登陆过程中台风高层暖心结构演变特征分析

采用美国国家环境预报中心NCEP提供的分辨率为0.5°的再分析资料和中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径集,对1979—2010年于30°N以南登陆中国的台风进行合成并分析其高层暖心结构,主要结论如下:(1)登陆台风暖心在登陆前18h左右强度有较明显的加强趋势;(2)登陆阶段台风暖心有着明显的非对称性,向陆地侧的暖心面积更大;而在登陆方向两侧暖心结构也存在较弱的非对称性,登陆前暖心面积左侧大于右侧,登陆后暖心面积右侧大于左侧。(3)登陆台风暖心的温度梯度分布是不均匀的。越靠近暖心外围,温度梯度越大,越靠近暖心中心,温度梯度相对较小。当暖心强度变化后,暖心内层温度的变化率大于外层。(4)登陆过程中暖心强度在垂直方向的衰减比水平方向更为显著。(5)文中几种台风暖心特征的计算简便,物理含义明确,为实际业务提供了较为不错的定量化参考,方便理解台风暖心结构与台风强度变化之间的关系,具备一定的业务应用价值。     

登陆我国台风研究概述

首先对登陆我国台风活动的气候特征分析指出，登陆我国的台风频数存在明显的月际、年际和年代际差异；登陆台风具有明显的周期特征和时间日变化特征；并指出了登陆我国台风与厄尔尼诺的联系。对中心最大风速≥17．2m/s的登陆台风移动趋势进行了统计分析，结果表明不同移动趋势的登陆台风频数不仅与季节有关，还与登陆地段有关。其次总结了近几十年有关登陆台风研究的成果。     

台风“莫拉菲”登陆期间深圳排牙山周边风场结构的数值模拟研究

以计算流体力学软件FLUENT为工具,模拟台风“莫拉菲”登陆期间深圳大鹏半岛排牙山周边的风场三维结构。通过研究得到了强风条件下山地风场的概念模型,并得到以下结论:(1) FLUENT可较合理地模拟出强风条件下复杂地形的三维风场结构,描述山体对于风场和湍流场的影响;(2) 山体的动力学效应可使高大山体迎风侧和山顶之上的局地风速加大;(3) 高大山体背风侧为弱风区、风速强切变区和强湍流区。      

台风登陆前后异常变化的研究进展

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目——“台风登陆前后异常变化及机理研究”经过5年（2009—2013年）的研究完成研究任务。项目系统性地开展了16个台风的外场观测试验,在浅水区的海气拖曳系数、边界层高度变化等方面获得新的观测结果;发展了针对登陆台风的多源资料融合方法,例如台风雷达风场反演和同化技术取得进展;揭示了不同尺度系统活动导致台风路径突变、登陆台风复苏、双眼壁的形成等的物理机制;改进了涡旋初始化和积云对流参数化技术,提出了新的云辐射参数化方案,建立了台风海-陆-气耦合模式,台风数值预报关键技术的研发取得明显进展,文中介绍该项目所取得的代表性成果,对台风登陆前后异常变化的科学问题及研究进展进行综述。     

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。     

台风“桑美”（0608）登陆前后降水结构的时空演变特征

利用雷达－雨量计联合测量降水技术得到的1小时雨量分布资料, 分析了台风“桑美”登陆前后距台风中心111 km以内的降水结构及其时空演变特征, 尤其是登陆前双眼墙循环过程中, 降水结构的变化特征。研究发现: 在登陆前“桑美”经历了双眼墙循环过程, 在此期间, 其内、外眼墙和雨带降水均以强降水为主, 内、外眼墙平均降水率均随时间增强, 而外眼墙增长幅度更大, 且平均降水率始终大于内眼墙, 但并没有伴随外眼半径减小的过程。而雨带平均降水率随时间变化很小, 略有下降。在登陆后,“桑美”内核和外围区仍是以强降水为主, 登陆前三小时左右内核区平均降水率有一个迅速增长的趋势, 登陆后随着台风强度的减弱, 其平均降水率迅速下降。“桑美”降水的空间分布特征显示, 其登陆前后降水结构有明显的非对称性, 在登陆前内、外眼墙和雨带最大降水均出现在台风移动路径的右侧, 且雨带的最大降水率始终位于内、外眼墙的右方; 登陆后, 内核区和外围降水更多地出现在移动路径的后方, 而不是登陆前的右侧。     

8805号登陆台风特大暴雨的数值模拟

应用中尺度模式ＭＭ４,使用了一种简单的模式台风处理方法,成功地模拟了８８０５号台风登陆前后的演变及其伴随的特五暴雨过程,即对分析的台风中心物理量场进行修正而形成与实况极为一致的初值,以期能更好地模拟台风过程。从模拟结果可以看出,台风降水强度中心基本上是随台风登陆移动而变化的,每一时期的降水中心基本上与台风移动的路径一致或略偏前方,在登陆时的降水最大,这种降水变化与台风上升运动的烛一致的,上升运动越     

南海台风Vongfong(2002)登陆前后内核结构和近海加强原因的数值模拟研究

利用6 km细网格区域的显式模拟结果分析了Vongfong(2002)的内核结构;对Vongfong近海加强的动力学机制进行了研究.结果表明:(1) 轴对称性结构中,Vongfong最大风速半径(RMW)在强盛期随高度递减.Vongfong在近海时,低层最强的流入在其移行的前方,而流出区在其后方.这些特征与大西洋飓风和西太平洋台风相反.(2) 动力场和热力场都有明显的不对称结构.在强盛期,对流西北强、东南弱;强对流云带与最大风速区的位置一致.在加强期,低层西冷东暖、中高层西暖东冷;到强盛期,低层和中高层都有明显的暖心结构.(3) 中纬度中上层冷低压系统和台风的相互作用是Vongfong近海加强的重要原因.①由于冷低压系统外围的冷空气从西北侧进入台风的中层,低层有暖湿空气配合,使得位势不稳定能量增加,对流发展.②因为冷低压中心的下沉气流正是二级环流的下沉支,冷低压南移填塞,台风近海加强.两个方面最终通过CISK(第二类条件不稳定)机制来实现.     

台风“莫兰蒂”登陆前后微物理特征研究

基于厦门市2016年9月14—15日S波段双偏振雷达资料,研究了2016年第14号台风“莫兰蒂”登陆前后降水特征以及它们的差异。结果表明：台风“莫兰蒂”登陆过程经历了登陆前缓慢减弱、登陆后快速减弱、登陆后缓慢减弱3个阶段。登陆前,台风螺旋雨带中对流旺盛,发展高度高,冷云过程较强,0℃层以上存在大量的冰晶。0℃层以下,粒子破碎比较严重,降水以小滴为主。登陆后快速减弱阶段,受地形影响,台风内区发展高度升高。登陆后快速减弱阶段,螺旋雨带发展高度降低,0℃层上冰相粒子数量减少,0℃层以下,粒子之间的碰并增长和蒸发过程明显,降水以中小雨滴为主,暖云过程占主导。     

影响河南的登陆台风分析

统计了1949～1998年从闽、浙登陆台风的气候特征及河南台风暴雨概况,并利用天气学方法对台风登陆后的移动路径进行了概括和分析,以期为这类台风的降水预报提供参考.     

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.     

Sepat台风（0709）登陆过程中眼放大现象研究

台风登陆过程中常发生结构变化,从而引起其强度、路径以及风雨分布等一系列变化,导致登陆台风灾害十分复杂.0709号台风Sepat在穿过台湾岛时结构变化明显,出现了台风眼放大现象.基于上海台风研究所台风资料、FY-Ⅱ卫星半小时一次的遥感资料、台湾雷达逐时合成回波图像以及NCEP每日4次1°×1°格距的再分析资料,研究了Sepat登陆过程中的眼放大现象.结果表明:(1)Sepat登陆台湾后眼墙塌陷、眼消失,但随后在从台湾海峡移向大陆过程中重新出现了台风眼并伴有眼放大现象,眼直径扩展至约600 km;(2)这种眼放大现象,实际上是台风内核区对流云团分裂扩散过程中与外围螺旋云带一起重新发展出的环状结构.台风眼的扩大与眼区下垫面温度降低、低层大气不稳定度减弱、径向外流加强、下沉运动区范围扩大等因素有关;(3)在台风外围,环境干空气侵入台风环流并在其西部形成了弧状湿度锋.锋区既促进对流运动发展,也阻碍了台风眼区云团进一步向外扩散,使对流云团在锋区附近排列成半圆弧状云带,并在台风气旋性环流组织下与台风东部的螺旋云带一起形成了环状眼墙;(4)台风的减弱消亡与其眼区放大现象密切相关.台风眼放大过程中,由于眼内干空气下沉范围加大、对流凝结潜热加热减弱,不利于暖心结构维持,台风强度亦随之衰减.同时,其增强的径向外流在一定程度上阻止水汽能量向台风内核区输入,促使台风内核对流运动的减弱和消亡.     

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。     

Asymmetric rainband breaking in Typhoon Haitang (2005) before and after its landfall

Using the WRF (Weather Research Forecast) model, this work performed analysis and simulation on the rainband change during the landfall of Typhoon Haitang (2005) and found that breaking may occur over land and oceans leads to distinct asymmetric precipitation. The breaking is related to the topographic effect as well as interactions between the typhoon and midlatitude systems at upper levels. During the landfall, divergent flows at the 200-hPa level of the South-Asian high combined with divergent flows at the periphery of the typhoon to form a weak, inverted trough in the northwest part of the storm, with the mid- and low-level divergence fields on the west and northwest side of the typhoon center maintaining steadily. It intensifies the upper-level cyclonic flows, in association with positive vorticity rotating counterclockwise together with air currents that travel stepwise into a vorticity zone in the vicinity of the typhoon core, thereby forming a vorticity transfer belt in 22–25? N that extends to the eastern part of the storm. It is right here that the high-level vorticity band is subsiding so that rainfall is prevented from developing, resulting in the rainbelt breaking, which is the principal cause of asymmetric precipitation occurrence. Migrating into its outer region, the banded vorticity of Haitang at high levels causes further amplification of the cyclonic circulation in the western part and transfer of positive vorticity into the typhoon such that the rainband breaking is more distinct.     

1011号台风“凡亚比”登陆过程数值模拟及诊断分析

利用中尺度非静力数值模式WRF V3.2.1对“凡亚比”台风(1011)的登陆过程开展了高分辨率数值模拟,模拟采用三重嵌套,最高分辨率为3 km,共积分120 h(5 d)。利用收集到的观测资料对模式模拟的结果进行了较细致的对比验证。结果表明,模式较好地模拟再现了“凡亚比”台风的发展演变以及两次登陆过程,模拟的台风路径与观测路径较为一致,模式也较好地把握住了“凡亚比”台风的强度演变过程,模拟取得了初步的成功。进一步利用高分辨率模拟资料对此次台风登陆过程的强降水开展了初步诊断分析,结果表明,在整个研究时段内,散度垂直通量绝对值的垂直积分<|Q|>与地面降水区有很好的对应,两者在空间分布和时间演变上比较一致,在降水大的区域<|Q|>的值也大,这表明<|Q|>对“凡亚比”台风强降水具有较好的诊断和指示意义。     

Vertical structure and microphysical characteristics of Typhoon Kompasu (2010) at landfall

The vertical structure and microphysics of Typhoon Kompasu that caused a lot of damage associated with strong winds and heavy rainfall over the Seoul metropolitan area on 1～2 September 2010 were examined primarily from wind profiler measurements. Four different periods that represent a stratiform, outer rainband, inner rainband, and eyewall region during passage of Typhoon Kompasu from 1200 to 2300 UTC 1 September were selected based on bright band intensities and vertical profiles of radar reflectivities and Doppler velocities. The bright band signatures observed in all of these periods indicated that the structure of Kompasu was basically stratiform in a weakening phase. Maximum rainfall rates up to 50 mm hr^?1 at the surface and mean wind speeds greater than 30 m s^?1 in the 2–4 km layer were observed in the eyewall region. Unlike the other regions that showed nearly zero vertical air motions or weak downdrafts below a melting layer, a mean updraft of ～1 m s^?1 was analyzed only in the eyewall region, which suggests that the updrafts may have enhanced drop growth that led to increasing surface rainfall rates. For each region, the vertical mean characteristics of rainfall parameters retrieved from wind profiler spectra below the melting layer were also examined. The rain properties between the inner and outer rainband were similar although they were apart with a distance of more than 100 km (> 2 hrs in time). The averaged mass-weighted mean diameters within the rainbands were larger than those in the stratiform and eyewall regions. A weaker bright band in the eyewall region suggests the presence of a relatively larger number of rimed particles associated with the updrafts around the melting layer. A stronger bright band was present in the rainbands, which indicates more active aggregation right above the melting layer.     

Radiative effects on torrential rainfall during the landfall of Typhoon Fitow (2013)

Cloud microphysical and rainfall responses to radiative processes are examined through analysis of cloud-resolving model sensitivity experiments of Typhoon Fitow(2013) during landfall.The budget analysis shows that the increase in the mean rainfall caused by the exclusion of radiative effects of water clouds corresponds to the decrease in accretion of raindrops by cloud ice in the presence of radiative effects of ice clouds,but the rainfall is insensitive to radiative effects of water clouds in the absence of radiative effects of ice clouds.The increases in the mean rainfall resulting from the removal of radiative effects of ice clouds correspond to the enhanced net condensation.The increases(decreases) in maximum rainfall caused by the exclusion of radiative effects of water clouds in the presence(absence) of radiative effects of ice clouds,or the removal of radiative effects of ice clouds in the presence(absence) of radiative effects of water clouds,correspond mainly to the enhancements(reductions) in net condensation.The mean rain rate is a product of rain intensity and fractional rainfall coverage.The radiation-induced difference in the mean rain rate is related to the difference in rain intensity.The radiation-induced difference in the maximum rain rate is associated with the difference in the fractional coverage of maximum rainfall.     

闪电气象学研究进展

闪电气象学是随着现代闪电探测和定位技术的发展与应用而不断发展起来的一个学科,也是大气电学和气象学的重要交叉学科分支。综述了近年来中国在闪电气象学方面的发展和研究进展,主要从5个方面进行阐述和回顾：在闪电气象学研究中发挥了重要作用的现代闪电探测和定位技术,不同类型强对流天气系统的闪电活动特征,闪电活动与雷暴的动力、微物理结构的关系,雷暴电荷结构探测和数值模拟,以及闪电资料同化方法及其在强对流天气中的预警预报作用和闪电的预报等,并指出了中国闪电气象学今后的努力方向。     

2009年“莫拉克”台风登陆过程阵风特征分析

利用上海台风研究所移动观测车获取的“莫拉克”台风登陆过程中超声风、温等观测资料对地面阵风特性进行了诊断分析.结果表明,在风速时间序列中叠加有周期为3-7 min的阵风扰动,显现出明显的相干结构,即沿顺风方向阵风风速峰期有下沉运动,谷期有上升运动;阵风扰动的各向异性特征明显,沿顺风方向的阵风扰动能量最大,其次是沿侧向和垂直方向的扰动能量;沿顺风方向的阵风垂直动量通量向下传播,而沿侧风方向阵风扰动动量垂直通量总体贡献接近于0.阵风扰动沿顺风方向的积分空间尺度和时间尺度最大,沿侧风方向和垂直方向其次,均明显大于湍流的积分空间和时间尺度.此外,阵风扰动的其他特征还包括:感热垂直通量极小;当平均风速较大时阵风风向变化幅度较小,而风速较小时阵风风向变化幅度则较大;动力学分析表明,阵风扰动主要表现出重力内波的一些特性.     

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。