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。     

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。     

0604号强热带风暴"碧利斯"特大暴雨的诊断研究

利用地面加密观测资料、自动站降水量资料和NCEP 1°×1°的每6 h再分析等资料,从能量、热量、水汽量以及环境场、冷空气和地形作用,分析了0604号强热带风暴"碧利斯"造成华南6省区大范围的强暴雨过程。结果表明:西太平洋副热带高压和大陆高压合并、西南季风异常活跃、高空强辐散流场和弱垂直切等均变有利于碧利斯陆上维持不消,越赤道气流致使西南季风强盛并将孟加拉湾和南海的水汽源源不断输入强暴雨区。分析发现:(1)风暴区域能量主要依靠潜热能平流的输送,维持暖性结构和产生强降雨;造成台风剧烈天气的动能是由非地转风穿越等压线,大气斜压性增强所制造的。(2)垂直输送项造成Q1和Q2的异常,是低层暖湿气流被抬升到高层产生凝结和潜热释放所造成的,积云对流所释放的凝结潜热对台风环流的反馈作用在台风暴雨中起到十分重要的作用。(3)冷空气从风暴东西两侧向低层嵌入,触发对流运动发展,近地层涡度和散度的形变项使山区处于一涡源状态,不断触发中尺度降水系统,促使暴雨增幅。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

2016年三个相似路径台风影响江西的暴雨落区差异成因

利用常规气象观测数据、台风路径资料和FNL再分析资料,对2016年三个路径相似台风(01号Nepartak、14号Meranti和17号Megi)在江西的暴雨落区差异进行分析。结果表明:三者移动路径相似,登陆后副热带高压强度、水汽输送条件、台风与冷空气结合等差异共同导致在江西暴雨落区不同。台风Megi在江西形成暴雨范围最广,Nepartak次之,Meranti最小。台风Megi登陆后江西地区水汽通量和天气尺度上升运动最强,天气尺度持续稳定性降水以及后期台风环流与低层冷空气相结合,导致降水累计值最大。台风Nepartak影响江西期间无冷空气与之作用,形成的降水以中尺度对流性降水为主,强的对流有效位能释放加剧中尺度对流上升运动,造成以短时强降雨为主的暴雨。台风Meranti影响时江西东北部天气尺度上升运动相对前两者较弱,影响时间相对较短,形成的暴雨较前两者偏弱。     

台风残涡北上引发东北地区北部大暴雨的中尺度特征分析

使用常规观测资料、卫星云图、雷达回波资料、自动气象站降水量以及0. 25°×0. 25°的NCEP/NCAR再分析资料,对1710号台风"海棠"残余环流北上引发的东北地区北部的大暴雨过程进行中尺度特征分析。结果表明,台风残余环流移入东北地区后再度加强。地面上负变压中心位于气旋北侧倒槽切变处,气旋的快速发展和加强的变压风辐合,造成低层辐合加强,导致大暴雨的出现。暴雨区呈带状分布,出现向北增强的趋势,在时空分布上都有明显的中尺度特征。探空分析显示暴雨区大气处于不稳定状态,有利于以短时强降水为主的对流发展。暴雨是由MCS活动造成的,每次短时强降水均与TBB低值中心相对应,并滞后1 h左右。对流云团自南向北传播,暴雨主要出现在冷云区内或是云团后部边缘TBB大梯度区处。雷达回波的后向传播造成暴雨区一直有强回波活动,降水持续时间长;强降水是暖云降水,降水效率高,雨强大。引发暴雨的中尺度对流系统具有深厚的垂直运动,加强了低层热量和水汽的向上输送。中低层正涡柱迅速增强,水汽辐合增强,加强了中尺度对流系统的发展和持续时间。中高层有干冷空气活动,不仅触发对流,而且大大降低了大气稳定度,为对流的发生、发展提供了有利条件。     

登陆台风不连续北跳与暴雨的数值模拟研究

利用MM4（PSU/NCAR）模式，对1992年8月31日20时～9月1日20时登陆台风暴雨过程进行了数值试验研究。结果表明；登陆台风的不连续北跳与西风槽和积云对流潜热反馈有关。倒槽南部雨区内积云对流的发展加大了对台风倒槽内的水汽、动量、热量等输送，使倒槽内降水增幅。积云对流潜热反馈对高低空急流以及台风的移动都有很大的影响。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。     

南宁城区"7.18"灾害性强降水分析

对发生在南宁市区由台风低压"碧利斯"引发的灾害性强降水过程进行了分析.结果表明,500hPa强大的大陆高压和西太平洋副高使台风低压稳定少动,西南季风为台风低压附近提供了充足的水汽条件;高空槽前的正涡度平流和低层辐合切变线的动力抬升作用导致中β尺度低压的生成和发展.低层对流不稳定,中低层有强烈的垂直上升运动,促使低层水汽、能量向上混合输送,充足的水汽条件和强烈的辐合上升运动使得大气层结不稳定能量释放,促使中尺度系统的不断发展,南宁市区在短时间内出现强降水,导致城市出现洪涝灾害.     

暴雨中尺度环境场特征及积云对流的反馈作用

本文利用一套具有中尺度分辨率的观测资料,对发生在1983年6月下旬的一次长江流域梅雨暴雨过程进行了诊断研究,并比较了该过程的对流降水活跃期和非活跃期的中尺度环境场特征。结果表明,两个时期的动量场存在明显差异,而水热场差异不大,Q₁和Q₂以及涡度收支也存在明显差异。在降水活跃期（暴雨集中期）,积云对流对能量和涡度的垂直输送有着重要作用;在水热收支中,起主要作用的是垂直输送项,潜热加热基本上为抬升冷却所平衡,水汽的垂直输送是积云对流的主要水汽源;在涡度收支中,低层散度项和扭转项制造正涡度,并通过积云对流向上输送,无论在低层或高层积累的正涡度都被平流非线性过程所耗损。      

台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究

2016年9月14~15日超强台风“莫兰蒂”（1614）登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF（V3.9）对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能（假相当位温、比湿）锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带（正位涡带）、雨带（位于高湿静力能区）南侧低湿静力能带（即湿静力能锋区）,对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。     

IMPACTS OF UPPER-LEVEL COLD VORTEX ON THE RAPID CHANGE OF INTENSITY AND MOTION OF TYPHOON MERANTI (2010)

Typhoon Meranti originated over the western North Pacific off the south tip of the Taiwan Island in 2010.It moved westward entering the South China Sea,then abruptly turned north into the Taiwan Strait,got intensified on its way northward,and eventually made landfall on Fujian province.In its evolution,there was a northwest-moving cold vortex in upper troposphere to the south of the Subtropical High over the western North Pacific(hereafter referred to as the Subtropical High).In this paper,the possible impacts of this cold vortex on Meranti in terms of its track and intensity variation is investigated using typhoon best track data from China Meteorological Administration,analyses data of 0.5×0.5 degree provided by the global forecasting system of National Centers for Environmental Prediction,GMS satellite imagery and Taiwan radar data.Results show as follows:(1)The upper-level cold vortex was revolving around the typhoon anticlockwise from its east to its north.In the early stage,due to the blocking of the cold vortex,the role of the Subtropical High to steer Meranti was weakened,which results in the looping of the west-moving typhoon.However,when Meranti was coupled with the cold vortex in meridional direction,the northerly wind changed to the southerly at the upper level of the typhoon;at the same time the Subtropical High protruded westward and its southbound steering flow gained strength,and eventually created an environment in which the southerly winds in both upper and lower troposphere suddenly steered Meranti to the north;(2)The change of airflow direction above the typhoon led to a weak vertical wind shear,which in return facilitated the development of Meranti.Meanwhile,to the east of typhoon Meranti,the overlapped southwesterly jets in upper and lower atmosphere accelerated its tangential wind and contributed to its cyclonic development;(3)The cold vortex not only supplied positive vorticity to the typhoon,but also transported cold advection to its outer bands.In conjunction with the warm and moist air masses at the lower levels,the cold vortex increased the vertical instability in the atmosphere,which was favorable for convection development within the typhoon circulation,and its warmer center was enhanced through latent heat release;(4)Vertical vorticity budget averaged over the typhoon area further shows that the intensification of a typhoon vorticity column mainly depends on horizontal advection of its high-level vorticity,low-level convergence,uneven wind field distribution and its convective activities.     

台风“达维”迅速加强数值模拟研究

利用WRF模式（V311）对0518号台风“达维”(Damrey)进行了72 h的数值模拟。重点分析了影响台风强度迅速加强的可能机制,结果表明：①缓慢加强阶段,东风波与台风高层环流相互作用形成一条东北—西南走向的外流通道,加强台风高层辐散流出,有利于台风强度加强;垂直风切变在积分前12 h减小,台风迅速加强与垂直风切变减小间存在滞后性。②迅速加强阶段,低层指向台风中心的水汽通量大大增加;海表面热通量、潜热通量和水汽通量持续增强,海表面潜热通量对台风的能量贡献远大于热通量。③台风眼壁附近的条件性对称不稳定机制激发斜升气流,倾斜涡度发展引起中心附近相对涡度增大,台风整体强度得到加强。     

双台风生消过程涡旋能量、水汽输送相互影响的三维物理图像

重点研究“莫拉克”台风发展并登陆台湾,以及“天鹅”台风消亡阶段两者相互作用的问题。通过诊断分析发现“莫拉克”与“天鹅”移动过程存在双台风涡旋互旋、吸引与合并现象。采用双台风中心连线的垂直剖面移动坐标分析法可揭示出双台风涡度、风场三维结构,演变过程中双台风的涡度、动能强度呈反向变化关系,在双台风生消过程中,动能、位涡场分布存在显著“连体”通道特征。并揭示出双台风涡旋各自生、消过程水汽、动能可能存在的相互影响及其涡旋结构变化的内在关联。对“天鹅”消亡、“莫拉克”引发暴雨过程,采用Flexpart-WRF耦合模式模拟“质点群”轨迹,模拟结果再现了双台风生消阶段“天鹅”台风水汽“粒子群”向“莫拉克”低层气旋式输入通道,且在“莫拉克”涡旋高层反气旋式卷出的三维立体动态图像。通过剔除“天鹅”台风涡旋数值模拟试验进一步印证了“天鹅”台风趋于消弱过程其水汽、动能输送为“莫拉克”台风发展与维持做出了一定贡献。基于以上合成分析、轨迹和数值模拟技术综合分析提出了能揭示“天鹅”消亡、“莫拉克”发展过程能量、水汽输送相互影响的三维物理图像。     

高空冷涡影响台风Meranti(1010)北翘路径的集合预报分析

路径突变是台风路径预报中的一个难题。2010年第10号台风Meranti（1010）在台湾岛南部海域西移过程中突然北折,而欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报对其北翘路径存在较大分歧。选取预报成功与不成功两组集合成员各8例,对比分析台风Meranti路径变化的主要原因。结果表明:（1）一个来自热带对流层上部槽的切断高空冷涡（UTCL）是该台风路径变化的一个重要影响系统。Meranti北翘路径跟它与UTCL的南北向耦合有关;（2）UTCL通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流。在UTCL移至台风北部过程中,台风的偏南风引导气流明显加强,有利于其路径北翘;（3）UTCL对台风Meranti北翘路径的影响还与其自身结构有关。水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的UTCL对台风路径变化影响更明显;（4）位涡倾向方程的诊断分析表明,在TC与UTCL南北向耦合过程中,台风北部的正位涡水平平流项输送显著,有利于台风向北运动,且UTCL影响下产生的非对称风场在其中起主要作用。     

Numerical Study on Impact of the Boundary Layer Fluxes over Wetland on Sustention and Rainfall of Landfalling Tropical Cyclones

Numerical studies have been carried out to investigate the sustention and intensification of Typhoon Nina (7503), and the impacts of saturated wetland on the sustention and rainfall of tropical cyclone (TC) over land through sensitivity experiments, using the PSU/NCAR non-hydrostatic mesoscale model MM5v3 and its TC bogus scheme. The results show that the vertical transfer of fluxes in the boundary layer over saturated wetland has significant influence on the intensity, structure, and rainfall of a landfalling TC. The latent heating flux and the sensible heating flux are both favourable for TC sustaining and intensification on which the latent heating transfer is more favourable than the sensible heating transfer. They are also favourable for the maintenance of the spiral structure, and have an evident effect on the distribution of TC rainfall. The momentum flux weakens the TC vortex wind fields significantly, and is the dominant factor to dissipate and fill in a low pressure system, while it increases the local precipitation induced by a typhoon.     

台风Nari(0116)登陆台湾过程中结构强度 变化的诊断分析

利用中国气象局上海台风研究所整编的2001年《热带气旋年鉴》、美国NCEP最后分析FNL 1°×1°全球格点资料以及日本气象厅云顶亮温(TBB)资料等,对0116号台风Nari自北向南穿越台湾岛过程中的结构强度变化进行诊断分析,结果表明:(1)登陆过程中Nari云系结构从圆形变为半圆形,其环流西部对流云团旺盛,而东部为无云或少云区.Nari在岛上期间一直维持这种非对称结构特征.(2)在穿越台湾岛过程中,Nari西部环流内低空急流轴从其北侧逆时针延伸至南侧.一方面,切向风角动量的增加和传播有利于台风涡旋环流的加强,另一方面,低空急流附近的水汽通量辐合及急流轴左侧较强的正涡度区,有利于气旋性环流的长久维持.(3)Nari的结构强度变化与台湾岛地形及海峡效应有密切关系.Nari环流西部位于台湾岛迎风一侧上升运动加强,而Nari环流东部位于背风一侧上升运动则受抑制,对Nari形成半圆形非对称对流分布起积极作用;而台湾海峡的狭管效应加速台风通过气流,有利于Nari环流西部低空急流的形成和增强.(4)动能收支诊断表明,Nari登陆过程中动能的主要来源是动能制造项,水平辐合运动也对其提供动能.     

台风威马逊(1409)强度与降水变化的相互作用

利用2014年7月10日00:00—19日18:00(世界时)热带降水测量(TRMM)卫星3B42降水估测数据以及ERA5再分析数据,结合傅里叶变换以及Liang-Kleeman信息流等方法,分析台风威马逊(1409)强度与降水变化的相互作用。结果表明:台风威马逊(1409)降水具有明显的非对称性,降水主要位于台风中心偏西一侧,在该区域台风强度与降水相互影响。相较于台风强度对降水的影响,由降水到台风强度的信息流减小接近1个量级,表明在两者的相互作用中,台风强度变化的影响占主导。在水汽条件上,台风强度的增强(减弱)导致台风中心西南侧水汽通量辐合(辐散)的增强,进而与该区域的降水建立联系。此外,台风威马逊(1409)移动过程中随着强度变化,南海以及西太平洋水汽通道均存在明显响应。在动力条件上,中低层垂直螺旋度强值中心主要位于台风中心西侧,台风强度的增强(减弱),导致台风中心西侧的垂直螺旋度绝对值增大(减小),一定程度促进(抑制)了该区域上升运动的发展,造成更多(更少)的水汽凝结致雨。     

弱冷空气与台风残留低压相互作用对一次大暴雨过程的影响

本文利用多普勒雷达资料、中尺度自动站雨量资料,结合经过控制试验的高精度数值模拟输出的诊断物理量,研究了2010年＂莫兰蒂＂台风低压环流在浙江中北部地区引发的大暴雨天气过程的物理原因。结果表明：这次大暴雨过程主要由＂莫兰蒂＂残留云系、副高边缘的暖湿气流和北方的弱冷空气共同影响产生,降水回波为积层混合性降水回波,降水效率高;杭州地区多个中小尺度系统的相互作用使得对流云团在该地区持续加强和发展,而强降水中心附近风速的加强和面积的扩大,使整个降水时段内不断有水汽输入降水区,为降水提供了丰沛的水汽条件;对流层中低层正的垂直螺旋度,低层负湿位涡区和中高层正湿位涡区的配置形成的不稳定能量在弱冷空气入侵时有利于造成较强烈的中尺度上升运动,加上降水引起的潜热释放对中高层空气的加热作用,从而能够形成持续的抽吸作用。这些条件能引起持续性的强降水,导致了杭州地区暴雨的发生。研究此次大暴雨过程,对预报有一定的指示意义。