利用多普勒雷达径向速度提取台风环境风场信息

应用蓝金模式模拟了纯气旋性旋转的多普勒雷达径向速度特征,还模拟了不同环境风向和吹向台风中心的辐合风对台风多普勒速度特征的影响。在此基础上,提出了雷达实测台风速度的特征和不同环境风向的速度数值模拟图进行比较,从而提取出相应环境风信息的方法,并应用这种环境风信息来判断台风的移动路径。通过对台风实例分析,特别是在台风发生转折的关键时刻,该方法都能够较准确地判断环境风转折的多普勒速度特征。应用多普勒雷达径向速度图像与不同环境风向模拟图像进行比较的方法,能够实时(雷达观测时间间隔仅为6 min)监测到环境气流的方向及其变化,比较准确地监测台风的移动路径,这是其他大尺度气象资料难以做到的。分析表明:环境风转向变化的现象在前,台风发生转折的现象在后,对台风路径的短时预报具有一定应用价值。     

转向过程中快速与慢速移动台风的环境场特征

台风速度是其路径预报中的一个重要问题,尤其是在我国近海转向的台风,移动速度的快慢及其变化,直接关系到台风是否会登陆以及台风预报、警报发布的成败,需要认真研究。Burroughs和Brand曾对西北太平洋台风在转向以后二天内的移速进行了详细统计分析,还设计了一个转向后36小时移速统计预报方程。台风的移速和周围环流系统的配置和强弱的关系很大,因此本文着重于台风的环境场特征来进行研究。     

登陆台风强度变化过程预报的影响试验研究

探索了基于WRF模式的集合卡尔曼滤波同化方法（WRF-EnKF,简称EnKF）在近海有可能达到更强台风连续循环同化中国大陆高时空分辨率多普勒天气雷达径向风观测资料的效果,同时检验台风Vicente（2012）的三维结构演变及其动力学特征。通过短期集合预报得到跟随当前流场变化着的背景误差协方差的台风涡旋和动力学结构。研究发现,EnKF同化预报系统能有效地同化高时空分辨率雷达径向速度观测资料,显著改善初始场中台风Vicente的中小尺度内核结构,同时提高对台风Vicente的路径和强度及其相伴随的短期强降水预报。在台风最强时刻同化雷达径向风观测能快速（1~2 h）得到真实的暖核台风结构,同时进一步提高台风路径和强度的预报。另外,EnKF同化雷达径向风观测资料还能有效提高短期降水预报,1 h和3 h累积降水的分布、降水中心以及降水随时间演变都能得到显著改善,这与改善台风路径、结构和强度有密切关系。因此,对中国东南沿海有可能达到较强的台风进行同化雷达径向风观测资料可改善登陆台风的预报水平,这为利用我国地基多普勒天气雷达观测资料改善模式的初始场从而提高台风预报提供一定的指示作用。      

台风移动的基本规律

目前国内外关于台风路径研究,一般着 重于台风环境流场对台风移动的影响,并取 得明显效果,但是,对于客观、定量预报方 面仍然存在许多困难问题。本文利用大气基 本运动方程求出台风中心移动方程表明:台 风外围环境流场和台风本身的环流结构各自 所产生的梯度力,以及台风移动而产生的柯 里奥利力都直接影响台风移动路径。所以该方程具有客观定量预报的基础。     

近海台风雷达定位方法应用研究

对于近似轴对称与类似兰金涡旋特性的台风近中心环流而言, 其多普勒雷达径向速度场具有相当特殊的偶极型态分布特征.在假设台风环流存在最大风速半径的前提下, 利用多普勒雷达径向速度场的这种分布特性和型态识别技术, 进行近海台风的雷达定位客观方法的应用研究, 并选取两种客观定位方法对台风中心位置进行估计.两种客观方法分别为几何轴对称中心定位法和速度距离方位显示中心定位法, 前者直接应用多普勒径向速度场进行定位估计, 后者则应用观测的多普勒径向速度场与观测点至雷达中心距离的乘积来估计台风中心位置.利用 "兰金" 涡旋模式模拟的多普勒雷达径向速度场和实际观测的台风环流的多普勒雷达径向速度场以及台风年鉴资料, 对这两种定位方法进行模拟和实际测试的结果表明: 模拟测试的定位误差在0.5 km以下, 最大风速半径的误差在0.12 km以下; 而实际测试的定位误差在3～13 km以内, 有些时次甚至在3 km以下.因此, 对近海台风而言, 利用多普勒雷达径向速度场资料进行实时业务定位是可行的, 且其定位结果将对台风实时业务预报和警报具有重要的参考价值.     

台风“韦森特”路径突变和近海加强的成因分析

利用FY2D卫星资料、美国国家环境预报中心（NCEP/NCAR）的再分析资料等,分析了“韦森特”路径突变和近海加强的成因。结果表明,“韦森特”快速偏西行后突然停滞原地长时间打转的奇异路径主要归结于三大因素:西太平洋副高减退导致引导气流明显减弱,使台风路径多变;“韦森特”风场强风速区呈逆时针转移造成台风移向改变;中心重组过程导致中心位置停滞少动。高空强辐散、弱的风垂直切变和中低层强盛的西南气流输送是“韦森特”近海加强的重要原因。较好的湿热条件促进了“韦森特”显著加强。      

0908号台风“莫拉克”登陆过程中海表温度变化特点及其对“莫拉克”的影响

以2009年台风“莫拉克”为例,利用AVHRR/AMSR卫星数据和WRF模式,分析台风登陆过程中台湾岛周围海域SST变化特点及其对台风的影响。结果表明,由于海岸线的阻挡以及台风之前存在的冷涡的影响,“莫拉克”引起近海海域的最大降温位置出现在路径附近偏左或者离台风中心较远的海域。宽阔洋面上,台风活动导致的SST变化虽然减弱了台风强度,但对路径的影响小。沿海的SST梯度加强了台风的非对称结构,使得台风向非绝热加热大值区(台风北部)偏移。考虑近海SST梯度的海峡试验与定常SST试验相比,沿海路径向北偏差最大可达134 km,与2009年中央气象台台风路径24小时的综合预报误差119 km相当。这说明为进一步提高我国近海海域的台风路径预报水平,需要考虑近海SST非均匀分布的特征。      

T639台风预报误差与环境场变量的相关分析和回归分析

利用国家气象中心全球谱模式T639L60(简称T639)数值预报结果和上海台风研究所整编的台风最佳路径数据,基于2009—2010年的样本,分析了西北太平洋和南海台风的环境场预报变量与路径预报误差的相关性,利用线性回归分析,建立了T639台风中心预报误差与环境风整层垂直切变、400 hPa台风环流强度的24~120 h各预报时效线性预估模型(建模样本数分别为299、232、170、117和84个),并利用2011年的样本对模型进行了检验(检验样本数分别为182、146、117、85和61个)。初步结果表明,环境风垂直切变与路径误差呈正相关,台风各层环流强度与路径误差大致呈负相关,其中400 hPa上的负相关性最明显;由环境风垂直切变与400 hPa台风环流强度建立的线性预估模型能对路径预报误差作出定性估计,其中24h预报时效的预估模型有较好的预估效果。     

台风鲸鱼(1508)路径和降水业务预报偏差原因分析

1508号台风鲸鱼路径和降水业务预报均出现明显偏差,造成该台风预报服务效果很差。本文主要利用常规观测资料、卫星资料、EC模式预报结果和ERA-interim再分析资料(0.25°×0.25°),探讨"鲸鱼"路径和降水业务预报偏差的原因,同时对比分析与"鲸鱼"路径相似的两组夏季台风出现近乎反向的强降水落区的成因。结果表明:(1)"鲸鱼"强度偏弱,业务定位出现较大偏差,同时EC模式对副热带高压预报明显偏弱偏东,是其路径及登陆点预报偏差的主要原因。(2)EC模式较好地预报出副热带西风急流加强、南海海域高层东北风加大的过程,但业务中却忽视了它们通过加强环境风垂直切变对台风非对称结构的作用,从而导致"鲸鱼"路径和降水预报出现偏差。(3)台风路径和降水预报要特别关注副热带西风急流和对流层高层西风槽的演变,副热带西风急流加强东进南落,台风中心附近高层东北风加大,环境风垂直切变随之加大,其南侧对流发展旺盛,台风移动路径偏西分量加大,强降水主要位于其路径左侧;西风槽东移南压,且与台风环流靠近,台风中心附近环境风垂直切变明显减小,其北侧对流发展旺盛,台风移动路径偏北分量加大,强降水主要位于其路径右侧。     

多普勒雷达资料循环同化在台风“鲇鱼”预报中的应用

高分辨率的中尺度预报模式ARPS及其3DVAR/云分析系统,针对2010年登陆福建的超强台风“鲇鱼”,研究对流可分辨尺度下,每1h循环同化沿海新一代多普勒雷达网资料分析、研究对台风初始场和预报场的改进作用.结果表明:单独同化雷达资料可显著改善初始场中的台风内核区动力和热力结构,以及台风强度和位置,进而提高18h台风强度、路径和降水预报,但预报路径和降水分布与实况仍存在差异.在雷达资料同化基础上加入常规观测资料,对初始场中台风内核区结构改进不大.但在显著调整大尺度背景场,从而进一步减少台风路径预报误差,能准确预报出福建沿海两个强降水区域的位置和强度.总体而言,雷达资料同化主要提高台风结构分析,而常规观测资料同化主要改善环境场分析,两者有效结合使得预报结果和实况最为接近.     

建国以来当年登陆我国最早的台风“浣熊”的特点及成因

利用海表温度、向外长波辐射及再分析等资料,对台风“浣熊”的特点及成因进行分析。结果表明,“拉尼娜”事件触发了热带西太平洋西侧海洋的异常活跃的状况,为“浣熊”的形成提供有利环流背景。西太平洋副热带高压脊线偏北,西脊点处于120°E附近,配合中南半岛高压环流,使“浣熊”处于鞍型场,偏北移动路径稳定。同时高空强辐散流场对“浣熊”起到非常重要的维持作用,使“浣熊”成为2008年登陆我国最早的台风。地形辐合作用配合台风右侧潮湿东南气流向中纬度槽前输送大量水汽,加上高空强辐散,使登陆阳江的台风“浣熊”主要风雨区在珠江口两侧及粤东地区。另外,应用多普勒天气雷达速度图对环境引导风的判别,把握好“浣熊”登陆前路径转折的可能,及时调整登陆地段预报。     

SURFACE OBSERVATIONS IN THE TROPICAL CYCLONE ENVIRONMENT OVER THE SOUTH CHINA SEA

In this paper,the observational data from Marine and Meteorological Observation Platform(MMOP)at Bohe,Maoming and buoys located in Shanwei and Maoming are used to study the characteristics of air-sea temperature and specific humidity difference and the relationship between wind and wave with the tropical cyclones over the South China Sea(SCS).The heat and momentum fluxes from eddy covariance measurement(EC)are compared with these fluxes calculated by the COARE 3.0 algorithm for Typhoon Koppu.The results show that at the developing and weakening stages of Koppu,both these differences between the sea surface and the near-surface atmosphere from the MMOP are negative,and data from the buoys also indicate that the differences are negative between the sea surface and near-surface atmosphere on the right rear portion of tropical cyclones(TCs)Molave and Chanthu.However,the differences are positive on the left front portion of Molave and Chanthu.These positive differences suggest that the heat flux is transferred from the ocean to the atmosphere,thus intensifying and maintaining the two TCs.The negative differences indicate that the ocean removes heat fluxes from the atmosphere,thus weakening the TCs.The wind-wave curves of TCs Molave and Chanthu show that significant wave height increases linearly with 2-min wind speed at 10-m height when the wind speed is less than 25 m/s,but when the wind speed is greater than 25 m/s,the significant wave height increases slightly with the wind speed.By comparing the observed sensible heat,latent heat,and friction velocity from EC with these variables from COARE 3.0 algorithm,a great bias between the observed and calculated sensible heat and latent heat fluxes is revealed,and the observed friction velocity is found to be almost the same as the calculated friction velocity.     

浙江北部近海边界层风廓线特征分析

利用2010年12月至2014年5月宁波近海凉帽山370m高塔气象梯度风观测和浙江北部沿海自动气象站测风资料,对浙江北部近海风速垂直廓线进行分析,结果发现:受地形影响,偏南、偏北风时塔基风速一般比上一层风速大。不同天气系统影响下近地边界层风廓线不同,南风型320m以下风速基本遵从对数律。热带气旋影响型和北风型时风廓线可分为3段,常通量层内基本满足对数律,该层向上一段高度热带气旋影响型风速变化不大,北风型反而减小,再往上风速又继续增大。北风型风廓线的这种3段结构表现比热带气旋影响型更为清楚,约80~109m风速出现相对极大值,200~250m间存在风速极小值。满足对数律的近地边界层内小风比大风具有更好的拟合优度。浙江北部沿海自动气象站测风资料不同风型统计分析与高塔风廓线表现基本一致。     

基于风廓线雷达的广东登陆台风边界层高度特征研究

针对8个登陆广东省的热带气旋,利用经过数据质量控制的风廓线雷达连续、高时空分辨率的风场观测数据,对热带气旋边界层特征进行了分析。研究结果表明:热带气旋边界层中切向风速大值区垂直范围越大、风速越强、持续时间越久,则热带气旋强度越大、登陆后强度维持时间越久。眼区外入流层厚度越大,入流层气流越强,热带气旋登陆后强度维持时间则越久。风廓线雷达信噪比垂直梯度对大气湍流信息有一定的指示作用,对于入流层高度在2000 m以下的热带气旋,其入流层顶所在高度与信噪比梯度最大值所在高度相近,对于入流层较为深厚的热带气旋,用信噪比垂直梯度确定的边界层高度虽接近入流层顶高,但仍有一定差距。不同特点的热带气旋其边界层高度并不相同,对于登陆后强度迅速减弱的热带气旋边界层高度在500~1000 m;登陆后强度持续时间短的热带气旋,其边界层高度约1000~2000 m;登陆后强度持续时间长的热带气旋,其边界层高度在2000 m之上,最高可达5000~7000 m。这些结果加深了对登陆台风边界层高度演变特征的认识。     

Environmental Influences on the Intensity Change of Tropical Cyclones in the Western North Pacific

The atmospheric and oceanic conditions are examined during different stages of the lifecycle of western North Pacific tropical cyclones (TCs), with the intention to understand how the environment affects the intensity change of TCs in this area. It is found that the intensification usually occurs when the underlying sea surface temperature (SST) is higher than 26℃. TCs usually experience a rapid intensification when the SST is higher than 27.5℃ while lower than 29.5℃. However, TCs decay or only maintain its intensity when the SST is lower than 26℃. The intensifying TCs usually experience a low-to-moderate vertical wind shear (2-10 ms-1 ). The larger the vertical wind shear, the slower the TCs strengthen. In addition, the convective available potential energy (CAPE) is much smaller in the developing stage than in the formation stage of TCs. For the rapidly intensifying TCs, the changes of SST, CAPE, and vertical wind shear are usually small, indicating that the rapid intensification of TCs occurs when the evolution of the environment is relatively slow.     

Mean meridional currents in the central and eastern equatorial Atlantic

Ship-based acoustic Doppler current profiler (ADCP) velocity measurements collected by several major field programs in the tropical Atlantic are averaged and combined with estimates of the mean near-surface velocity derived from drifters and Argo float surface drifts (ADCP+D) to describe the mean cross-equatorial and vertical structure of the meridional currents along 23°W and 10°W. Data from moored ADCPs and fixed-depth current meters, a satellite-derived velocity product, and a global ocean reanalysis were additionally used to evaluate the mean ADCP+D meridional velocity. The dominant circulation features in the long-term mean ADCP+D meridional velocity in the upper 100 m are the tropical cells (TCs) located approximately between 5°S and 5°N, with near-surface poleward flow and subsurface equatorward flow that is stronger and shallower in the northern cell compared to the southern cell. The thickness of the surface limb of the TCs decreases and the northern cell is found to shift further south of the equator from the central to eastern tropical Atlantic. Analysis of two-season means estimated from the ship-based ADCP, near-surface drift, and moored velocity data, as well as the simulated fields, indicates that the maximum poleward velocity in the surface limb of the TCs intensifies during December–May along 23°W largely due to seasonal compensation between the geostrophic and ageostrophic (or wind-driven) components of the meridional velocity, whereas the maximum equatorward flow in the subsurface limb of the northern cell intensifies during June–November along both 23°W and 10°W due to the seasonality of the geostrophic meridional velocity.     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下中国东南沿海致灾气旋的时空变化

将造成经济损失的热带气旋定义为致灾气旋。基于气象观测站的逐日气压、风速和降水量数据确定致灾气旋阈值,结合区域气候模式COSMO-CLM(CCLM)在1961—2100年的输出资料,预估致灾气旋发生频数及其风速与降水量,分析全球升温1.5 ℃与2.0 ℃情景下,中国东南沿海地区致灾气旋时空变化特征。结果表明:(1) 1986—2015年,东南沿海地区致灾气旋发生频数共计180个,整体呈上升趋势,平均风速和降水量分别为8.7 m/s和129.8 mm,对浙江东部及广东东部沿海影响最严重。(2)全球升温1.5 ℃,2020—2039年致灾气旋频数将由基准期(1986—2005年)的111个上升至138个,增加区域主要位于广东省西南地区及福建省南部地区;平均风速和降水量分别上升15%和17%,至8.4 m/s和109.9 mm,以福建省沿海地区增加最明显。(3)全球升温2.0 ℃,2040—2059年致灾气旋频数较1986—2005年增加33%,将达148个;风速上升32%,以浙江省东部、福建和广东省接壤的沿海地区及广东省南部增幅最大;降水量上升35%,以福建与广东省接壤的沿海地区及广东省西南地区增加明显。(4)相比升温1.5 ℃,全球气温额外升高0.5 ℃,东南沿海地区致灾气旋频数及其风速与降水量将分别上升9%、17%和18%。努力将温升控制在1.5 ℃,对降低致灾气旋频率和强度增加所导致的影响具有重要意义。      

初春暴雪过程的多普勒速度特征分析

利用多普勒雷达资料对烟台市一次初春暴雪天气的多普勒速度和风场结构特征进行了分析。结果表明：降雪开始后相继出现的暖平流辐合、闭合零速度区和逆风区是本次暴雪天气过程多普勒速度的主要特征；持续的垂直风向切变及强辐合等风场结构为暴雪产生创造了条件；低空东南气流对多普勒速度特征的形成及暴雪的产生起了主导作用。     

基于MTCSWA风场资料对西北太平洋热带气旋风场结构的气候统计特征研究

基于多平台热带气旋表面风场资料（MTCSWA）,研究了2007～2016年6～11月西北太平洋上不同尺度热带气旋（TC）的气候统计特征,TC各级风圈半径在不同象限的变化特征、风场结构的对称度及二者与强度变化之间的相关性。利用7级风圈半径与TC近中心最大持续风速（MSW）来定义TC的尺度和强度。结果表明,西北太平洋上TC的平均尺度为221.9 km,其中小TC平均尺度为96.4 km,大TC平均尺度为346.4 km。大TC活动位置的空间分布较小TC更为集中,整体活动范围较小TC偏北。TC尺度的峰值出现在8月和10月。在TC的风场结构中,7级、10级、12级风圈的平均半径分别为221.9、121.0、77.4 km。TC风圈的对称度的统计结果表明7级风圈的对称度最低,12级风圈的对称度最高。相关分析表明,在TC的生命史中,各级风圈半径与其强度存在一定的正相关关系,其中12级风圈半径与强度的相关性最低;对于同一风圈而言,在TC的不同发展阶段中,不同象限的风圈半径与强度的相关性不同。在TC的风场结构中,风圈的对称度与TC强度的相关性随着风圈强度的增强而减弱,只有7级风圈的对称度在TC的整个生命周期中表现出与TC强度之间的弱的正相关关系。     

中尺度系统的模拟Doppler图像

从数学上分析了Doppler速度（径向速度分量）和水平风场之间的基本关系，利用模拟的Doppler图像讨论了切变线、涡旋和低空急流等各种典型中尺度系统的Doppler速度图像的主要特征。所得结果在短时预报中可用于对实时观测到的Doppler图像作定性解释。