利用双多普勒雷达资料对一次台风流场结构的分析

应用Qiu等提出的两步变分反演法,由厦门、长乐两部雷达观测资料反演0604号台风"碧利斯"登陆福建霞浦前的风场,并利用反演的水平风场检验几种常用的台风涡旋模型对此次台风的合理性,以期对雷达资料应用于台风过程分析和模拟有更进一步的认识。结果表明,两步变分法可以较好地反演出台风的水平、垂直风场特征,水平风场呈现不对称性且有明显的偏心结构,流场随高度表现出漏斗形特征,垂直风速与水平流场对应较好,台风中心有下沉气流,外围有上升气流。通过对台风物理量的分析发现,此次台风过程存在以最大风速半径随高度向外倾斜的主环流圈和低层向中心流入,高层向外流出的次环流圈。利用反演的水平风场对常用的对称风场涡旋模型进行了验证,发现在最大风速圈内取Rankine模式,最大风速圈外取Chen3模式对此次台风过程拟合较好。     

罗莎(0716)台风外围螺旋雨带中尺度结构的双多普勒雷达试验研究

强台风罗莎(Krosa)于2007年10月7日15:30在福建省福鼎和浙江省苍南交界处第三次登陆,登陆期间,"罗莎"外围螺旋雨带恰好穿越宁波和舟山双多普勒雷达同步观测区。利用双多普勒雷达三维风场反演技术对双雷达时间同步探测资料进行风场反演,研究了螺旋雨带的三维风场结构。在螺旋雨带内部低层有多个强回波区。3 km高度以下,在雨带上游,雨带外侧水平速度与雨带夹角较小,内流较弱;雨带下游,水平速度与雨带夹角逐渐增大,内流较强;在雨带内侧有明显的外流。垂直剖面内,雨带外侧低层有明显的内流,气流从雨带外侧2 km高度以下的低层进入雨带;而在雨带内侧存在明显的外流,两支气流在雨带内部低层辐合,在雨带内部形成强回波区;外围螺旋雨带切向速度分量随高度增加而逐渐减小,最大速度区在2 km高度。     

超强台风韦帕（0713）螺旋雨带中尺度结构双多普勒雷达研究

超强台风＂韦帕＂（Wipha）是2007年登陆中国大陆最强的台风,在浙江省造成了特大暴雨。利用宁波和舟山双多普勒天气雷达同步观测资料,对＂韦帕＂的两条螺旋雨带进行了双雷达三维风场反演;并综合利用组网雷达拼图数据等资料,对螺旋雨带的三维精细结构进行了分析。研究表明：（1）两条螺旋雨带的三维结构有很多相似之处。螺旋雨带内部低层有多个强回波区,水平速度大值区主要分布在强回波带上;强回波带的低层有较强的上升气流,最强上升气流超过4 m/s。在螺旋雨带中存在多个辐合辐散对、上升下沉气流对,这对于螺旋雨带的维持和进一步发展具有重要作用。在沿着台风中心的垂直剖面内,螺旋雨带内部的强回波区向雨带外侧倾斜。雨带外侧2 km高度以下的低层有较强的内流,最大值为5 m/s;雨带内侧有较强的外流,2 km高度以上均受外流控制;内流和外流在雨带中部低层汇合抬升。切向速度的强中心出现在3 km高度,速度值随高度增加而逐渐减小。（2）两个时段的螺旋雨带也存在差异。前一个时段的螺旋雨带对流发展更旺盛,45 dBZ的回波高度为4.8 km,而后一个时段的螺旋雨带45 dBZ的回波高度仅3.2 km。垂直剖面内,前一个时刻螺旋雨带低层辐合更强,最强辐合值超过-15×10^-4s^-1,正是由于低层的强辐合和充足的水汽供应,才使得雨带内部中低层的回波发展旺盛。     

台风“苏迪罗”螺旋雨带造成福州特大暴雨成因分析

受2015年第13号台风“苏迪罗”影响,福州出现特大暴雨。为研究台风登陆前局地强降水与地形的关系,针对福建长乐雷达的0 °仰角数据进行了风场反演,得到福州低空风场在强降雨发生时的结构及演变特征,综合利用NCEP 1 °×1 °再分析资料及福州三维地形数据,探索了福州地区持续性短时强降水的发生原因。结果表明:(1) “苏迪罗”影响期间正值南海季风爆发期,为台风提供了充沛的水汽;(2)强降雨发生时,福州地区存在正涡柱,配合强烈上升运动,为短时强降水的发生提供良好的动力条件;(3)雷达风场反演显示:当福州环境风场为东北气流,有一持久、稳定的分流区出现在福清北部,随着台风靠近,环境风逐渐由东北转为偏东风,分流区的位置也一直向内陆延伸,分流气流与台风环境气流形成了明显的辐合带,激发了螺旋雨带内中尺度对流云团的发生发展,造成短时强降水;(4)台风环境气流进入福州后出现的分流现象与福州的盆地地形有关。      

1710号台风“海棠”外围龙卷大气环境条件和雷达特征分析

2017年8月1日18:10—18:30受1710号台风海棠外围螺旋雨带影响,江苏省淮安市淮安区出现EF1级龙卷。利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、多普勒雷达资料等,对龙卷过程进行分析。结果显示:龙卷发生在海棠残留低压和副高边缘间的东南暖湿急流中,其发生前1h地面出现小尺度涡旋并沿着地面辐合线移动。龙卷影响时,相邻地面自动站观测到气压上升、气温和露点下降、风力明显增大。逐渐增大的对流有效位能、小的对流抑制能量、较大的0~1km垂直风切变、1km以下的抬升凝结高度、干侵入等环境场特征均有利于本次龙卷风暴的生成。淮安多普勒雷达探测到入流缺口、TVS特征、气旋性风场结构。通过垂直螺旋度分析和双多普勒雷达风场反演等方法,发现在龙卷发生前低层环境垂直风切变有利于小尺度涡旋生成,中低层水平风场以辐合为主。当出现龙卷时,气旋式辐合中心下降有利于涡旋触地,龙卷发生地位于低层涡旋移动方向左前侧与1km高度切变线附近。     

2008年1月26日南京暴雪中尺度风场结构双雷达反演研究

由于冷暖空气持续交汇于长江中下游地区,2008年1月25—29日,南京地区普降大到暴雪。为揭示此次暴雪的形成机理和中尺度三维结构特征,利用南京-马鞍山双多普勒天气雷达时间同步体积扫描数据对1月26日的暴雪进行三维风场反演,研究了暴雪的三维动力结构。结果表明,此次暴雪的低层有β中尺度气旋性切变线和β中尺度涡旋活动,有利于气流抬升和水汽辐合,这对于降雪的维持和发展非常重要;中低层有较强烈的风垂直切变,这为暴雪的持续提供了动力条件。      

1822号“山竹”台风龙卷过程观测与预警分析

2018年9月17日09:37—10:00,在登陆台风“山竹”外围螺旋雨带中,广东省佛山市三水区到肇庆市四会区发生了EF2级强龙卷,龙卷路径长度18 km,持续时间23 min,平均时速47 km/h,导致不少建筑物损毁。本次过程佛山市进行了龙卷预警试验,提前37 min发布了龙卷预警,龙卷没有造成人员伤亡。利用观测资料对产生强龙卷的环境场特征、地面自动站和雷达观测的中小尺度特征以及龙卷预警试验进行了分析,结果表明:产生龙卷的微型超级单体出现在台风外围和副高边缘之间的强东南急流中,具有低层辐合、高层辐散、水汽充足等典型台风外围龙卷环流形势特征;强的低空0~1 km垂直风切变、大的风暴相对螺旋度和低的抬升凝结高度等环境条件利于龙卷的生成;龙卷影响时,邻近地面自动气象站观测要素表现出明显的信号,瞬时大风和最低气压的极值区呈东南至西北向带状分布,与龙卷路径一致,龙卷过境前后,单站气压“漏斗”明显,5 min降压/升压幅度达-2.5 hPa/+2.1 hPa;广州多普勒天气雷达探测到龙卷母体风暴的低层钩状回波和入流缺口特征,以及低层强中气旋和类TVS特征。预警试验初步表明,对台风龙卷高发区,在环境场有利情况下,若低层出现中等或以上强度中气旋,其底高在1 km以下,可以考虑发布龙卷预警。      

台风“莫拉菲”暴雨多普勒雷达回波及风场结构分析

使用常规天气资料、卫星云图和梧州S波段多普勒雷达资料对2009年7月19～20日发生在广西的一次典型台风强降水天气过程进行了分析.结果表明,在副热带高压南侧偏东气流引导下,台风向偏西方向移动直接影响广西,加上西南季风的叠加作用,造成了广西大范围的台风云系降水.从多普勒反射率因子图上,整个降水雨带为明显的旋转西进过程;多普勒径向速度图上,低层辐合高层辐散的配置有利于降水的发生发展,暴雨是长时间维持在其上空的强降雨云带造成的.     

台风龙卷的环境背景和雷达回波结构分析

利用NCEP再分析资料、常规观测和地面加密观测资料及多普勒雷达资料,对10次台风龙卷过程的环境背景和其中F2~F3级以上龙卷过程的回波结构演变特征进行了详细分析,主要结果如下：（1）台风龙卷所处环境基本为弱对流有效位能（200~1000 J·kg-1）和风随高度强烈顺转的强低空风的垂直切变环境,0~1 km风的垂直切变超过10-2s-1,风暴的相对螺旋度很大,台前龙卷环境的粗理查孙数很小,平均在40以下。台风龙卷大多数出现在台风前进方向的东北侧,位于0~1 km风切变和相对风暴螺旋度大值区。龙卷主要产生于台风外围螺旋雨带上,台前龙卷往往产生前地面已存在风向切变和风速的辐合,但温度梯度不大。（2）在台风影响环境下导致龙卷的风暴属于微超级单体风暴,有水平尺度2~4 km的中气旋;垂直涡度限制在4 km以下;风暴单体的质心在2 km左右,风暴伸展高度在5~7 km。     

多普勒雷达探测“艾利”台风风场不对称结构

2004年8月25日, “艾利”台风在靠近我国台湾东北部海域后不同于正常路径, 先后发生两次左折, 先是西北转偏西, 再偏西转西南, 这种路径在历史上极为罕见。通过“艾利”台风的雷达观测事实, 从单多普勒雷达和双多普勒雷达均发现在台风前进方向的右前方, 即西北象限风速极值大于其他象限, 进一步证明了“艾利”台风的风场分布遵循波数为1的非对称性, 从位于台风不同象限的福州长乐和厦门两站雷达资料, 以及常规的地面观测、高空探测资料和NCEP数值预报再分析资料都得到证实。研究表明, “艾利”台风处在大陆高压东南侧, 台风外围存在一支7 m/s左右的环境风场引导气流。因此, 西北象限风速极值大于其他象限的不对称分布可能是由环境风场和台风本身两方面共同造成的, 这种不对称分布有利于维持“艾利”台风向西南方向移动。在我国东南沿海地区, 由于单部多普勒雷达不可能同时探测到台风的西北、东北和西南3个象限的风速极值, 而双多普勒雷达或多多普勒雷达联合探测台风, 则可以同时探测到3个象限的风速极值, 根据风速极值可能存在的不对称分布情况来预测台风的路径转折趋势, 因此重视双多普勒雷达或多多普勒雷达联合探测对于提高监测预报水平具有重要的意义。     

台风“艾利”降水的非对称结构分析

利用NASA提供的热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)的高分辨率资料分析了2004年台风“艾利”降水的结构特征,发现在不同发展阶段其特征存在着很大的不同。为了分析产生降水非对称的原因,又利用NCEP(the National Centers for Environmental Prediction) 再分析资料计算了垂直积分的水汽通量矢量。结果表明,本次过程由于伴随着双台风特有的环流形势,其北侧的偏东气流和南侧的西南气流对水汽输送的作用,在台风“艾利”发展的不同时期存在很大的不同,形成了这次台风过程特有的水汽来源特点。台风对流强降水区、水汽通量最大区和强上升运动区三者的分布在台风不同发展阶段存在着较大的差异,正是水汽通量和垂直运动的非均匀分布才造成这次台风降水的非对称分布。     

AN ANALYSIS OF THE ASYMMETRICAL STRUCTURE OF TYPHOON AERE'S PRECIPITATION

The structural characteristics of 2004 typhoon Aere’s precipitation are analyzed using the high-resolution data from the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) of the National Aeronautics Space Administration (NASA). It is found that the typhoon’s characteristics vary at different stages of its development. To analyze the asymmetric causation of precipitation distribution, data from the National Center for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis are used to calculate the vertical integral of the water vapor flux vector. The results show that because of this process, along with the unique phenomenon of twin-typhoon circulation, the easterly air current of the typhoon’s northern side and the southwesterly air current of its southern side play a joint role in transporting water vapor. Furthermore, its transport effects vary greatly at the different stages of development, showing the peculiarity of the water source for this typhoon process. The distributions of the typhoon convection area—characterized by heavy precipitation and a maximum-value area of the water vapor flux, as well as a strong ascending-motion area—differ at different stages of the typhoon’s development. The non-uniform distribution of water vapor flux and the vertical motion bring about asymmetrical distribution of the typhoon precipitation.     

AN ANALYSIS OF THE ASYMMETRICAL STRUCTURE OF TYPHOON AERE'S PRECIPITATION

The structural characteristics of 2004 typhoon Aere's precipitation are analyzed using the high-resolution data from the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) of the National Aeronautics Space Administration(NASA).It is found that the typhoon's characteristics vary at different stages of its development.To analyze the asymmetric causation of precipitation distribution,data from the National Center for Environmental Prediction(NCEP) reanalysis are used to calculate the vertical integral of the water vapo...     

ANALYSES OF WIND STRUCTURE OF TYPHOON FUNG-WONG (2008) AND ITS RELATION TO PRECIPITATION REGION

Using real analysis data of 1°×1° resolution of the National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR), the nondivergent wind component and irrotational wind component obtained by the harmonic-cosine(H-C) method, and the wind structure of Typhoon Fung-Wong (coded 0808 in China) in 2008 was analyzed. The results indicated that the irrotational component was advantageous over the total wind in reflecting both the changes in convergent height and the asymmetrical convergence of Fung-Wong. In Fung-Wong, the nondivergent component was larger than the irrotational component, but the latter was much more variable than the former, which was obtained only from the wind partition method. Further analyses on the irrotational component demonstrated that the location of the convergent center at lower levels was almost the same as the divergent center during the development of Fung-Wong, and its convergent level was high in its life cycle, with the most highest up to 400 hPa when it became stronger. After the typhoon landed in the provinces of Taiwan and Fujian, respectively, its convergent center at lower levels was slowly detached from the divergent center at high levels and the convergent height was also depressed from high levels to lower levels. Gradually, this weakened the intensity of Fung-Wong. This kind of weakening was slow and Fung-Wong maintained its circulation for a long time over land because of its very thick convergent height. Analyses on wind partitioning provided one possible explanation to why Fung-Wong stayed for a long time after it landed. Furthermore, the asymmetric vertical ascending motion was induced by the asymmetric convergence at lower levels. In general, when typhoons (such as Fung-Wong) land, the rainfall region coincides with that of the convergence region (indicated by the irrotational component at lower layers). This means that the possible rainfall regions may be diagnosed from the convergent area of the irrotational component. For an observational experiment on typhoons, the convergent region may be considered as a key observational region.     

台风“天鹅”、“巨爵”登陆过程风场结构特征的研究

通过广东沿海的四部固定风廓线仪和一部移动风廓线仪的观测资料,对2009年两个登陆台风“天鹅”、“巨爵”的边界层风场结构进行分析。结果表明:（1） 在两个台风登陆过程中,路径两侧不同的下垫面造成两侧风场结构的明显差异;（2） 两个台风登陆过程都出现比较明显的入流和出流,但由于速度和强度不同,入流、出流的位置有明显的差异;（3） 两个登陆台风眼区外围混合层的高度均在3 500 m以上。      

登陆台风的多普勒雷达资料质量控制和水平风场反演

消除噪音和速度模糊、进行水平风场的反演并检验是正确使用和充分利用多普勒雷达探测资料的前提.对2005年8月山东烟台多普勒雷达探测到的0509号台风"麦莎"的存在速度模糊的径向速度资料首先进行噪音和速度模糊消除处理,检验结果表明对资料的退模糊处理是成功的;其次进行了水平风场的反演,并对反演的风场从雷达径向速度的特征、大尺度环境风场特征、与卫星云图云带的对比和以台风中心为圆心计算的径向风垂直剖面特征等方面进行检验.结果表明,利用单多普勒雷达探测资料得到的水平风场能够清晰地给出登陆热带气旋内部存在的中小尺度系统,及其水平和垂直结构,并表明与台风外围雨带强降水区域相对应的是明显的中尺度水平风场的切变与辐合区.反演风场也可以为进一步利用单多普勒雷达探测资料分析和研究登陆台风内部的中尺度结构提供高分辨率的可靠的分析资料.同时证明,使用的退速度模糊方法能够有效地应用于较完整资料的速度模糊的自动消除,以及VAP方法对于中小尺度风场分析的实用性.     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。      

利用微波成像仪资料反演台风Aere(2004)降水水平结构

利用热带降雨测量卫星（TRMM）的微波成像仪（TMI）和星载测雨雷达（PR）资料，从台风Acre（2004）接近台湾岛的观测资料中选取3个时次的数据，采用4种不同方法进行TMI反演降水试验。结果表明，常用的仅用高频通道反演降水方法的效果并不理想，多通道直接组合法的反演结果虽然稳定性很好，但始终无法达到最佳，多通道直接对数组合法的反演结果虽然有时较好，但反演结果不稳定，而多通道间接对数组合法既可以较好地表征弱降水区的范围和强度分布，又能描绘强降水区的位置，且反演效果稳定，是由微波亮温资料反演洋面降水的一种较为理想的方法。结果对于利用我国自行发射的气象卫星遥感资料反演降水具有一定的参考价值。     

利用微波成像仪资料反演台风Aere(2004)降水水平结构

2005年6月华南出现大范围持续性暴雨过程,造成巨大损失。利用常规气象资料、卫星云图TBB资料及T213分析场资料,对此次持续性暴雨过程的成因进行了分析,结果发现:这次暴雨过程充足稳定的水汽主要源自印度洋,这与“94.6”等以往华南暴雨水汽主要来自于南海不同。高低空急流与切变线是这次强降雨过程的触发系统,低空急流输送了丰沛的暖湿空气,维持了低空对流不稳定形势。冷暖气流在切变线南侧、低空急流左侧交汇,产生强烈辐合上升运动,触发了强降水。对流云系上MCS的不断生消是造成强降雨持续的直接原因。本次过程存在一次高空急流的变化,高空由西北急流转为西南急流,切变线的变化趋势与这一变化过程相呼应;这一特征也是暴雨过程得以维持的重要原因。     

A NUMERICAL ANALYSIS ON TYPHOON ASYMMETRIC STRUCTURE AND MOTION

Five prediction experiments are carried out with two typhoons in 1992 using a limitedarca primitiveequations and two-way interactive model in a movable,nested mesh. The result indicates good agreementin terms of motion between the prediction and observation. Studying the asymmetric structure in the cases selected, a close link is uncovered between the temporal evolutions of the structure and the track of motion in a tropical cyclone. Understanding of real asymmetric structure will help to improve the skill offorecasting tropical cyclones.