集合敏感性分析在北半球中纬度高影响天气中的应用

总结回顾了集合敏感性分析(ESA)在诊断中纬度高影响天气预报不确定性中的应用。作为一个简单高效且不需要大量计算资源的方法,集合敏感性分析主要被应用在中纬度气旋、台风或飓风的温带转换,以及在强对流过程中诊断预报误差和不确定性的来源。集合敏感性方法极有灵活性,可以根据实际需要改变不同的预报变量和初始场。在对2010年美国东岸圣诞节暴风雪的分析中,集合敏感性分析通过三种形式来诊断了预报不确定性的初值敏感性,即基于EOF分析的敏感性、预报差别的敏感性,以及基于短期预报误差的向前积分敏感性回归。三种方法证实气旋路径的不确定性主要和位于美国南部大平原的短波槽初始误差相关。此外,气旋强度的不确定性还和产生于北太平洋向下游延伸的罗斯贝波列相关。集合敏感性分析方法对于分析中纬度气旋的不确定性、诊断初值敏感性、分析误差发展机制都非常有效。集合敏感性分析也被应用于分析台风/飓风的温带气旋转换过程的不确定性。在对2019年美国首个主要登陆台风Dorian的分析中发现,加拿大CMC的集合预报主要不确定性来自于强度的不确定性,而这个不确定性与初始时刻的大尺度环流型有关,较连贯的信号可以追溯至东北太平洋的前倾槽。而NCEP和ECMWF的不确定性主要在于气旋位置的东北—西南向移动,而敏感性主要和飓风系统本身(即其北部低压区和中纬度槽)的锁相有关。分析结果进一步验证了集合敏感性分析对诊断模式之间的不一致性,以及模式成员之间不一致性的不确定性来源和发展过程的可靠性。集合敏感性分析方法综合了集合预报、资料同化和敏感性分析,因此对于资料同化技术改进、诊断模式误差(或者缺陷)、附加(目标)观测最优策略,以及评估观测对预报的影响等都有重要意义。同时可以更有效地利用集合预报信息,帮助预报员提高情景意识,最终减少高影响天气预报中的决策失误。     

广东省逐年初台登陆时间的变化特点

通过对广东省初始登陆时间资料的分析,发现其具周期变化的特点。根据循环阶段（周期）的划分,比较满意地解释了近３年广东省初始登陆时间明显偏迟的原因。     

内核及外围尺度对热带气旋强度影响的数值试验

采用WRF数值模式模拟并对热带气旋尺度与强度关系进行了探讨,且初步诊断分析了内核及外围尺度对热带气旋强度影响的可能机制,结果表明:(1)内核区较大时的缩放引起角速度变化是其影响热带气旋强度的机制之一;(2)内核区较小时的进一步收缩引起的眼区次级环流破坏是其影响热带气旋强度的一种机制;(3)外围尺度变化造成低层上升至高层的水汽总量变化,是其影响热带气旋强度的一种机制;另一方面,外围尺度发生变化使得低层气流向热带气旋内的辐合减少,亦是其影响热带气旋强度的机制之一。     

季风低压对台风生成影响的观测分析

选取2007年和2009年发生的4个季风低压个例, 利用FNL资料和CMORPH卫星反演的降水资料, 采用多尺度环流分析法, 对西北太平洋季风环流的多尺度特征进行了分析, 研究季风低压对台风生成的可能影响。分析发现:季风低压生成于季风槽中, 其天气尺度波列的气旋性环流中。虽然以季风槽为特点的低频环流为台风生成提供大尺度气候条件, 但是季风低压通过进一步提供较大的正相对涡度, 可以有效减小Rossby变形半径, 促进热带低压中中尺度对流系统的相互作用和合并, 有利于台风的生成。     

台湾地形对台风Meranti(1010)经过海峡地区时迅速增强的影响研究

台风在趋近大陆过程中强度一般衰减, 但Meranti(1010)北上进入台湾海峡过程中却迅速加强, 且在登陆福建时达到最强。采用中国气象局台风资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°再分析资料及台湾雷达资料, 结合中尺度数值模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model)开展台湾地形敏感性试验, 研究Meranti进入台湾海峡过程中的结构变化及迅速加强机理。结果表明:台湾地形是Meranti迅速加强的一个重要影响因子。Meranti北上过程中, 一方面通过台湾岛地形分流作用及其背风坡效应在台湾海峡内诱生中尺度涡旋, 形成正负相间的涡度分布, 激发出与台风相关的扰动波列。地形强迫抬升及扰动波列可加强垂直运动和积云对流, 有利于台风对流发展。另一方面, 台湾地形还通过改变环境气流使台风高空辐散场加强, 环境风垂直切变减小, 形成有利于台风发展的环流背景。比较不同高度台湾地形试验中台风动能收支发现, 台湾地形激发的扰动波列和积云对流增强了次网格尺度系统与台风间能量的交换, 成为Meranti登陆前迅速加强的主要动能源。     

影响辽东半岛两个台风Meari和Muifa暴雨环流特征的对比分析

Meari(1105)和Muifa(1109)是两个路径相似并在辽东半岛产生强降水的热带气旋。但Meari强降水持续时间长,而Muifa时间短。利用中国气象局热带气旋年鉴、FY_2D(0.1°×0.1°)云顶亮温资料、大连地区逐时自动气象站降雨量资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对两个台风影响辽东半岛的降水过程进行了对比分析。结果表明:(1)Meari影响辽东半岛时强度较弱,但与低空东南急流相连获得丰富水汽供应,衰减缓慢;Muifa影响时强度较强但与低空急流水汽通道快速断开而衰减迅速。(2)两个台风均进入西风槽区而变性,但两者影响辽东半岛时处于不同的变性阶段。Meari为半冷半暖结构,其北侧中尺度对流活动发展旺盛,非对称结构明显;Muifa低层环流已变性为冷中心,云系结构孤立且无发展。(3)两次过程中辽东半岛位于台风不同的对流发展区域是其降水强度差异的原因之一。辽东半岛位于Meari北侧,低层的水平辐合较强,水平风垂直切变较大,深厚的上升运动维持;Muifa影响下辽东半岛位于其西侧,受偏北风下沉气流控制,不稳定度和动力抬升条件减弱。     

Tropical Cyclone Energy Dispersion and Possible Self Maintenance Mechanism of the Synoptic Scale Wave Trains

The interaction between tropical cyclone (TC) and the large-scale mean flows such as the inter-tropical convergence zone (ITCZ) is investigated using a three-dimensional primitive equation model. Once a TC develops in the vicinity of the ITCZ region where satisfies both barotropic and baroclinic instabilities, the southeastward energy dispersion from the TC may disturb the ITCZ and thus help its breakdown. Cumulus convection can be organized in the region of cyclonic circulation, and the interaction between convective heating and the perturbation circulation may enhance the development of the waves, leading to the generation of a new tropical cyclone to the east. While the TC moves to the high latitude, the ITCZ will reform. Though repeating of this process, a synoptic-scale wave train oriented in the northwest-southeast direction can be generated and self-maintained. The results suggest that the mutual interaction among the low-frequency background flow, wave train pattern and TCs provides a possible mechanism for the origin of the summer synoptic scale wave train pattern over the western North Pacific.     

利用TMI资料估计西北太平洋热带气旋强度的客观方法

利用2007—2009年热带降雨测量卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)观测的亮温资料,建立一种西北太平洋热带气旋强度(Tropical Cyclone,TC)的估计模型,对2010年热带气旋进行独立估计试验,并对估计误差进行分析。结果表明:该模型对强度小于强台风TC的拟合效果较好,均方根误差约为5 m/s,平均绝对误差约为4 m/s;对强台风和超强台风TC的拟合误差较大,均方根误差分别为9.65和6.60 m/s,平均绝对误差分别为7.76和5.49 m/s;对强台风及以上强度的TC,模型的拟合误差在日(夜)间减小(增大),误差最小(大)值为6.00 m/s(11.96 m/s),说明估计值在日(夜)间偏大(小)。     

Influence of future tropical cyclone track changes on their basin-wide intensity over the western North Pacific: Downscaled CMIP5 projections

The possible changes of tropical cyclone(TC) tracks and their influence on the future basin-wide intensity of TCs over the western North Pacific(WNP) are examined based on the projected large-scale environments derived from a selection of CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) models. Specific attention is paid to the performance of the CMIP5 climate models in simulating the large-scale environment for TC development over the WNP. A downscaling system including individual models for simulating the TC track and intensity is used to select the CMIP5 models and to simulate the TC activity in the future.The assessment of the future track and intensity changes of TCs is based on the projected large-scale environment in the21 st century from a selection of nine CMIP5 climate models under the Representative Concentration Pathway 4.5(RCP4.5)scenario. Due to changes in mean steering flows, the influence of TCs over the South China Sea area is projected to decrease,with an increasing number of TCs taking a northwestward track. Changes in prevailing tracks and their contribution to basin-wide intensity change show considerable inter-model variability. The influences of changes in prevailing track make a marked contribution to TC intensity change in some models, tending to counteract the effect of SST warming. This study suggests that attention should be paid to the simulated large-scale environment when assessing the future changes in regional TC activity based on climate models. In addition, the change in prevailing tracks should be considered when assessing future TC intensity change.     

Identification and analysis of high-frequency oscillations in the eyewalls of tropical cyclones

High-frequency oscillations, with periods of about 2 hours, are first identified by applying wavelet analysis to observed minutely wind speeds around the eye and eyewall of tropical cyclones(TCs). Analysis of a model simulation of Typhoon Hagupit(2008) shows that the oscillations also occur in the TC intensity, vertical motion, convergence activity and air density around the eyewall. Sequences of oscillations in these variables follow a certain order.