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。     

超强台风“桑美”（2006）近海急剧增强特征及机理分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对超强台风“桑美”（2006）在中国近海急剧增强的特征及机理进行分析。结果表明, “桑美”台风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;介于-4～4 m/s弱的200 hPa和850 hPa高低层环境风垂直切变是“桑美”台风急剧增强的必要条件;台风中心附近对流层高层辐散的增强、中心附近正涡度的增大和正涡度柱向对流层中上层伸展导致“桑美”台风急剧增强,对流层中层辐散和涡度的增大与台风的减弱密切相关;“桑美”台风急剧增强过程中,对流层高层动能的下传是对流层低层动能补充的重要途径之一;“桑美”台风近海急剧增强具有前兆性,急剧增强对风垂直切变、850 hPa角动量和动能区域平均值变化的响应时间大约为18 h,这些可为提前预测我国近海台风的强度急剧变化提供参考。     

超强台风“威马逊”近海急剧加强特征及诊断分析

利用NCEP/NCAR提供的全球客观分析资料对1409号超强台风“威马逊”近海急剧加强的特征进行了诊断分析。结果表明：南海较高的海表温度、中低层丰富的水汽净流入为“威马逊”增强提供了有利的能量条件;维持近22 h对流层深层、高层及低层介于0~4 m/s弱环境风垂直切变是“威马逊”两次以超强台风登陆的必要条件;台风中心附近对流层高层强烈辐散、中低层正涡度值的增大和正涡度柱向对流层上层的伸展导致“威马逊”急剧增强;“威马逊”台风急剧增强具有一定前兆性,急剧增强与环境风垂直切变及对流层中低层涡度值的响应时间分别为12 h和9 h。     

干冷空气活动对超强台风“桑美”(2006)近海突然增强影响的数值模拟研究

利用中尺度模式WRF V2.2对超强台风“桑美”(2006)进行数值模拟,在模式较好地模拟出台风路径和强度及其近海突然增强过程基础上,分析在“桑美”近海突然增强过程中,环境场中的干冷空气在湿度场和温度场上的表现特征以及对近海台风突然增强的作用及其可能机制。结果表明:“桑美”在近海突然增强与环境场中干冷空气活动密切相关,高时空分辨率的FY-2C气象卫星水汽图像可以形象地揭示出台风发展演变过程中干冷空气的发展演变特征,干冷空气在高层的范围和强度明显强于中层。随着“桑美”西北侧的干冷空气不断靠近台风环流,台风在近海发展加强;而随着“桑美”西南侧干冷空气逐渐逆时针卷入台风环流,台风开始减弱。干冷空气沿着等熵面由高层向中层、由高纬向中低纬入侵,在“桑美”北上时,两者发生相互作用,“上干下湿”的层结分布,有利于台风增强。干冷空气与沿西北向移动的暖湿台风环流系统发生相互作用,干冷空气及其穿越等熵面的下沉运动所产生的冷平流效应有利于台风发展;干冷空气随着等熵面高度的下降出现明显西倾,有利于台风发展。      

台风最大风速增强的数值研究

用一个高分辨率的正压模式，实施了8组时间积分为36h的试验，分析了中尺度涡旋和台风涡旋的相互作用及其对台风强度变化的影响，讨论了初始中尺度涡旋空间尺度大小与台风强度变化之间的联系。结果表明：在一定的合理的参数条件下，这种相互作用可以使台风切向风速量大值增加，显示出台风增强的现象。     

台风"云娜"(2004)近海加强的数值模拟研究

本文利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2004年14号台风RANANIM("云娜")在登陆前近海加强及登陆初期的过程进行了54 h模拟,并加入人造台风优化初始场。结果表明:MM5能比较好地模拟出台风近海及登陆初期的移动路径及台风中心气压的变化。利用数值模拟结果,讨论了RANANIM(2004)台风在近海加强过程中的环流、动力和热力结构特征。发现在台风RANANIM近海加强的过程中对应有高空200 hPa净辐散场的存在,台风中心气压随净辐散值的增大而降低,反之亦然。净辐散值的减小对台风中心气压的快速升高有着预示的作用;垂直环流在强度和空间分布上发生了明显的变化。台风加强后,台风中心上方出现了明显的补偿性下沉气流;对流层低层存在明显的冷暖空气堆积,且当冷暖空气强度相当时有利于台风的增强;台风中心上方的正涡度柱逐渐发展为东西不对称分布,垂直方向上伸展高度保持不变或升高,而且在量值上也要更大。     

基于GRAPES模式模拟强台风“珍珠”数值分析

以T213L30模式产品及常规观测资料为基础,采用GRAPES数值预报模式对强台风“珍珠”（0601）的演变过程进行了数值模拟。结果表明,GRAPES模式对“珍珠”的加强、移动路径和产生的暴雨都有较好的预报能力,尤其是对“珍珠”南海西行突然顺转90°折向北行异常路径的预报较为理想,且登陆点预报准确。通过对形势场（500hPa高度场、海平面气压场）、物理量场（温度、涡度、垂直速度、散度）、流场的数值模拟分析,认为“珍珠”路径的转折变化与副热带高压的东撤南退、冷空气的变化、越赤道气流的变化、台风的非对称结构有关。     

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.     

“海葵”台风(1211号)暴雨雨滴谱特征分析

利用常规气象观测资料、加密自动气象观测站资料、NCEP/NCAR再分析资料以及安徽省滁州、黄山山底站地基雨滴谱观测资料,分析了2012年8月8-9日“海葵”台风暴雨过程的降水特征与环流背景,重点分析了该过程前后两个阶段(即台风本体造成的降水阶段与冷空气入侵引发的降水阶段)降水的雨滴谱特征。结果表明:(1)“海葵”台风降水过程中,安徽滁州站和黄山山底站平均谱谱宽都较大,均有6~8 mm的大降水粒子出现;黄山山底站具有更高的雨滴数浓度和较小的雨滴直径。(2)整个降水过程中,滁州站平均谱接近后一阶段的雨滴谱型,而黄山山底站平均谱接近前一阶段的雨滴谱型;不同雨强下两站的雨滴谱谱型基本相似,且随着降水强度增大,谱宽和雨滴数浓度均呈增大趋势。(3)前后两个降水阶段,滁州和黄山山底站表现出不同的滴谱特征。前一阶段,滁州站雨强(R)、雨滴质量加权平均直径(Dm)和标准化数浓度(Nw)的均值均小于黄山山底站;至后一阶段,滁州站的R、Dm明显增大,均大于黄山山底站。(4)从台风本体降水阶段到冷空气入侵降水阶段,滁州站雨滴谱型变化明显,呈现出谱宽由窄变宽且随雨滴直径增大而雨滴数浓度均增大的特点;黄山山底站雨滴谱型差异不大,表现出谱宽由宽变窄、雨滴数浓度随雨滴直径增大先增后减的特点。     

台风“潭美”(2013)偏心不对称结构特征分析及数值模拟

利用NCEP再分析资料、FY-2E卫星资料和常规观测资料等,采用天气学分析、物理量诊断等方法,对1312号台风"潭美"空心结构特征及成因以及其造成的暴雨天气过程进行了初步分析。结果表明,台风"潭美"深对流云系一块位于台风中心北侧,一块位于南侧,且后期北侧减弱,几乎完全偏向台风的南侧,台风中心周围仅有浅薄稀疏的低云云线。"潭美"动力、热力结构均存在明显空心和不对称性特征,其与中高层气旋性环流偏离、高层辐散不对称、水汽输送不对称等有关;强降水分布与台风不对称性结构及地形等有关。WRF中尺度模式能较好地模拟出不对称性结构以及降水强度和分布。     

对流非对称台风"天鸽"(1713)近海急剧增强成因分析

利用欧洲中心ERA-Interim逐6 h再分析资料(水平分辨率0.125°×0.125°)、NOAA逐日海表温度资料(水平分辨率0.25°×0.25°)、日本HMW8卫星逐时黑体亮温TBB (水平分辨率0.05°×0.05°)资料对对流非对称台风"天鸽"近海急剧增强原因进行了分析。结果表明:(1)"天鸽"是在其对流呈非对称分布的前提下发展起来的,近海急剧增强过程其对流也呈非对称分布。"天鸽"强度增强时,TBB一波非对称振幅逐渐减小,非对称程度减弱。(2)南海北部28.5～30℃异常偏暖的海表温度有利于"天鸽"快速增强,是"天鸽"近海急剧增强的原因。(3)"天鸽"近海强度变化与南亚高压、副热带高压的强度变化呈正相关系,"天鸽"近海急剧增强发生在200 hPa南亚高压加强东移,同时500 h Pa副热带高压加强西伸、低层西南季风加强的有利条件下。200 hPa南亚高压反气旋环流加强东移导致台风上空向西南方向出流加强,台风中心南侧高层辐散与低层辐合的显著加强及其导致的非对称分布的强对流的发展,是"天鸽"急剧增强的重要原因之一。200hPa南亚高压加强东移与低层西南季风加强同步导致环境风垂直切变明显增大,对"天鸽"内的对流分布和台风强度均有重要影响,环境风垂直切变低于阻碍台风发展的阈值(12.5 m·s~(-1))是台风急剧增强的一个重要条件。(4)"天鸽"强度的快速加强与副热带高压加强西伸和西南季风加强造成的台风内部的非对称环流结构密切相关,"天鸽"水平风速的非对称分布导致台风中心附近正涡度增大,水平风速非对称分布变深厚引起台风中心附近正涡度大值区向对流层中上层伸展,也是"天鸽"急剧增强的重要原因。     

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。     

登陆台风Winnie(1997)的数值模拟研究Ⅱ:结构演变特征分析

利用“登陆台风Winnie(1997)的数值模拟研究Ⅰ”的数值模拟结果 ,讨论了Winnie(1997)台风在登陆后变性阶段和重新加强阶段的环流、动力和热力结构特征以及演变过程。在结构上 ,变性阶段主要完成了从基本对称的垂直分布到斜压非对称分布的转换。在变性阶段的初期 ,热力和动力以及环流结构上都还留有一些热带气旋的影子 ,但是在强度和空间分布上已经发生了明显的变化 ,同时也反映了台风登陆后由于下垫面的变化 ,使来自海面的暖湿水汽输送呈明显的不对称分布 ,导致热力结构上的不对称分布。到变性阶段的后期 ,无论从环流结构还是动力结构上 ,都形成了和冷暖锋相对应的倾斜分布特征 ,并且和冷空气对应的锋区在低层侵入到气旋中心 ,使热带气旋经过变性阶段最终演变为锋面气旋。在重新发展阶段 ,通过与西风带低槽的结合 ,变性后的气旋获得了重新发展的机会。并且在此过程中得到了一次来自附近洋面的高暖湿能量的输送 ,也为发展提供了有利的条件 ,使变性后的气旋进一步加强为成熟的温带气旋。     

地形对台风“海葵”降水增幅影响的研究

使用NCEP GFS资料和WRF V3.4模式对2012年第11号台风"海葵"(1211)引发的安徽强降水过程进行数值模拟,通过改变模式中安徽省大别山区和皖南山区的地形高度,设计一组敏感性试验,对"海葵"降水的地形增幅效应进行研究。结果表明:(1)WRF模式对台风"海葵"降水过程有较好的模拟能力。(2)大别山区和皖南山区地形对"海葵"移动路径、强度以及降水分布、强度均有不同程度的影响;不同地形高度下模拟的台风路径及降水分布差异较大,且降水中心强度与地形高度相关性较好,地形对暴雨增幅作用明显。(3)山区地形有利于中尺度辐合线和低涡生成、发展,并有强水汽辐合中心与之相对应;有地形时对流层低层上升运动比无地形时明显加强,对安徽中南部强降水增幅作用显著。     

台风“珍珠”(2006)螺旋雨带发展机制的数值模拟研究

基于2 km分辨率的ARW-WRF数值模拟资料,讨论了台风"珍珠"(2006)螺旋雨带中对流单体及内雨带的发展机制。结果表明:模式很好地再现了台风的路径和强度。作为雨带中仅仅存在于眼壁外侧的内雨带,其传播机制与重力波、涡旋Rossby波及混合波没有联系,其可能发展机制仅与低层出流、水平风场和变形场有关。低层出流使得内雨带径向向外运动,而低层的水平风场和变形场使其形成螺旋结构。同时,就螺旋雨带中精细对流单体的发展而言,涡度收支方程定量分析表明,其主要通过两种方式获得垂直涡度:水平涡度倾斜为垂直涡度;上升运动拉伸垂直涡度。随着平流输送,对流单体在眼壁附近合并和汇聚。     

模式水平分辨率对超强台风“天兔”强度和微结构特征的影响

利用不同水平分辨率下的中尺度数值模式WRF模拟1319号超强台风"天兔",以研究模式水平分辨率对台风强度和微结构(包括动力和微物理)的影响。模拟结果表明:不同水平分辨率(1 km、2 km、3 km、4km、5 km)模拟的台风路径差异不大,且均与实况基本相同;不同水平分辨率对台风强度和微结构的模拟效果影响较大,其中以对10 m最大风速、垂直运动和降水强度的影响为最大。将模式水平分辨率提高到1 km有助于改善台风强度和微结构的模拟效果。在较低分辨率下,台风非对称性较明显、眼墙倾斜程度较大和海表水汽通量较小等结构特征共同使得台风强度较小。     

关于超强台风“桑美”强度突变研究的几点思考

超强台风"桑美"在浙江省温州市苍南县登陆,登陆时中心附近最大风力达17级,中心气压920hPa,是近50年来登陆我国大陆最强的台风。为了认识超强台风"桑美"强度突然增强的机制机理,气象工作者做了许多有意义的工作,如"桑美"的观测分析、数值模拟、强度突增原因探究等。文章对以往研究成果进行了简述,指出了目前在此方面研究存在的问题,如数值模拟台风强度突增的量值偏小,强度突增的机理没有新的明显突破,以及气候变暖对台风强度突增如何影响涉及较少等。     

台风Danas(1324) 对台风Fitow(1323) 影响的诊断分析及数值试验

利用FNL资料和WRF模式进行数值试验,并在此基础上研究了1324号台风Danas对1323号台风Fitow的影响特征。分析结果表明,台风Fitow登陆前、后的强度变化及其东边界与台风Danas相连的水汽输送通道的变化直接相关。台风Fitow登陆前,其水汽输入主要是由副热带高压西南侧环境场的偏东气流带来,而上游台风Danas截取了环境场输送给台风Fitow的水汽,抑制了Fitow的发展。但在台风Fitow登陆后,台风Danas环境场的水汽反过来起到转运作用,增加了Fitow的水汽收入,加剧其北侧的强降水。台风Danas以水汽通道为纽带影响台风Fitow登陆前的强度和在陆上非对称降水的分布。此外,台风Danas的北上影响了副热带高压的强度,使其东退且改变台风Fitow的引导气流,影响了Fitow的登陆位置;并在Fitow登陆后施加了偏南引导气流,令其逆时针打转。      

相似台风“泰利”和“桑美”的数值模拟和对比分析

结合客观分析、常规探空和地面观测资料、中尺度自动站资料以及数值模拟资料,探讨两个相似台风"泰利"和"桑美"的风雨差异的成因."泰利"北上时与西风槽结合,形成稳定的"北槽南涡"的天气形势;"桑美"北上时其北侧存在高压坝,并且强度增强,不利于环流云系的发散."泰利"过程有弱冷空气从边界层向南渗透;"桑美"过程中低层没有冷空气活动.地面风场上,"泰利"在杭州湾以北太湖以南存在东风和东北风的辐合线;"桑美"则存在东风和东南风的辐散."泰利"过程中,浙北处在能量锋区南侧的高能区内,存在中尺度锋生,处于弱不稳定状态,有利于能量的积累和强对流的促发;"桑美"过程中.浙北处在能量锋区北侧的低能带内,并且层结非常稳定.相似台风造成的风雨影响可能差别很大,需根据具体的天气形势、边界层内冷空气活动情况、地面风场辐合线,以及能量锋区和稳定度等方面做进一步判断.     

不同雨强台风的诊断对比与数值试验研究

通过对不同雨强台风的诊断对比及数值试验得出一些结论。台风暴雨与锋区、高低空急流有关。强锋区可导致２００ｈｐａ西南风高空急流与右后房非地转辐散的加强，并在其作用下，激发重力惯性波。其调整过程，即为暴雨的突然增幅过程。调整时间约３￣６小时。调整过程使低空急流加强，加大向暴雨区的水汽动量输送，有利于降水加强。调整过程结束后，雨量变化平稳。