台风"尼伯特"在北部湾海面上减弱分析

通过对2003年台风"尼伯特"周围的风向、风速在铅直方向的垂直变化和垂直速度、散度场等物理量的变化分析,发现台风周围的风向、风速的垂直切变增大和上升运动的迅速减弱改变了台风的暖心结构,是造成台风"尼伯特"在北部湾海面上迅速减弱的主要原因.     

台风“妮妲”（1604）登陆期间近地层风特性分析

利用深圳350 m气象梯度观测铁塔获取的台风“妮妲”（1604）登陆期间近地多层风观测资料,分析“妮妲”登陆期间风场和阵风系数等变化特征。结果显示：“妮妲”登陆期间,近地面风速随时间呈增强—减弱—增强—减弱的“M”型特征,风向由西北方向转为南东南;风速随高度增加而增加,其中风速垂直变化最大的时段为“妮妲”后风圈经过期间;垂直方向上,“妮妲”前外围向前风圈过渡期间风向多变,而其他时段风向随高度基本不变;在“妮妲”前外围、前风圈和眼区经过期间,350 m高度以下的风速随高度的变化遵循对数关系,而在“妮妲”后风圈和后外围时段仅适用于150 m以下高度;在“妮妲”登陆过程中,铁塔观测的粗糙度长度约为0.52 m;阵风系数随高度增加而减小,“妮妲”登陆前和眼区的阵风系数较大;另外,阵风系数与风速呈负相关关系,随着风速增加而减小,尤其是风速小于10 m/s时。     

两次台风过程近地层湍流度和阵风因子分析

利用2005年台风"麦莎"和"卡努"期间青岛海岸实测三维风观测资料,挑选6个10 min平均风速≥8 m/s的强风时段,使用矢量分析方法研究台风影响华东地区时近地层的平均风速风向变化、湍流度和阵风因子变化等湍流特性,结果表明台风影响期间,近地层湍流脉动风速不稳定,水平方向、垂直方向风速风向快速变化;虽然台风"麦莎"、"卡努"入海地点不同,不同强风时段近地层湍流度差异也较大,但湍流强度都表现为Iu(横向)＞Iv(纵向)＞Iw(垂直向).两次台风影响过程不同强风时段近地层阵风因子的变化与湍流度的变化是一致的,在风速增大风向转变的时段,湍流度和阵风因子明显增大.     

多普勒激光雷达探测台风“利奇马”边界层风场精度分析

多普勒激光雷达在台风等强天气背景下的探测能力亟待研究,为此将多普勒激光雷达与70 m测风塔超声风温仪在同址同高度探测台风“利奇马”影响期间的边界层风场数据进行对比,并分析多普勒激光雷达的误差分布以及变化情况。结果显示:在高度70 m上,两者的水平风速、风向相关系数分别为0.97和0.99,垂直风速的相关系数为0.36。以超声风温仪为参考值,激光雷达水平风速、垂直风速和风向均方根误差分别为1.06 m/s、0.46 m/s和17.10 °。深入研究表明:降水对多普勒激光雷达测量水平风速和垂直风速误差均有一定影响。当激光雷达信噪比大于2 000时,各参量的误差与信噪比呈负相关关系。研究表明多普勒激光雷达至少可以较好地刻画台风环流内的水平风场结构及演变,可应用于台风外围环流影响下(即较弱降雨条件下)边界层风场的高分辨率探测和研究。      

2020年黑龙江省“巴威”台风暴雨成因分析

选取2020年8月27-28日黑龙江省降雨量和风的实况观测资料以及NCEP再分析等资料,分析了2020年“巴威”台风影响黑龙江省时的风雨天气实况、环流形势和物理量场特征。结果表明:“巴威”台风登陆后迅速减弱变性,对黑龙江省的影响主要是暴雨天气,风力影响相对较小。台风减弱变性后的温带气旋以及低层850 hPa和700 hPa风向或风速辐合为产生暴雨提供了较好的动力抬升条件,台风携带水汽及低空急流的水汽输送为产生暴雨提供了充分的水汽条件,低层风场辐合区稳定少动为产生暴雨提供了充足的时间。低层850 hPa比湿、水汽通量、水汽通量散度以及中低层垂直速度等物理量要素对预报暴雨落区和发生时间有较好的指示意义。     

强热带风暴“北冕”登陆前后的风场变化

利用Q3000型车载相控阵风廓线雷达,对强热带风暴“北冕”登陆前后的风场情况进行了连续观测,观测资料反映了“北冕”登陆前后观测点上空风场的变化：“北冕”中心临近时风速逐渐增大,而后逐渐减弱,风向在垂直空间及时间上存在有规律的切变。风廓线雷达探测资料对于研究热带气旋内部的平均风特性、垂直结构、湍流输送性质及风压分布等有重要意义,可以弥补地面探空站在台风期间无法获取有效探空资料的不足。     

台风“尼伯特”和“莫兰蒂”造成的江西暴雨中干空气的影响对比分析

应用常规资料、FNL再分析资料,分析相似路径台风“尼伯特”和“莫兰蒂”对江西暴雨的影响,结果表明:1)“尼伯特”和“莫兰蒂”进入江西后降水落区差别较大,“尼伯特”降水主要位于赣南地区,以对流性降水为主;“莫兰蒂”降水主要集中于赣东北,以层状云稳定性降水为主。2)“尼伯特”和“莫兰蒂”环流形势类似,台风东、西、北三面都被高压控制,台风的北侧系统差异造成两个台风移速差异,“莫兰蒂”北侧有西风槽东移,使“莫兰蒂”的移速较“尼伯特”更快。3)干空气对不稳定能量积累起重要作用,相较于“莫兰蒂”,“尼伯特”过程中江西上空有较为深厚的干空气,更利于不稳定能量积累,造成降水性质差异。4)两个台风期间高、低层干空气的差异是造成降水位置差异的主要原因。“尼伯特”期间台风西侧高层干侵入不明显,而在“莫兰蒂”期间台风西侧干侵入明显,利于江西东北部降水,而抑制江西西部南部降水;对流层低层,“尼伯特”影响期间,干空气控制台风北侧和西南侧环流,切断其西南部的水汽输送;而在“莫兰蒂”影响过程中,台风中心北、西、南侧均受干空气影响,水汽输送通道更为不通畅。     

2009年“莫拉克”台风登陆过程阵风特征分析

利用上海台风研究所移动观测车获取的“莫拉克”台风登陆过程中超声风、温等观测资料对地面阵风特性进行了诊断分析.结果表明,在风速时间序列中叠加有周期为3-7 min的阵风扰动,显现出明显的相干结构,即沿顺风方向阵风风速峰期有下沉运动,谷期有上升运动;阵风扰动的各向异性特征明显,沿顺风方向的阵风扰动能量最大,其次是沿侧向和垂直方向的扰动能量;沿顺风方向的阵风垂直动量通量向下传播,而沿侧风方向阵风扰动动量垂直通量总体贡献接近于0.阵风扰动沿顺风方向的积分空间尺度和时间尺度最大,沿侧风方向和垂直方向其次,均明显大于湍流的积分空间和时间尺度.此外,阵风扰动的其他特征还包括:感热垂直通量极小;当平均风速较大时阵风风向变化幅度较小,而风速较小时阵风风向变化幅度则较大;动力学分析表明,阵风扰动主要表现出重力内波的一些特性.     

"帕布"和"蝴蝶"强度变化及移动路径分析

通过对环流形势和热带风暴周围的全风速、垂直速度的变化分析,发现"帕布"的突然转向与副热带高压脊线的北抬、干区中轴线的制约作用和双风暴的影响有关,风速的垂直切变增大和上升运动的迅速减弱改变了热带风暴的暖心结构,有利于热带风暴减弱消失或改变移动方向.     

涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的数值研究

设计了一个高分辨率f平面准地转正压涡度方程半谱模式，用以研究非线性对台风切向风速变化，以及不同初始异常条件下台风环流内涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化特征。6类(14组)试验的数值结果表明：非线性使台风切向风速的增强减弱，可能使最大风速半径收缩。初始扰动中心位置对涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的影响明显。扰动中心在最大风速半径附近时，台风最大切向风速增强最多；异常中心在台风外区时，使最大切向风速减小。初始异常尺度(范围)减小对台风最大切向风速变化的影响减弱。双涡分布条件下，台风环流外区的涡旋使内区或近眼壁区对流涡旋对台风最大切向风速的影响减弱。     

台风莫拉克 (0908) 影响期间近地层风特性

通过对台风莫拉克 (0908) 影响范围内的33座测风塔观测资料的分析可知:台风莫拉克越靠近陆地,风场的非对称性越明显,其行进方向的左侧测风塔风向呈逆时针旋转,右侧测风塔风向顺时针旋转。在远离台风莫拉克的地方风向稳定,湍流强度变化较平稳;在台风莫拉克登陆点附近,风向、风速和湍流强度均会出现突变。台风莫拉克影响期间,湍流强度与风速的关系未出现IEC标准曲线那样随风速增大稳定减小,其I₁₅达B级和A级及以上的平均湍流强度会在风速7~17 m·s-1形成一个峰值;无论南风或北风,风速越大,各层湍流强度差异趋于减小,同等风速、高度的湍流强度偏南大风均大于偏北大风。位于台风莫拉克登陆点北侧测风塔湍流强度随风速的增加先减小后增大,最终各高度全部超过IEC标准A级曲线,而位于南侧测风塔湍流强度随风速的变化比北侧小,并随风速增大趋于标准A级曲线;另外北侧测风塔湍流强度大于南侧,且各高度偏北大风湍流强度之间的差异比南侧相应风向明显,表明北侧垂直方向的扰动更强。台风莫拉克阵风系数为1.2~1.7,其随高度变化与地形有关,一般情况下随高度升高而减小,在复杂地形条件下不符合随高度升高减小的规律。     

两例相似路径台风降水差异的成因及预报分析

2016年超强台风“尼伯特”和“莫兰蒂”的路径极为相似,登陆福建北上途经太湖流域后入海的路径也几乎重合,但太湖流域出现的降水却迥然不同,前者仅造成了太湖流域个别测站的暴雨-大暴雨,后者则出现大范围暴雨-大暴雨。利用常规气象观测资料、多普勒雷达资料、中国气象局的台风最佳数据集及美国国家环境预报中心（NCEP）提供的再分析资料等,对两个台风登陆后的环流背景、台风结构特征等进行了对比分析。结果发现：“莫兰蒂”登陆后的低压环流结构保持良好,北上过程中与外围浅层冷空气的相互作用明显,海上水汽输送通道畅通,台风倒槽导致太湖流域大范围暴雨-大暴雨;“尼伯特”登陆后迅速减弱,环流结构出现“空心化”,水汽输送弱,高层弱冷空气与台风残余低涡的叠加触发局地短时强降水,未能导致太湖流域大范围暴雨。从预报回顾看,模式对登陆台风北上过程中强度预报过强是导致“尼伯特”在太湖流域风雨预报过度的主要原因。3 d以上的中期台风降水预报中,经验概念模型与模式集合预报结果的相互印证,有利于得出比模式确定性降水预报更合理的预报结论。     

利用两类雷达探测资料分析超强台风“威马逊”登陆期间结构演变特征

利用实时多普勒天气雷达、边界层风廓线雷达和自动站资料对超强台风“威马逊”第4次登陆广西沿海时台风结构的演变特征进行研究,结果表明：台风眼区气压呈“漏斗”形变化,具有气压低、风速弱、空气干而暖的特征;登陆过程中眼区保持圆形,半径约为30 km,是典型强台风结构;天气雷达径向速度大风区具有非对称性,右象限大于左象限;风廓线雷达水平风场能够精确、直观地描述台风不同部位经过测站时的垂直结构特征,从低层到高层风向先后经历了“东北风—东风—东南风—南风”的转变过程,风速整体上呈现随高度先增大后减小的特点,其垂直速度和大气折射率结构常数(C2n)能够很好地反映台风的结构及其云和气流的变化特征;两种雷达风场产品的风向一致,但是VWP产品的风速比风廓线雷达的要小,VWP产品出现无效数据时,可以用风廓线雷达产品作为补充。     

强台风海鸥登陆期间近地层风特性分析

利用位于海南文昌市的90 m测风塔观测的强台风海鸥多层测风数据,分析了台风海鸥登陆期间近地层风场时空特征、湍流强度、垂直风切变及阵风因子等风场特性,分析结果表明:台风海鸥登陆期间,近地层各高度风速呈现"M"型双峰特征,最大风速出现在台风后风圈;台风过境前后,风向旋转了180°;近地层风速随高度升高而增大,各高度风速垂直切变符合对数和指数规律;粗糙度长度、风廓线幂指数、湍流强度、阵风系数等风场特性与风速呈负相关关系,随着风速的增加而降低;从台风外围至台风眼,粗糙度长度随风速呈现"增大-减小-增大"特征;台风眼内部风速垂直切变剧烈,前后风圈的风速垂直切变较弱;强风区湍流强度较弱,弱风区湍流强度较强;台风风圈的湍流强度随高度增加而减小,台风眼内湍流强度随高度先减小再增加;台风影响各阶段阵风系数随高度升高而减小,各高度层阵风系数遵循指数定律;阵风系数随风速的增大而减小,当风速达到一定强度时,阵风系数随风速变化不明显。     

台风“巨爵”强度突变及惠州局地强降水成因分析

利用常规气象资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析2009年9月台风“巨爵”登陆前强度突变及惠州市局地强降水的成因.结果表明:高空辐散加强、西南季风加大、水平垂直切变减小和副热带高压减弱东退,是台风“巨爵”登陆前迅速加强的重要条件.台风登陆后,低层西南急流加强,为惠州强降水提供充足水汽,切变线、风速辐合是中尺度系统的触发机制,而地形抬升作用则有利于台风降水维持和雨强加大.     

强台风“海葵”(1211)近海急剧增强的数值研究

近海台风强度急剧增强是预报中的难点。使用新一代中尺度WRF模式对台风“海葵”(1211)近海强度急剧增强过程进行数值模拟,并对数值模拟结果展开分析,研究引起台风强度突变的可能机理及相应结构变化。模拟结果表明,台风“海葵”的急剧增强与低层水汽输入的突然增加以及有利的高、低层辐散、辐合流场配置密切相关,且在“海葵”台风强度迅速增强的前6 h其高低层辐合、辐散流场呈现同时增强。台风结构变化的分析表明,在台风急剧增强时段台风结构趋于对称化,且低层眼壁范围小,高层眼壁范围向外扩展。伴随着台风强度增强,径向风速和切向风速也处在增大过程中,特别是台风急剧增强阶段,径向风速和切向风速增大更明显。另外,暖心强度逐渐加强,且暖心范围明显扩大并向低层扩展。同时随着台风强度的增强,垂直上升运动也逐渐增强。台风的这些结构变化都有利于其强度的维持和发展。      

超强台风桑美（2006）登陆前后低层风廓线数值模拟分析

利用ARW-WRF模式,以垂直方向40个模式层（对低层加密）、水平方向最高1 km的分辨率,对台风桑美（2006）进行数值模拟,模拟结果与实况基本一致。基于台风桑美（2006）1 km分辨率的模拟结果,对台风低层（海面或地表以上1500 m以下）风场结构进行了分析。结果表明,在台风登陆前,其最大风速半径附近存在水平风速在垂直方向有很强变化的风廓线,该类型风廓线的最大风速高度有明显变化,表现出类似急流的特征;而台风登陆后,其水平风速垂直变化明显减弱,即风廓线类型发生较大变化;另有一种水平风速在高层少变的风廓线类型在台风中是普遍存在的。还根据高层和低层两个切变因子,将台风登陆前的风廓线分为急流型、普通型和过渡型,并进一步分析各类风廓线在台风中出现的位置和急流高度。对急流型风廓线的形成原因也进行了初步探讨,结果表明,超/次梯度风在垂直方向上的变化是形成急流型风廓线的原因,而外围绝对角动量的输送在其中起关键作用。     

超强台风“威马逊”登陆期间近地层风速变化特征分析

利用1409号超强台风“威马逊”登陆广东徐闻期间勇士风电场观测数据,计算分析了“威马逊”风切变、湍流强度、阵风系数和风向等的时程变化特征,拟为沿海台风影响严重区域输电线路设计和风电机组选型提供参考依据。分析发现“威马逊”风切变指数相比年平均风速(即常态风)切变指数减小,随台风中心逼近和经过呈现先减小再增大的规律;台风中心过后风向回南之后,幂指数函数拟合较差。阵风系数呈现随高度增加而减小的趋势,该趋势在台风中心经过前较好地吻合幂函数,而在台风中心经过后吻合较差;各高度阵风系数以及不同高度之间的差值随台风中心逼近、风速增加而趋于减小,随台风中心远离、风速下降而缓慢增大。湍流强度随高度增加而减小,强风时段湍流强度较小且相对平稳,轮毂高度处湍流强度基本不超IEC-B类。测站位于台风中心路径右侧眼壁区时,所测风向随时间呈顺时针旋转。      

对强台风“纳沙”（1117）登陆海南岛前后降水非对称性的分析

利用NCEP 1 °×1 °再分析资料和卫星资料,以2011年强台风“纳沙”为例,分析了“纳沙”登陆海南岛前后的降水特征,并分析了“纳沙”周围TBB、湿度、水平风速和垂直速度在其路径两侧分布的不对称性,并从空间结构的分布上讨论了降水分布的可能成因。结果表明:登陆海南岛前后,“纳沙”的降水在其路径两侧的分布呈显著的不对称性,强降水主要集中在其路径左侧。“纳沙”除温度距平的分布较对称外,其它物理量在台风周围的空间结构均表现为显著的不对称性:（1）TBB,在路径左侧的强对流云系的强度和范围均比右侧大;（2）湿度,路径左侧的湿区范围比路径右侧大;（3）水平风速,台风位于海上和登陆时,路径右侧的最大风速比左侧强,台风登陆时其左右两侧最大风速相差20 m/s;在登陆前和登陆后路径右侧的相等大风速区范围比左侧大;（4）垂直速度,路径左侧的上升运动比右侧强,尤其在台风登陆时左侧的垂直上升速度比右侧大-2.4 Pa/s。通过对比上述物理量的非对称分布与降水分布可知,湿度可能是台风降水非对称分布的原因之一,而垂直速度可能是造成“纳沙”非对称降水的主要原因。另外,从垂直风切变作用进一步探究台风降水非对称性的形成机制,结果发现“纳沙”登陆前后的强降水均集中在顺切变方向及其左侧。垂直风切变可较好地解释路径左侧的强垂直上升运动和强降水区。此外海南岛的地形条件也导致“纳沙”在登陆期间海南岛西部的降水显著增加。      

拖曳系数参数化方案对工程台风模拟风场的影响研究

基于台风边界层的最新观测和研究成果,提出了最大风速半径、边界层风速比、拖曳系数等关键参数的经验方案,并依据垂直平均水平运动方程,建立适用于西北太平洋的工程台风风场模型,最高分辨率为2 km。通过理想试验,验证了所建模型的合理性,并重点关注模拟风场对拖曳系数参数化方案的敏感性。结果表明,不同拖曳系数参数化方案（增长型、饱和型、下降型）对强台风内核区的风场模拟有显著影响,但对最大风速的模拟影响不大。为验证所建模型对实际西北太平洋台风的适用性,选取台风“海葵”（1211）进行个例试验,得到最大风速的平均误差为-0.36 m/s,均方根误差为2.22 m/s。进一步选取我国沿海6个受“海葵”影响的测站,进行模拟风向、风速与观测的对比分析,发现所建台风风场模型能很好地模拟出台风影响过程中的风向转变,但各测站的风速均方根误差在1.61~6.92 m/s之间。较大的风速误差主要出现在位于台风中心附近的测站,意味着我国沿海复杂地形对台风的衰减作用在模型中考虑不足,是未来的改进方向。