台湾地形对1011号台风“凡亚比”影响的数值试验

利用WRF-ARW 3.2.1模式,对台湾岛地形对2010年第11号超强台风"凡亚比"的路径、降水及结构的影响进行了数值模拟和敏感性试验。结果表明:台风登陆台湾岛前,迎风坡地形低压作用使台风中心南落并出现逆时针打转;背风坡地形低压和台风西北侧台湾海峡出现弧状正涡度带,使台风进入台湾海峡时出现"V"型异常路径;台湾岛地形作用使台风西北侧水汽辐合和正涡度减小,而使其东侧、南侧水汽辐合和正涡度增加,台风出现西北弱、东南强的不对称结构和降水不均匀分布;台湾中部山脉地形对台风低层流场的阻挡抬升作用对台风降水具有明显的增幅作用,造成台湾岛降水分布呈南部、东部强而西北部弱的不对称分布。     

超强台风 “桑美” (2006) 近海急剧增强过程数值模拟试验

应用PSU/NCAR非静力平衡中尺度模式MM5 (V3.5) 设计试验方案, 对超强台风 “桑美” (2006) 在我国近海的急剧增强和减弱过程进行数值模拟研究, 模式较好地再现了台风的路径和强度变化; 通过地形敏感性试验, 着重研究了地形对近海台风强度变化的影响。结果表明: (1) “桑美” 强度变化与南亚高压、 副热带高压的强度变化呈反相变化关系, 当南亚高压和副热带高压减弱时, 台风急剧增强; 台风中心附近对流层高层辐散的增强导致 “桑美” 急剧增强, 对流层中低层辐散的增强以及中层辐合的增大与 “桑美” 的减弱密切相关; 来自海洋的暖湿气流是 “桑美” 发展的关键条件; 低层气旋性涡旋并入台风环流是 “桑美” 近海急剧增强的重要原因。 (2) 凝结加热过程对 “桑美” 的近海维持和发展增强非常重要, 尤其是对流层中上层凝结潜热的突然增强有利于台风在近海的急剧增强。 (3) 小范围地形对 “桑美” 在近海的强度和路径有一定影响, 但作用相对较小, 而且主要表现在台风登陆前后; 大范围地形导致水平风场的非对称分布和台风中心附近垂直运动的异常, 最终影响到台风的强度变化。     

台风“桑美”（0608）登陆前后降水结构的时空演变特征

利用雷达－雨量计联合测量降水技术得到的1小时雨量分布资料, 分析了台风“桑美”登陆前后距台风中心111 km以内的降水结构及其时空演变特征, 尤其是登陆前双眼墙循环过程中, 降水结构的变化特征。研究发现: 在登陆前“桑美”经历了双眼墙循环过程, 在此期间, 其内、外眼墙和雨带降水均以强降水为主, 内、外眼墙平均降水率均随时间增强, 而外眼墙增长幅度更大, 且平均降水率始终大于内眼墙, 但并没有伴随外眼半径减小的过程。而雨带平均降水率随时间变化很小, 略有下降。在登陆后,“桑美”内核和外围区仍是以强降水为主, 登陆前三小时左右内核区平均降水率有一个迅速增长的趋势, 登陆后随着台风强度的减弱, 其平均降水率迅速下降。“桑美”降水的空间分布特征显示, 其登陆前后降水结构有明显的非对称性, 在登陆前内、外眼墙和雨带最大降水均出现在台风移动路径的右侧, 且雨带的最大降水率始终位于内、外眼墙的右方; 登陆后, 内核区和外围降水更多地出现在移动路径的后方, 而不是登陆前的右侧。     

“海棠”台风降水非对称分布特征成因的定量分析

2005年7月19日08时～20日08时“海棠”（Haitang)台风登陆福建省前后24小时期间, 带来一次明显降水过程, 且台风北侧降水较南侧强, 呈明显非对称分布。利用WRF模式对此次降水过程进行了数值模拟, 基于模拟结果, 不仅分析研究了相对湿度、 垂直上升运动场, 同时还进行改进的湿Q矢量诊断分析, 以及计算分析地形抬升和地表摩擦的强迫作用, 定量分析“海棠”台风降水非对称分布特征形成的可能成因。结果表明:（1) WRF模式成功地模拟出了此次降水非对称分布特征、主要降水落区, 以及300 mm以上极端强降水的强度、位置, 模拟效果令人鼓舞。（2) 垂直上升运动条件可能是造成降水非对称分布特征的主要因素。（3) 台风北侧改进的湿Q矢量散度辐合强度明显较其南侧强, 进一步计算分析发现, 改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水场也呈明显非对称分布, 且台风北侧强于南侧。（4) 地形因子强迫产生的降水强度约是改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度的1.6～2.5倍, 且地表摩擦作用强迫产生的降水强度约是地形抬升作用强迫产生的降水强度的2～3倍。     

1011号台风“凡亚比”登陆过程数值模拟及诊断分析

利用中尺度非静力数值模式WRF V3.2.1对“凡亚比”台风(1011)的登陆过程开展了高分辨率数值模拟,模拟采用三重嵌套,最高分辨率为3 km,共积分120 h(5 d)。利用收集到的观测资料对模式模拟的结果进行了较细致的对比验证。结果表明,模式较好地模拟再现了“凡亚比”台风的发展演变以及两次登陆过程,模拟的台风路径与观测路径较为一致,模式也较好地把握住了“凡亚比”台风的强度演变过程,模拟取得了初步的成功。进一步利用高分辨率模拟资料对此次台风登陆过程的强降水开展了初步诊断分析,结果表明,在整个研究时段内,散度垂直通量绝对值的垂直积分<|Q|>与地面降水区有很好的对应,两者在空间分布和时间演变上比较一致,在降水大的区域<|Q|>的值也大,这表明<|Q|>对“凡亚比”台风强降水具有较好的诊断和指示意义。     

超强台风“Saomai”的数值模拟及诊断分析

利用美国NCEP/NCAR全球预报系统的GFS资料以及中尺度非静力模式WRF,针对超强台风“Saomai”进行高分辨率数值模拟及诊断分析,模拟区域采用单层网格,分辨率为5km。研究结果表明,高分辨率数值模拟较好地再现了台风“Saomai”的发展演变过程及登陆情况。模拟的台风路径与实况较为吻合,变化趋势也基本一致;同时,模式对台风“Saomai”的环流场结构和台风登陆期间的累积降水分布特征也取得了较好的模拟效果。进一步通过850hPa涡度、相对螺旋度、水汽通量等对台风“Saomai”发展演变及登陆期间引起的暴雨开展模拟诊断,结果表明:在模拟时间段内,涡度和相对螺旋度的强中心与暴雨区中心有较好对应,水汽通量对降水趋势有较好的指示,上述诊断物理量的演变与降水的时空变化较为一致,在一定程度上具有指示意义。     

登陆台风 “凡亚比”（1011）合力散度分布及演变特征研究

本文利用1011号台风“凡亚比”高分辨率数值模拟资料及合力散度方程,诊断分析了“凡亚比”台风的合力散度水平分布及演变过程。首先将模拟的“凡亚比”生命史划分为五个阶段,然后计算各阶段整层垂直积分的合力散度,得到以下发现：在“凡亚比”快速增强阶段,台风中心附近首先出现合力辐合区,外围为合力辐散区;“凡亚比”成熟期和鼎盛期,合力辐合区呈现出以台风中心为圆心,半径约150 km的近似圆形分布,且中心附近辐合强度最大,向外逐渐减弱,外围合力辐散区呈螺旋云带状分布,宽度约200 km;“凡亚比”第一次登陆过程中,台风中心与合力辐合极值中心发生偏离,合力散度强度逐渐减小,对称结构被破坏;二次登陆后,辐散区迅速衰减甚至消失,但台风中心附近仍存在比较明显的合力辐合。“凡亚比”整个生命史中,合力辐合的平均强度普遍大于辐散的平均强度,前者与台风强度有显著的正相关关系。总体上,合力散度的强信号始终与台风环流系统相伴随,其演变能较好地反映出台风强度及结构的发展和演变。     

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%。     

斜压涡度的变化与台风暴雨的关系研究

台风暴雨作为台风引起的最主要灾害之一,一直被人们关注。台风常被认为是对称结构,但从实际状况来看台风的非对称性非常明显,所以有必要研究斜压性涡度在台风中的表现。在高分辨率数值模拟的基础上,通过引入斜压涡度的概念,分析和总结了斜压涡度在2009年台风“莫拉克”暴雨过程中的表现。通过模拟与分析得到如下的结果:斜压涡度和MPV对比,可以看出在登陆前和登陆后,明显低层斜压涡度有更强的异常信号,围绕台风内核呈现正负正的位相特点;从沿着台风中心时间剖面可以看出,登陆前斜压涡度低层多为负正负的位相,并且随着时间的推移,斜压涡度有从大气的高层向台风的移动中心传递的趋势,即在台风即将到达时原先的正涡度被替换为负涡度,所以对其移动有一定指示意义;在台风“莫拉克”过台湾岛时,其斜压涡度表现为负涡度消失,在山地附近有正涡度生成,完成过岛,台风中心被替换;斜压涡度的异常值主要位于大气的低层时,一般会产生较强的降水。      

理想地形下不同云微物理方案对登陆台风降水增幅影响的数值研究

利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式,在理想岛屿地形条件下设计了云的微物理冰相过程中水凝物中有霰和无霰的两个对比试验,考察了台风登陆时复杂冰相和简单冰相对台风移动路径、强度和降水增幅的影响。结果表明：1）云微物理过程中有霰的复杂冰相过程时,具有更强烈的云“播撒”效应,因而对台风降水具有明显增幅作用。2）当台风受到理想地形作用时,地形对云“播撒”效应引起的增幅作用具有放大作用,此时台风眼墙非绝热加热量形成明显增强中心,使得台风降水增幅明显。3）当台风登陆时,云微物理冰相过程使得台风越山时存在向西北指向的涡度变化倾向。     

A study on the structure and precipitation of Morakot (2009) induced by the Central Mountain Range of Taiwan

The three-dimensional structures and ingredients leading to extremely heavy precipitation associated with the passage of Typhoon Morakot (2009) over the Central Mountain Range (CMR) of Taiwan are investigated. Using a numerical model, the track, track deflection, characteristic rainbands, and precipitation patterns and maxima are successfully reproduced after verification against observational data. The high-level outward flow of the secondary circulation around the eyewall is not very clear even during Morakot’s strongest stage. In the control case, the eyewall collapses within 5 h after landfall that is closely associated with limited precipitation along the track after landfall. During the early stage of landfall, the deep convection on the windward (west) side of the CMR helps strengthening the secondary circulation. A quantitative comparison of total precipitable water, translation speed, and orographic lifting among 12 typhoons in recent years causing large accumulated rainfall in Taiwan shows that the abundant water vapor around Taiwan outweighs translation speed and orographic lifting in resulting in the record-breaking precipitation. It is found that the major processes leading to strong upward motion in the extremely heavy precipitation during 0000 UTC 8 August–0000 UTC 9 August are initiated by orographic lifting by CMR.     

ASYMMETRIC DISTRIBUTION OF CONVECTION ASSOCIATED WITH TROPICAL CYCLONES MAKING LANDFALL ON THE EAST CHINA COAST

The asymmetric distribution of convection associated with tropical cyclones making landfall on the east China coast is studied with black-body temperature (TBB) data from Fengyun-2 (FY-2) geostationary weather satellite. The convection in various quadrants of the TCs is examined for the period of -24 to 6 h relative to landfall. The convection to the southern side of the TCs was much more intense than that to the northern side during the whole landfall period. The convection to the western side of the TCs was stronger than that to the eastern side for the time -8 h before and at the landfall. After landfall, the situation reverses. The asymmetric convection of the TCs was partly due to the vertical wind shear and storm motion, and partly because the process of landfall restrained the convection in relevant quadrants. Besides, the orographic uplift along the east of China was favorable to the enhancement of convection in the eastern side of the TCs. From the characteristics of convective asymmetry of the TCs landing on the south and east of China, it is known that their main difference might be the included angle between the TC path and the coastline as well as the terrain along the coast.     

THE INFLUENCE OF THE ZHOUSHAN ARCHIPELAGO TERRAIN ON THE TROPICAL CYCLONE TODD (NO.9806) BY NUMERICAL SIMULATION

Taking Tropical Cyclone (TC) No.9806 (Todd) as an example, the effects of Zhoushan archipelago terrain on landfall TC are investigated by use of numerical simulation. Results show that, under topographic influences of Zhoushan Islands, the westward-moving landfall TC deflects. And, small orographic highs and enhanced rainfall caused by climbing airflow on the windward slope of main mountains of these islands are a result of effects of Zhoushan Islands. These results display some particular laws of effects of small-sized islands on the landfall of TC.     

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。     

关于台风"飞燕"(0102)若干问题的探讨

本文讨论了台风"飞燕"路径、结构等方面问题。台风"飞燕"登陆前先后受地形低压和热带云团影响,分别出现右折和左折。在结构上具有尺度小、强度强和椭圆形眼的特点,椭圆形的眼区使沿海台站在台风来临前3~9 h内气压明显上升。狂风暴雨出现在台风中心及其右侧地区,灾害主要由猛烈阵风和暴潮造成。     

南海台风模式对“海燕”移动路径的预报

超强台风"海燕"是2013年最著名的台风。分析中国南海台风模式对"海燕"整个过程的预报,发现模式基本预报出"海燕"的快速穿过菲律宾和登陆越南后北翘东折的移动路径,但也存在一些不足,例如强度预报偏弱。通过高分辨率数值模拟分析了"海燕"的变化机理,发现高层暖心、高中低层一致东风气流是其超强发展和快速西移的主要特征。进一步的模式预报试验中,探讨了模拟技术对提高台风预报水平的影响作用。分析结果表明,准确的模式物理参数化(如边界层、积云对流和地形参数化)和模式初始大气构造等,以及提高模式分辨率有助于提高台风预报水平。     

Track of Super Typhoon Haiyan Predicted by a Typhoon Model for the South China Sea

Super Typhoon Haiyan was the most notable typhoon in 2013. In this study, results from the operational prediction of Haiyan by a tropical regional typhoon model for the South China Sea are analyzed. It is shown that the model has successfully reproduced Haiyan’s rapid passage through the Philippines and its northward deflection after its second landfall in Vietnam. However, the predicted intensity of Haiyan is weaker than the observed. An analysis of higher-resolution model simulations indicates that the storm is characterized by an upper-level warm core during its mature stage and a deep layer of easterly flow. Sensitivity experiments are conducted to study the impact of certain physical processes such as the interaction between stratus and cumulus clouds on the improvement of the typhoon intensity forecast. It is found that appropriate boundary layer and cumulus convective parameterizations, and orographic gravity-wave parameterization, as well as improved initial conditions and increased horizontal grid resolution, all help to improve the intensity forecast of Haiyan.     

EFFECT OF DRY COLD AIR ACTIVITY ON THE OFFSHORE RAPID INTENSIFICATION OF SUPER TYPHOON SAOMAI (2006): A NUMERICAL SIMULATION RESEARCH

Employing the mesoscale WRF (Weather Research and Forecast) model, Super Typhoon Saomai (2006) is simulated. The variation of track and intensity and its offshore rapid intensification process are well demonstrated by the model, and the temperature and humidity patterns associated with the dry cold air activity and their impact on and mechanism of the offshore rapid intensification of Saomai are mainly studied in this paper. The results indicate that high-resolution water vapor imagery can visually reveal the development, evolution, interaction as well as the mutual complementation of the dry cold air activity accompanied with the development of Saomai. The offshore rapid intensification phenomenon of Saomai is closely related to the dry cold air which originates from the upper- and mid- troposphere. Besides, the dry cold air from the upper troposphere is stronger than that from the mid-troposphere. Saomai intensifies as the dry cold air from the northwest moves toward its circulation but weakens when the dry cold air from the southwest is drawn into the storm. Dry cold airflows and their cold advection effect caused by the downward motion across the isentropic surface are favorable to the development of Saomai. The dry cold air always moves along an isentropic surface from the upper troposphere to the mid-troposphere around the typhoon circulation and contributes to Saomai’s abrupt intensity change.