登陆台风降水的大尺度环流诊断分析

强度相似的登陆台风造成的强降水可能差异很大.为研究大尺度环流对登陆台风降水的影响,利用热带气旋年鉴和NCEP/NCAR再分析资料,运用动态合成分析方法,对比分析了登陆后48小时内降水特征迥异而强度、路径相似的两组登陆台风的大尺度环流特征.合成分析结果表明,西南气流的水汽输送对台风降水至关重要,造成大范围强降水的台风往往在登陆后仍与深厚西南急流相连并持续很长时间.高空强辐散场是登陆台风造成大范围强降水的一个基本动力特征.造成强降水的登陆台风其环境场的上升气流不仅强,其气旋性环流的伸展高度高且能长时间维持.登陆台风造成降水的范围和强度与登陆前台风下游大陆环境大气的稳定度有关.下游高温高湿的大气有利于能量尤其是潜热能的大量补充,对强降水增强和维持都十分有利.因此,大尺度环流对登陆台风降水有明显影响.其中,与台风相连的西南急流强度和深厚程度是最重要的因子,高低空辐散辐合强度、台风及环境风场结构以及台风下游大陆上空大气湿热状态等都是需要加以考虑的.     

相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨对比分析

一般认为相似路径台风的影响大致相似,但实际上相似路径台风的风雨分布尤其是暴雨分布往往有很大差异,因此,对相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨成因的对比分析有助于加强台风暴雨发生机制的认识和预报。“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)逐日降水分布对比分析表明,两者登陆前降水分布类似,而登陆后降水分布差异比较大。利用NCEP/GFS 1 °×1 °分析资料对热带气旋登陆前后天气形势、水汽通量和水汽通量散度进行诊断分析,结果表明：“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)登陆前引起浙闽沿海地区大降水主要是热带气旋外围偏东气流和地形共同影响下形成。“海棠”登陆后,维持在浙江东部沿海东南风急流不断输送水汽到“海棠”倒槽内引起浙东南沿海强降水,深入内陆后,降水主要由“海棠”自身环流携带的水汽辐合引起的,降水比沿海地区明显减弱;而“碧利斯”登陆后,有明显的南海季风环流输送水汽并入热带气旋南侧环流,在其南侧形成偏南风急流,使南侧水汽输送得到明显加强,造成“碧利斯”南侧水汽通量辐合,北侧水汽通量辐散,南侧降水比北侧降水强很多;深入内陆后,“碧利斯”环流仍维持并引导北方槽后弱冷空气渗透到其西南侧,使南侧降水进一步增幅。本文还探讨了包括热带气旋外核在内区域平均垂直风切变和热带气旋强降水落区的关系,结果表明：“海棠”和“碧丽斯”大暴雨落区均对应于暴雨区区域平均垂直风切矢量左侧水汽通量散度负值区。“海棠”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径后方是造成“海棠”强降水分布在其移动路径右侧的重要原因,“碧利斯”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径前方是造成“碧利斯”强降水分布在其移动路径左侧的重要原因。因此,利用垂直风切结合水汽输送条件可以作热带气旋大暴雨落区预报可能是一种比较有效的方法。     

城市效应对登陆热带气旋妮妲降水影响的模拟

运用中尺度数值模式WRF耦合城市冠层模式（urban canopy model,UCM）,对2016年登陆深圳的热带气旋妮妲（1604）（以下简称妮妲）进行数值模拟。高分辨率数值模拟较好地再现了妮妲登陆前后的强度、路径和累积降水。利用城市化过程当中城市冠层对热带气旋降水的敏感性试验结果表明:城市冠层会减弱对流运动和水汽的输送,导致热带气旋登陆后珠江口城市群区域累积降水量略减少。应用最新的土地利用资料进行的城市下垫面敏感性试验结果表明:由于城市下垫面粗糙度增加,造成登陆地面风的减速,强度减弱,潜热通量与2 m高度比湿相应减小;城市下垫面粗糙度增加会加强该区域垂直对流运动以及不稳定能量增加,有利于降水增强,尤其在城市化下垫面处,热带气旋登陆后6 h累积降水增加量最大可超过20 mm。总体而言,对登陆热带气旋降水而言,耦合城市冠层使城市区域热带气旋降水减少,但在数值模拟中城市冠层影响作用不显著。城市化下垫面对登陆热带气旋暴雨的增幅作用明显,在登陆热带气旋降水预报中应重视。     

登陆热带气旋引发云南强降水的环境场特征

应用《西北太平洋热带气旋年鉴检索系统》资料、NCEP/NCAR再分析资料及云南降水资料,对1959-2007年热带气旋(以下简称TC)西行登陆引发的云南强降水过程进行了分类统计,得到4类TC强降水环流模型,分别是TC低压环流型、TC低压外围或倒槽型、TC低压与低槽冷空气相互作用型和TC与两高辐合相互作用型.环境场特征显示,100 hPa南亚高压中心位置在90°E以西,高空东风急流提供了强大的辐散场,低空西南季风气流与TC环流相连接,高低层涡度差呈负值区分布,使TC低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢;西南季风气流中的低空急流、副热带高压外围及TC低压东部的偏南急流共同作用,向云南输送充沛的水汽和能量,是登陆TC强降水产生的重要天气系统配置形势;强降水分布在低空急流左侧,TC低压或倒槽西北侧的正涡度中心附近;冷空气南下进入云南,增加了大气斜压不稳定,使TC外围降水增强.     

热带气旋影响山东有无暴雨的对比分析

选取登陆前后路径基本相似,登陆减弱后北伸倒槽也基本相似,而对山东省造成的降水却差异较大的两个热带气旋,利用实况观测、T213和MICAPS分析资料,主要从天气学、能量学及水汽输送等方面进行对此分析,探讨了热带气旋倒槽造成北方暴雨的机制。结果表明：两次过程的热带气旋倒槽均北伸到鲁西南和鲁中地区,无论是位置还是凤场都基本一致,但各自与上层500hPa副热带高压系统的配置存在较大差异。分析发现,在低空东南急流都建立的情况下,急流轴上风向变化的差异,水汽通量散度的不同,可为今后的天气预报提供一点参考;两次热带气旋的能量场分布也存在不同,但高能轴与强降水的分布基本一致,这对预报热带气旋倒槽暴雨落区具有重要指示意义。     

水汽输送影响登陆热带气旋维持和降水的数值试验

Bilis(0010)是一个登陆后长久维持的热带气旋,其维持期间与一条西南风低空急流水汽通道长时间保持联结.用中尺度模式MM5V3对其维持过程进行模拟,并通过多个敏感性试验,研究不同方向水汽输送对热带气旋在陆上维持和降水的影响.结果表明:外界持续的水汽输送有利于热带气旋气旋性环流在陆地上维持,减缓其登陆后的强度衰减.水汽输送通过影响热带气旋的热力结构来影响热带气旋强度,充沛的水汽供应有利于热带气旋暖心维持.外界水汽输送有助于热带气旋雨带中的强对流活动,使雨量加强.而对流活动过程中水汽凝结潜热释放是热带气旋获得能量继续维持的重要条件.结果还表明,南边界水汽输送对热带气旋维持和降水的影响最为明显,其次是东边界.来自北界和西界水汽的影响微弱.     

2000—2020年西太平洋热带气旋路径对江淮梅雨期降水的影响研究

选用2000—2020年自动站降水资料、热带气旋最佳路径数据集（CMA-STI）以及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料，发现不到半数的热带气旋活动伴随江淮地区暴雨发生，且仅有3成的热带气旋存在时，江淮地区日降水达到当年梅雨期日均降水。除个别“转向型”及登陆后继续东移、北上的“西北型”热带气旋外，七成左右的热带气旋大多伴随有梅雨减弱现象，并利用WRF模式及热带气旋Bogus方法对2017年热带气旋“苗柏”和2019年热带气旋“丹娜丝”进行数值模拟，分析热带气旋的存在对梅雨季节降水的影响机制。结果表明：在模式能较好地模拟出两个热带气旋的路径及降水落区、强度的基础上，对比移除热带气旋前后的试验，西北路径的热带气旋“苗柏”登陆前，南缘偏西气流加强低空急流，江淮地区切变线加强，登陆后低压北抬，副高稳定，形成有利于降水的环流形势；剔除“苗柏”后，低空急流断裂，副高南退，水汽输送带南移，长江中下游地区降水减少。转向型热带气旋“丹娜丝”北移，伴随副高北抬，对流性不稳定减小，垂直上升运动减弱，西太平洋的水汽被大量输送到热带气旋中心附近，故输送至江淮地区的水汽减弱，降水减少，促使梅雨提前结束；而剔除“丹娜丝”影响后，副高稳定，东部降水增加，梅雨季尚能持续。     

秋季台风“纳沙”大范围暴雨的机制研究

利用T213、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对1117号强台风“纳沙”造成广西持续大范围暴雨的成因进行分析,造成广西大范围暴雨的主要原因是:“纳沙”登陆后,副热带高压强大,台风环流与副热带高压之间气压梯度增大,其右侧辐合加强,深厚偏东气流给台风输送了大量的水汽和能量,西南风急流与副高西侧强东南气流形成辐合,北方冷空气从低层南下,东北风与台风后部的东南风形成切变产生对流降水;加上台风自身带来的降水、急流降水以及冷空气入侵降水三部分相接,组成了“纳沙”影响期间的持续性强降水过程.     

登陆粤西的热带气旋降水特征分析

利用1949～2000年《热带气旋年鉴》资料，对51年来登陆粤西的热带气旋在陆地维持时间、不同强度的降水之间的分布、相同量级强降水的分布等进行统计分析，揭示登陆粤西热带气旋降水分布实况和特征。结果表明，登陆粤西的热带气旋在登陆后的维持时间和其造成陆地强降水范围成正相关的关系；热带气旋造成不同强度(暴雨、大暴雨、特大暴雨)的降水在其路径左右侧分布，雨强越大，出现的几率越少；热带气旋登陆后造成的暴雨量级降水在热带气旋路径右侧比左侧产生的几率更大；而大暴雨、特大暴雨落在路径左侧的可能性比落在右侧的可能性大。     

山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971-2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华南沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析.建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型.分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支.结果表明:在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次.暴雨的范围广、强度大.出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后.在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆.中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北.500 hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合.低层850-700 hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制.热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东.在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送.在台风登陆后12-48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入.暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨.     

登陆热带气旋降水增幅的合成诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,采用动态合成分析方法,对登陆后降水增幅类和非增幅类热带气旋的大尺度环流特征做了合成分析和动力诊断.结果表明:增幅类热带气旋处于强经向型环流之中,中高纬度为阻塞形势,高层有急流入口区南侧的强辐散,并与西风槽相互叠加;低层有急流和水汽通道的长时间联结;热带气旋东侧还有次级环流相伴.非增幅类热带气旋环流背景相对平直,高空辐散弱,无西风槽叠加;低空急流减弱迅速,且水汽通道较早出现断裂;无次级环流出现.增幅类热带气旋高层存在显著非地转运动,高层南风急流入口区的强次地转运动和降水增幅紧密相关.     

登陆热带气旋研究的进展

随着大气探测技术的发展 ,登陆热带气旋研究已经成为热带气旋研究中一个新的领域。新的探测技术能初步揭示出热带气旋登陆过程中发生的多种改变。近年来 ,国内外科学家实施了一系列外场科学试验 (Fieldscientificexperi ments) ,对登陆热带气旋进行探测和研究 ,旨在提高预报的准确率。登陆热带气旋研究内容包括 :海岸和内陆山脉地形影响 ,结构和强度变化 ,登陆热带气旋的暴雨强度和分布 ,大风强度和分布 ,风暴潮强度和范围 ,登陆热带气旋在陆上的维持机制 ,陆地涡旋的路径和入海加强 ,边界层结构 ,陆面过程和能量交换 ,变性过程等。研究采用外场科学试验与数值模拟相结合的方法。模拟或预报模式中使用同化资料尤其是卫星同化资料来构造初值场 ,取得较好结果。登陆热带气旋的研究目前正在展开 ,并取得了一些重要结果。研究表明 ,潜热释放和斜压位能释放是近海或登陆热带气旋加强或维持的两种主要能源。这两种能量可分别从水汽输送和热带气旋与中纬度环流的相互作用中获得。另外 ,陆面饱和湿地或水面的潜热输送、热带气旋与中尺度涡旋或热带云团的合并以及高空流出气流强辐散也对其加强和维持有利。世界气象组织的热带气象研究计划 (TMRP)正在组织对这一领域的总结和下一步的研究计划。这项研究将对预报和     

一次中纬度特大暴雨过程的中尺度分析

用Shuman-Shapiro中尺度滤波方法，结合大尺度环流背景，对1999年8月11－12日山东半岛特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这将过程是热带中尺度气旋北上发展造成的；地面冷空气侵入西移的中尺度低压所导致的对流发展，是热带中尺度气旋发展的原因；大尺度环境场丰富的水汽输送为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与其配置的切变线上的波动点对降水落区有指示意义。     

An overview of tropical cyclone and tropical meteorology research progress

There has been much progress in the study of tropical cyclones and tropical meteorology in China in the past few years. A new atmospheric field experiment of tropical cyclone landfall with the acronym of CLATEX (China Landfalling Typhoon Experiment) was implemented in July-August 2002. The boundary layer characteristics of the target typhoon Vongfong and the mesoscale structural features of other landfalling typhoons were studied. In addition, typhoon track operational forecasting errors in the last decade have been reduced because the operational monitoring equipment and forecast techniques were improved.Some results from the research program on tropical cyclone landfall, structure and intensity change, intensification near coastal waters, interaction between tropical cyclone and mid-latitude circulation, and the interaction among different scales of motion are described in this paper. Four major meteorological scientific experiments in China with international cooperation were implemented in 1998: the South China Sea monsoon field experiment (SCSMEX), the Tibetan Plateau field experiment (TIPEX), the Huaihe River basin energy and water cycle experiment (HUBEX), and the South China heavy rain scientific experiment(HUAMEX). Although these field experiments have different scientific objectives, they commonly relate to monsoon activities and they interact with each other. The valuable intensive observation data that were obtained have already been shared internationally. Some new findings have been published recently.Other research work in China, such as the tropical air-sea interaction, tropical atmospheric circulation,and weather systems, axe reviewed in this paper as well. Some research results have shown that the rainfall anomalies for different regions in China were closely related to the stages of E1 Nifio events.     

登陆热带气旋长久维持与迅速消亡的大尺度环流特征

采用动态合成分析方法 ,对登陆后长久维持热带气旋 (LTC)和迅速消亡热带气旋 (STC)的大尺度环流特征进行合成分析和动力诊断。研究表明 :(1)LTC登陆后 ,在一个长波槽前有向偏北移动靠近中纬度斜压锋区的趋势 ,而STC登陆后 ,无长波槽靠近 ,并远离中纬度斜压锋区 ;(2 )LTC登陆后 ,仍与一支低空急流水汽输送通道连结 ,而STC登陆后很快与这支水汽通道分离 ;(3)LTC登陆后逐渐变性 ,获取斜压能量 ,其环境风垂直切变增强 ,Δζ2 0 0 -850负值增大 ,而STC登陆后没有这样的特征 ;(4 )LTC登陆后 ,其高层与中纬度急流靠近 ,增强了其向东北方向的高空流出气流 ,而STC不存在这样一支流出气流 ;(5 )LTC登陆后 ,摩擦使其能量耗损 ,但从中高层环境中获得了能量 ,而STC登陆后 ,有同样的能耗却无明显的环境能量补给。因此 ,当一个热带气旋登陆后 ,从其移动趋势、与水汽通道的连结、与斜压锋区的关系和高空流出气流等特征 ,可以初步判断其是长久维持还是迅速衰减。     

热带气旋登陆华南前后的强降水大尺度环境场特征

运用2001年和2002年7个热带气旋 (TC) 登陆华南前后的38个日降水量、NCEP/NCAR再分析资料以及卫星云图, 经普查和分析将TC造成的降水区划分为纬向型、经向型、NE—SW向型3种; 对各型高、中、低层中的主要气象因子作了详细分析, 如高层流场、中层副热带高压、低层急流和切变线或辐合线、整层水汽通量散度以及季风云涌等, 在此基础上归纳概括出了这些降水型各自前24 h的大尺度环境场特征概略模型图, 并对其强降水形成机理尽可能地给出了解释, 为TC登陆前后的超短期降水预报提供某种参考方法。     

春夏季节黄河气旋经渤海发展时影响因子对比研究

利用2008—2012年台站资料、NCEP(National Centers for Environ mental Prediction) FNL(Final Operational Global Analysis)1°×1°再分析资料,将近5年经过渤海持续发展的黄河气旋分为夏季型和春季型,采用动态合成法对两类气旋的结构和黄渤海海域的热力、动力、水汽等影响因子进行对比分析。结果表明：经过渤海时,夏季型气旋主要伴随大范围的强降水,而春季型气旋主要形成强风区。春夏季黄河气旋均为冷暖交汇的斜压性结构,但夏季型有偏暖中心,斜压性弱于春季型。春季高空急流位于气旋南部,其左侧正涡度区维持气旋的深厚,且气旋后部高空动量下传与锋面二级环流及平坦海面配合有利于气旋低层大风迅速增强。夏季高空急流位于气旋北部,高空强辐散区和低层辐合区配置加强了气旋中的上升运动,有利于气旋强降水和凝结潜热释放。气旋发展阶段,扰动位能向动能的转化,支持气旋动能的维持与加强。湿位涡计算显示,夏季气旋中有深厚的干空气下沉,干湿梯度强,尺度大,有利于气旋的强降水,春季气旋中干湿梯度小,分布零散,对应降水强度和范围均小。黄渤海为气旋主要水汽输送通道,夏季海温相对春季高,水汽充沛,春季水汽辐合量仅为夏季三分之一。海洋下垫面作用对春季气旋影响大,在夏季作用不明显。夏季海面潜热加热影响为主,春季感热加热影响明显。     

南海夏季风对强热带风暴Bilis(0604)引发暴雨的影响

Bilis(0604)是一个登陆后长久维持并造成了特大暴雨的强热带风暴.通过对常规观测资料、雷达资料和红外卫星云图的分析,发现暴雨过程中不断有中尺度对流系统(MCSs)产生和发展,这些MCSs是造成强暴雨的主要中尺度系统.在此基础上用中尺度模式MM5对Bilis登陆后66 h的过程进行了数值模拟,模拟的雨带和雨量与实况较符合.利用模拟结果,对MCSs的发展过程和特征作了分析,发现Bilis的低压环流和南海夏季风在华南一带交汇,使得华南一带多中尺度涡旋、辐合中心和中尺度辐合线发展,这些系统为中尺度对流系统的生成和维持提供了有利的环境.敏感性试验表明,南海夏季风输送暖湿气流为暴雨区补充不稳定能量和水汽,对暴雨的产生具有十分重要的作用.     

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

华北地区持续性极端暴雨过程的分类特征

利用1960—2015年日降水资料,筛选出华北地区56次持续性极端暴雨过程。基于距平相关系数的客观聚类分析方法和天气学检验,将它们进行分类,并使用NCEP（2.5°×2.5°）再分析资料进行分类合成,对比分析不同环流背景下华北地区持续性极端暴雨过程的基本特征。结果表明,这些持续性极端暴雨事件按照环流背景可分为经向型、纬向型、减弱的登陆热带气旋型和初夏型4类。它们一般都与不同天气系统配置结构下的锋面动力学过程有关,由于锋面结构特征、环境大气层结状态以及与低空急流有关的暖湿气流输送通道和强度不同,造成不同环流形势背景下,暴雨日的高频站点与过程平均累计降水量在空间分布上存在差异。（1）纬向型对应的锋区强度明显强于经向型,但是其对应的层结稳定度与整个夏季状态相当,而经向型存在弱的层结不稳定异常,这表明,纬向型的对流活动一般不如经向型强,持续性锋面降水特征更清晰,造成站点上日降水量超过50 mm的最大频率明显低于经向型,但是过程累计平均最大降雨量却比经向型大。（2）从水汽输送通道来看,源于西太平洋副热带高压南侧的水汽通道只在纬向型环流主导下的华北区域持续性极端暴雨过程中起主导作用。初夏型以及减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的极端暴雨过程中,活跃的印度季风造成25°N以南异常强盛的纬向低空西南气流携带充沛的水汽,穿过中南半岛后以西南低空急流或者通过减弱的登陆热带气旋“中转”,是这两类暴雨区的主要水汽供应方式;经向型环流背景下的水汽输送也与这支源于青藏高原南侧的西风气流异常有关。这可能是华北地区夏季降水与印度季风降水的相关显著强于中国东部其他地区的主要原因。（3）减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的极端暴雨事件同样由经向型环流主导,但是,更充沛的水汽输送、更强的上升运动和更深厚的大气不稳定层结状态是它比一般的经向型强度更大的直接原因;此外,中高纬度弱冷空气侵入对减弱的登陆热带气旋顶部形成持续性极端暴雨过程非常重要。