北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟，分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用，并设置了升降地形敏感性试验。结果表明：数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度，台风大风区明显不对称分布，台风登陆后第一、四象限过境山区，其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带，水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动，动力条件极好，水汽输送带由近地面向对流层低层延展，山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡，强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心，是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%～50%，地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

台湾岛地形对台风“海棠”(0505)移动路径影响的数值试验研究

利用非静力模式MM5模拟台风“海棠”（0505）穿过台湾岛再次登陆的移动路径,分析了“海棠”登陆台湾岛前后结构特征变化。结果表明：台风自身的非对称结构与台风异常移动路径密切相关。另外,就台湾岛地形对台风“海棠”登陆台湾前打转和在台湾海峡出现“V”型移动异常路径影响进行数值试验表明：台湾岛地形不但可以直接影响台风移动路径,而且通过影响台风非对称结构来改变台风移动路径,因此,登陆台湾前逆时针打转异常路径是在弱引导气流中台风自身非对称结构和台湾岛地形共同作用的结果;台湾岛地形有使台风东北-西南向非对称增大趋势,而在台风进入台湾海峡前后对东南。西北向非对称有明显不同影响。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明：台风进入中纬度以后,0421号台风“海马”位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风“麦莎”与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

1215号“布拉万”台风暴雨及降水非对称性分布的成因分析

利用中尺度非静力模式WRF对2012年第15号台风“布拉万”在中国东北地区造成的暴雨过程进行了数值模拟,结合观测资料对模拟结果进行了验证,利用模式输出的高分辨率资料,对“布拉万”台风造成的强降水及其非对称性分布的成因进行了诊断分析。结果表明,模式很好地再现了台风登陆过程中的路径、强度变化和降水分布,受中纬度西风槽带来的干冷空气影响,“布拉万”台风登陆后的降水和环流结构具有明显的不对称性,降水主要集中在台风中心西北侧的能量锋区附近。水汽散度通量和水汽螺旋度能够较好地描述强降水过程的发生、发展及其非对称性分布的时空特征,在强降水区,水汽散度通量表现为正值强信号,而水汽螺旋度表现为负值强信号,在非降水区和弱降水区,两者均表现为弱信号。等熵位涡分析显示,对流不稳定只是此次台风暴雨前期和初始阶段的不稳定条件,而湿位涡(MPV)的湿斜压项(MPV₂)则是暴雨增强和出现非对称性分布的主要机制。在暴雨形成过程中,由于冷空气侵入造成了在台风环流西北侧湿等熵面的陡立倾斜和水平风垂直切变的增强,导致了气旋性涡度的显著增强,气旋性涡度增强造成的强烈上升运动将降水区东南侧输送过来的暖湿空气向上输送,从而导致了暴雨的发生,这其中条件性对称不稳定是降水得以加强的一种重要不稳定机制。     

2013年“苏力”台风西行登陆引发闽南大暴雨成因的模拟研究

利用中尺度数值模式对2013 年7 月13~14 日“苏力”台风引发福建南部大暴雨的天气过程进行了数值模拟、诊断分析和敏感性试验。结果发现：台风环流内强的正差动涡度平流和强的低层暖平流叠置是台风对流暴雨形成的有利大尺度强迫环境。台风登陆后移动旋转过程中,其风场、假相当位温场（θ_se）、水汽场、对流有效位能（CAPE）、对流不稳定度的空间结构及其正相对涡度、辐合区随着台风旋转在不断发生变化,台风环流内高θ_se 和高比湿气团的影响、带有CAPE 气流的输入、低层气流汇合或风速辐合、对流不稳定以及局地地形强迫等共同作用是闽南大暴雨发生的主要原因,强降水区主要位于环境风垂直切变的下游和左侧。此西移经台湾北侧的台风个例中,台湾地形可能主要通过改变台风环流内降水及其非绝热加热分布,进而影响台风的结构和移动路径,最终影响台风暴雨的强度和落区。闽南局地地形在台风大暴雨的形成中起到了一定的增幅作用,海陆摩擦差异造成的风速辐合在台风移近到登陆阶段对台风北侧偏东气流内降水具有不可忽视的增幅作用。     

台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验

应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6)，对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究，模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水，但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明，台风Rananim登陆期间，强回波带出现在台风移动的右前方，螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团；垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验，着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间， 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致，迎风坡降雨量增加，背风坡降雨量减少，地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间，地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带，高层为明显的辐散区；在中尺度环流场上，地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展，从而激发中尺度对流云团，形成中尺度雨团，造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用，可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时，将使台风环流局部明显增强；当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时，将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间，地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大，位涡明显增强，从而造成台风涡旋的增强。     

台风“鲇鱼”(1617)导致的江西持续性暴雨天气过程成因

利用常规地面观测资料、卫星和雷达资料以及NCEP再分析资料,对台风"鲇鱼"(1617)在江西引发的持续性暴雨过程的形成原因进行分析.结果表明:台风处于大陆副热带高压和西太平洋副热带高压之间的鞍型场中,系统稳定维持,移动非常缓慢,影响时间长.台风登陆后水汽输送通道仍然维持,低层一支由偏南风和偏东风汇合而成的低空急流,为台风暴雨提供充足的水汽和热量.台风暴雨过程分为两个阶段:第一阶段台风本体降水.登陆后台风暖心结构逐渐遭到破坏,但台风中心附近仍维持上下一致的垂直正涡度柱结构,中低层正涡度区位于台风低压中心和台风北侧风向辐合带,辐合带附近不断有局地中尺度对流云团生成发展.同时,台风高层的气流辐散区与低层台风中心北侧的辐合带相互配合,形成"高层辐散、低层辐合"耦合的垂直环流结构.第二阶段台风与冷空气相结合形成的降水.因冷空气锋区南压而产生的锋生作用,一方面导致台风低压的不稳定能量进一步释放,另一方面使得低层的动力抬升作用增强.台风影响期间,地形对台风降水的增幅有一定的贡献.     

地形对台风“海葵”降水增幅影响的研究

使用NCEP GFS资料和WRF V3.4模式对2012年第11号台风"海葵"(1211)引发的安徽强降水过程进行数值模拟,通过改变模式中安徽省大别山区和皖南山区的地形高度,设计一组敏感性试验,对"海葵"降水的地形增幅效应进行研究。结果表明:(1)WRF模式对台风"海葵"降水过程有较好的模拟能力。(2)大别山区和皖南山区地形对"海葵"移动路径、强度以及降水分布、强度均有不同程度的影响;不同地形高度下模拟的台风路径及降水分布差异较大,且降水中心强度与地形高度相关性较好,地形对暴雨增幅作用明显。(3)山区地形有利于中尺度辐合线和低涡生成、发展,并有强水汽辐合中心与之相对应;有地形时对流层低层上升运动比无地形时明显加强,对安徽中南部强降水增幅作用显著。     

台风“山神”（1809）残涡再度入海加强成因分析

利用常规气象资料、卫星云图及区域自动站等资料,对2018年第9号台风"山神"残留系统再次生成热带低压的原因及其移动路径进行分析。结果表明,北部湾低压形成的原因主要有两方面,一是西南季风不断供应水汽和能量使其维持螺旋结构,二是北部湾海面温度较高;第二类条件不稳定机制使热带扰动不断发展;对流层垂直风切变小,使对流降水释放的凝结潜热积聚而导致低层减压;高层辐散、低层辐合,导致气旋性涡度增加。受热带辐合带南侧偏西风和台风"安比"的互旋作用影响,北部湾低压先后往东偏南、东北、西北方向移动。     

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.     

1011号台风“凡亚比”路径及风雨特征分析

利用常规气象资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)全球再分析资料以及卫星、区域自动站等资料对1011号台风“凡亚比”的路径及风雨特征进行分析.结果表明,经过台湾岛登陆福建的台风,如果遇到副高呈东西向带状分布的形势,强的偏东气流易诱发地形槽或地形低压,造成台风进岛出岛移动路径产生曲折;同时如果南亚高压、高空冷涡形成高空强烈辐散,易使台风经过台湾岛后产生内部结构不对称,降水云团发生转向,造成台风二次登陆时暴雨落区集中,风的影响显著.     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。     

相似路径台风Soudelor(1513)与Matmo(1410)登陆前后的降水分布特征及成因的对比分析

利用欧洲气象中心（ERA-interim）再分析资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演的逐时降水资料,对比分析了路径类似的1513号台风Soudelor和1410号台风Matmo在登陆福建前后期间的降水分布特征以及造成登陆台风暴雨强度和落区差异的原因,得到以下初步结论:Soudelor和Matmo移动路径相似,但在登陆福建的过程中对浙、闽地区造成的降水强度和分布差异明显,如Soudelor造成的总降水强度比Matmo大,且Soudelor的强降水在登陆前主要分布在台风路径的右侧,台风中心的偏北方向,登陆以后主要在台风的偏北以及东北方向;而Matmo登陆前降水基本均匀分布在路径两侧,强降水区位于台风中心的西北方向,登陆福建以后向北移动的过程中强降水区转向台风中心的北边;不同的大尺度环流背景也会导致登陆过程中不同的降水分布特征,Soudelor影响期间副热带高压比较强盛,并阻断它与中纬度西风槽的作用,而Matmo登陆北上过程中逐渐减弱并汇入河北上空的西风槽中,所以登陆后期Matmo的降水比Soudelor强;Soudelor和Matmo台风登闽前后低层水汽输送及东风急流差异是导致大暴雨落区差异的原因之一,Matmo的水汽输送主要来自孟加拉湾及南海,而Soudelor登陆前东部有来自另一个台风Molave的水汽输送,登陆后强水汽输送通量区及水汽辐合带位于Soudelor偏北侧,这与Soudelor登陆造成的暴雨在中心偏北方向一致;南亚高压相对于台风的位置也会影响降水,Soudelor登陆时,大兴安岭上空大槽前的偏西风急流与南部高压西北侧的西南急流一起使得它登陆后减弱速度变缓,有利于台风暴雨的维持,而Matmo高空受急流造成的气旋性切变流场加速了台风的减弱;此外,台风自身的结构和强度变化以及登陆后维持时间不同也是造成两次过程降水差异的主要原因之一,台风暖心结构的强度以及台风高层暖心减弱的速度对台风降水有一定影响,但对登陆时台风暴雨的不对称分布影响较小;Soudelor登闽过程中,涡度场强度比Matmo大,且维持一个深厚的垂直对称结构,登闽后期附近的辐合上升气流主要位于中心东侧,而Matmo在登闽过程中,低层的强辐合区和上升运动区始终偏西,造成二者降水分布的不同。     

相似路径台风Soudelor(1513)与Matmo(1410)登陆前后的降水分布特征及成因的对比分析(9)

利用欧洲气象中心(ERA-interim)再分析资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演的逐时降水资料,对比分析了路径类似的1513号台风Soudelor和1410号台风Matmo在登陆福建前后期间的降水分布特征以及造成登陆台风暴雨强度和落区差异的原因,得到以下初步结论:Soudelor和Matmo移动路径相似,但在登陆福建的过程中对浙、闽地区造成的降水强度和分布差异明显,如Soudelor造成的总降水强度比Matmo大,且Soudelor的强降水在登陆前主要分布在台风路径的右侧,台风中心的偏北方向,登陆以后主要在台风的偏北以及东北方向;而Matmo登陆前降水基本均匀分布在路径两侧,强降水区位于台风中心的西北方向,登陆福建以后向北移动的过程中强降水区转向台风中心的北边;不同的大尺度环流背景也会导致登陆过程中不同的降水分布特征,Soudelor影响期间副热带高压比较强盛,并阻断它与中纬度西风槽的作用,而Matmo登陆北上过程中逐渐减弱并汇入河北上空的西风槽中,所以登陆后期Matmo的降水比Soudelor强;Soudelor和Matmo台风登闽前后低层水汽输送及东风急流差异是导致大暴雨落区差异的原因之一,Matmo的水汽输送主要来自孟加拉湾及南海,而Soudelor登陆前东部有来自另一个台风Molave的水汽输送,登陆后强水汽输送通量区及水汽辐合带位于Soudelor偏北侧,这与Soudelor登陆造成的暴雨在中心偏北方向一致;南亚高压相对于台风的位置也会影响降水,Soudelor登陆时,大兴安岭上空大槽前的偏西风急流与南部高压西北侧的西南急流一起使得它登陆后减弱速度变缓,有利于台风暴雨的维持,而Matmo高空受急流造成的气旋性切变流场加速了台风的减弱;此外,台风自身的结构和强度变化以及登陆后维持时间不同也是造成两次过程降水差异的主要原因之一,台风暖心结构的强度以及台风高层暖心减弱的速度对台风降水有一定影响,但对登陆时台风暴雨的不对称分布影响较小;Soudelor登闽过程中,涡度场强度比Matmo大,且维持一个深厚的垂直对称结构,登闽后期附近的辐合上升气流主要位于中心东侧,而Matmo在登闽过程中,低层的强辐合区和上升运动区始终偏西,造成二者降水分布的不同。     

“94·7"北京大暴雨诊断分析

１９９４年７月１２日０８时－１３日０８时北京地区特大暴雨出现是台风低压北上与西来槽共同作用造成的。低层水汽辐合中心与暴雨中心基本一致，低层水汽辐合及上升运动的加强与１２小时最大降雨量相对应。在此次台风系统影响过程中，温度平流的拉普拉斯项对上升运动的作用最大，尤其在降雨强度最大的时候，降水释放潜热的作用与涡度平流微差的作用相当，在对流层中层降水释放潜热的作用尤为突出。地形作用相对很小且随高度递减。     

浙江天目山区台风暴雨特征和成因分析

通过区域自动气象站资料和ERA5资料从台风分型、雨量分布、影响系统、地形特征等方面分析天目山区台风暴雨特征和形成机理，结果表明：①天目山区台风雨量分布呈东北、西北多，中部、南部少的特征，东天目山为主要的降水中心，浙西天池为次中心；②高空槽呈西北—东南走向时，槽后冷空气气旋式地从台风的西北侧向南侧入侵，呈半包围状环绕台风中心，使得台风再次出现了明显的相对暖中心，有利于气旋性涡度的激发，增强雨势；③日平均降温幅度2 ℃左右的弱冷空气侵入到低空，沿着近地面嵌入到暖湿空气的底部，与地形条件一起对暖湿气团起到了有力的抬升作用，最有利于天目山区触发对流性天气；④天目山区台风降水增幅作用主要表现为迎风坡效应、狭管效应以及气流遇山时发生的绕流、反弹现象在山前形成辐合线和辐合中心；登陆北上台风容易在天目山区北侧造成降水中心，而登陆西行台风降水中心在天目山区东侧。     

台风“莫拉克”(0908)过台湾岛缓慢西行成因分析

0908号台风"莫拉克"（Morakot）在台湾岛引发了24 h超过1000 mm的强烈降水,与其缓慢西行过岛密切相关。本文利用NCEP-GFS实时分析场资料（0.5°×0.5°）、中央气象局台风资料库关于我国台湾地面气压场资料和中尺度数值模式WRF模拟结果,分析了台风Morakot在台湾岛附近缓慢西行成因。结果表明:（1）西太平洋副热带高压减弱东退、与台风"天鹅"（Goni,0907）的"藤原效应"是Morakot在台湾岛附近移速减慢的环境因素,而台风结构变化也是其缓慢过岛西行的一个主要原因;（2）台风过岛过程中,由于地形作用,Morakot环流内诱生低压活跃,先后或同时出现在岛屿东西两侧,使台风环流出现非对称松散结构;（3）在台湾岛西侧诱生低压中心取代东侧原台风中心形成不连续路径过程中,台风经历了低层环流从分裂到重组,正垂直涡度柱从垂直到倾斜再恢复垂直的变化过程,这是Morakot过台湾岛缓慢西行的一个重要原因;（4）Morakot西行登岛过程中环境引导气流主要是偏南气流,而包含诱生低压的扰动引导气流则为偏东气流。扰动引导气流虽是小量,但其纬向分量占环境引导气流纬向分量的比率从7%增至26%,较好地指示了Morakot的西行趋势,也说明地形诱生低压导致的台风结构变化是其过岛西行和缓慢移动的一个重要原因。     

一次台风大暴雨成因及落区分析

对2007年9月19日到20日一次台风暴雨过程进行了数值模拟,利用模式输出资料具体分析了本次台风登陆减弱后的低压结构特征和大暴雨落区。结果表明:流场上高空辐散低空辐合特征明显,台风右侧来自海洋的低空潮湿偏南气流向中纬度槽前和台风倒槽前部输送的大量水汽在鲁东南东部和山东半岛南部辐合,形成强降水区;台风中心风速较小,和东部海上强风速中心形成明显"风速偶",降水区主要发生在中、低层"风速偶"之间的强风速梯度中。由于下垫面分为海上和陆上两部分,台风低压物理量场结构存在东西不对称性质,上升运动更加强烈,降水强度更大。降水的增幅与高空东南急流及高空正涡度中心和负散度中心的明显脉动下传有关系。     

中国台湾岛东岸贴岸北行台风特征分析

借助中国气象局上海台风研究所的西北太平洋台风最佳路径数据集识别了1949—2014年间所有台湾岛东岸贴岸北行的台风,并利用1987年以来台湾地面自动气象观测站的日降水数据,分析贴岸北行台风影响期间台湾岛日均降水量及日极端降水分布,比较贴岸北行台风与非贴岸北行台风影响下台湾岛的降水特征差异。此外,综合分析台风最佳路径数据及NCEP/NCAR的2.5°×2.5°再分析数据,确定所有台风开始侵袭台湾时期的位置、移动特征、大气环流状况,建立四个可能与台风出现贴岸北行路径相关的影响因子。结果表明,贴岸北行台风虽然出现频率不高,66年间仅出现6例,但这些贴岸北行台风出现的时间恰与副高的季节性移动有关系。在贴岸北行台风影响下,台湾山脉东侧及西北麓的日降水均值和极值都较大。当某个台风的位置因子、移向因子、副高因子及涡度因子四项影响因子的限定条件都满足时,则该台风很可能会在台湾岛东岸贴岸北行。     

台风登陆前后雨带断裂与非对称降水的成因分析

利用美国WRF(Weather Research Forecast)模式对“海棠”台风(0505)登陆前后的雨带变化进行分析和模拟试验。结果显示：台风登陆前后其雨带会产生断裂,这种现象可发生在陆地和海上,使非对称降水更加明显。分析得出雨带断裂不仅与地形有关,而且与高层台风环流和中纬度系统的相互作用有关：台风登陆前后,200 hPa南亚高压和台风外围的辐散气流结合形成在台风西北方向的弱倒槽,台风中心西侧及西北侧的中低层辐散流场稳定维持,使高层气旋性流场加强,与气旋性流场相伴的正涡度一部分随气流逆时针旋转,并逐步平流至台风中心附近的正涡度区形成一个沿22～25 °N的正涡度输送带并延伸至台风中心东部,而中心东部高层的正涡度带中有下沉运动,不利于降水发展而导致雨带断裂是非对称降水的主要原因。高层台风的带状涡度向外围的传播可导致中纬度气旋性环流的进一步加强和正涡度向台风输送的加强,使雨带断裂更加明显。