登陆台风卡努(0515)内核区环流结构特征分析

本文采用地基雷达轨迹显示技术(Ground Based Velocity Track Display,简称GBVTD)反演的雷达风场资料,分析台风卡努(0515)在登陆期间近中心环流结构特征.轴对称环流结构分析表明,登陆前卡努轴对称切向风速最大值出现在眼墙区域2 km高度附近,最大风速半径随高度向外倾斜.轴对称径向入流...     

台风艾云尼非对称降水及动热力结构演变特征分析

台风艾云尼（1804号）第2次登陆广东过程中降水表现出显著的非对称分布,强降水主要位于其路径前进方向的右侧（简称台风右侧）。利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料、广东风廓线雷达观测资料以及降水观测资料,对造成非对称降水的环流背景和动力、热力结构演变特征进行了分析。结果表明:艾云尼左右两侧水汽输送及动力、热力条件差异是造成降水非对称的主要原因。加强的低空急流以及台风马力斯（1805号）水汽的输送为台风右侧强降水的产生提供了更好的水汽背景,而低空急流的加强配合高空强的辐散抽吸使得右侧垂直上升运动也明显大于左侧。边界层内强盛的低空急流以及珠江三角洲地区下垫面强摩擦辐合作用导致艾云尼右前侧径向入流强度更强、强入流层厚度更厚、边界层高度更高,且由于距离台风眼墙越近风速越大,上述现象越明显,为强降水的产生提供的动力和水汽条件越好。强降水期间艾云尼右侧低层大气维持不稳定状态,分析表明强低空急流携带的θ_se平流及其随高度的减弱弥补了强降水造成的能量损耗,是不稳定能量维持的重要原因。      

台风“碧利斯”的雷达反演与改进

利用两步变分反演方法研究2006年第4号台风＂碧利斯＂,比较单部雷达资料和双部雷达资料的反演结果。结果表明：利用单部雷达资料不能很好地反演出台风的风场结构特征,而双部雷达资料在第一步反演背景场时,可以显示出台风的涡旋特征。通过检验发现,此次台风过程的水平切向风在最大风速半径内部与Rankine模型相近,外部与Chen 3模型接近。为了更有效地利用单部雷达的观测信息准确定位台风的移动路径,故在单部雷达资料第一步反演背景场时加入模型弱约束。反演结果表明,加入模型弱约束后,反演的背景风场可以看出台风的涡旋特征,通过第二步反演后与双部雷达资料结果相近;加模型弱约束的单部雷达反演结果与双部雷达反演结果间u、v分量的相关系数均为0.8或以上,2—7 km高度层u、v分量的均方根误差明显减小。     

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.     

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。     

近海与远洋飓风边界层特征高度的差异分析

使用1998—2016年大西洋40个飓风2 032个GPS下投式探空仪观测数据,以距离海岸线300 km为界分为近海和远洋两组,利用合成分析方法探讨了飓风边界层特征高度的差异。边界层特征高度的定义方法包括最大切向风高度、入流层高度、混合层高度和理查森数法高度。对比分析不同定义方法下近海和远洋边界层高度,结果表明：根据最大切向风和入流层强度定义的边界层高度,近海边界层高度低于远洋边界层高度,且近海边界层高度随径向增加至2倍最大风速半径后趋于稳定;基于混合层定义的边界层高度明显低于动力边界层高度,且近海与远洋混合边界层特征高度无明显差异;近海理查森数边界层高度在最大风速半径内与远洋的无明显差异,而在最大风速半径外略高于远洋的。     

台风“碧利斯”的雷达反演及改进

利用两步变分反演方法,研究2006年第4号台风“碧利斯”,对照单部雷达资料和两部雷达资料的反演结果。结果表明：利用单部雷达资料不能很好的反演出台风的风场结构特征,而两部雷达资料在第一步反演背景场时,可以看出台风的涡旋特征。通过检验发现,此次台风过程的水平切向风在最大风速半径内部与Rankine模型相近,外部与Chen 3模型接近。为了更有效地利用单部雷达的观测信息准确定位台风的移动路径,故在单部雷达资料第一步反演背景场时加入模型弱约束。反演结果表明,加入模型弱约束后,反演的背景风场就能看出台风的涡旋特征,通过第二步反演后与两部雷达资料结果相近;加模型弱约束的单部雷达反演结果与两部雷达反演结果间u、v分量的相关系数均在0.8或以上,2-7 km高度层u、v分量的均方根误差明显减小。     

用风廓线资料分析热带气旋“帕布”的风场结构

使用香港风廓线资料,进行时空转换,得到热带气旋“帕布”近香港时的水平和垂直风场剖面结构：气旋近地面层风场以径向风为主;气旋东西两侧水平风场结构明显不同,东侧偏东风明显,西侧随高度增加切向风不断增强,并监测到东北风急流的向下传播;尽管两侧风场结构不同,水平风速却表现出较好的对称性,但气旋西侧由于急流的存在,风速总体较东侧高;近中心上升气流明显偏于中心西侧,下沉气流总体较上升气流要强,且更对称。     

丘陵地区大气边界层风廓线雷达适用性分析

本文利用2010年夏季福建省三明市开展的大气扩散实验资料,研究了大气边界层风廓线雷达在福建丘陵地区的适用性,并探讨了风廓线雷达探测的误差特征和修正方法。结果表明：大气边界层风廓线雷达水平风场的探测结果在300~2 000 m高度范围的偏差与高度和风速具有一定统计关系;通过与100 m气象铁塔水平风场资料对比,说明风廓线雷达对丘陵地区低层大气风场的探测具有一定局限性。经过修正的风廓线雷达探测结果可以较好地反映实验区域大气边界层水平风场的垂直结构。     

登陆台风影响下离地300 m高度内的强风特征

利用台风山竹（1822）和利奇马（1909）登陆期间固定式风廓线雷达、WindCubeV2激光雷达和测风塔的梯度观测数据,结合台风山竹（1822）登陆前后精细化风场模拟资料,分析了登陆台风不同影响象限内,离地300 m高度内的强风参数及其随距离、海拔高度及下垫面的变化特征。结果表明:（1）距离台风中心200 km水平范围内,最大风速所在高度及风切变指数沿台风半径向外增加,且陆地强风切变指数普遍高于0.12,而海洋下垫面拖曳作用弱,风切变较小,仅在岛屿群附近存在超出国标设计阈值的高切变区域。（2）台风移动方向的右前象限内强风切变指数稳定维持在0.17左右,且对海拔高度不敏感,左后象限存在类似于急流的风廓线,而左前象限内强风的垂直变化在空间上具有较强的非线性特征,边界层低层强风结构较复杂。（3）阵风因子和湍流强度随平均风速增大、离地高度升高呈现减小趋势。（4）过程最大风向变差角沿台风半径向外减小,且在空间上具有显著的非对称性,其中右后象限的风向变差角最大,半小时风向变化超过30°,且大多发生在台风登陆前或登陆时。研究成果可为我国近海及沿海风电场的微尺度风场模拟及台风风险防御提供帮助。     

浙江沿海台风阵风系数的影响因子分析

利用2004—2015年影响浙江海岛的台风及沿海气象站资料,分析台风阵风系数与平均风速、台风强度、测站高度、岛屿位置、台风与测站之间距离、台风象限和月份等因子的关系。结果表明,当平均风速较小时阵风系数的均值和波动幅度较大。在相同风速情况下,台风中心强度较强时的阵风系数会大些且其变化幅度随高度增大;而台风强度较弱时的阵风系数随高度变化不明显。最大阵风系数一般出现在台风与测站距离为150~250 km的区域内。台风第一和第四象限不仅其影响风力明显比第二和第三象限的强,且阵风系数变化幅度也较大。近海岸岛屿测站的阵风系数比远海岸岛屿测站要大。9月阵风系数波动范围比7—8月的小。从台风的自身环流来看,中低层的高度场、垂直速度场和湿度场等因子与阵风系数相关密切。      

大涡模拟试验中台风梯度风平衡分析

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺度涡旋等小尺度系统,这些小尺度系统对梯度风平衡可能产生影响,使用中尺度天气预报模式结合大涡模拟（WRF-LES）对模拟台风内核区域方位角平均的梯度风平衡进行了分析,三个大涡模拟试验的水平分辨率分别为333 m、111 m和37 m,结果表明非梯度风平衡气流并未因为分辨率提高而显著增强或产生结构差异,最大超梯度风出现在边界层顶处最大切向风半径的内侧,达到梯度风速的10.8%~16.1%。进一步分析发现,不同台风中心定位方法会影响非梯度风平衡气流,最小气压方差法和最大切向风法可以得到与前人模拟一致的结构,而气压权重法得到的低层超梯度风中心远离眼墙、靠近台风中心,位涡权重法得到的低层超梯度风的径向范围向内扩大,最小气压方差法和最大切向风法更适合用于梯度风平衡研究中的台风中心定位。     

A MODELING STUDY OF INHOMOGENEOUS COASTAL GALES ASSOCIATED WITH THE LANDFALL OF TYPHOON SOUDELOR (2015)

In this study, coastal gales and rainfall attributed to the landfall of Typhoon Soudelor (2015) are analyzed based on observational dense automatic weather stations data, advanced scatterometer-retrieved 10-m ocean surface wind data and simulations using the Weather Research and Forecast (WRF) model. This study focuses on gale bands in the right-front quadrant of the typhoon and associated coastal winds over Zhejiang and Fujian Provinces in China before the landfall of the typhoon. The results are summarized as follows. (1) 10-m surface wind data from automatic weather stations over land and islands, advanced scatterometer-retrieved 10-m ocean surface wind data, and the WRF simulation indicate similar mesoscale offshore gales. (2) The model simulation with a 333-m grid mesh indicates a gale zone over the right-front quadrant of the typhoon; the gale is “broken” over the coastal areas, and formed an inhomogeneous gale band. (3) The model-simulated winds agree well with the island observations. (4) Non-uniform gales over boundary layers result in horizontal wind-speed gradients and strong convergence that favors the development of convection and the maintenance of ocean surface gales.     

基于高塔观测的登陆台风边界层风切变指数拟合

利用深圳气象梯度观测塔观测数据,以2017年以来进入深圳150 km范围的7个台风个例为研究对象,基于幂指数律拟合讨论台风边界层风切变指数的变化规律.结果表明:幂指数能较好地拟合台风影响下350 m高度以下风廓线,随着拟合高度范围增加,风切变指数增大,拟合精度基本维持;用深圳气象梯度观测塔等差层数据拟合台风风速效果好于...     

Boundary-Layer Wind Structure in a Landfalling Tropical Cyclone

In this study, a slab boundary layer model with a constant depth is used to analyze the boundary-layer wind structure in a landfalling tropical cyclone. Asymmetry is found in both the tangential and radial components of horizontal wind in the tropical cyclone boundary layer at landfall. For a steady tropical cyclone on a straight coastline at landfall, the magnitude of the radial component is greater in the offshoreflow side and the tangential component is greater over the sea, slightly offshore, therefore the greater total wind speed occurs in the offshore-flow side over the sea. The budget analysis suggests that： （1） a greater surface friction over land produces a greater inflow and the nonlinear effect advects the maximum inflow downstream, and （2） a smaller surface friction over the sea makes the decrease of the tangential wind component less than that over land. Moreover, the boundary layer wind structures in a tropical cyclone are related to the locations of the tropical cyclone relative to the coastline due to the different surface frictions. During tropical cyclone landfall, the impact of rough terrain on the cyclone increases, so the magnitude of the radial component of wind speed increases in the offshore-flow side and the tangential component outside the radius of maximum wind speed decreases gradually.     

两次台风衍生龙卷的环境背景和雷达特征对比分析

利用ECMWF高分辨率再分析资料及广州多普勒天气雷达资料,对1522号台风"彩虹"外围衍生的广州番禺龙卷和1806号台风"艾云尼"外围衍生的广州南沙龙卷进行对比分析,同时还挑选了一个未发生龙卷的台风做外围环境参数对比。结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,中低空急流明显、低层辐合、高层辐散在珠江三角洲地区叠加是产生龙卷的有利天气背景。环境影响因子均表现为对流有效位能较大、低层风速较大、垂直风切变较强、抬升凝结高低较低、抬升指数较小、风暴相对螺旋度较大:相比之下,未发生龙卷的台风外围中低空急流依然明显,但其他环境影响因子大多数未达到发生龙卷的条件阈值。雷达反射率上均表现为一些超级单体特征,最强反射率均在59 dBZ以上,且低仰角都存在明显的速度对。由于"彩虹"龙卷过程的对流有效位能、中低层风速、低层风切变、抬升指数及中气旋强度等环境影响因子均明显强于"艾云尼"龙卷过程,导致其强度明显强于"艾云尼"龙卷。     

南海台风Vongfong(2002)登陆前后内核结构和近海加强原因的数值模拟研究

利用6 km细网格区域的显式模拟结果分析了Vongfong(2002)的内核结构;对Vongfong近海加强的动力学机制进行了研究.结果表明:(1) 轴对称性结构中,Vongfong最大风速半径(RMW)在强盛期随高度递减.Vongfong在近海时,低层最强的流入在其移行的前方,而流出区在其后方.这些特征与大西洋飓风和西太平洋台风相反.(2) 动力场和热力场都有明显的不对称结构.在强盛期,对流西北强、东南弱;强对流云带与最大风速区的位置一致.在加强期,低层西冷东暖、中高层西暖东冷;到强盛期,低层和中高层都有明显的暖心结构.(3) 中纬度中上层冷低压系统和台风的相互作用是Vongfong近海加强的重要原因.①由于冷低压系统外围的冷空气从西北侧进入台风的中层,低层有暖湿空气配合,使得位势不稳定能量增加,对流发展.②因为冷低压中心的下沉气流正是二级环流的下沉支,冷低压南移填塞,台风近海加强.两个方面最终通过CISK(第二类条件不稳定)机制来实现.     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF THE INNER-CORE STRUCTURES AND THE MECHANISM FOR INSHORE STRENGTHENING OF SOUTH CHINA SEA TYPHOON VONGFONG (0214) DURING LANDFALL

An explicit simulation with a fine mesh at intervals of 6 km is used to explore the inner-core structures of Vongfong (0214). The dynamic mechanism for the inshore strengthening of Vongfong is examined. It is found as follows. (1) The radius of maximum wind of the axisymmetric structures of the typhoon decreased with height during its mature stage. When Vongfong was inshore, the strongest low-layer inflow located in front of it and the outflow was to the rear of it, which was just reversed from the Atlantic hurricanes and other Pacific typhoons. (2) The dynamic and thermodynamic fields were highly asymmetric in structure. Convection was stronger in the northwest quadrant of the typhoon than in the southeast; the strongest convective cloud bands were consistent with the maximum wind region. During its strengthening stage, it was cold west of and warm east of the eye in the lower layer but warm in the west and cold in the east of the mid-upper layer. During its mature stage, a warm-core structure was evident in the lower and middle-upper layer. (3) The interactions between a mid-latitude cold low in the middle-upper troposphere and the typhoon were responsible for the latter to strengthen inshore. Firstly, the outer circulation of the cold low entered the typhoon from the middle troposphere when an outer cold airflow from the cold low flowed into the northwest quadrant of the typhoon so that geopotentially instable energy increased and convection developed. Secondly, the downdraft in the cold low was just the corresponding branch of the secondary circulation of the typhoon system; when the cold low weakened while moving south, the typhoon strengthened inshore. Due to the CISK mechanism, these two phenomena might be realized.     

基于双偏振雷达资料对南海弱台风降水微物理结构的分析

有些南海弱台风在登陆广东时,由于路径复杂、移动缓慢,会对广东地区造成较长时间和较大范围的风雨灾害。使用双偏振雷达对2018—2020年登陆广东的南海弱台风分析,发现南海弱台风在登陆前强降水区主要有两个:一个是位于海上的台风中心南侧眼墙的降水区,另外一个是在台风移动方向的右前方,台风螺旋雨带上岸的区域。在眼墙中,Z_H和K_DP的大值区在低层同位相,Z_DR大值区位于偏上风方向,降水粒子在移动的右侧开始激发,移动的右侧至右前侧为浓度较大的小粒子降水,而右侧和右后侧为大粒子降水。而且台风降水粒子在海洋和陆地有明显差异,陆地由于地形摩擦和抬升作用,降水粒子浓度较大,但水汽和能量供应不足,降水粒子直径较小;海面由于水汽和能量供应充足,对流发展较高,主要为大雨滴的对流降水,但降水粒子浓度不及陆地。