东风急流对孟加拉湾热带气旋Nargis初始涡旋形成的影响

利用NCEP-CFSR(National Centers for Environmental Prediction Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料和WRF模式,研究了2008年4月孟加拉湾热带气旋Nargis的初始涡旋的形成过程。结果表明:受到印度洋赤道西风急流爆发及其伴随的东传MJO事件的影响,Nargis的初始扰动生成于苏门答腊岛北部地区。另外,源于中纬度地区经南海进入孟加拉湾的东风急流(4月22—25日)对Nargis初始扰动发展到热带低压起到了重要的作用。东风急流及其携带的冷空气使得孟加拉湾东部海洋向大气输送的感热通量迅速增加,低层大气的有效位能通过非绝热加热获得能量,并向总动能转化,从而近海表涡旋性环流得到增长,Nargis初始扰动向西北移动并最终发展为热带低压。数值试验结果进一步证实了东风急流对Nargis初始涡旋生成的作用,如果没有东风急流的出现,Nargis初始扰动将不能北上发展成为热带低压。     

β涡旋的垂直结构及其对热带气旋移动的影响

应用准地转斜压模式数值模拟热带气旋的移动，分析大尺度β涡旋的水平和垂直结构及其对热带气旋移动的。研究结果表明，两β涡旋之间的准均匀流（通风气流）仍然与热带气旋的运动相关。     

一种初始涡旋重定位方法及热带气旋路径数值模拟试验

采用平滑滤波和柱形滤波技术,从背景场中分离出初始涡旋环流和大尺度环境场,然后把分离出的涡旋环流进行平移和再植入到观测位置,最终得到一种初始涡旋重定位方法。针对2006—2007年7个热带气旋共23个时次,采用背景场直接加入热带气旋bogus模型和背景场进行初始涡旋重定位后加入热带气旋bogus模型2种方案,分别进行了对比模拟试验。结果表明:对背景场进行初始涡旋重定位后加入热带气旋bogus模型的方案模拟的24和48小时热带气旋路径平均误差都相对较小,初始涡旋重定位方法可以减小热带气旋模式因热带气旋初始位置偏差而引起的误差,有助于提高热带气旋模式的路径预报水平,有较好的业务应用前景。     

热带气旋生成过程的中尺度涡旋活动数值模拟

热带气旋生成过程中包含不同尺度环流及其相互作用。为此,本文将热带气旋生成数值模拟的起点提前到模拟中尺度涡旋(MCV)的生成,从而利用高分辨率数值试验结果,对热带气旋过程中的不同尺度涡旋活动进行分析。模式首先模拟了季风涡旋的东南侧增强的西南气流中出现低形变旋转性扰动,随着扰动的旋转性增强,中层出现水平尺度为200 km左右的MCV。在扰动区内的不同高度上还发现10~20 km尺度不等的中γ气旋性涡旋扰动,其中部分涡旋扰动具有热塔的特征,中γ气旋性涡旋扰动在MCV的旋转环境内不断组织化,低层气旋性涡旋扰动的分布比中层更加集中。模拟表明这些较小尺度的气旋性中尺度涡旋扰动对热带气旋的生成有重要作用。     

非绝热加热对热带气旋非对称结构影响的数值试验

利用含非绝热加热强迫的正压涡度方程。将非绝热加热作适当的参数化处理。对初始对称 热带气旋作了一系列数值试验,结果表明：不仅β项、平流项在热带气旋非对称结构的形成中有重要作用,而且非绝热加热对热带气旋的非对称结构亦有重要影响,从而验证了非绝热加热是热带气旋非对称结构形成的一种可能机制的结论。     

海洋混合层厚度对热带气旋结构和强度变化影响的数值试验

利用高分辨率大气模式WRF（Weather Research Forecast）耦合了简单的海洋混合层模式,设计了不同海洋初始混合层厚度条件下的数值试验,研究了不同混合层厚度对热带气旋（TC）结构和强度的影响。结果表明,当TC经过海洋混合层厚度较浅海域时,TC对应的海洋底层的冷水更易上翻,最冷中心区出现在TC大风中心右...     

热带气旋结构和强度变化研究进展

热带气旋结构和强度变化的物理过程和影响因子十分复杂,其登陆过程中海-陆-气三者之间的复杂作用常使其结构和强度发生突变,给热带气旋预报带来较大困难。近年来外场科学试验及数值模拟等科学方法都取得较大改进,在此基础上对热带气旋结构和强度研究取得了新的进展,如热带气旋强度突变及不同下垫面对热带气旋强度变化的影响等。但对热带气旋非对称结构对其强度的影响及热带气旋内部结构变化与其强度之间的联系等问题的研究仍不全面。本文通过查阅国内外相关研究文献,从环境气流、下垫面及内部结构3个主要方面,总结影响热带气旋结构和强度变化的主要因子,以期为改进热带气旋结构和强度的预报方法提供有意义的理论依据。     

季风涡旋对热带气旋生成影响的理想试验研究

利用新一代非静力平衡中尺度数值模式WRF_ARW（3.3.1版本）模拟季风涡旋中热带气旋生成的过程,从动力和热力作用两方面分析大尺度季风涡旋对热带气旋生成的影响。结果表明:从动力学角度来看,能提供较大环境场涡度的季风涡旋不利于扰动涡旋快速发展成热带气旋。初始阶段,由于季风涡旋尺度大,垂直涡度径向梯度弱。而垂直涡度径向梯度的强弱可以通过“涡度隔离”效应影响对流单体向涡旋中心的聚集合并过程。随着扰动的组织化,径向入流对涡度的平流作用越来越重要。对流单体相对最大风速半径的位置对热带气旋生成作用明显,当其集中在最大风速半径附近时涡旋容易快速发展。此外,环境场相对涡度与热带气旋的尺度存在显著正相关。初始尺度大的涡旋最终具有较大的外围尺度,其涡度的分布范围也更广。从热力学角度来说,较大的环境场相对湿度有利于热带气旋的生成。虽然较大的环境场湿度能够诱发较强的外围对流,但同时也会使最大风速半径以内存在丰富的对流,后者能够提供充分的内区非绝热加热,降低中心气压,促进涡旋发展。      

热带气旋路径趋势数值预报的试验研究

给出了一个嵌套于欧洲中期天气预报中心全球谱模式中的套网格模式,用于预报热带气旋路径趋势,提出了一种以欧洲中期天气预报中心提供的时距为24小时的预报场为基础的“接力预报”方法;设计了五种不同的“接力预报”方案;并对8507号和8509号两个热带气旋就各种不同预报方案进行了数值预报试验。结果表明,本模式对热带气旋路径趋势具有较强的预报能力,对疑难路径也具有一定的预报能力,为开展热带气旋的路径趋势预报提供了一个新的途径。文中还对影响热带气旋路径趋势的一些主要因子结合各预报结果进行了分析,为模式尽早投入业务提供了一定的依据。     

云辐射强迫效应对热带气旋发展和结构的影响

利用高分辨率中尺度WRF-ARW模式,进行云辐射强迫效应对热带气旋(Tropical Cyclone,TC)发展和结构影响的敏感性试验研究。结果表明,云辐射强迫效应主要通过改变TC云区的辐射分布影响对流活动,进而影响TC的发展和结构。在TC发展阶段,TC内区对流云区云顶的强烈辐射冷却作用和云层内部的辐射增温过程降低了TC中上层的静力稳定度,中下层的变化相对不明显。总体上考虑云辐射效应的试验更易激发出更多更强的对流活动,有利于TC的发展及TC尺度的增大。鉴于云辐射强迫对TC的影响,在TC数值预报中需要更加重视云辐射强迫效应。     

Sensitivity of tropical cyclone intensification to inner-core structure

In this study, the dependence of tropical cyclone (TC) development on the inner-core structure of the parent vortex is examined using a pair of idealized numerical simulations. It is found that the radial profile of inner-core relative vorticity may have a great impact on its subsequent development. For a system with a larger inner-core relative vorticity/inertial stability, the conversion ratio of the diabatic heating to kinetic energy is greater. Furthermore, the behavior of the convective vorticity eddies is likely modulated by the system-scale circulation. For a parent vortex with a relatively higher inner-core vorticity and larger negative radial vorticity gradient, convective eddy formation and radially inward propagation is promoted through vorticity segregation. This provides a greater potential for these small-scale convective cells to self-organize into a mesoscale inner-core structure in the TC. In turn, convectively induced diabatic heating that is close to the center, along with higher inertial stability, efficiently enhances system-scale secondary circulation. This study provides a solid basis for further research into how the initial structure of a TC influences storm dynamics and thermodynamics.     

Sensitivity of the warm core of tropical cyclones to solar radiation

To investigate the impacts of solar radiation on tropical cyclone (TC) warm-core structure (i.e., the magnitude and height), a pair of idealized simulations are conducted by specifying different strengths of solar shortwave radiation. It is found that the TC warm core is highly sensitive to the shortwave radiative effect. For the nighttime storm, a tendency for a more intense warm core is found, with an elevated height compared to its daytime counterpart. As pointed out by previous studies, the radiative cooling during nighttime destabilizes the local and large-scale environment and thus promotes deep moist convection, which enhances the TC's intensity. Due to the different inertial stabilities, the diabatic heating in the eyewall will force different secondary circulations. For a strong TC with a deeper vertical structure, this promotes a thin upper-level inflow layer. This inflow carries the lower stratospheric air with high potential temperature and descends adiabatically in the eye, resulting in significant upper-level warming. The Sawyer-Eliassen diagnosis further confirms that the height of the maximum temperature anomaly is likely attributable to the balance among the forced secondary circulations.     

福建省热带气旋暴雨突然增幅特征分析

利用2007—2013年福建省区域自动站和基本气象站小时降水观测资料,确定精细时空尺度上热带气旋暴雨突然增幅的阈值标准,分析暴雨突然增幅的时空分布特征及其与同期热带气旋之间的关系。结果表明:满足1 h、3 h和6 h暴雨突然增幅的热带气旋个例数随时间分辨率的降低而明显减少;3 h突增个例数主要出现在6—10月,且个例数和突增次数年分布总体呈上升趋势,突增次数日变化呈现"三峰型",高值区位于17—20时;暴雨突然增幅的热带气旋大多数在福建中南部沿海登陆,且不同的热带气旋中,强度较弱时发生突增次数较多,极值最大;暴雨突然增幅大多数发生在热带气旋登陆后24 h、距中心400 km内、西南方向,与登陆路径有关。对比分析了热带气旋登陆福建前后暴雨突然增幅的特征,发现登陆中部的热带气旋个数最多、暴雨突增次数也最多;热带气旋登陆后暴雨突增次数明显比登陆前多。     

Determination of the effect of initial inner-core structure on tropical cyclone intensification and track on a beta plane

The sensitivity of TC intensification and track to the initial inner-core structure on a β plane is investigated using a numerical model. The results show that the vortex with large inner-core winds(CVEX-EXP) experiences an earlier intensification than that with small inner-core winds(CCAVE-EXP), but they have nearly the same intensification rate after spin-up. In the early stage, the convective cells associated with surface heat flux are mainly confined within the inner-core region in CVEXEXP, whereas the vortex in CCAVE-EXP exhibits a considerably asymmetric structure with most of the convective vortices being initiated to the northeast in the outer-core region due to the β effect. The large inner-core inertial stability in CVEX-EXP can prompt a high efficiency in the conversion from convective heating to kinetic energy. In addition, much stronger straining deformation and PBL imbalance in the inner-core region outside the primary eyewall ensue during the initial development stage in CVEX-EXP than in CCAVE-EXP, which is conducive to the rapid axisymmetrization and early intensification in CVEX-EXP. The TC track in CVEX-EXP sustains a northwestward displacement throughout the integration, whereas the TC in CCAVE-EXP undergoes a northeastward recurvature when the asymmetric structure is dominant. Due to the enhanced asymmetric convection to the northeast of the TC center in CCAVE-EXP, a pair of secondary gyres embedded within the large-scale primary β gyres forms, which modulates the ventilation flow and thus steers the TC to move northeastward.     

Impacts of the diurnal cycle of radiation on tropical cyclone intensification and structure

To investigate the impacts of the diurnal cycle on tropical cyclones （TCs）,a set of idealized simulations were conducted by specifying different radiation （i.e.,nighttime-only,daytime-only,full diurnal cycle）.It was found that,for an initially weak storm,it developed faster during nighttime than daytime.The impacts of radiation were not only on TC intensification,but also on TC structure and size.The nighttime storm tended to have a larger size than its daytime counterparts.During nighttime,the radiative cooling steepened the lapse rate and thus reduced the static stability in cloudy regions,enhancing convection.Diabatic heating associated with outer convection induced boundary layer inflows,which led to outward expansion of tangential winds and thus increased the storm size.     

东风和西风切变环境下西北太平洋热带气旋快速增强特征的对比

利用1980-2009年美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)整编的热带气旋(tropical cyclone,TC)最佳路径资料,定义西北太平洋TC 24 h强度变化达到总体样本96%累积概率的变化值,即35 kn作为TC快速增强的阈值。根据NCEP/NCAR资料将200~850 hPa之间 TC所处的环境纬向风切变(wind shear,WS)划分为东风切变(east wind shear,EWS)和西风切变(west wind shear,WWS)。对比了EWS和WWS环境下快速增强热带气旋(rapid intensification tropical cyclones,RITC)的统计和大尺度环境合成场特征,结果表明,近70%的TC快速增强发生在东风切变环境下。TC快速增强概率最高的月份在9月,初始强度区间为[65,75) kn。大的EWS下,850 hPa有来自南海地区的西南气流为RITC输送充沛水汽,500 hPa、200 hPa高压势力强但脊线位置偏北,RITC流出层温度低于-79 ℃,垂直结构上底层的辐合与高层的辐散也相对较强。大WWS下,850 hPa的水汽主要为来自西北太平洋的东南气流,500 hPa副热带高压断裂为几个分散的中心,200 hPa辐散相对较弱,RITC合成位置位于副热带高压西北侧的西风气流,流出层温度约-76 ℃。     

我国热带气旋研究十年进展

利用中国气象局上海台风研究所（CMA-STI）1949-2015年热带气旋（TC）最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料,对西北太平洋（含南海海域）1949-2015年TC快速增强（RI）集中区位置变化和影响因素等进行统计分析。结果表明：（1）RI的发生频数及伴有RI发生的TC频数均呈减少趋势,RI持续时间占TC生命史的比例及伴有RI发生的TC占TC总频数的比例呈震荡减小趋势。（2）RI集中区北界南移、南界北移,总体收缩南移,东界西移、西界东移,总体收缩西移。（3）西北太平洋环境风垂直切变（VWS）的弱切变区向西向南的气候漂移和海表面温度正距平区域的向南扩展是导致发生RI的TC最北纬度显著向南漂移的可能原因,发生RI的TC最南纬度向北的漂移则可能与高海表面温度（SST）向北扩展密切相关。（4）RI集中区的200 hPa高空辐散变强、850 hPa水汽输送加强等有利环境场条件的叠加,也对RI集中区的气候漂移有重要影响。

     

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。