台风环境风垂直切变的计算

环境风垂直切变小大对台风强度变化有显著影响。通过查阅文献和会议交流发现,由于算法上的细微区别,导致同一个台风在计算环境风垂直切变时结果有所不同,有时差异较大。本研究针对这一问题,以南海快速增强台风为例,利用中国气象局整编的热带气旋年鉴、NCEP FNL、个例数值模拟资料等,计算并对比分析了南海台风在快速增强阶段不同环境风垂直切变计算方案和数据对计算结果的影响,并对业务应用时应该注意的问题展开讨论。     

环境风垂直切变与个例TC整个生命史中强度的关系

选取2006年3个典型的TC个例(碧利斯、珍珠和桑美),分别作为强热带风暴、强台风和超强台风的代表,分析在TC整个生命史中环境风垂直切变与其强度变化的关系。结果表明:在典型个例TC中,弱的环境风垂直切变有利于TC的发展;强的环境风垂直切变阻碍TC的发展;并且环境风垂直切变对TC强度的影响存在着一定的时间滞后。     

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。     

环境风速垂直切变对西北太平洋热带气旋强度变化的影响

利用2000—2006年中国气象局《热带气旋年鉴》和NCEP再分析日资料,对环境风垂直切变对西北太平洋热带气旋（TC）强度变化的影响进行统计分析。首先比较了不同高度层之间、不同水平区域平均的全风速垂直切变和纬向风速垂直切变对TC强度变化的影响,结果表明,全风速切变对TC强度变化的抑制作用显著大于纬向风速垂直切变;以200～800 km的圆环区域平均计算的风速垂直切变与TC强度变化的负相关最显著;中高层的风速垂直切变与TC强度变化的相关优于中低层。其次,全风速切变大于8 m/s后抑制TC增强,且这种抑制作用存在6～60 h的滞后。全风速垂直切变大时,滞后时间较短:当全风速切变为8～9 m/s（9～10 m/s）时,TC强度在未来60（48） h开始减弱;当全风速切变大于10 m/s时,TC在6 h内开始减弱。最后,利用偏最小二乘回归建立TC强度变化的预报模型PLS-STIPSV。结果表明,加入风速垂直切变因子后对TC强度预报有所改进,并通过分析标准化回归系数进一步证实了上述的统计结果。      

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。     

西北太平洋热带气旋强度与环境气流切变关系的气候分析

采用NCEP/NCAR再分析资料和JTwC(美国关岛联合台风警报中心)资料,对1974～2004年5～10月西北太平洋热带气旋(TC)强度和环境风垂直切变进行了趋势特征、振荡周期和空间结构分析.结果表明:西北太平洋热带风暴强度以上TC的最大风速和环境风垂直切变在时间上有相反的变化趋势,弱的环境风垂直切变有利于TC强度的增大;前12 h的环境风垂直切变对TC强度的发展影响最大.环境风垂直切变在两北太平洋TC最强的年份表现为环境风切变值小,TC发生密集;最弱的年份表现为环境风切变值大,TC发生稀疏.     

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“卡努”登陆前强度突增天气成因分析

利用MICAPS资料6、h 1次的CIMSS资料和卫星云图资料,对台风“卡努”登陆前强度突增天气成因进行了分析。结果表明:当台风向高空槽靠近时,高空槽前的正涡度平流能增强台风上空的辐散,而且高空槽使台风上空产生明显的热通量辐散,把台风产生的热量迅速带走;当台风处于海上太平洋副高西南侧时,太平洋副高适当增强,可使副高与台风间的东南气流增强以及环境风场垂直切变减弱。由于上述原因,台风“卡努”登陆前强度突然增加。     

风垂直切变对飓风波尼（1998）结构与强度的影响

利用大西洋飓风波尼(1998)的MM5模拟资料(格点距4 km),对在风的垂直切变影响下,波尼的结构和强度变化进行了分析.在风的垂直切变影响下,波尼的垂直速度和降水场表现出了明显的1波非对称结构,这种结构与风的垂直切变的强度呈正比;逆切变一侧9-12 km高度上通风作用强烈,在破坏波尼暖心的同时,也导致了边界层中低相当位温对波尼核心的入侵,与低层通风路径相比,中层通风对波尼的破坏作用更甚,鉴于在分析时间段内,波尼所经海域平均海温变化不大,可以认为风的垂直切变主导了波尼强度变化;对波尼强度突变现象的分析发现,强度突变源于通风破坏作用的积累,当边界层中低相当位温侵入热带气旋中心的程度超过某一阈值时,气旋强度会突然减弱;其结果显示风的垂直切变造成的动力和热力效应对热带气旋强度的影响都十分重要,而后者更为直接.     

A Statistical Analysis on the Effect of Vertical Wind Shear on Tropical Cyclone Development

Using tropical cyclone (TC) best track and intensity of the western North Pacific data from the Joint Typhoon Warning Center (JTWC) of the United States and the NCEP/NCAR reanalysis data for the period of 1992-2002, the effects of vertical wind shear on TC intensity are examined. The samples were limited to the westward or northwestward moving TCs between 5°N and 20°N in order to minimize thermodynamic effects. It is found that the effect of vertical wind shear between 200 and 500 hPa on TC intensity change is larger than that of the shear between 500 and 850 hPa, while similar to that of the shear between 200 and 850 hPa. Vertical wind shear may have a threshold value, which tends to decrease as TC intensifies. As the intensifying rate of TC weakens, the average shear increases. The large shear has the obvious trend of inhibiting TC development. The average shear of TC which can develop into typhoon (tropical depression or tropical storm) is below 7 m s-1 (above 8 m s-1).     

A Statistical Analysis on the E ect of Vertical Wind Shear on Tropical Cyclone Development

Using tropical cyclone (TC) best track and intensity of the western North Pacific data from the Joint TyphoonWarning Center (JTWC) of the United States and the NCEP/NCAR reanalysis data for the period of 1992-2002, the effects of vertical wind shear on TC intensity are examined. The samples were limited to the westward or northwestward moving TCs between 5°N and 20°N in order to minimize thermodynamic effects. It is found that the effect of vertical wind shear between 200 and 500 hPa on TC intensity change is larger than that of the shear between 500 and 850 hPa, while similar to that of the shear between 200 and 850 hPa. Vertical wind shear may have a threshold value, which tends to decrease as TC intensifies. As the intensifying rate of TC weakens, the average shear increases. The large shear has the obvious trend of inhibiting TC development. The average shear of TC which can develop into typhoon (tropical depression or tropical storm) is below 7 m s-1 (above 8 m s-1).     

垂直风切变对热带气旋强度及结构的影响

利用一个非静力、原始方程热带气旋模式(TCM4),通过对f平面不同强度的垂直风切变下理想热带气旋的模拟后发现:29.15°C的海温下理想热带气旋最大可能强度(MPI)接近910hPa,近中心最大风力可达到76 m·s-1左右。在理想条件下,能抑制热带气旋强度甚至减弱的垂直风切变临界值在8～10m·s-1。由于切变造成涡度平流随高度变化,使得在顺切变前部以及左侧边界层附近产生辐合,伴随着空气的气旋式螺旋上升,外流层对应区域产生辐散,从而使得强对流和强降水发生在顺切变左侧。     

热带气旋经过台湾岛强度变化特征

用中国气象局整编的1949-2006年共58年的<台风年鉴>或<热带气旋年鉴>资料,将资料线性插值到1小时,挑选出经过台湾岛的热带气旋(TC),用统计分析的方法,揭示TC经过台湾岛时的强度变化特征.结果表明,TC从东侧登陆台湾岛损失的强度为西侧登陆损失强度的2倍以上;TC登陆时的路径方向与台湾中央山脉长轴的交角越接近垂直,其过岛损失的强度越小,在岛逗留的时间越短;TC登陆台湾岛东侧时强度损耗与TC登陆前其自身的强度呈正相关,而登陆台湾岛西侧则没有明显的统计规律;TC从台湾西侧登陆时不但出现强度不变或者增强的几率更大,而且强度增强也更多.     

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。     

基于风廓线雷达的广东登陆台风边界层高度特征研究

针对8个登陆广东省的热带气旋,利用经过数据质量控制的风廓线雷达连续、高时空分辨率的风场观测数据,对热带气旋边界层特征进行了分析。研究结果表明:热带气旋边界层中切向风速大值区垂直范围越大、风速越强、持续时间越久,则热带气旋强度越大、登陆后强度维持时间越久。眼区外入流层厚度越大,入流层气流越强,热带气旋登陆后强度维持时间则越久。风廓线雷达信噪比垂直梯度对大气湍流信息有一定的指示作用,对于入流层高度在2000 m以下的热带气旋,其入流层顶所在高度与信噪比梯度最大值所在高度相近,对于入流层较为深厚的热带气旋,用信噪比垂直梯度确定的边界层高度虽接近入流层顶高,但仍有一定差距。不同特点的热带气旋其边界层高度并不相同,对于登陆后强度迅速减弱的热带气旋边界层高度在500~1000 m;登陆后强度持续时间短的热带气旋,其边界层高度约1000~2000 m;登陆后强度持续时间长的热带气旋,其边界层高度在2000 m之上,最高可达5000~7000 m。这些结果加深了对登陆台风边界层高度演变特征的认识。     

低空风切变对飞机起飞及着陆的影响

对低空风切变影响飞机起飞着陆从理论上进行了分析,给出了造成低空风切变的3种天气背景,并就如何防范低空风切变,确保飞行安全进行探讨。     

风切变对中尺度对流系统强度和组织结构影响的数值试验

采用我国实际观测的探空作为中尺度模式Weather Research and Forecasting(WRF)的理想试验的背景场,分别改变整层、低层和中层的垂直风切变,研究其对中尺度对流系统强度和组织结构的影响。结果表明,改变整层垂直风切变对对流系统的强度和组织结构影响最显著,增加整层垂直风切变,对流强度增强且易组织成线状,减小整层垂直风切变,对流强度弱且呈分散状态。从垂直速度、水平风场、散度场和冷池的三维结构特征分析了其影响的机制:(1)风切变增加,上升气流与下沉气流的相互干扰减弱,有利于垂直速度的维持和增强;(2)垂直风切变增加造成水平涡度增加,扭转项的作用分别使上升和下沉运动得到加强;(3)垂直风切变增加,冷池强度和高度增加且集中在系统后部,使系统线状组织性增强。研究还发现,增加垂直风切变造成近地面大风和降水增强,且强降水出现在大风之后,这主要是因为在对流发展阶段上升运动与下沉运动互不干扰情况下,强下沉运动造成的近地面大风,而成熟阶段上升运动不断增强或维持造成雨水比湿不断增加形成强降水。     

华东沿海地带台风风廓线特征的观测个例分析

利用2007年的“韦帕”、2009年的“莫拉克”、2010年的“凡亚比”和2011年的“梅花”四个台风的GPS探空数据,本文对华东近海和沿海地带的台风风廓线特征进行分析。首先求出梯度风速及其对应的高度,在此基础上利用指数律和对数律对风廓线进行拟合,并对幂指数、10米高度的地表风速和梯度风速的风速比,以及由对数律定义的常通量层高度等参数进行计算,并对梯度风高度和常通量层高度进行比较。结果表明:登陆台风沿海地带风廓线的梯度风高度和常通量层高度有明显差异。本文还对登陆台风平均风廓线的各参数进行了计算,并对梯度风高度以下风廓线偏离对数律的原因进行了讨论。