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。     

毫米波雷达在台风外围云系研究中的应用

为评估台风条件下毫米波雷达的探测表现,利用上海2018年和2019年4个台风影响期间的毫米波雷达数据,结合雨滴谱仪、静止卫星、S波段天气雷达等资料,探讨了利用毫米波雷达研究台风外围云系的可能性。结果表明：毫米波雷达探测台风外围区域具有良好的性能,对于云降水结构的垂直探测具有一定应用潜力;在降水强度低于5mm·h-1时雷达对于云顶高度的探测较为准确;提出一种融化层亮带判别方法,亮带识别结果与探空观测一致。对比毫米波雷达与S波段天气雷达降水强度反演,结果显示利用毫米波雷达衰减特征能够实现降水强度廓线的反演,但需要对存在显著雨滴碰并增长的降水进行识别并订正,可为毫米波雷达探测台风外围云系提供参考依据。     

Radar-based Characteristics and Formation Environment of Supercells in the Landfalling Typhoon Mujigae in 2015

This study presents the radar-based characteristics and formation environment of supercells spawned by the tornadic landfalling Typhoon Mujigae(2015)in October 2015.More than 100 supercells were identified within a 24-hour period around the time of the typhoon’s landfall,of which three were tornadic with a rotational intensity clearly stronger than those of non-tornadic supercells.The identified supercells were concentrated within a relatively small area in the northeast quadrant beyond 140 km from the typhoon center.These supercells were found more likely to form over flat topography and were difficult to maintain in mountainous regions.During the study period,more supercells formed offshore than onshore.The mesocyclones of the identified supercells were characterized by a small diameter generally less than 5 km and a shallow depth generally less than 4 km above ground level.An environmental analysis revealed that the northeast quadrant had the most favorable conditions for the genesis of supercell in this typhoon case.The nondimensional supercell composite parameter(SCP)and entraining-SCP(E-SCP)were effective in separating supercell from non-supercell environment.Even though the atmosphere in the typhoon’s northeast quadrant was characterized by an E-SCP/SCP value supportive of supercell organization,orography was an impeditive factor for the supercell development.These findings support the use of traditional parameters obtained from midlatitude supercells to assess the supercell potential in a tropical cyclone envelope.     

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。     

Convective Bursts Episode of the Rapidly Intensified Typhoon Mujigae(2015)

Convective burst(CB) characteristics at distinct stages of a rapidly intensified Typhoon Mujigae(2015), are investigated based on a 72-h simulation. The spatial features show that almost all CB elements develop in the eyewall. The number of CBs in the inner-core region within a 100 km radius—which account for a large proportion of the total CBs, with a sharp increase about 6 h before the onset of rapid intensification(RI)—provides some indication of the RI of the typhoon. The CBs during pre-RI and RI are examined from dynamic and thermodynamic viewpoints. The combination of lower-level convergent inflow and upper-level divergent outflow pushes a relay-race-like transmission of convective activity, favorable for the development of deep convection. A double warm-core structure is induced by the centripetal outflow sinking and warming associated with CBs, which directly accelerates RI by a sudden decrease in hydrostatic pressure. By utilizing the convection activity degree(CAD) index derived from the local total energy anomaly, a correlation formula between CBs and CAD is deduced.Furthermore, an intense CAD(ICAD) signal threshold(with a value equal to 100) to predict CBs is obtained. It is verified that this ICAD threshold is effective for estimating the occurrence of a CB episode and predicting RI of a typhoon. Therefore,this threshold may be a valuable tool for identifying CB episodes and forecasting rapidly intensified typhoons.     

Characteristics and possible formation mechanisms of severe storms in the outer rainbands of Typhoon Mujiga (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 approximately 350 km to the northeast of the inner core after Mujigae made landfall. The radar echo bands enhanced to 60 dBZ 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.     

Finescale Spiral Rainbands Modeled in a High-Resolution Simulation of Typhoon Rananim （2004）

Finescale spiral rainbands associated with Typhoon Rananim(2004)with the band length ranging from 10 to nearly 100 km and band width varying from 5 to 15 km are simulated using the Fifth-Generation NCAR/Penn State Mesoscale Model(MM5).The finescale rainbands have two types:one intersecting the eyewall and causing damaging wind streaks,and the other distributed azimuthally along the inner edge of the eyewall with a relatively short lifetime.The formation of the high-velocity wind streaks results from the interaction of the azimuthal flow with the banded vertical vorticity structure triggered by tilting of the horizontal vorticity.The vertical advection of azimuthal momentum also leads to acceleration of tangential flow at a relatively high altitude.The evolution and structures of the bands are also examined in this study. Further investigation suggests that the boundary inflection points are related tightly to the development of the finescale rainbands,consistent with previous findings using simple symmetric models.In particular,the presence of the level of inflow reversal in the boundary layer is a crucial factor controlling the formation of these bands.The near-surface wavy peaks of vertical vorticity always follow the inflection points in radial flow.The mesoscale vortices and associated convective updrafts in the eyewall are considered to strengthen the activity of finescale bands,and the updrafts can trigger the formation of the bands as they reside in the environment with inflow reversal in the boundary layer.     

雷达资料同化对2015年台风彩虹数值模拟改进

基于WRF中尺度模式,采用集合卡尔曼滤波方法同化中国岸基多普勒天气雷达径向速度资料,对2015年登陆台风彩虹（1522）进行数值试验。从台风强度、路径、结构等方面验证了同化效果,并对不同区域雷达观测资料的同化敏感性进行讨论。试验结果表明:在同化窗内同化分析场台风位置误差相比未同化平均减小15 km,最多时刻减小38 km,同化资料时次越多,确定性预报路径误差越小。同化雷达资料后较好地反映出台风彩虹（1522）近海加强过程,台风中心最低气压同化分析和预报误差相比未同化最大减小超过25 hPa,台风眼的尺度、眼墙处对流非对称结构相比未同化与观测更加接近。试验还表明:台风内核100 km范围内的雷达观测对同化效果影响最大,仅同化这部分资料（约占总量的20%）各方面效果与同化全部资料相近,而仅同化100 km以外资料效果明显不及同化所有资料。仅同化台风内核雷达观测资料可以在不影响同化效果的前提下,使集合同化计算机时减小为原来的1/3,该策略可为台风实际业务预报提供一定参考。     

登陆台风Matmo(2014)北侧对流雨带的触发和发展过程

登陆台风Matmo（2014）北侧弱回波区突发多条强对流雨带,造成严重影响。本文利用NECP/NCAR的FNL（Final）再分析资料,地面自动站加密观测资料、雷达拼图资料等对台风北侧连续出现的3条对流雨带的触发和发展过程进行研究。结果表明:初始对流是在弱的对流不稳定和条件对称不稳定条件下,由锋面强迫和地形抬升作用共同触发。接二连三发生的3条对流雨带是在台风北部高湿环境,长时间稳定的水汽辐合,明显的对流不稳定,局部弱条件对称不稳定条件下,由近地面辐合线在辐合稳定并加强后触发的,有利的环境和多层不稳定的叠加有利于雨带的发展和维持。先后触发对流雨带的3条辐合线在发生位置上相当接近。辐合线的形成一方面由海陆下垫面差异、江苏和山东南部海岸线曲率、台风风速随半径分布特点所决定;另一方面,辐合线2和3的形成还与它们北侧对流雨带的冷出流密切相关。对流带上的强降水中心往往对应着稳定的辐合中心,辐合中心主要位于风速大小梯度明显的位置上。而辐合线上的风速梯度主要受海岸线、地形附近的降水分布影响。     

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。     

强台风“云娜”灾害特征及其评估

根据0414号台风“云娜”灾情调查,使用模糊聚类方法对1949~2004年影响浙江省的重大台风灾害进行分析比较,认为台风“云娜”是浙江省1956年以来所遭遇的最严重台风灾害。综合评估结论:①建国以来台风灾害损失与工农业总产值的比值呈上升趋势,台风“云娜”造成的经济损失与当年生产总值之比为3.54:100;②风暴潮为沿海台风灾害的主要因子,建成标准海塘后,大风上升为首要致灾因子;③沿海农村新建(构)筑物和城市广告牌在台风“云娜”中安全问题突出,民营企业抗灾能力也凸显薄弱环节。     

台风远外围大范围强对流天气成因综合分析

为加深对台风外围发生的强对流天气的认识，提高对华南地区强对流天气潜势预报和预警的能力，利用广东中尺度天气监测网的多普勒雷达、自动站资料和NCAR／NCEP的再分析资料等对2004年8月发生在台风云娜外围一次强对流天气的天气形势背景、水汽、CAPE、SI、WI、垂直速度和海风辐合等进行了综合分析。结果表明：华南前期受副热带高压和云娜外围下沉气流作用，地面连续高温，使低层大气内能不断积蓄；台风云娜向西北移动的过程中，华南上空的副热带高压和下沉气流减弱，在其外围弱低压槽、海风辐合和干线共同作用下触发了强对流；台风外围的稳定度具有明显的波动性，强对流在台风外围螺旋云带末端的高温、不稳定和相对高湿舌发生；风指数WI用于华南地区雷雨大风预报比其它指数更有效。     

登陆热带风暴Bilis（2006）暴雨特征及其可能原因

利用NCEP/NCAR 1°×1°格点再分析资料、FY-2C TBB（black bright temperature）资料及中国740站降水资料,对0604号强热带风暴Bilis登陆后的暴雨特征及其可能原因进行诊断分析,结果表明：（1）Bilis登陆过程中强降水中心位于风暴中心西北侧沿岸,主要影响福建和浙江两省;进入内陆后强降水中心向风暴中心以西转移,最后在风暴中心西南侧聚集,主要影响广东东北部、福建、江西和湖南南部。（2）西北太平洋副热带高压的稳定少动为Bilis陆上西行过程中产生持续性降水提供了稳定的背景场。（3）Bilis西南部季风环流的发展增强为Bilis登陆后强降水的产生提供了必要的水汽条件。（4）涡合并和自激增长形成的中尺度系统与风暴涡旋的相互作用,是Bilis登陆后产生强降水的可能机制。     

对流风暴内中气旋特征与强烈天气

利用江苏盐城CINRAD-SA新一代天气雷达2005-2008年的资料分析盐城及周边地区对流风暴内中气旋和各种强对流天气的关系。对SA雷达中气旋探测算法识别的中气旋特征进行统计分析,发现带有中气旋的高顶高底的对流风暴易产生大冰雹;低底和带有较小直径的中气旋的对流风暴有利于龙卷的产生;后侧人流急流进入风暴有时会导致中气旋切变剧增、中气旋的底和顶降低而产生雷雨大风;低底和含有较低旋转速度的前侧中气旋容易导致短时暴雨。含有中气旋的对流风暴通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变较大的环境条件下。     

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。     

不同微物理方案对台风“彩虹”(2015)降水影响的比较研究

本文以GFS资料为初始场,利用WRF（v3.6.1）模式对2015年第22号台风“彩虹”进行了数值研究。采用CMA（中国气象局）台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案（Lin、WSM6、GCE和Morrison）对“彩虹”台风路径、强度、结构、降水的模拟性能。模拟发现上述4个云微物理方案都能较好地模拟出“彩虹”台风西行登陆过程,但是其模拟的台风强度、结构及降水存在较大差异;就水成物而言,除GCE方案对雨水的模拟偏高以外,其他方案对云水、雨水过程的模拟较为接近,其差异主要存在于云冰、雪、霰粒子的模拟上。本文对比分析了WSM6和Morrison两个方案模拟的云微物理过程,发现WSM6方案模拟的雪和霰粒子融化过程显著强于Morrison方案,但是冰相粒子间转化过程的强度明显弱于Morrison方案。云微物理过程的热量收支分析表明:WSM6方案模拟的眼区潜热更强,暖心结构更为显著,台风中心气压更低。细致的云微物理转化分析表明,此次台风降水的主要云微物理过程是水汽凝结成云水和凝华为云冰;生成的云水一方面被雨水收集碰并直接转化为雨水,另一方面先被雪粒子碰并收集转化为霰,然后霰粒子融化成雨水;而生成的云冰则通过碰并增长转化为雪。小部分雪粒子通过碰并收集过冷水滴并淞附增长为霰粒子,随后融化为雨水,大部分雪粒子则直接融化形成地面降水。     

2010年春季北京地区强沙尘暴过程的微气象学特征

利用北京大学校园地区PM10质量浓度观测资料、中国科学院大气物理研究所325m气象塔气象要素梯度和湍流观测资料,分析了北京地区2010年3月20～22日两次强沙尘暴过程微气象学要素和沙尘参量的时空演变以及湍流输送特征,为理解北京地区强沙尘暴天气沙尘输送规律和微气象学特征提供参考。结果表明:3月20～22日强沙尘暴过程前后不同高度温度先升后降,气压和相对湿度则相反。强沙尘暴来临时,高层风速先迅速增大,低层风速增加略有滞后,风切变明显加强,PM10浓度最大值和风速极大值出现时间较吻合。强沙尘暴过境时,不同高度向下的湍流动量输送、向上的湍流热量输送和湍流动能明显加强。与3月21日非沙尘暴日相比,强沙尘暴过程湍流动量通量增加,有利于沙尘粒子的水平和垂直输送过程;由于冷锋过境,水平热通量增大;垂直热通量因白天温度垂直梯度减小而减小,夜间因逆温层被破坏而增加;水平湍流动能对湍流动能占主要贡献,垂直湍流动能仅占水平湍流动能的10%～25%。     

0801号台风“浣熊”的生成及强度特征

利用卫星云图资料、Nino综合海温指数资料、海表面温度资料、NCEP／NCAR再分析资料等,通过分析大尺度气候背景、赤道太平洋海表面温度、副热带高压、引导气流等的变化,对0801号台风“浣熊”生成时间偏早、快速加强、减弱迅速等特点进行了分析。结果表明：2007年8月爆发的中等强度的拉尼娜事件,导致次年4月赤道西太平洋及南海南部海表面温度较多年平均偏高,南海南部上空对流活跃,强度偏强,副高也偏强、偏北,副高南侧的偏东流场和过赤道气流引起的西南流场形成的季风槽区极易产生扰动,有利于热带气旋的生成和发展。强度方面,“浣熊”在短短12h内迅速完成3级跳,与弱冷空气影响有密切关系,但当“浣熊”移动至海南岛东南部海域后,陆地摩擦的增强和沿海海表面温度的降低导致了“浣熊”的迅速减弱。     

罗莎(0716)台风外围螺旋雨带中尺度结构的双多普勒雷达试验研究

强台风罗莎(Krosa)于2007年10月7日15:30在福建省福鼎和浙江省苍南交界处第三次登陆,登陆期间,"罗莎"外围螺旋雨带恰好穿越宁波和舟山双多普勒雷达同步观测区。利用双多普勒雷达三维风场反演技术对双雷达时间同步探测资料进行风场反演,研究了螺旋雨带的三维风场结构。在螺旋雨带内部低层有多个强回波区。3 km高度以下,在雨带上游,雨带外侧水平速度与雨带夹角较小,内流较弱;雨带下游,水平速度与雨带夹角逐渐增大,内流较强;在雨带内侧有明显的外流。垂直剖面内,雨带外侧低层有明显的内流,气流从雨带外侧2 km高度以下的低层进入雨带;而在雨带内侧存在明显的外流,两支气流在雨带内部低层辐合,在雨带内部形成强回波区;外围螺旋雨带切向速度分量随高度增加而逐渐减小,最大速度区在2 km高度。