热带气旋边界层关键结构研究进展

边界层的动热力结构在很大程度上决定了热带气旋(TC)的发生发展,首先,TC边界层是触发TC对流的源地,并作为海-陆-气能量交换的主要中介,提供TC发生发展的重要能源;其次,边界层是TC对流发展所需水汽的主要输送通道;第三,TC登陆时,陆地下垫面摩擦直接作用于边界层,加强辐合、对流和湍流输送.对这些特征的了解有利于从根本上掌握TC发展变化的规律,为提高登陆TC分析和预报水平奠定基础,具有重要的科学价值和实际意义.本文在前期TC边界层研究工作的基础上,从热力学和动力学的角度,介绍了近年来国际上关于TC边界层风场、湍流交换、卷涡、能量和水汽输送等关键结构特征研究的主要进展.阐述了边界层入流对于TC能量平衡、水汽输送的重要作用,揭示了边界层超梯度风现象存在的机制和成因,以及边界层卷涡与边界层动量输送和TC强度发展的关系.这些认识有助于加强TC边界层关键结构对TC发展作用的理论认识.在此基础上,指出了目前TC边界层研究中存在的核心难点问题,并建议将TC边界层研究与数值预报方法相结合:除了将边界层观测通过资料同化应用于TC数值模式初始化,还可研究优化与TC涡旋结构相关的边界层参数化方法,实现TC数值模式初始化与边界层物理过程的衔接,探索可切实改进TC预报的有效途径.     

影响山东的台风温比亚（1818）中尺度云团“列车效应”特征分析

基于多普勒天气雷达、区域气象观测站、常规观测和NCEP再分析数据等,利用三维雷达拼图技术对2018年第18号台风"温比亚"造成的山东暴雨中尺度特征进行分析。研究表明:台风"温比亚"造成的山东暴雨,不同阶段雨强特征有较大差异,长时间强降雨是造成灾害性暴雨的主要因素;此次台风暴雨雨团具有很强的移动特征,是否形成"列车效应"是造成灾害性暴雨的重要因素;雷达三维拼图数据可以清晰识别和分析暴雨过程中尺度雨团的移动、合并和发展规律,这些对准确监测预报暴雨的发生至关重要。     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm•h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g•cm-2•hPa-1•s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

苏门答腊岛西北海域中尺度涡源区特征与形成机制

孟加拉湾内和湾口附近有丰富的中尺度现象,本文利用2.0版可分辨低纬地区中尺度涡的Chelton数据集,通过溯源的方法得到中尺度涡的源地分布。苏门答腊岛西北海域(以5°N,94°E为核心的区域)是中尺度涡重要源区之一。通过拉格朗日方法的涡旋追踪表明,1993—2017年该海域(3°N—6°N、92°E—95°E),分别有57个气旋式和40个反气旋式中尺度涡。频谱分析显示海表面高度异常存在180 d和360 d两个显著周期。地形和风场的共同作用是该海域产生中尺度涡的动力机制：沿5°N西传的罗斯贝波在海岭地形的作用下触发了中尺度涡的生成;赤道风场是源区重要的能量来源,局地风场能诱发中尺度涡的极性。本研究也揭示了以往文献虽刻画了苏门答腊岛西北部海域为高涡动能区,却没有识别出较多中尺度涡的原因。     

热带气旋对宁波降雨分布的影响分析

分析了1949～2008年间120个对宁波市造成影响热带气旋的年内分布情况,及其移动路径、强度变化对宁波市降雨分布的影响。结果表明:热带气旋的不同行进路径、不同登陆地点以及不同影响时间,直接影响宁波市降雨的时空分布及降雨的强度,分析的结果可以作为今后防台工作中相似预报的参考。     

Linking metrics of hydrological function and transit times to landscape controls in a heterogeneous mesoscale catchment

Long‐term river flow data and one year of isotopic tracer data in a nested 749 km² catchment were analysed conjunctively to evaluate the relationships between hydrometric statistics, transit times, and catchment characteristics. The catchment comprised two distinct geomorphic provinces; upland headwaters draining glaciated landscapes underlain by crystalline geology and lowland headwaters draining a major regional sandstone aquifer. In the uplands, flow regimes were ‘flashy’ with high runoff coefficients for storm hydrographs, steep recession curves and strong nonlinearity in event responses. In the lowlands, runoff coefficients were low, recessions less steep, and event responses more linear. Flow data from the catchment outfall showing damping of these extremes, but was most strongly influenced by the upland headwaters where precipitation was highest. The damping of variability in stable water isotopes between precipitation inputs and streamflow outputs reflected this; with upland tributaries least damped and lowland tributaries most damped. Attempts to quantify the mean transit times of the sampling points met with mixed success; partly reflecting the short run (1 year) of data, but mainly as a result of the marked damping in lowland sites. As a consequence, MTT estimates can only be said to be in the order of a few years in upland sites, but are probably decadal or greater in lowland tributaries. Again, the catchment outfall averages these extremes, but is more similar to the upland headwaters. Despite the difficulties in quantifying MTTs, it is clear that they, like the hydrological response, primarily reflect the dominant control of catchment soil cover, which in turn is determined by geology and glacial history. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

热带气旋集合预报研究进展

集合预报是减小各种不确定性影响数值预报结果的有效方法,将该方法应用于热带气旋（TC）数值预报的研究开始于1990年代中期,已经取得了很多令人鼓舞的成果。对TC集合预报的研究进展做简要概述,主要包括:（1） TC集合预报技术包括基于单一模式的TC集合预报技术与TC多模式超级集合预报技术,前者包含初值扰动技术和模式扰动技术,后者在大部分情况下预报效果较好。（2） 基于全球中期集合预报系统的TC集合预报,是近年来TC集合预报发展的一个新趋势。（3）将集合预报应用于TC生成与发展的研究是近年来TC集合预报应用的拓展。未来TC集合预报的发展将与数值预报其他技术的发展更紧密地结合,集合预报技术在TC研究中将发挥越来越重要的作用。      

K-均值聚类法用于西北太平洋热带气旋路径分类

热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)路径分类是获得TC特征和影响评估的重要途径。采用联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,简称JTWC)近45年最佳台风路径资料,基于TC位置、强度、路径长度和方向等主要信息的特征参数,利用K-均值聚类法建立了西北太平洋TC路径的客观分类方法,并对分类得到的7个路径类型TC在生命史、能量、活动季节和登陆概率等方面进行了对比分析。结果表明各类TC的这些特征量具有明显的差异。从近20年的变化趋势看,西转向类(占总样本的21.3%)的频数为增加趋势,其生命史呈小幅增长趋势,和其余各类(或全部TC)的减小趋势或变化很小不一致。各类TC的年PDI(能量耗散指数)变化趋势主要取决于强度和频数的变化,多数类别的年PDI和强度的变化趋势一致,但西北行转向类和远海西-西北行类的年PDI变化趋势主要取决于频数的变化。      

A modified method to estimate eddy diffusivity in the North Pacific using altimeter eddy statistics

The method proposed by Stammer (1998) is modified using eddy statistics from altimeter observation to obtain more realistic eddy diffusivity (K) for the North Pacific. Compared with original estimates, the modified K has remarkably reduced values in the Kuroshio Extension (KE) and North Equatorial Counter Current (NECC) regions, but slightly enhanced values in the Subtropical Counter Current (STCC) region. In strong eastward flow areas like the KE and NECC, owing to a large difference between mean flow velocity and propagation velocity of mesoscale eddies, tracers inside the mesoscale eddies are transported outside rapidly by advection, and mixing length L is hence strongly suppressed. The low eddy probability (P) is also responsible for the reduced K in the NECC area. In the STCC region, however, L is mildly suppressed and P is very high, so K there is enhanced. The zonally-averaged K has two peaks with comparable magnitudes, in the latitude bands of the STCC and KE. In the core of KE, because of the reduced values of P and L, the zonally-averaged K is a minimum. Zonally-integrated eddy heat transport in the KE band, calculated based on the modified K, is much closer to the results of previous independent research, indicating the robustness of our modified K. The map of modified K provides useful informationfor modeling studies in the North Pacific.     

冷锋型和蒙古气旋型沙尘天气过程典型个例对比分析

利用观测资料和NCEP再分析资料,对冷锋型和蒙古气旋型两类沙尘天气过程的典型个例进行对比分析。结果表明:斜压强迫在两类过程中均较为显著,冷锋型沙尘天气过程中,随高度降低高空槽明显加深;蒙古气旋型则在对流层低层（850 hPa）、中层（500 hPa）形成切断低压。冷锋型沙尘天气过程高空锋区位置较蒙古气旋型偏南,且南压更为明显;冷锋型沙尘天气过程沙尘天气区位置也较蒙古气旋型偏南,且主要向东南方向扩展。冷锋型地面高、低压强度对比明显大于蒙古气旋型,且地面风速与能见度的反相关性高于蒙古气旋型,锋后降温也较蒙古气旋型显著。冷锋型锋前上升运动中心位于700 hPa,锋后下沉运动中心位于600 hPa。蒙古气旋型气旋中心及其附近300 hPa以下均有强的上升运动。冷锋型锋面附近正涡度随高度增高而增大,蒙古气旋型气旋中心及其附近为正涡度。最后给出了冷锋型和蒙古气旋型沙尘天气过程的天气学概念模型。