Characteristics and Possible Formation Mechanisms of Severe Storms in the Outer Rainbands of Typhoon Mujigae(1522)

To better understand how severe storms form and evolve in the outer rainbands of typhoons, in this study, we investigate the evolutionary characteristics and possible formation mechanisms for severe storms in the rainbands of Typhoon Mujigae, which occurred during 2–5 October 2015, based on the NCEP–NCAR reanalysis data, conventional observations, and Doppler radar data. For the rainbands far from the inner core(eye and eyewall) of Mujigae(distance of approximately 70–800 km), wind speed first increased with the radius expanding from the inner core, and then decreased as the radius continued to expand. The Rankine Vortex Model was used to explore such variations in wind speed. The areas of strong stormy rainbands were mainly located in the northeast quadrant of Mujigae, and overlapped with the areas of high winds within approximately 300–550 km away from the inner core, where the strong winds were conducive to the development of strong storms. A severe convective cell in the rainbands developed into waterspout at approximately 500 km to the northeast of the inner core, when Mujigae was strengthening before it made landfall. Two severe convective cells in the rainbands developed into two tornadoes at approximately350 km to the northeast of the inner core after Mujigae made landfall. The radar echo bands enhanced to 60 d BZ when mesocyclones occurred in the rainbands and induced tornadoes. The radar echoes gradually weakened after the mesocyclones weakened. The tops of parent clouds of the mesocyclones elevated at first, and then suddenly dropped about 20 min before the tornadoes appeared. Thereby, the cloud top variation has the potential to be used as an early warning of tornado occurrence.     

1522号强台风“彩虹”环流中的龙卷风过程分析

利用常规地面和高空观测资料、地面加密资料、FNL 1°×1°实时分析资料以及广州多普勒雷达资料,对2015年10月4日17:00左右发生在广州市番禺区的龙卷过程进行了分析,结果表明:该龙卷出现在台风登陆后迅速减弱阶段,在台风中心移动方向右前侧大约390 km处。龙卷发生前,地面有辐合线存在且有弱冷空气低层侵入,低层到中层为强盛东南风与偏南风辐合区。低空较强的垂直风切变、极不稳定的大气层结和深厚的正涡度区,为龙卷的发生发展提供了热力和动力条件。雷达产品特征表明,该次龙卷过程反射率因子呈弓形特征,回波中心强度在53~58 d Bz之间,但未出现超级单体通常具有的钩状回波和悬垂结构;从速度图上可看到有中气旋存在,从生成到消亡,大概经历了5个体扫时间,其演变方式为从低层开始加强,然后向上扩展。     

台风利奇马(1909)与台风摩羯(1814)云特征对比

利用FY-2H, Aqua, CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)和GPM(Global Preciptation Measurement)卫星产品, 对比同在浙江温岭沿海登陆且路径相似的台风利奇马(1909)和台风摩羯(1814), 分析其发展过程中云系水平、垂直结构特征以及登陆前台风三维结构特征。结果表明: 台风眼区是否可见、台风云系的螺旋明显程度、最强降水中心的形状变化、螺旋雨带区南北侧云顶高度的差异均是台风发展强弱的重要标志。台风发展成熟阶段云顶高度最大位于台风眼附近。台风登陆前, 台风越强, 单层云占比越高, 多层云占比越少; 台风越强, 光学厚度越大; 台风云系类别主要是深对流云和卷云, 成分以非定向冰为主; 螺旋雨带区云系的云底高度及厚度与台风发展强弱相关; 同一通道下高低亮温区的面积、台风的降水类型、三维降水结构中的对流柱长度和数量、垂直方向上的降水率均可作为台风发展强弱的依据。     

湖南强风暴暖盖环境场研究

本文通过对湘中、湘北地区42次强风暴资料的分析,建立了一个强风暴环境场的天气学模式,着重讨论了暖盖(即对流层中下层的逆温层)的形成和维持机理. 暖盖是由于绕过青藏高原两侧的两支西风波动相互作用而产生的.它的存在有利于低空急流在其东部边缘的低空加强,而低空急流引起的垂直环流反过来又有利于暖盖的维持,当暖盖下降到低空急流轴附近时因受扰动而破坏,引起强风暴的发生.     

台风“彩虹”(1522)近海急剧加强的特征分析

采用多种大气和海洋资料对1522号台风"彩虹"近海急剧加强的特征进行了诊断分析。结果表明大气环流形势的变化、海洋环境的维持和台风内部结构的变化都有利于台风的近海加强。具体表现为:高层南亚高压西部型转东部型和中层西太平洋副热带高压加强西伸引起的环流形势的变化,使得台风区域高层辐散增强,中低层气旋性环流增强,低层台风东侧的水汽通量增强;低层北方弱冷空气侵入台风外围区域促进辐合抬升,环境风切变的减弱及弱切变的维持有利于台风加强,这些都是有利于台风增强的环流和动力条件。台风路径海域高海表温度和海洋暖涡的存在对台风急剧增强起了重要作用。此外,由于环流变化引起的潜热加热增大,导致了双中心位涡柱的形成和高层暖心的增加,台风内部结构的变化也有利于台风的进一步加强。     

台风莫拉克 (0908) 影响期间近地层风特性

通过对台风莫拉克 (0908) 影响范围内的33座测风塔观测资料的分析可知:台风莫拉克越靠近陆地,风场的非对称性越明显,其行进方向的左侧测风塔风向呈逆时针旋转,右侧测风塔风向顺时针旋转。在远离台风莫拉克的地方风向稳定,湍流强度变化较平稳;在台风莫拉克登陆点附近,风向、风速和湍流强度均会出现突变。台风莫拉克影响期间,湍流强度与风速的关系未出现IEC标准曲线那样随风速增大稳定减小,其I₁₅达B级和A级及以上的平均湍流强度会在风速7~17 m·s-1形成一个峰值;无论南风或北风,风速越大,各层湍流强度差异趋于减小,同等风速、高度的湍流强度偏南大风均大于偏北大风。位于台风莫拉克登陆点北侧测风塔湍流强度随风速的增加先减小后增大,最终各高度全部超过IEC标准A级曲线,而位于南侧测风塔湍流强度随风速的变化比北侧小,并随风速增大趋于标准A级曲线;另外北侧测风塔湍流强度大于南侧,且各高度偏北大风湍流强度之间的差异比南侧相应风向明显,表明北侧垂直方向的扰动更强。台风莫拉克阵风系数为1.2~1.7,其随高度变化与地形有关,一般情况下随高度升高而减小,在复杂地形条件下不符合随高度升高减小的规律。     

一次华南双雨带暴雨中的位涡演变与雨带间的相互作用

利用实况资料和WRF中尺度数值模式对2008年6月12日18时—14日00时的华南双雨带暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。结果表明:随着锋面的南压,在锋面的西南方向(广西沿海)生成一低涡,该低涡作为位涡源在中高层表现稳定,分别为锋面雨带(北雨带)与暖区雨带(南雨带)提供正位涡。南雨带对北雨带的作用主要体现在中层(112~114°E附近),南雨带中有位涡的大值向北输送,其输送过程导致两条雨带在该处相连,而在115°E以东的南雨带则无明显的输送过程。同时,北部高空槽中也有大值位涡向北雨带输送,以维持北雨带。研究还发现,本次过程中暖区暴雨与锋面暴雨雨带的结构差异明显,锋面雨带的结构与传统雨带的结构比较一致;有利于暖区暴雨降水的形势主要表现在中高层。RIP轨迹模式的结果也表明,质点在运动过程中位涡的输送源是位于广西沿海的低涡,可见该位涡源对双雨带形成有重要的作用。     

对流性强风暴系统的螺旋度动力学研究

利用风暴尺度的数值模式ＡＲＰＳ成功地模拟了１９７７年５月２０日在美国Ｏｋｌａｈｏｍａ州Ｄｅｌ Ｃｉｔｙ的一次强对流风暴过程。其模拟结果与实际的观测非常接近，模式积分 ４０分钟，初始对流单体发生了分裂，产生了新的对流单体。原有对流单体在原地维持成熟的结构，表现出较强的稳定性，而分裂出的新单体在移动过程中，逐渐向成熟位相发展，并且又分裂出新的单体。利用模拟结果，着重讨论了风暴发展过程中螺旋度和超螺旋度的空间结构和时间演变特征，以及在强风暴系统的对流发展过程中的动力学作用。初始环境场的螺旋性结构有利于风暴的发展。在风暴发展阶段，低螺旋度有利于大尺度向对流尺度的能量串级，而在风暴成熟阶段，高螺旋度则有利于对流单体的能量维持，从而形成长生命周期的对流系统。在风暴的发展过程中，风暴流场结构具有向Ｂｅｌｔｒａｍｉ流结构的调整趋势，螺旋度向高值发展。超螺旋度在流体粘性作用的影响下，可反映出螺旋度密度空间积分的时间变化趋势，负的超螺旋度可使螺旋度增加。在对流风暴发展阶段，超螺旋度为负值，对流单体的结构螺旋性增强、螺旋度的增大，在风暴到达成熟阶段后，超螺旋度转为正值。因此，超螺旋度可用来标志对流风暴系统的成熟程度。     

1513号台风苏迪罗云系演变特征及模拟分析

用GRAPES_Meso模式对2015年13号台风苏迪罗进行了数值模拟,从台风生成发展、成熟和登陆减弱三个阶段对模拟结果与实况资料进行了台风云系时空演变特征的对比分析,结果表明:(1)模式较好地再现了台风苏迪罗从生成发展、成熟,再到登陆减弱至消亡的整个过程,模拟的台风路径与实况吻合较好,台风强度的变化趋势也得到了较好的模拟再现。(2)"苏迪罗"在发展阶段台风眼模糊,模式对台风云系云量总体分布模拟较好,但模拟的云顶高度比实况偏低。(3)在成熟阶段,"苏迪罗"有一明显的漏斗状台风眼,云系发展更加旺盛,台风西部呈双眼壁结构,云顶高度比实况高度偏低。(4)"苏迪罗"登陆后强度迅速减弱,台风眼不再明显,模式对登陆后的"苏迪罗"云系结构模拟效果总体欠佳。(5)总的看来,模式较好地模拟出了"苏迪罗"云系整体范围,在洋面上的模拟效果好于登陆后,改进GRAPES模式的云量方案可能会提高该模式模拟台风云系的能力。     

台风贝碧嘉(1816)外围云系结构与降水特征

选取海南省海口站和屯昌站对比分析台风贝碧嘉（1816）外围云系结构和降水特征。结果表明：台风贝碧嘉（1816）影响海南岛期间,随着降水云系的发展,海口地区对流性云系发展加强,屯昌地区表现为层状云降水,两个站点雨滴谱特征存在一定的差异,海口站和屯昌站的降水均以直径小于1 mm的雨滴为主,其中屯昌站直径1~3 mm的雨滴对雨强的贡献最大;海口站雨滴数浓度随雨滴直径增大而减小,但对雨强的贡献随之增大,直径大于3 mm的雨滴对总雨强的贡献达到56.61%;海口站的特征参量曲线在时间上分布不均,表现为阵性强降水,而屯昌站的特征参量曲线起伏不大,降水比海口站小且均匀、连续;在雨滴谱演变上,海口站始终保持单峰型,屯昌站以单峰为主伴随多峰出现,当雨强增大时,两站直径1 mm范围内的雨滴数浓度随之增加,谱型迅速拓宽,大粒径雨滴出现且增多,其中海口站直径3 mm以上的雨滴端增幅更明显;两个站点雨滴谱符合Gamma分布,形状参数和斜率参数满足二项式关系。     

2018年台风温比亚的强对流螺旋雨带观测特征分析

利用中央气象台中尺度地面降水观测资料、气象雷达观测资料和NCEP FNL资料,以及中国气象局上海台风研究所台风最佳路径资料,研究了2018年台风温比亚深入内陆后造成华东地区强降水的雨带结构和演变特征及天气尺度背景环境。结果表明:“温比亚”登陆后的雨带在皖豫鲁交界和山东中南部两度表现为多条短螺旋雨带合并发展为单一长雨带的特征;雨带的维持和形态演变主要是“温比亚”台风环流和强度维持及其与副热带高压的停滞西伸加强的相互作用决定的;由于低层垂直风切变的加强,两条长雨带分别在其起端的安徽北部和山东南部两度表现出显著的对流特征,并都伴有龙卷的发生。     

1323号强台风菲特特点及预报难点分析

1323号台风菲特突然西折和近海强度维持是业务预报的主要难点,也是其风雨预报偏差的主要来源。本文利用常规气象观测资料、实时业务数值预报模式和NCEP再分析资料（1°×1°）,对“菲特”的特点和预报难点以及造成强风雨的成因进行了综合分析。主要结论如下：东亚高空副热带西风急流迅速增强导致副热带高压加强西伸是“菲特”路径突然西折的主要原因;副热带西风急流入口区右侧的强辐散是“菲特”近海强度维持及其北侧强风雨发生的主要动力机制;“丹娜丝”的存在除了为“菲特”强降雨的发生和维持提供充足的水汽输送外,还有利于副热带高压的西伸,也是“菲特”路径发生西折的主要原因之一;业务预报中,对对流层高层流场（尤其是副热带西风急流）的分析以及双台风相互作用的关注不够,可能是“菲特”路径、强度和风雨预报出现较大偏差的重要原因;此外,当台风路径集合预报发散度较大或不同集合预报系统出现截然不同的路径预报结果时,采用多模式集合预报订正技术将是提高台风路径预报准确率的有效途径之一。     

Mid-chain ketocarboxylic acids in the remote marine atmosphere: Distribution patterns and possible formation mechanisms

In remote marine aerosol samples collected from the North Pacific ocean, Enewetak Atoll, American Samoa, and New Zealand, series of mid-chain ketocarboxylic acids in the range of C₆-C₁₈ were detected. All the positional isomers, except for the 2-oxo and 3-oxo species, were detected for major ketoacid families (e.g. C₉, C₁₁ and C₁₃). Higher ketoacid concentrations (up to 19 ng/m³) were obtained in the northern North Pacific aerosol samples, which generally showed an odd carbon-numbered predominance with 5-oxoundecanoic acid being the major species. By contrast, lower concentrations were obtained in the lower-latitude or subtropical aerosol samples, where even carbon-numbered ketoacids were relatively abundant.The distribution patterns of the odd carbon-numbered ketoacids could not be explained by the primary emissions from source materials including terrestrial higher plants, soil particles, and ocean surfaces. We consider that the isomeric ketocarboxylic acids are produced in the atmosphere by the photochemical oxidation of semi-volatile monocarboxylic acids, which are counterparts of the oxidative degradation of unsaturated fatty acids emitted from seawater surfaces. Atmospheric production of the ketoacids is seemingly enhanced in the northern North Pacific, probably due to an enhanced primary productivity.     

Lightning Activity and Precipitation Characteristics of Typhoon Molave （2009） Around Its Landfall

Cloud-to-ground （CG） lightning data,storm intensity and track data,and the data from a Doppler radar and the Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） satellite,are used to analyze the temporal and spatial characteristics of lightning activity in Typhoon Molave （0906） during different periods of its landfall （pre-landfall,landfall,and post-landfall）.Parameters retrieved from the radar and the satellite are used to compare precipitation structures of the inner and outer rainbands of the typhoon,and to investigate possible causes of the different lightning characteristics.The results indicate that lightning activity was stronger in the outer rainbands than in the eyewall and inner rainbands.Lightning mainly occurred to the left （rather than ＂right＂ as in previous studies of US cases） of the moving typhoon,indicating a significant spatial asymmetry.The maximum lightning frequency in the tropical cyclone （TC） eyewall region was ahead of that in the whole TC region,and the outbreaks of eyewall lightning might indicate deepening of the cyclone.Stronger lightning in the outer rainbands is found to be associated with stronger updraft,higher concentrations of rain droplets and large ice particles at elevated mixed-phase levels,and the higher and broader convective clouds in the outer rainbands.Due to the contribution of large cloud nuclei,lightning intensity in the outer rainbands has a strong positive correlation with radar reflectivity.The ratio of positive CG lightning in the outer rainbands reached its maximum 1 h prior to occurrence of the maximum typhoon intensity at 2000 Beijing Time （BT） 18 July 2009.During the pre-landfall period （0300 BT 18 July-0050 BT 19 July）,the typhoon gradually weakened,but strong lightning still appeared.After the typhoon made landfall at 0050 BT 19 July,CG lightning density rapidly decreased,but the ratio of positive lightning increased.Notably,after the landfall of the outer rainbands at 2325 BT 18 July （approximately 1.5 h prior to the landfall of the TC）,significantly higher ice particle density derived from the TRMM data was observed in the outer rainbands,which,together with strengthened convection resulted from the local surface roughness effect,might have caused the enhanced lightning in the outer rainbands around the landfall of Molave.     

登陆台风Rananim(0414)环流内中尺度辐合线的形成和发展研究

0414号台风Rananim不仅在中国沿海引起暴雨灾害,还在中国内陆产生了强烈降水,导致严重的洪水和地质灾害。基于地面、探空和卫星观测资料、NCEP 1°×1°分析资料以及日本气象厅区域谱模式同化资料(20 km×20 km格距),对台风Rananim内陆强降水过程中环流内中尺度辐合线的形成和发展进行研究,结果表明:(1)中纬度冷空气自对流层中低层侵入台风环流,与台风偏东风暖湿气流相遇,激发了中尺度辐合线在其西北象限的生成。(2)这条中尺度辐合线存在于700 hPa以下低层,具有指向冷空气的斜升气流,并形成辐合线上的垂直环流圈。β-中尺度对流云团群在中尺度辐合线附近形成发展,最后并入台风残涡云团,生消过程约12 h。(3)中尺度辐合线上对流不稳定和条件性对称不稳定共同存在,为强对流运动提供有利环境。湿斜压性增强是中尺度辐合线斜升气流上条件性对称不稳定产生的主要原因。(4)中尺度辐合线与台风环流相互作用的诊断表明,中尺度辐合线从台风低层获得动能和垂直涡度而发展,而其发展又为台风环流提供动能和高层正涡度,减缓了台风衰减。中尺度辐合线不仅直接产生暴雨对流云团,还有利于热带气旋的维持,造成内陆持续强降水。     

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。     

南宁市台风暴雨特征分析

对1990-2006年间对南宁市造成暴雨的热带气旋进行分析统计,结果表明影响南宁市暴雨的台风多属于第二类路径台风。本文着重分析台风气候特征,抓住台风主要影响系统副热带高压特征,地面气压场特征值进行统计,并对常用物理量进行统计分析,希望有助于提高此类暴雨的预报预警能力。     

超级台风‘玛莉亚’的对流爆发特征及与快速加强的关系

利用数值模拟结果,该研究探讨了超级台风‘玛莉亚’的对流爆发(CBs)特征及与快速加强(RI)的关系。发现,(1)切变相对象限的内核CBs表现为由顺切变到逆切变的气旋式旋转,这有利于台风快速加强;(2)CBs的突然增长为即将到来的RI提供了预示性特征信号,同时,台风玛莉亚的RI过程引发剧烈的深对流;(3)自对流层底向上的对流增长角度分析,发现对流爆发与边界层高对流有效位能,次级环流的向上深层发展,增强的动量通量辐合等有关。     

台风活动及其与中国西部降水特征分析

应用1949—2016年台风资料和中国地面逐日降水资料,针对中国内陆西部地区,通过对较长样本资料的统计分析,研究台风活动及其在台风登陆背景下,中国西部年、夏半年和盛夏平均降水特征。研究得到:①67年间登陆中国大陆的台风年平均9.09个,6—10月是台风活跃期,登陆台风最早在4月,最晚在12月,8月登陆台风频率最高。②台风活动对宁夏全省、陕西大部、四川盆地、甘肃中东部和青海大部降水影响明显,台风活动多寡与该地区降水多寡总体成正相关。新疆和西藏降水受台风影响极小,贵州、重庆降水与台风活动呈相反情况,台风活动对云南降水影响不明显。③台风活动与中国西部部分地区降水呈正相关特征,其年均降水最明显,其次是6—10月平均降水。此项研究首次聚焦在远距离台风与中国西部降水特征上,将有助于系统全面地认识台风活动特征、登陆台风与中国西部降水的关系以及中国西部降水机理。     

“天鹅”台风风场结构特征

为了进一步认识台风的动力结构特点,利用组网天气雷达产品三维格点反射率因子资料与两步变分法反演出三维风场,对2009年第7号台风天鹅风场结构做了分析,结果表明：两步变分法较好地反演出“天鹅”台风的水平环流结构;在4km高度上,最大风圈半径内,平均切向风速接近Rankine涡旋模型,通过拟合该高度上最大风圈半径上的切向速度...