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%。     

两个路径相似台风暴雨过程的模拟分析

以两个路径相似的台风"海棠"和"凤凰"为研究对象,利用MM5模式对其二次登陆过程进行模拟并通过与实况的对比表明,模式对台风路径和暴雨的模拟是成功的。利用模式输出从动力、水汽、不稳定层结和地形等四方面对暴雨落区和强度进行诊断,结果表明:低层螺旋度正值区与未来12 h暴雨落区有良好对应关系,高层螺旋度负值区偏离暴雨区,螺旋度高低层耦合产生的倾斜上升气流是触发和维持台风暴雨的动力机制。在台风登陆过程中,浙南闽北一直有源源不断的水汽输入,登陆点北侧水汽输送大于南侧是造成台风降水非对称分布的重要原因。台风由暖洋面移入大陆"冷场"加强了不稳定层结,在"海棠"台风暴雨过程中,弱冷空气侵入台风环流,触发不稳定能量释放在暴雨增幅中起了重要作用,暴雨出现在相当位温等值线密集的向北倾斜锋区。地形对暴雨的增幅作用十分显著,迎风坡由于地形动力抬升有利于上升运动加强,使得对流发展旺盛,降水增加,形成暴雨中心。     

“8.11”特大暴雨过程水汽条件分析

通过中尺度模式输出的物理量论断场资料,分析了特大暴雨的水汽源地、输送路径、辐合区域及降水机制。结果表明,本次特大暴雨是在弱有稳定层结条件下产生,通过潜热释放,又对大气环境场形式正反馈机制,从而使降水加剧。稳定的台风倒槽和低层切变、强的水汽输送是产生持续性强降水的重要条件,鲁中山区和胶东半岛特定地形对特大暴雨有重要影响。     

0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

新疆西部一次极端暴雨事件的成因分析

利用常规观测、FY-2G、地面加密自动站和NCEP/NCAR(0. 25°×0. 25°)再分析资料,对2016年7月31日至8月1日新疆西部出现的一次极端特大暴雨过程进行分析。结果表明:暴雨发生在南亚高压单体型和"两脊一槽"稳定环流形势下,暴雨区位于200 h Pa高空西南急流入口区右侧、700 h Pa低空偏东急流前部、500 h Pa偏南急流及700 h Pa辐合线附近。除中亚低槽自身携带的水汽外,在极为有利的高、中、低纬环流系统配合下孟加拉湾、南海和西太平洋向暴雨区输送的丰沛水汽也是此次极端特大暴雨的重要水汽来源。暴雨区西、东、南边界水汽输入均起着重要作用,尤其是西边界和东边界,占水汽输入总量的78. 4%。暴雨区上空高低空急流的配合以及纬向风的水平切变和经向风的垂直切变为暴雨区辐合上升运动和中尺度系统的产生和发展提供有利条件。中尺度对流云团生成后在引导气流的作用下不断向北移动发展,是造成暴雨的直接系统。发展、移动的低空急流、切变线、风场辐合线和地形辐合线及自天山迎风坡向北分布的多个具有强上升支的中尺度垂直环流不断将水汽和能量向上输送,经500 h Pa槽前强偏南气流向北输送至暴雨区上空。中低层暖平流、风切变和天山地形对天山迎风坡暴雨中尺度系统的产生和向上强烈发展有重要的作用。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

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。     

邯郸地区一次登陆台风大暴雨过程观测分析

受登陆台风"海棠"减弱后低压与东移锋面云系的共同影响,2005年7月21日夜间到23日早晨邯郸地区出现了大范围的暴雨天气。本文从天气形势、水汽输送特征、云系演变特征和大气不稳定条件等方面进行分析,探讨了这次登陆台风暴雨天气的成因。结果表明,台风低压、稳定少变的副热带高压以及500 hPa低槽相互作用,共同造成了这次暴雨天气过程,高纬弱冷空气南下,与台风携带的暖湿空气相遇,加之太行山地形的影响,造成暖湿空气抬升,使得冀南地区产生中尺度对流云团,进而发生强降水。地面自动站以及加密站风场资料分析指出,低空偏北风与偏东风之间的中尺度辐合线对暴雨发生有重要作用,其出现的时间和位置决定了中尺度暴雨天气的发生时间和位置。在水汽输送方面,西部山区的暴雨区水汽主要来源于南海和东海,而东部平原地区的大暴雨,其水汽主要来源于南海。简单的层结分析表明,暴雨区上空存在对流不稳定和对称不稳定共存的现象,两者共同为系统发展和暴雨发生提供了不稳定条件。     

一次特大暴雨水汽输送与中尺度分析

从天气背景、水汽输送、中尺度对流系统等几个方面对宿迁2010年9月7—8日出现的特大暴雨过程进行分析。结果表明,偏东风与西南风的切变风场使得水汽在淮北汇合,对特大暴雨的产生非常有利;高低空急流及其耦合作用、不稳定大气层结和冷空气的锲入,能产生深厚的上升运动和快速的水汽垂直输送;中尺度涡旋、低压、流场辐合线或辐合中心对特大暴雨的落区、强度和维持时间有很好的预报意义。     

台风苏迪罗登陆次日分散性暴雨成因及预报着眼点

利用常规气象观测,卫星、雷达资料,数值模式和中央气象台定量降水预报数据以及FNL分析数据等对台风苏迪罗的定量降水预报进行检验,探讨台风登陆次日分散性暴雨成因和预报着眼点。苏迪罗登陆次日,暴雨分布相对较分散,各家数值模式对其把握均较差。NMC的24 h定量降水预报虽在模式基础上有较好订正,但仍存在明显的暴雨空、漏报现象:暴雨落区预报较实况偏南,导致南侧空报、北侧漏报。受环境场和台风非对称结构影响,强降水产生的有利动力、水汽条件均位于台风北侧和东部沿海地区。台风东北象限对流层低层存在两条强辐合带,其间为降水较弱的弱辐散和下沉运动区。预报员对台风结构的非对称性及风场的非均匀性把握不足,对台风中心附近和两条辐合带间的弱降水区预报偏强,造成暴雨空报。在地形作用下,浙江沿海不断有强降水产生,随后沿切线方向发展为螺旋雨带并逐渐北扩。预报员对地形不断强迫作用下降水沿螺旋雨带的发展及向外围的扩散没有预期,导致浙江北部暴雨漏报。台风登陆次日分散性暴雨的预报着眼点包括:台风非对称性、风场非均匀性、螺旋雨带发展及地形作用等。非对称性影响较大尺度的降水落区;低层风场非均匀的辐合带及急流分布则引起螺旋雨带的发展、演变,决定了台风的精细强降水落区。除地形对局地降水具有增幅作用外,强降水沿螺旋雨带的发展还会对下游地区产生影响。     

A Numerical Study of the Severe Heavy Rainfall Associated with Typhoon Haitang （2005）

Typhoons landing in the central and north of Fujian Province often seriously impact Zhejiang Province. Much attention has been given to exceptionally torrential rain in the South/North Yandang mountainous regions in the southeast of Zhejiang Province associated with typhoon-landing. Typhoon Haitang （2005） is a typical case of such a category, which landed in Huangqi Town of Lianjiang County in Fujian Province, and meanwhile greatly impacted Southeast Zhejiang. A numerical simulation has been performed with the PSU/NCAR non-hydrostatic model MM5V3 to study the torrential rain associated with Typhoon Haitang. The comparison of simulated and observed rainfalls shows that the MM5V3 was able to well simulate not only the intensity but also the locations of severe heavy rain of Typhoon Haitang, especially the locations of the south/north heavy rain center areas in the South/North Yandang mountainous regions. Meanwhile, the diagnostic analysis has been also carried out for better understanding of the severe heavy rain mechanism by using the model output data of high resolution. The diagnostic analysis indicates that the westward tilt of the axis of vorticity from lower layer to upper layer over the south heavy rain center area and the coupled structure of convergence in the lower layer and divergence in the upper level over the north heavy rain center area, were both propitious to stronger upward motion in the layers between the mid and upper atmosphere, and the secondary circulation induced by the vertical shear of the ambient winds further strengthened the upward motion in the heavy rain areas. After Haitang passed through Taiwan Island into the Taiwan Strait, the water vapor east of Taiwan Island was continuously transferred by typhoon circulation towards South Wenzhou, leading to the torrential rainfall in the South Yandang mountainous region south of Wenzhou. Subsequently~ Haitang moved northwards, the water vapor belt east of Taiwan Island slowly advanced northwards, the precipitation rate obviously enhanced i     

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE INTENSITY AND DISTRIBUTION OF HEAVY RAINS IN ZHEJIANG PROVINCE CAUSED BY TYPHOONS HAITANG AND MATSA

Study was carried out on two landfall typhoons Haitang and Matsa, which affected Zhejiang province seriously in 2005. Firstly, the similarity and difference between the two typhoon-induced heavy rains were compared and it was pointed out that both of them brought strong large-scale precipitation and the maximum centers of rainfall were located on the north side of the landfall site. Making landfall on Fujian, Haitang was weaker than Matsa in intensity but surpassed it in rainfall. Then with focus on intensity, moving speed, structure of typhoon, circulation and terrain, the two typhoon-related heavy rains were compared and analyzed. Results show that the asymmetrical distribution of rainfall was closely related to the structure of typhoons themselves, moisture transportation and mesoscale terrain. In contrast to the south side, the north side was hotter and wetter and water vapor was also more abundant. The phenomenon of more rainfall induced by Haitang was in connection with the following reasons. Invading cold air led to rainfall increases, weakened dynamic field and slower movement both benefited precipitation. For the last part, the cold characteristic of air mass over Zhejiang was also a favorable factor for the rain.     

台湾地形对海棠台风影响的数值模拟研究

应用美国国家大气研究中心(NCAR)研发的WRF(Weather Research and Forecasting)气象模式,研究海棠台风(2005)接近并登陆台湾岛的过程中的强度、结构的演变,以及地形强迫作用对台风的影响.对模拟结果的评估表明,在整个海棠台风(2005)模拟实验期间,WRF模式很好地抓住了台风海棠强风,低中心气压的高强度特征.对引起台风降水的中尺度系统的分析表明,一方面台风环流与中央山脉地形共同作用激发出垂直次级环流在降水区域产生强烈的上升运动;另一方面,水平风场源源不断给该地区输送暖湿空气,为对流发展提供充足的水汽.分析结果表明中央山脉地形与台风环流场之间的配置形势对台风降水有着重要的影响.     

1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因

通过对1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因进行回顾,同时基于美国NOAA HYSPLIT4模式,对“莫兰蒂”水汽来源进行轨迹聚类,针对不同路径来源的水汽在“莫兰蒂”浙江沿海降水中的贡献差异进行定量分析,结果表明:数值模式对“莫兰蒂”路径预报偏西、降水预报偏小,直接影响了主观预报服务中降水强度和落区的判断,而数值产品对中纬度环流作用和浙江沿海台风倒槽的预报出现偏差,同时对1616号台风“马勒卡”路径预报偏东,导致主观预报忽略了“莫兰蒂”与其他天气系统的相互作用,影响了对降水动力和水汽因子的判断,也是降水预报偏小的原因之一。“莫兰蒂”水汽输送有3支气流,分别来自东北、东南和偏南洋(海)面,后2支气流为主要水汽来源,浙北沿海以东南向水汽输送最重要,对水汽和降水贡献高达70%以上,表现出1616号台风“马勒卡”对“莫兰蒂”在浙北沿海降水的重要作用,而浙南沿海台风本体的偏南气流与“马勒卡”的东南气流的水汽输送作用相当。可见台风降水预报中,需要密切关注台风环流与其它天气系统以及双台风间的相互作用。      

台风“海燕”（2013）暴雨非对称结构及中尺度特征分析

利用NCEP再分析资料、地面雨量加密自动站资料及多普勒雷达产品资料,对2013年第30号超强台风“海燕”暴雨的非对称结构及中尺度降雨的形成机制、落区特征进行分析。研究结果显示:（1）“海燕”停编前有4个MCS呈东西向带状分布在广西南部,维持时间约9~12 h;台风减弱停编后在广西东南部有1~2个呈南北向的MCS,维持时间为2~4 h,造成此次台风过程的最强降水;（2）在“海燕”影响过程中,能量锋在贵州和广西维持并明显北倾、能量低值中心南下控制桂西北,使该地暴雨骤停、而桂东南在南风急流及地形作用下暴雨维持,是台风暴雨呈现东南强西北弱的非对称结构的主要成因;（3）台风登陆广西至停编时段的中尺度降雨是在高层的位涡异常与低层的位温异常叠加所形成的大气结构下,锋面触发不稳定能量形成的,中尺度降雨集中在边界层能量锋区最大梯度中心、MPV1梯度区零值附近与MPV2正值中心叠加处;（4）台风减弱在停编后的中尺度降雨是由冷空气侵入六万大山东侧抬升暖湿气流形成初始中-γ对流回波,在南风急流及两山脉间的盆地地形作用下,逐步加强发展成中-β对流回波并以“列车效应”传播而形成的。      

ANALYSIS OF RAINSTORMS ASSOCIATED WITH SIMILAR TRACK TROPICAL CYCLONES HAITANG (0505) AND BILLS (0604)

It is generally thought that the influence of comparable track typhoons is approximately similar,but in fact their wind and especially their rainstorm distribution are often very different. Therefore,a contrastive analysis of rainstorms by tropical cyclones (TCs) Haitang (0505) and Bilis (0604),which are of a similar track,is designed to help understand the mechanism of the TC rainstorm and to improve forecasting skills. The daily rainthll of TC itaitang (0505) and Bills (0604) is diagnosed and compared.The result indicates that these two TCs have similar precipitation distribution before landtall but different precipitation characteristics after landthll. Using NCEP/GFS analysis data,the synoptic situation is analyzed; water vapor transportation is discussed regarding the calculated water vapor flux and divergence.The results show that the heavy rainfall in the Zhejiang and Fujian Provinces associated with Haitang (0505) and Bitis (0604) before landlhll results ti'om a peripheral easterly wind,a combination of the tropical cyclone and the terrain. After landthll and moving far inland of the storm,the precipitation of Haitang is caused by water vapor convergence carried by its own circulation; it is much weaker than that in the coastal area. One of the important contributing thctors to heavy rainstorms in southeast Zhejiang is a southeast jet stream,which is maintained over the southeast coast. In contrast,the South China Sea monsoon circulation transports large amounts of water vapor into Bills - when a water-vapor transport belt south of the tropical cyclone significantly strengthens - which strengthens the transport. Then,it causes water vapor flux to converge on the south side of Bilis and diverge on the north side. Precipitation is much stronger on the south side than that on the north side. After Bilis travels far inland,the cold air guided by a north trough travels into the TC and remarkably enhances precipitation. In summary,combining vertical wind shear with water vapor transportation is a good way to predict rainstorms associated with landing tropical cyclones.     

1981-2012年西北东部夏季降水不同强度雨日变化及其环流特征的对比分析

利用1981-2012年中国西北东部198个台站的逐日气象观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了近32年中国西北东部夏季不同强度降水的雨日和雨量的变化特征,并对比了产生不同强度降水的大气环流系统的异同。结果表明,西北东部夏季降水以小雨和中雨为主,二者占夏季雨日的90%以上、占夏季雨量的70%左右。小雨日数占总雨日的比率在空间上自东南向西北递增;中雨、大雨、暴雨和（特）大暴雨日数的比率自东南向西北递减。夏季小雨、中雨日数和降水量均呈减少的趋势,21世纪初的减少速率慢于20世纪80-90年代;暴雨则呈略微增多的趋势。通过对1981和2003年的个例分析发现,乌拉尔山阻塞高压、蒙古气旋和西北太平洋副热带高压增强西伸时,有利于北方干冷气流和南方暖湿气流在西北东部交汇,降水较多;反之则降水较少。在冷、暖空气均增强的背景下,若冷、暖气团的交界线偏南,西北东部主要受北方冷气团控制,南边界的水汽输送较微弱,易发生小雨;若冷、暖气团的交界线偏北,西北东部主要受到南方暖湿气团的影响,南边界的水汽输送和辐合较强,多出现强降水,降水强度取决于水汽的强度和上升运动的高度。     

CLIMATOLOGICAL VARIATION FEATURES OF TYPHOON PRECIPITATION INFLUENCING FUJIAN FOR THE PAST 46 YEARS

The results of an analysis of the temporal and spatial distribution of typhoon precipitation influencing Fujian from 1960 to 2005 show that typhoon precipitation in Fujian province occurs from May to November, with the most in August. There has been a decreasing trend since 1960. Typhoon precipitation gradually decreases from the coastal region to the northwestern mainland of Fujian and the maximum typhoon precipitation occurs in the northeast and the south of Fujian. Typhoon torrential rain is one of the extreme rainfall events in Fujian. High frequencies of typhoon torrential rain occur in the coastal and southwest regions of the province. With the impact of Fujian’s terrain, typhoon precipitation occurs more easily to the east of the mountains than to the west. Atmospheric circulation at 500 hPa over Asia and sea surface temperature anomalies of the equatorial eastern Pacific are analyzed, with the finding that they are closely connected with the anomaly of typhoon precipitation influencing Fujian, possibly mainly by modulating the northbound track of typhoons via changing the atmosphere circulation to lead to the anomaly of typhoon precipitation over the province.