台风“梅花”(1109)双眼墙生消过程的卫星资料分析

利用CIMSS/MIMIC微波、AMSU微波、静止红外、TRMM卫星资料,详细地叙述了“梅花”台风三次双眼墙生消的演变过程,定量分析了这三次过程之间及其与以往研究的异同点,包括双眼墙的生消周期、空间尺度、结构、强度以及所伴随的台风强度变化,在此基础上提出了双眼墙生消的演变模型。结果表明:(1) 螺旋云带型态演变是双眼墙生消过程的外在表现形式:随着台风眼墙与螺旋云带的脱离,螺旋云带自身首尾相连,在原台风眼墙的外围形成另一圈闭合环流,即双眼墙结构形成。外眼墙环流在加强加宽后向内收缩,内眼墙环流减弱并消失,只剩一单圈环流,或外眼墙环流演变为螺旋云带,则双眼墙结构消失;(2) 双眼墙结构持续的时间可以由几小时至数天,这可能与内、外眼墙直径无关,而与台风环流特别是外眼墙结构有关。当外眼墙环流对称化后,内、外眼墙将在数小时内完成眼璧置换过程;(3) 在一个成熟的双眼墙台风中,外眼墙对流发展高度较内眼墙高,内外眼墙之间是类似台风眼的下沉气流控制区;(4) 基于ADT的台风业务定强,可能不能正确地描述双眼墙台风强度的变化特征,而AMSU-A所反映的台风暖心强度,能较好说明双眼墙生消过程中台风强度的剧烈变化。      

超强台风“利奇马”(1909)双眼墙形成及发展过程分析

采用CMISS/MIMIC微波卫星产品,TCGP数据集和NECP/NCAR全球再分系资料,详细分析了超强台风"利奇马"(1909)的双眼墙过程中对流结构及动力结构的协同变化特征。结果表明:(1)在双眼墙形成前,"利奇马"内核对流雨带对称性增加,呈现环状包裹眼墙。在环状雨带和眼墙之间,下沉气流配合相对湿度干区在此发展,致使该区域对流受到抑制,最终发展为下沉晴空Moat区。而在内核环状对流雨带处,上升运动中心和次极大入流中心发展,增大绝对涡度的内输,促进次极大风速中心的形成,并有利于深对流发展。最终环状对流带发展成为外眼墙;(2)双眼墙结构形成后,次眼墙及其相伴的次级环流和对流雨带均增强并且内缩,Moat区变狭窄,对流抑制作用增强。相反,内眼墙对流强度及次级环流减弱,绝对涡度内输不足,导致"利奇马"强度减弱。     

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。     

Sepat台风（0709）登陆过程中眼放大现象研究

台风登陆过程中常发生结构变化,从而引起其强度、路径以及风雨分布等一系列变化,导致登陆台风灾害十分复杂.0709号台风Sepat在穿过台湾岛时结构变化明显,出现了台风眼放大现象.基于上海台风研究所台风资料、FY-Ⅱ卫星半小时一次的遥感资料、台湾雷达逐时合成回波图像以及NCEP每日4次1°×1°格距的再分析资料,研究了Sepat登陆过程中的眼放大现象.结果表明:(1)Sepat登陆台湾后眼墙塌陷、眼消失,但随后在从台湾海峡移向大陆过程中重新出现了台风眼并伴有眼放大现象,眼直径扩展至约600 km;(2)这种眼放大现象,实际上是台风内核区对流云团分裂扩散过程中与外围螺旋云带一起重新发展出的环状结构.台风眼的扩大与眼区下垫面温度降低、低层大气不稳定度减弱、径向外流加强、下沉运动区范围扩大等因素有关;(3)在台风外围,环境干空气侵入台风环流并在其西部形成了弧状湿度锋.锋区既促进对流运动发展,也阻碍了台风眼区云团进一步向外扩散,使对流云团在锋区附近排列成半圆弧状云带,并在台风气旋性环流组织下与台风东部的螺旋云带一起形成了环状眼墙;(4)台风的减弱消亡与其眼区放大现象密切相关.台风眼放大过程中,由于眼内干空气下沉范围加大、对流凝结潜热加热减弱,不利于暖心结构维持,台风强度亦随之衰减.同时,其增强的径向外流在一定程度上阻止水汽能量向台风内核区输入,促使台风内核对流运动的减弱和消亡.     

台风利奇马(1909)双眼墙特征及长时间维持机制

利用CIMSS微波卫星产品和多普勒天气雷达资料,分析超强台风利奇马(1909)的长时间双眼墙特征,并采用集合卡尔曼滤波方法同化雷达径向风资料,诊断利奇马双眼墙的三维结构演变特征.结果 表明:在双眼墙演变过程初期,受强垂直风切变和中高层干空气入侵的影响,外眼墙对流减弱,呈非对称特征.Sawyer-Eliassen方程诊断...     

0812号台风鹦鹉分析

利用常规观测资料、雷达资料分析了台风"鹦鹉"影响过程的环流形势特征,发现:(1)台风鹦鹉的影响期间,南压高压中心位置稳定在青藏高原东部,有利于台风右侧高层的辐散流场;(2)副高强度偏弱位置偏东,不利台风东侧水汽输送.700hPa槽后的偏北气流大举南下与台风前的偏北气流合并,台风中层冷空气的入侵影响有利暴雨的发生;(3)...     

利用TRMM卫星资料分析"桑美"台风云系特征

利用TRMM卫星测雨雷达、微波成像仪探测结果,结合天气图、FY-2c卫星云图、南昌多普勒雷达图,对"桑美"台风活动的大气环流、不同阶段云系特点,以及云中冰、水结构进行了分析.结果表明,"桑美"云系在洋面时有清晰的台风眼和云墙结构,螺旋云带范围较大,在云墙和螺旋云带处存在较强降水;临近登陆时螺旋云带和降水范围明显减小,但云墙处分布大量冰粒子和水粒子,云墙处对流极其强烈,中心区域强降水云系更为紧密;登陆后云墙结构消散,强度减弱."桑美"登陆后降水水平范围明显减小,且中心处的降水强度也要小于在洋面时,台风云顶高度明显小于在洋面时."桑美"登陆后在江西境内的对流降水样本比例和降水贡献率都远高于在洋面上,其中10～20 mm/h对流性降水贡献率达46.7%,导致江西局部产生大暴雨.     

冷空气影响台风暴雨的中尺度分析及数值模拟

利用常规探测资料、NCEP/NCAR 1°×1°6 h间隔的FNL再分析资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°6 h间隔资料、多普勒雷达和中尺度地面自动站资料,对2014年"麦德姆"台风暴雨对流系统的天气背景、触发机制以及生消演变过程进行分析,并用中尺度数值模式WRF进行侵入冷空气强度的数值敏感性试验。研究结果表明:(1)强降水发生在"麦德姆"北上变性的过程中,冷空气的侵入使得台风热力结构改变,台风外围的大气斜压性增强,层结更不稳定,有利于中尺度对流系统发生发展。(2)对流系统的触发首先是由边界层内冷空气侵入造成的,冷空气与暖空气的对峙使得江淮东部辐合加强、降水回波稳定少动。(3)数值敏感性试验结果表明,冷空气侵入使台风外围层结更加不稳定,有利于产生深厚的垂直运动,使中尺度对流系统的生命史长、强度强。若入侵冷空气过弱,对流系统中的垂直运动弱,对流强度弱;若入侵冷空气过强,虽然对流系统中能发展出强的垂直运动,但垂直运动维持的时间短,中尺度对流系统的生命史短,不利于产生持续性强降水。     

1907号南海台风“韦帕”造成防城港大暴雨诊断分析

利用1°×1°NCEP再分析资料、卫星云图和雷达资料等,采用天气学诊断方法,分析1907号南海台风"韦帕"造成防城港大范围大暴雨的原因。结果表明:(1)"韦帕"引导气流弱、移动速度缓慢、强度减弱慢、中心登陆防城港是造成防城港大暴雨的主要原因;(2)"韦帕"对流云系长时间滞留防城港上空,是造成防城港大暴雨的直接原因;(3)台风过程降水为对流性降水,台风降水效率高导致防城港出现大范围大暴雨;(4)防城港上空一直位于925 hPa水汽辐合中心和850 hPa垂直上升运动中心或附近,有利于大量水汽集结抬升形成对流云系产生持续性强降水;(5)"韦帕"影响防城港期间大气对流非常不稳定,湿正压项(MPV1)分布对较强降水落区有指导意义,强降水主要出现在湿正压项负值中心附近;(6)"韦帕"环流后部在防城港上空有一条偏东南风急流带,这条急流带在十万大山山脉前被迫抬升形成对流,对防城港出现大暴雨有明显增幅作用。     

台风“威马逊”登陆后长时间维持原因分析

超强台风威马逊(1409)在华南三次登陆,登陆后减弱缓慢,带来了狂风暴雨和巨大的经济损失。利用NCEP再分析资料、CMABST最佳台风路径数据等资料,对"威马逊"长时间维持的原因进行天气学和动力学诊断分析,结果表明:(1)500hPa副高西伸发展,紧随着台风,副高和台风环流之间维持较强的气压梯度和水汽输送,有利于台风环流的维持。850hPa西南季风急流和越赤道气流合并卷入台风低压环流中,输送的水汽和不稳定能量是台风在登陆后衰减缓慢的重要原因。高空存在强流出气流,高层辐散抽吸作用有利于台风强度的维持和发展。(2)台风移向下游区域海温偏高、环境风垂直切变小、强盛水汽输送是台风强度维持的重要环境条件。台风登陆后涡度和垂直速度结构完整,减弱缓慢,利于台风环流的维持。台风移入的华南地区处于热力不稳定状态,有利于对流凝结潜热效率的增加和台风环流内对流活动的增强,从而有利于台风强度的维持。     

台风“妮妲”的数值模拟与暴雨成因分析

利用NCEP再分析资料(1°×1°),使用WRF模式对1604号台风"妮妲"进行了数值模拟,分析了该次台风暴雨形成的环流形势、动力、热力等条件,并探讨台风外围环流触发强对流天气过程的各云微物理量分布特征,结果表明:(1)"妮妲"是在副高偏强且稳定的环流背景下发生的,台风路径为稳定西北向,降水分布南多北少;(2)整个过程可分为台风本体降水和台风外围雨带降水,相对于本体降水,台风外围雨带产生的降水更具有短时强降水的特点;(3)对台风外围环流强降水的预报,能否准确判断冷空气的位置成为预报准确与否的关键;(4)该次台风过程外围环流引发的强降水天气、雪和霰的大值区分别位于雨水大值区的下游和上游方向,结合雷达产品,可能对降水大值区有一定的指示作用。     

2006年超级台风“桑美”强度与结构变化的数值模拟研究

使用一个高分辨率、非静力数值模式WRF模式对2006年超级台风Saomei强度和结构进行了数值模拟研究.首先,评估了Makin的粗糙度长度公式对台风Saomei强度和结构变化的影响,结果表明,采用新参数后,使得模拟的台风强度变化与实况最佳路径资料的强度变化更一致,对超级台风Saomei强度预报有改进;但对台风路径的影响不大.通过QuikSCAT、雷达和TRMM非常规资料的验证,进一步表明模拟的台风Saomei的结构与实况很接近,可以再现台风内核区域的部分"双眼墙"和"Annular"结构.其次,通过对台风Saomei边界层过程模拟的改进,表明在平均风速大于40 m/s时边界层各物理量明显改善,使得模式最大强度比传统的简单外推插值方案有显著改进,特别是在台风最强阶段,当台风Saomei眼墙区域的海表面拖曳系数C_d的相对变小,使得其眼墙区域的平均切向风速、径向风速、垂直风速、温度距平、涡旋动能和绝对角动量等物理量均有增强.表明台风Saomei眼墙氏域(20-40 km)各物理量的贡献对其强度和结构变化的影响十分重要.最后,在此基础上进一步分析模式海温和大尺度环境垂直风切变对台风Saomei强度和结构变化的可能影响,讨论了台风Saomei在其增强和消弱阶段中,大尺度环境垂直风切变对其强度变化的负反馈作用.     

大涡技术对模拟台风眼墙替换过程的影响

眼墙替换是影响台风强度和内核结构的一种重要过程。本研究在高分辨率的数值理想试验中加入大涡模拟技术,对比分析大涡模拟对眼墙替换过程的影响。结果表明:大涡模拟的加入使得模拟台风的强度和边界层入流增强。整个眼墙替换过程共用时约20～22 h,但大涡模拟试验中外眼墙形成更迅速,同时强度和上升运动偏弱。外眼墙完全取代内眼墙之后的台风强度超过替换过程之前的强度。此外,使用大涡技术可以更好地模拟出眼墙替换过程中内外眼墙之间的moat区下沉运动,结构特征与前人观测中所发现的结构特征一致。因此,在台风数值研究中引入大涡模拟技术,有助于更好地模拟眼墙替换过程中的台风结构特征和变化。     

T-TREC方法反演登陆中国台风风场结构

在传统的基于天气雷达反射率因子的相关方法跟踪回波运动(TREC)技术的基础上,本研究发展出适用于台风环流反演的T-TREC方法.同传统的TREC技术相比,T-TREC根据台风环流呈逆时针方向旋转的特征,利用雷达观测资料客观选取台风中心,选取扇形网格单元,在以台风中心为原点的极坐标系下进行逆时针方向同波追踪.同时,该方法也利用雷达径向风资料客观选取切向的搜索范围并建立风场相关矩阵,以减少主观设定搜索区域造成的误差.通过利用中国新一代天气雷达网(CINRAD WSR-98D)观测的登陆台风桑美(0608)资料对方法进行验证,结果表明T-TREC方法可以更加准确估计强台风环流,反演的径向风平均误差小于4 m/s.其中径向风信息的引入明显提高了反演风场精度,特别是改善了在眼墙区因回波结构较均匀造成的风场低估.当台风靠近陆地时,因地物回波以及台风环流与地形相瓦作用激发对流的影响,使得低层风场反演误差增加.文中也探讨了台风中心、搜索网格单元大小等因子对反演精度的影响,结果显示,反演结果对于中心定化比较敏感,中心位置偏移4 km将造成反演的径向风平均误差增加约10%.而搜索单元大小对反演结果影响和台风尺度相关,若台风尺度较小,则较小的搜索单元反演效果较好.     

台风同心双环云墙的演变

本文利用飞机探测资料，分析了台风同心双环云墙演变的特征。在1949—1985年的83个同心双眼台风中，双环云墙的演变可分为以下三类。1.随着台风的加强，包围眼的云墙直径逐渐缩小，而外围又会涌入一圈环状闭合云墙，外云墙也逐渐缩小，内云墙很快消失。在这类台风变化过程中，会有几次外围涌入环状云墙的情况；与此相对应，台风强度变化有一振荡。2.另一类台风在变化过程中，外围涌入环状云墙只有一次。外云墙发展变化较复杂:有的台风外云墙会渐渐缩小；有的外云墙会渐渐扩展；有的双环云墙维持较长一段时间；有的外云墙出现后很快消失。3.还有一类双环云墙的形成是由台风眼内积云对流发展而演变为环状闭合内云墙的，这类台风的内云墙维持一段时间后即消散。     

雷达资料同化对2015年台风彩虹数值模拟改进

基于WRF中尺度模式,采用集合卡尔曼滤波方法同化中国岸基多普勒天气雷达径向速度资料,对2015年登陆台风彩虹（1522）进行数值试验。从台风强度、路径、结构等方面验证了同化效果,并对不同区域雷达观测资料的同化敏感性进行讨论。试验结果表明:在同化窗内同化分析场台风位置误差相比未同化平均减小15 km,最多时刻减小38 km,同化资料时次越多,确定性预报路径误差越小。同化雷达资料后较好地反映出台风彩虹（1522）近海加强过程,台风中心最低气压同化分析和预报误差相比未同化最大减小超过25 hPa,台风眼的尺度、眼墙处对流非对称结构相比未同化与观测更加接近。试验还表明:台风内核100 km范围内的雷达观测对同化效果影响最大,仅同化这部分资料（约占总量的20%）各方面效果与同化全部资料相近,而仅同化100 km以外资料效果明显不及同化所有资料。仅同化台风内核雷达观测资料可以在不影响同化效果的前提下,使集合同化计算机时减小为原来的1/3,该策略可为台风实际业务预报提供一定参考。     

台风Chanchu(0601)变性过程中的强度变化及环境场分析

利用非静力中尺度WRF模式模拟的台风Chanchu(0601)的输出资料,探讨了Chanchu减弱变性过程的强度及结构变化。分析结果表明:在台风Chanchu北移过程中,高层的暖心被破坏,强度快速减弱,眼壁对流发展高度降低,眼壁对流由对称结构演变为非对称,内核对流减弱。此减弱变性过程与惯性稳定度减小、垂直风切变增强、低层锋生等环境要素有关。惯性稳定度与台风强度变化一致,随着惯性稳定度降低,最大切向风减弱并不断外扩,Rossby变形半径增大从而潜热释放不集中难以维持台风强度,台风减弱;同时,内核区的高层暖心更易径向频散,从而高层暖心难以维持;环境的垂直风切变增强使台风的斜压性增强,台风垂直结构的倾斜度增大,对流发展高度降低;低层冷空气侵入台风中心趋于填塞,也利于台风强度减弱;台风登陆以后冷暖空气对比导致的锋生使得不稳定能量释放从而重新加强了Chanchu环流内的中低层对流活动,但较台风最强时刻而言对流强度减弱。总体减少的对流和降低的对流高度,导致潜热能释放减小,其向心输送也减少,不足以维持强暖心结构,最终使得台风减弱并变性。      

多平台热带气旋表面风场资料在台风结构分析中的应用

本文利用2007-2014年美国海洋和大气管理局的多平台热带气旋表面风场资料(Multiplatform Tropical Cyclone Surface Wind Analysis,MTCSWA)对西北太平洋和南海区域内共210个编号热带气旋进行了统计分析。结果表明,MTCSWA资料中的最大风速(V_(MAX))相较最佳路径强度偏弱10%~15%,对于较弱的台风存在一定的高估。最大风速半径(R_(MAX))与台风强度之间存在一定的线性关系且在不同区域具有不同的分布特征。由于R_(MAX)与台风的强度有关,对于强度达到强热带风暴以上级别的各个海区内台风其结构差异不明显,而对于强度较弱的台风(强热带风暴以下)其最大风速半径具有一定的区域分布差异。对台风各级风圈半径的分析结果显示:7级风圈半径通常是东部大于西部,而10和12级风区半径没有这种现象。利用MTCSWA的内核区高分辨率对1215号超强台风布拉万分析发现,在其内外眼墙置换过程中,内外眼墙之间的距离(R_2-R_1)逐渐减小,内眼墙的风速(V_1)逐渐减小,而外眼墙的风速(V_2)逐渐增加,且在此过程中伴随有台风强度的短暂波动。最后结合MTCSWA资料和数值预报讨论了一种台风结构参数的客观估计方法,其检验结果表明该方法对R_(MAX)和各级风圈半径均有一定的估计能力。     

“云雀”残涡影响下豫西南一次大暴雨过程特征分析

受第1812号台风"云雀"残余环流影响,2018年8月5日凌晨到上午,河南南阳、平顶山、洛阳交界一带出现了3 h雨量超过180.0 mm、小时雨量达到69.4 mm的极端强降水,常用的全球模式和中尺度模式均未能给出暴雨提示。利用常规气象观测资料,风云2G、风云4A卫星资料,南阳站雷达和NCEP再分析资料,对此次大暴雨过程进行对流初生和中尺度特征分析,探讨这种弱环流背景下产生的局地大暴雨的物理过程和触发维持机制。结果表明:1)这次大暴雨过程是"云雀"台风残余环流沿副高边缘西移过程中,在伏牛山、大方山的喇叭口地形强迫下形成边界层中尺度辐合线,触发了强对流。2)降水过程的时间和强度与边界层形势演变对应较好,业务中需加强对边界层的关注。3)强降水出现在中尺度云团后部的TBB梯度大值区,位于喇叭口地形的南缘,不断有中尺度对流云团生成。4)大暴雨是以暖云为主的强降水过程,出流较弱,具有低质心、高效率的特点。强降水开始时,对流发展高度不高,与雷达相比,FY4A卫星没有提前发现这次过程的初生对流。     

台风“桑美”（0608）登陆前后降水结构的时空演变特征

利用雷达－雨量计联合测量降水技术得到的1小时雨量分布资料, 分析了台风“桑美”登陆前后距台风中心111 km以内的降水结构及其时空演变特征, 尤其是登陆前双眼墙循环过程中, 降水结构的变化特征。研究发现: 在登陆前“桑美”经历了双眼墙循环过程, 在此期间, 其内、外眼墙和雨带降水均以强降水为主, 内、外眼墙平均降水率均随时间增强, 而外眼墙增长幅度更大, 且平均降水率始终大于内眼墙, 但并没有伴随外眼半径减小的过程。而雨带平均降水率随时间变化很小, 略有下降。在登陆后,“桑美”内核和外围区仍是以强降水为主, 登陆前三小时左右内核区平均降水率有一个迅速增长的趋势, 登陆后随着台风强度的减弱, 其平均降水率迅速下降。“桑美”降水的空间分布特征显示, 其登陆前后降水结构有明显的非对称性, 在登陆前内、外眼墙和雨带最大降水均出现在台风移动路径的右侧, 且雨带的最大降水率始终位于内、外眼墙的右方; 登陆后, 内核区和外围降水更多地出现在移动路径的后方, 而不是登陆前的右侧。