环境气流及非绝热加热对热带气旋结构和移动的影响

设计一个三层的准地转斜压模式,研究了不同结构环境气流和环境非绝热加热场中热带气旋移动路径和结构的特征.数值试验的结果表明:(1)无外界影响下热带气旋向西北方向移动,垂直速度场有明显的螺旋结构;(2)热带气旋主要受基本环境气流引导,非对称环流中的小扰动干扰了热带气旋的移动;(3)非绝热加热场对热带气旋影响较大,热带气旋有向加热中心移动的倾向,同时热带气旋的水平、垂直结构都有较大的变化.     

热带气旋运动与外围气流的关系

很早以前人们就观察到热带气旋的运动在很大程度上,是沿气旋外围的天气尺度气流而运动的。这些观测结果导致了气旋运动的引导气流理论。似乎可以将热带气旋看作是埋置在气流内的点涡,因此其中心运动的方向及速度可用其外围风的方向和速度或横过气旋的气压梯度或高度梯度近似表示。气旋外围的风向风速与气旋运动有最好相关的那一层被称之为引导层。根据这一理论,许多热带气旋路径预报方法得到了发展。例如锐尔等人。这些方法的详细介绍,可参见《世界气象组织热带气旋计划报告》(1979)。尽管不同的预报方法采用不同的引导层,但一般都认为对流层中层(700及500mb)对于预报热带气旋运动是最好的引导层。采用对流层上部的风和高     

鞍型场对热带气旋移动路径影响的研究

鞍型场是一种特殊的流场,鞍点附近气压梯度很小,风场很弱,引导气流不明显。当热带气旋进入鞍型场时,会表现为停滞、打转、突然转向等异常路径。采用NCEP资料对2011年热带气旋"梅花"路径和大尺度形势场分析结果表明,在其整个生命史中出现三次移动路径转折,热带气旋进入鞍型场后,出现在鞍点附近停滞、移动缓慢、突然转向等异常路径。利用理想变形场和兰金涡旋相结合的鞍型场作为背景场,用梯度风平衡构造了理想热带气旋,分别考虑了科氏参数为常数和β平面近似两种情况,利用二维浅水模式对热带气旋处于鞍点和收缩轴附近不同位置的情况进行了数值对比试验。当科氏参数为常数时,处于鞍点位置的热带气旋在鞍点停滞;而当采用β平面近似时,处于鞍点位置的热带气旋向东北低压一侧移动,并和低压合并。当初始热带气旋处于鞍点南侧的收缩轴上以及偏东或偏西100 km时,会出现三种截然不同的移动路径。试验结果表明:鞍型场对热带气旋有"陷阱"作用。当热带气旋进入到鞍型场区并接近鞍点时,在β漂移和弱引导气流作用下,可能陷入鞍点附近区域,移动缓慢,出现异常路径,也可能沿着膨胀轴向偏东或偏西方向移动,使得热带气旋突然转向。热带气旋的移动对其和收缩轴的相对位置十分敏感,数十千米的偏差可能会导致截然相反的移动路径。     

一次中低纬天气系统结合产生的暴雨过程分析

通过对影响山东的９５０５号热带气旋环流暴雨过程分析，指出了中低纬天气系统相结合对山东降水的作用。涡度分析表明，登陆后减弱的热带气旋环流移动路径，基本上与５００ｈＰａ场上正涡度轴线方向一致；暴雨区与正涡度中心右前方的正涡度区有较好的对应关系。     

2018年台风“摩羯”和“温比亚”路径的影响因子分析

利用中国气象局(CMA)提供的热带气旋最佳路径资料和欧洲中心(ECMWF)提供的ERA interim再分析资料,对2018年两个北上影响山东的台风"摩羯"和"温比亚"路径差异的原因进行分析发现:"摩羯"和"温比亚"台风路径的差异主要与周围天气系统分布差异有关,两台风均先后受到副热带高压和大陆高压的影响,"温比亚"还受高空槽的影响,使其转向角度较大,而台风与高压系统相互作用形成的引导气流是影响这两个台风路径的主要因素。"摩羯"和"温比亚"的最佳引导气流均位于台风中心5个纬度半径内,不同阶段所受引导气流的高度存在差异,台风登陆前中低层引导气流对台风移向的指示作用均优于高层,登陆后转向前纬向引导气流均优于经向,但稳定性稍差,转向后除"温比亚"经向引导气流相关较差外均整层相关较好,中高层略优于低层,且高层风(300～200hPa)可以提前12h预报台风转向。此外,台风总是向着台风附近的正涡度平流方向移动,正涡度平流越强,台风移动越快。     

局地海表温度异常影响热带气旋路径的模拟研究

本文以热带气旋"鲇鱼"(2010)为例,利用WRF模式和"鲇鱼"移动路径上不同的局地海表温度(SST)强迫进行了敏感性数值模拟。控制试验(CTRL)采用NCEP的SST强迫,敏感性试验分别在"鲇鱼"登陆菲律宾前的路径上增加(EXP1)和减小(EXP2)SST。结果表明:CTRL试验模拟的热带气旋路径与实况非常一致,EXP1试验模拟的热带气旋路径提前转向,移动路径偏东,EXP2试验模拟的热带气旋路径转向滞后,且移动路径偏西。对SST异常导致热带气旋路径出现差异的原因分析发现,热带气旋在吕宋岛东侧经过异常暖SST海面时,热带气旋强度增强,产生异常的正涡度平流,且500 h Pa以上凝结潜热释放增强副热带高压敏感区出现温度场的正异常,500h Pa以下水凝物的混合和蒸发作用增强造成副热带高压敏感区温度场的负异常,加之正的异常涡度平流和异常的上暖下冷温度场配置使得500 h Pa位势高度降低,副热带高压强度减弱,副热带高压西伸范围减小,导致热带气旋提前向北转向,移动路径偏东。反之,当热带气旋在吕宋岛东侧经过异常冷SST海面时,副热带高压西伸范围扩大,导致热带气旋向北转向滞后,路径偏西。     

对东海热带气旋登陆后路径趋势的若干探讨

应用相关分析与合成分析方法分析了影响东海热带气旋登陆后路径趋势的若干因素,结果表明：登陆后路径趋势随时间和登陆地点的变化分布说明热带气旋登陆后路径仍受基本气流的引导和制约;热带气旋登陆时的惯性和地转力的变化对东海热带气旋登陆后的路径趋势有一定影响;环境场及其变化对东海热带气旋登陆后路径有较大影响,尤其对流层中层流场对登陆后的热带气旋的移动仍有明显的引导作用;中国东部至黄海区域是环境场影响东海热带气旋登陆路径趋势的关键区,当区域内的西北太平洋副热带高压加强西伸,西风槽北撤时,东海热带气旋登陆后在副高南侧东风气流引导下向内陆西行至消亡,当区域内副高减弱东退,西风槽南压时,东海热带气旋登陆后受副高西侧偏南气流与西风槽前西南气流引导转向后入海;东海热带气旋登陆前的环境场对登陆后路径趋势影响相对较小,登陆后12～24小时是登陆后路径趋势受环境场影响的敏感时段,环境场的变化对登陆后路径趋势的影响要比当前环境场的影响超前6小时。     

2009—2015年ECMWF热带气旋集合预报的检验及分析

本文从四个方面检验分析了ECMWF 2009—2015年西北太平洋热带气旋集合平均预报性能。结果表明：集合预报对路径的预测能力逐年提高,对强度预报整体偏弱。随着热带气旋强度增强,集合预报对移速和移向的预测能力提高,而移向预报偏左、移速预报偏慢、强度预测偏弱的现象较明显。将影响热带气旋的引导气流分为偏强、中等、偏弱三类,引导气流偏弱时热带气旋移动偏慢,因此移向预报的不确定性大;而引导气流偏强时热带气旋移向明确,只是移速预报不稳定。进入南海的三类路径热带气旋,集合预报对西行、西北行两类的移速、移向预报效果较好,而西行后北折的预报较差,在热带气旋北折前,移向预报发散度很大,向北转折后移向趋于稳定,移速预报的误差相对较大。这几种情形的检验结果,在热带气旋集合预报的业务应用中值得注意。     

西北太平洋热带气旋移动方向变化异常的环流特征

基于中国气象局和上海台风研究所整编的1972-2011年热带气旋(TC)best-track资料,采用极端天气气候事件定义的百分位法确定TC移动方向异常变化的阈值,利用Lanczos滤波法将大气环流分解成为季节内振荡(MJO)、准两周振荡(QBW)和天气3种尺度环流场,研究这3种尺度环流对热带气旋在南海地区异常北折的影响。结果表明:近40 a的资料统计显示,热带气旋12 h内移向逆时针方向偏转50°以及顺时针方向偏转47°为TC移动方向变化的95%分位数值,将12 h移动方向变化大于该数值的TC定义为移动方向变化异常。TC异常路径平均每年发生2.68次,9月份发生的概率最大,约为7%,最常发生在南海海域。分析3个发生在南海地区热带气旋异常北折的引导气流发现,在TC转向前,向西的引导气流纬向速度减慢,经向分量先向南加速,随后突然转为向北加速。天气尺度对应的引导气流对TC异常右偏影响最为明显,对流层中高层热带气旋中心东南侧强天气尺度西南气流引导TC异常右偏。     

热带气旋逆时针打转物理机制的研究

应用一个无基本气流的准地转斜压模式数值模拟热带气旋逆时针打转运动。分析结果表明：对称气流对非对称涡度的平流引起非对称流场中的小尺度涡旋和通风气流逆时针旋转；旋转的通风气流引导热带气旋作逆时针打转运动。     

EFFECT OF THE NONLINEAR TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE*

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent barotropic model with no basic flow. The effect of nonlinear term on the movement and development of tropical cyclone is emphatically demonstrated. The advection of asymmetric vorticity by the symmetric flow(AAVS) produces the small-scale gyres(SSGs). The SSGs counterclockwise rotate around the tropical cyclone center. The interaction of SSGs with the large-scale beta gyres(LSBGs) leads to the oscillation in translation speed and vacillation in translation direction for tropical cyclone. The advection of symmetric vorticity by the asymmetric flow(ASVA) steers the symmetric circulation of tropical cyclone. The ventilation flow vector determined by the asymmetric flow is close correlated with the motion vector of tropical cyclone. The nonlinear advection of relative vorticity is an order of magnitude greater than the linear advection of planetary vorticity, However, the asymmetric circulation created by the planetary vorticity advection provides a background condition for anomalous motions of the tropical cyclone. The combination of the linear and nonlinear effects results in accelerated, decelerated, changing direction and/or counterclockwise looping motions of the tropical cyclone.     

EFFECT OF THE NONLINEAR TERM ON MOVEMENT AND DEVELOPMENT OF TROPICAL CYCLONE

The dynamics of tropical cyclone is investigated in a nondivergent barotropic model with nobasic flow. The effect of nonlinear term on the movement and development of tropical cyclone isemphatically demonstrated. The advection of asymmetric vorticity by the symmetric flow (AAVS)produces the small-scale gyres (SSGs). The SSGs counterclockwise rotate around the tropicalcyclone center. The interaction of SSGs with the large-scale beta gyres (LSBGs) leads to theoscillation in translation speed and vacillation in translation direction for tropical cyclone. Theadvection of symmetric vorticity by the asymmetric flow (ASVA) steers the symmetric circulationof tropical cyclone. The ventilation flow vector determined by the asymmetric flow is closecorrelated with the motion vector of tropical cyclone. The nonlinear advection of relative vorticityis an order of magnitude greater than the linear advection of planetary vorticity, However, theasymmetric circulation created by the planetary vorticity advection provides a background conditionfor anomalous motions of the tropical cyclone. The combination of the linear and nonlinear effectsresults in accelerated, decelerated, changing direction and/or counterclockwise looping motions ofthe tropical cyclone.     

USE OF A NEW STEERING FLOW METHOD TO PREDICT TROPICAL CYCLONE MOTION

A tropical cyclone is a kind of violent weather system that takes place in warmer tropical oceans and spins rapidly around its center and at the same time moves along surrounding flows. It is generally recognized that the large-scale circulation plays a major role in determining the movement of tropical cyclones and the effects of steering flows are the highest priority in the forecasting of tropical cyclone motion and track. This article adopts a new method to derive the steering flow and select a typical swerving track case (typhoon Dan, coded 9914) to illustrate the validity of the method. The general approach is to modify the vorticity, geostropical vorticity and divergence, investigate the change in the non-divergent stream function, geoptential and velocity potential, respectively, and compute a modified velocity field to determine the steering flow. Unlike other methods in regular use such as weighted average of wind fields or geopoential height, this method has the least adverse effects on the environmental field and could derive a proper steering flow which fits well with storm motion. Combined with other internal and external forcings, this method could have wide application in the prediction of tropical cyclone track.     

A SIMULATION STUDY OF THE INFLUENCE OF LAND FRICTION ON LANDFALL TROPICAL CYCLONE TRACK AND INTENSITY

A quasi-geostrophic barotropic vorticity equation model is used to simulate the influences of topographic forcing and land friction on landfall tropical cyclone track and intensity. The simulation results show that tropical cyclone track may have sudden deflection when the action of topographic friction dissipation is considered, and sudden deflection of the track is easy to happen and sudden change of tropical cyclone intensity is not clear when the intensity of tropical cyclone is weak and the land friction is strong.The land friction may be an important factor that causes sudden deflection of tropical cyclone track around landfall.     

INFLUENCE OF 200 hPa DIVERGENCE CIRCULATION ON THE TRACKS OF TROPICAL CYCLONES

The characteristics of 200 hPa divergent wind and velocity potential have been analysed for four kinds of tropical cyclone tracks having impact on the SOuth China Sea.It is found that the difference of monsoon circulation in 200 hPa divergence wind field may affect the medium-range movement characteristics of tropical cyclone tracks.Corresponding to the west Pacific subtropical high,the orientation of 200 hPa secondary convergence line and its extension to the west may indicate the variability of track types.The direction of tropical cyclone movement is 2 longitudes west of and parallel to the 200 hPa secondary divergence line.     

陆地摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的模拟研究

采用准地转正压涡度方程模式,对地形强迫和陆地摩擦作用下登陆热带气旋的路径和强度进行了模拟研究。模拟结果表明：在考虑地形摩擦耗散作用时,热带气旋可能出现路径的突然偏折;在热带气旋强度比较弱而陆地摩擦作用比较强的情况下,热带气旋路径容易发生突然偏折,且其强度的突然变化不明显;陆地摩擦作用可能是造成登陆前后热带气旋路径突然偏折的一个重要因素。     

台湾岛地形诱生次级环流系统对热带气旋异常运动的影响机制

对经过中国台湾岛和海南岛、吕宋岛、日本诸岛以及朝鲜半岛的热带气旋在过岛前后的运动、结构和强度的时空变化进行了统计诊断分析。研究结果表明,台湾岛附近热带气旋运动左偏（定义为偏于以前路径的左侧）机率最大,且台湾岛周围是产生诱生低压的高频区。采用理想东、西风环境场作为数值模拟背景场,数值研究了岛屿地形强迫与台湾附近的环境流场的相互作用及其对热带气旋运动偏转的影响,提出了岛屿地形强迫、背景场和热带气旋涡旋三者相互作用对热带气旋路径突然转折影响的观点,即台湾地形有利于环境场中诱生出一对偏差偶极涡,这对诱生偏差偶极涡将导致逼近岛屿的热带气旋产生运动方向的突然偏折,且在不同基本气流条件下,岛屿地形对热带气旋运动可能产生显著不同的影响。     

Tropical storm motion and structure in a fine mesh primitive equation model

Summary Convective to planetary scale processes govern the motion and structure of tropical storms. A model with a high resolution and a large domain is required for accurate prediction of a storm's track and intensity. A series of integrations are performed using a primitive equation model and an initial state that defines a tropical storm that later developed into a hurricane in the real atmosphere. Increasing the horizontal resolution or domain of the model improves the forecast track. However only the increase in the horizontal resolution produces a better hurricane structure.Banded structure in the vertical motion field, asymmetries in the low tropospheric winds similar to those observed and upper tropospheric cyclonic outflow develop in high horizontal resolution experiments. It is shown that horizontal advection and pressure gradient terms produce wind tendencies in the low troposphere that displace the vortex in the observed direction. A high pressure area surrounding the central low pressure area appears in the upper troposphere. Around this high pressure area large pressure gradients develop that induce outflow winds in the distal storm area.     

黄河气旋暴雨过程发展演变成因分析

2016年7月19-21日华北地区出现了一次影响范围广、累积雨量大、持续时间长、局地雨强大的极端强降水过程,强度仅次于1963年8月8-9日极端降水事件,河北多地及北京的降水总量和持续时间超过2012年"7·21"特大暴雨.本文利用地面自动气象站、气象卫星以及NCEP再分析等资料对导致此次特大暴雨的环流配置尤其是黄河气...     

合力随时间线性变化的热带气旋路径分析

热带气旋在移动过程中,环境气压场和其自身内力等都在发生变化。假设这些影响热带气旋的力之和随时间的变化在某一时段内是张性的,从而导出热带气旋的路径曲线方程。分析方程,得逞以热带气旋移动的三个基本规律。通过实例计算,可以看到方程曲线与实际路径几乎一致的个例验证结果,并有意义地证实一些人们以前的研究成果。