送,使得台风中心西侧和南侧对流云系减弱消失,而东南侧一直存在一水汽羽伸入台风环流为其提供水汽和能量。同时,强高空辐散、弱垂直风切变以及明显的上升运动,有利于台风“达维”北到东北侧对流云系的发展维持,引发强降水;高空槽带来的冷空气侵入台风环流内部,破坏了它的暖心结构,使得台风“达维”在渤海海面填塞消失。