台风登陆前后异常变化的研究进展

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目——“台风登陆前后异常变化及机理研究”经过5年（2009—2013年）的研究完成研究任务。项目系统性地开展了16个台风的外场观测试验,在浅水区的海气拖曳系数、边界层高度变化等方面获得新的观测结果;发展了针对登陆台风的多源资料融合方法,例如台风雷达风场反演和同化技术取得进展;揭示了不同尺度系统活动导致台风路径突变、登陆台风复苏、双眼壁的形成等的物理机制;改进了涡旋初始化和积云对流参数化技术,提出了新的云辐射参数化方案,建立了台风海-陆-气耦合模式,台风数值预报关键技术的研发取得明显进展,文中介绍该项目所取得的代表性成果,对台风登陆前后异常变化的科学问题及研究进展进行综述。     

我国登陆台风引起的大风分布特征的初步分析

用1949～2001年我国台风大风实测纪录对此期间台风引起的大风进行研究,具体分析了台风引起的6级及以上、8级及以上大风的频数,和大风风速的平均值、极端最大值的分布特征,并对台风登陆的地段、季节对上述要素的影响和台风登陆前、后上述要素的变化做了进一步分析.结果表明:在引起我国境内大风天气的台风中,有62%在我国登陆;而登陆我国的台风中,有89%会引起大风过程.台风引起的我国境内大风主要出现在东南沿海,等频数线几乎与海岸线平行,向内陆急剧减小,在杭州湾以北地区较少出现8级以上的台风大风,而极端最大风速与大风频数有类似的分布;在华南登陆的台风引起的大风频数明显高于华东和华北,华东又高于华北,引起的大风风速的大值区与登陆地段较为一致;登陆台风在4～8月间逐渐增多,引起的大风范围逐步向北推进,在9～11月间登陆台风逐渐减少,大风范围逐步往南消退;台风登陆前引起的大风主要集中在沿海地带,登陆后台风大风出现范围明显扩大.     

登陆台风及其暴雨的研究进展

登陆台风及其暴雨的研究取得的进展主要包括登陆台风的结构和强度变化、路径突变、变性过程及其暴雨和大风。     

台风蒲公英两次登陆过程的强度变化分析

主要通过台风蒲公英来研究台风登陆时的强度变化问题。首先利用雷达回波资料分析了台风蒲公英在台湾和浙江两次登陆过程的结构变化,发现第一次登陆后,结构明显变得松散,第二次登陆后,气旋的结构反而变得更有组织性、更紧密。并用浙江省地面自动气象站资料来分析雨带分布、地面涡度分布的变化情况,进一步证实“蒲公英”在浙江登陆后强度确实有所加强。最后用NCEPT再分析资料对比分析了“蒲公英”在两次登陆时的水汽和斜压能量等条件,发现第二次登陆时环境条件明显要好。因此认为台风蒲公英在浙江登陆后强度维持的原因主要是水汽的输送,北面冷空气的入侵等。     

登陆台风Matsa维持机理的数值研究

使用新一代中尺度WRF模式对2005年台风Matsa(麦莎)登陆后的变化特征进行了数值模拟;对其登陆后强度持续维持的机理作了初步探讨;对登陆后涡动动能收支作了诊断分析。台风"麦莎"登陆后长久维持与以下因素密切相关。(1)持续的水汽输送通道。"麦莎"登陆后两条持续维持的水汽输送通道将暖湿空气源源不断地送入台风,为"麦莎"的维持提供了潜热能。(2)增强的高层辐散风场。200 hPa附近的辐散风场随着时间的增加而增强,所产生的"抽吸"作用和"减压"作用,对"麦莎"环流和强度的维持起到了重要的作用。(3)长久剧烈的上升运动。"麦莎"登陆后一直保持着剧烈的上升运动,强烈的上升运动把低层的暖湿空气向上输送,为"麦莎"的维持提供热能和动能。(4)活跃的中尺度扰动。"麦莎"的螺旋云带中活跃着中尺度对流系统,它们在低层所产生的较强辐合作用对"麦莎"气旋式环流的维持起到了正反馈作用。(5)涡动动能收支的诊断分析表明,"麦莎"登陆后,地形等摩擦作用和水平输送使其能量耗损,垂直通量散度项使其能量增加,平均动能与涡动动能之间的转换项是涡动动能收支中的相对小项;但随着时间的增加摩擦动能耗散作用逐渐减小,"麦莎"从中高层环境中获得了能量,涡动动能的增加从高层开始逐渐向中低层传播。     

环境风垂直切变与登陆台风强度变化关系的统计分析

为了了解环境风垂直切变在登陆台风强度突变下所起的作用,利用1990-2004年登陆中国的111个台风的强度、登陆位置以及NCEP/NCAR每日4次等压面风场等资料,分析了风速垂直切变对台风登陆过程中强度变化的影响.结果表明,与海盆中相比,环境风垂直切变与登陆台风强度的线性相关性减小,滞后的时间长度减短;环境风垂直切变与滞后6～18 h的台风强度有不可忽视的相关性,与滞后6 h的台风强度相关最佳,相关系数为0.215;对于显著增强的登陆台风,其所处的环境风垂直切变不太大,平均在9 m·s-1以下,反之当环境风垂直切变在9 m·s-1以上时,登陆台风的强度也有可能显著减弱;与在华南登陆的台风相比,在华东登陆的台风其减弱型样本相对更多,其强度受风速垂直切变影响衰减得更快.     

华东地区登陆台风降水变化的初步研究

利用华东地区129站1954—2004年逐日降水量资料,用降水客观分离的方法及其改进方案对登陆该地区的台风降水（tropical cyclone precipitation;TCP）进行分离;再用方差分析、气候趋势系数和线性回归等方法,分析TCP的气候特征,并与总降水的相应特征比较。结果表明：华东地区登陆台风降水量空间分布不均匀,福建东南沿海地区最大,具有向西北方向递减的趋势,这种趋势与地形等因素有关;TCP的年际变化明显,9 a和15 a周期显著;TCP年代际变化表现为20世纪50年代最多,70年代前开始减少,比华北地区台风降水减少出现的时间提早10 a;TCP与总降水两者的时间演变特点差异较大。     

浙江沿海登陆台风结构特性的多普勒雷达资料分析

利用浙江省新一代多普勒雷达组网资料,选取在浙江东南沿海近乎同一地点登陆的3个台风进行研究。从登陆前6 h到登陆后7 h,对比分析3个台风在登陆前后的雷达回波和降水结构时空变化特征。利用单多普勒雷达四维变分风场反演技术,对温州多普勒雷达探测资料进行了风场反演。结合利用雷达回波强度资料,对3个台风登陆前后1 h在云岩、昌禅等地造成特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明,台风强度与其螺旋云带中的对流单体密切相关。台风强度愈强,其中低层环状平均回波强度就愈强,对流活动也就愈旺盛,降水强度也愈大。台风登陆前,回波(雨带)从眼墙向外围传播。台风登陆后,随着台风外围回波(雨带)明显减弱,台风眼墙回波(雨带)则明显增强,台风眼区逐渐被强回波所取代,使台风登陆后眼墙的平均雨强比登陆前增大。台风登陆后1 h,由于低(高)层水平辐合(散)增强,强对流回波中倾斜的上升(下沉)气流明显增大,使对流运动更加活跃,造成登陆后1 h的降雨量显著增强。台风强度与登陆后1 h降雨量的增强幅度成正比。台风强度越强,垂直风切变就越大,垂直切变风速大值区与最大降雨区有较好的对应关系。台风登陆后1 h,垂直切变风速的明显增加对登陆台风螺旋雨带中的中小尺度对流的加强和维持起到了非常重要的作用。     

一种可用于登陆台风定量降水估计(QPE)方法的初步建立

借鉴Adler-Negri[1]、Goldenberg等[2]及李俊等[3]的工作,通过对三者工作的有机结合及完善,针对登陆台风GMS-5 IR1TBB特征及逐时观测雨量强度及水平分布特点,初步建立一种可用于登陆台风的定量降水估计(QPE)方法,并结合0104号登陆台风“尤特”个例,从各站点逐时雨量、过程雨量以及区域面雨量角度,分析检验了初步建立的云估计降水方法的定量估计能力。结果表明:(1)所建QPE方法可以反映出登陆台风逐时降水的水平分布不均匀性,可以分离出对流降水和层云降水,但对大于15.0 mm/h的降水强度估计能力有限。(2)51.7%的站点过程雨量相对误差小于20%,过程雨量相对误差小于40%的站点数占总站点数的75.9%,表明所建QPE方法对过程雨量的估计能力还是相当强的,这也间接反映了其对逐时雨量较强的估计能力。(3)所建QPE方法对逐时面雨量也具有一定的估计能力,可以为抗旱、防洪决策服务提供一定的参考。     

台风在我国登陆地点的年际变化及其与夏季东亚/太平洋型遥相关的关系

本文利用1979～2007年日本气象厅JRA-25风场和高度场再分析资料和美国JTWC热带气旋的观测资料分析了7～9月份西北太平洋台风和热带气旋 (TC) 在我国登陆地点的年际变化及其与北半球夏季大气环流异常的东亚/太平洋型 (即EAP型) 遥相关的关系, 特别是分析了7～9月份在厦门以北登陆台风和TC数量的年际变化与夏季 (6～8月) EAP指数的相关。分析结果表明: 当夏季 (6～8月) EAP指数为高指数时, 则7～9月份在东亚和西北太平洋上空500 hPa高度场异常将出现 “－, +, －” EAP型遥相关的波列分布, 这时西太平洋副热带高压的位置偏北、 偏东。在这种情况下, 西北太平洋上较多的台风和TC的移动路径偏北, 这引起了7～9月份在我国厦门以北沿海登陆的台风和TC数量偏多。反之, 当夏季 (6～8月) EAP指数为低指数时, 在东亚和西北太平洋上空500 hPa高度场异常为 “+, －, +” 的 EAP型遥相关的波列分布, 这时西太平洋副热带高压的位置偏南、 偏西。在这种情况下, 西北太平洋上较多的台风和TC移动路径偏南, 这引起了7～9月份在我国厦门以北沿海登陆的台风和TC数量偏少, 较多的台风和TC在厦门以南的华南沿海登陆。     

近31年登陆北上台风特征及其成因分析

为探讨对我国产生严重影响的登陆北上台风的成因,利用1975—2005年台风资料及NCEP／NCAR逐日再分析等资料,分析了登陆北上台风的气候特征及其大尺度环流和物理量分布特征。结果发现,不仅西北太平洋副热带高压位置和强度变化对台风登陆北上起决定性作用,而且西风带系统和南亚高压活动有利于台风登陆后北折和持续北上也有不可忽视的影响。总结归纳台风登陆北上的预报着眼点,希望有助于提高此类台风的预报预警能力。     

两个登陆粤西台风对深圳影响的比较分析

比照路径相似台风的降雨制作台风降雨预报是台风业务预报的常规方法之一。但0307号台风伊布都和0312号台风科罗旺的路径虽然极为相似,降雨强度却有明显差异。分析显示：0307号台风伊布都在西进过程中,副热带高压持续控制江南、华南大部至南海地区并不断加强西伸,东风急流减弱和口。值较小不利于台风降水云系的发展;而0312号台风科罗旺在进入南海前,南海受辐合带控制,在其西进过程中副热带高压不断减弱东退,东风急流加强,有利于台风右前方螺旋云带发展。这是造成科罗旺距离深圳虽远于伊布都,但降水却更大的主要原因。     

登陆过程中台风高层暖心结构演变特征分析

采用美国国家环境预报中心NCEP提供的分辨率为0.5°的再分析资料和中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径集,对1979—2010年于30°N以南登陆中国的台风进行合成并分析其高层暖心结构,主要结论如下:(1)登陆台风暖心在登陆前18h左右强度有较明显的加强趋势;(2)登陆阶段台风暖心有着明显的非对称性,向陆地侧的暖心面积更大;而在登陆方向两侧暖心结构也存在较弱的非对称性,登陆前暖心面积左侧大于右侧,登陆后暖心面积右侧大于左侧。(3)登陆台风暖心的温度梯度分布是不均匀的。越靠近暖心外围,温度梯度越大,越靠近暖心中心,温度梯度相对较小。当暖心强度变化后,暖心内层温度的变化率大于外层。(4)登陆过程中暖心强度在垂直方向的衰减比水平方向更为显著。(5)文中几种台风暖心特征的计算简便,物理含义明确,为实际业务提供了较为不错的定量化参考,方便理解台风暖心结构与台风强度变化之间的关系,具备一定的业务应用价值。     

2018年登陆上海两个台风暴雨结构特征综合对比分析

利用常规天气资料、雷达资料及NCEP（1°×1°）再分析资料，对1812号台风“云雀”和1818号台风“温比亚”在上海和浙江产生的暴雨过程进行对比分析，结果表明：①“云雀”受副高南侧偏东气流引导，降水集中在台风南侧，“温比亚”受大陆高压南侧偏东气流引导，降水在台风两侧分布均匀，暴雨范围比“云雀”广，但暴雨中心强度比“云雀”弱。②“云雀”后期南侧杭州湾一带有弱冷空气侵入，大气对流不稳性增强，降水再次增强，“温比亚”后期大气为弱对流不稳定状态，降水逐渐减弱。③“温比亚”两侧水汽分布均匀，水汽通量大值区范围和强度比“云雀”大，但垂直方向上“云雀”辐合高度到达了对流层中上层。④ “云雀”暴雨中心正好位于南亚高压主体南侧偏东气流中，更有利于高层辐散加强，产生强降水。     

用地面加密资料作登陆台风定位的客观方法

应用地面加密观测资料，采取滑动计算区域，通过客观分析流场、气压场和涡度场，并根据其分布特征综合定出风中心。用该方法研制的软件使用方便，具有迅速，及时，客观等特点，对登陆台风定位误差较小，有一定的实用价值。     

登陆华南台风特异—特弱或特强降水发生的环境条件

本文采用1979～1988年登陆华南台风逐日雨区各站日雨量资料、台风中心附近的探空资料和雨区附近的地形资料，用对比度分析方法研究了登陆台风过程的特弱降水和特强降水发生的环境条件，结果发现这两种特异降水发生的环境条件是迥然不同的，文中还对一些重要结果作了讨论。     

影响中国的台风频数年代际变化趋势:1951-2004年

Interdecadal variations in the frequency of typhoon affecting China (TAC) during 1951-2004 were investigated in this study. The yearly frequency of TACs showed a slightly increasing trend from the 1950s to the early 1970s and a significant decreasing trend afterwards. There were more TACs during the 1960s while the most inactive period was observed in recent 10 years. A decreasing trend was observed in the monthly frequency of TACs in June, August and September throughout the 54 years. Large interannual variabilities were apparent in yearly and monthly frequencies of TACs.     

2016年登陆和影响福建台风成因分析及预测

2016年共有3个台风登陆、4个台风影响福建,呈前少后多分布,登陆台风偏多,灾害影响重。分析表明：（1）2016年以来赤道中东太平洋海温距平的演变及大气环流异常响应是造成影响福建台风呈前少后多分布及登陆台风偏多的主要原因。（2）7月下旬至8月中旬和9月上旬至中旬西太平洋台风群发,“莫兰蒂”和“马勒卡”一周内相继登陆和影响福建,是季风槽增强或持续偏强的结果,且季风槽呈现显著的低频变化特征。（3）2016年西北太平洋生成和影响福建的台风与热带大气季节内振荡关系密切,近7成生成于MJO第5~7位相。（4）基于大气低频变化理论的延伸期预报填补了月—季预测和中短期天气预报之间的空白。