1909号台风“利奇马”登陆后强降水分布特征

利用逐小时加密观测站资料、三源融合降水资料以及NCEP/NCAR再分析数据,分析了2019年第9号台风"利奇马"登陆后强降水的分布及演变特征,并对不同时段内与强降水落区有关的大尺度环境条件及水汽条件等因素进行了分析。结果表明:"利奇马"登陆后强降水范围出现了三次增幅,分别出现在登陆后3 h、登陆后14 h和次日清晨。进一步分析发现降水效率在登陆后也明显增加,第一次强降水主要由台风本体降水造成,并与低空急流的维持以及水汽输送的贡献有关;第二次降水增幅与北侧螺旋雨带的稳定维持密切相关,另外干冷空气的侵入也是造成降水结构非对称的原因;第三次在山东半岛出现的强降水与台风倒槽和干冷空气的叠加形成的锋生作用有关。     

基于对象诊断的超强台风“利奇马”(1909)模式强降水预报检验

采用基于对象诊断的检验评估方法(the Method for Object-based Diagnostic Evaluation,MODE)对超强台风“利奇马”过程中ECMWF全球模式与GRAPES-MESO区域模式预报的强降水目标对象进行了分析,发现MODE技术相比于传统点对点的检验方法可以提供更加丰富的模式性能分析信息,将模式的预报能力(是否匹配)与预报偏差(位置偏差、面积偏差等属性)区分分析。研究结果表明:ECMWF全球模式预报的强降水对象与观测匹配度较高,雨带的位置也相对准确;GRAPES-MESO区域模式预报的强降水对象数量和面积存在一定程度的高估,空报情况较多,雨带位置误差较大,与观测对象的匹配度相对较低。此外,ECMWF全球模式预报的强降水对象存在偏北的系统偏差,GRAPES-MESO区域模式预报的强降水对象随预报时效的增加有偏南的趋势,两个模式在较长预报时效下都有偏东的系统偏差。     

台风“利奇马”不同强降水中心的雨滴谱特征分析

在2019年台风“利奇马”台风暖区、台风与西风槽相互作用区及西风槽影响区分别挑选4个极端强降水中心,利用各站连续观测分钟雨滴谱资料和分钟降水资料,分析了不同站点和不同降水时段的雨滴尺度谱、雨滴速度谱、雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱特征,研究了雨滴谱特征随时间的变化。结果表明:4个降水中心的雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱存在明显差异,而过程的统计谱特征差异不明显;过程中不同区域的站点、同一站点不同的降水时段,雨滴尺度谱和雨滴速度谱主要为双峰型,尺度谱双峰中各站对应1.2 mm直径峰的位置一致,处于较小尺度峰的位置不一致;在较大雨强时,雨滴尺度谱上会出现单峰和三峰的情况,但比例较少;1.2 mm雨滴的高浓度区域与地面降水强度有非常好的对应关系,在1.2 mm雨滴的高浓度区域形成的过程中,地面降水逐渐增强,随着1.2 mm雨滴的高浓度区域逐渐瓦解,地面降水逐渐减弱,直至出现间歇。     

台风“利奇马”引发山东强降水成因分析

利用常规气象观测资料、台风最佳路径数据集资料、地面-卫星-雷达三源融合逐小时降水产品(0.05°×0.05°)、FY-2G云顶亮温(0.1°×0.1°)、NCEP／NCAR FNL(1°×1°)再分析资料,对2019年9号台风“利奇马”影响期间2019年8月11日发生的山东特大暴雨过程进行分析。结果表明:1)强降水主要受台风倒槽的影响,台风倒槽在山东中部暴雨区长时间稳定维持,台风东侧的低空东南急流把东海北部的水汽和能量向暴雨区输送,配合200 hPa高空急流的“抽吸作用”,在暴雨区上空辐合抬升,造成具有中尺度特征的暴雨。2)强降水区存在的正涡度区伴随强烈的上升运动、低层辐合、高层辐散的结构和次级环流耦合发展,为此次台风暴雨过程提供了有利的动力条件,而且动力条件的演变在此次台风暴雨过程中的作用比热力条件更重要。3)850 hPa水汽通量辐合中心,以及相匹配的在垂直方向的强上升运动区,对强降水落区和雨强有一定的指示意义。     

台风“利奇马”登陆前后雨带强度与结构变化特征分析

利用GPM卫星3-IMERGM产品、NCEP/NCAR逐6 h水平分辨率0. 25°×0. 25°的再分析资料和后向追踪轨迹模拟技术,对"利奇马"登陆前后降水结构特征及雨带强度变化成因展开分析。研究发现:登陆前强雨带非对称分布与垂直风切变作用密切相关;临近登陆风切减弱,强雨区趋向环流向岸侧。轴对称环状降水率先后出现收缩和扩展,雨带强度经历两增两减变化。其中登陆前雨带增强发生在南亚高压和副热带高压加强、垂直风切持续减弱的有利环境背景下;浙闽沿海离岸风和中心西侧次级环流形成促进了对流雨带发展;"罗莎"台风外围北侧偏东气流为雨带提供有利水汽输送。登陆时刻雨强减弱发生在南压高压、副热带高压及"罗莎"北侧偏东风减弱背景下。雨强变化与水汽通量散度呈正相关,与垂直风切变呈反相关,整层可降水量增大相对降水率峰值有6 h左右提前量。     

1909号超强台风“利奇马”强降水特征的诊断

基于TRMM卫星降雨资料、MERRA-2卫星位势高度、风速、垂直速度等资料，对1909号台风"利奇马"的移动特征及其引发浙江、江苏、山东等地暴雨进行诊断分析.分析结果发现，台风"利奇马"是北上型台风，移动路径主要受副高与1910号台风"罗莎"等系统影响.在北上的过程中，由于台风倒槽与西风槽携带的冷空气配合，且存在大量不稳定能量，引发了此次强降水过程.此外，低空急流及西风槽为降水提供了良好的动力上升条件，南海西南季风与台风"罗莎"是台风"利奇马"充沛的水汽与能量来源，为暴雨提供了良好的水汽条件.     

台风“尤特”登陆后复杂路径的环境场特征

台风"尤特"(1311)2013年8月13—19日登陆减弱后直达桂东北并停留打转,其后又转向西南移动,"尤特"残涡在广西境内生存活动了112 h,造成了大范围强降雨。使用常规与非常规观测资料,研究了"尤特"登陆后的环境场与其长生命期及复杂移动路径的关系。结果发现:"尤特"登陆北上阶段主要受大尺度环境场的引导气流主导,后因引导气流转向减弱,与变压梯度力近似达到平衡导致停留打转;南下弱冷空气卷入与西南气流辐合形成负变压槽,负变压槽中风向气旋性切变产生正涡度效应向"尤特"残涡输送,与西南气流充沛的水汽输送共同作用使"尤特"残涡得以长时间维持。弱冷空气卷入使中尺度变压场中的正变压加强,在变压梯度力与引导气流共同作用下,"尤特"残涡沿负变压槽向西南移动。     

台风“利奇马”(1909)影响期间上海强降水成因诊断分析

2019年第9号台风“利奇马”(1909)在8月9—11日影响上海期间造成了严重的风雨影响。基于ERA5逐小时再分析资料和上海区域高时空分辨率的地面观测资料,采用非地转Q矢量分解等方法诊断分析了此次强降水成因。结果表明,台风“利奇马”在上海造成的强降水主要来自台风东侧的螺旋雨带。强降水区东南西北各边界的相对湿度在垂直方向上随时间的变化差异明显,水汽的垂直输送和大气整层水汽含量在台风强降水中起重要作用。进一步利用非地转Q矢量分解方法揭示了东边界的大尺度和北边界的中尺度系统在强降水中起主要作用。台风登陆时呈现出整层大气被抬升之后最大强迫中心由高层向低层下传的态势,且此下传效应中尺度比大尺度强迫更加明显,从而有利于强降水的发生。     

1213号台风“启德”造成的大风及强降水浅析

针对1213台风“启德”影响期间造成钦州的大风及强降水天气,利用MICAPS资料分别分析了500hPa环流、物理量场、卫星云图等因素.结果表明:500hPa副高稳定强盛,且脊线位置偏南,造成了“启德”沿着20°N附近西偏北移,对我市南部及西部的强降水落区和大风起到关键作用.     

热带气旋登陆华南前后的强降水大尺度环境场特征

运用2001年和2002年7个热带气旋 (TC) 登陆华南前后的38个日降水量、NCEP/NCAR再分析资料以及卫星云图, 经普查和分析将TC造成的降水区划分为纬向型、经向型、NE—SW向型3种; 对各型高、中、低层中的主要气象因子作了详细分析, 如高层流场、中层副热带高压、低层急流和切变线或辐合线、整层水汽通量散度以及季风云涌等, 在此基础上归纳概括出了这些降水型各自前24 h的大尺度环境场特征概略模型图, 并对其强降水形成机理尽可能地给出了解释, 为TC登陆前后的超短期降水预报提供某种参考方法。     

台风“利奇马”快速增强的低频环境场研究

利用再分析资料及时间滤波方法,重点分析了低频环境场变化以及相关大尺度环境因子对台风强度突变的影响。结果表明:在“利奇马”强度突变前后,西北太平洋低频季风系统发展起了至关重要的作用,季风环流显著增强,西南季风东进,同时季风槽建立加强。这一现象为快速增强过程提供了水汽输送通道和理想的动力条件。西南季风增强使得台风南侧的水汽通道建立,同时季风槽发展有利于低层涡度的迅速积累,这些有利因子最终导致“利奇马”快速增强过程的发生。此外,弱的环境垂直风切变以及海表面温度的上升等因子同样对“利奇马”强度突变有重要影响。     

台风“利奇马”影响期间浙江沿海海浪特征分析

利用浮标资料,对“利奇马”影响期间浙江沿海风和海浪特征及其关系进行分析,并对欧洲中心模式预报与实况进行对比,基于模式预报分析海浪的空间结构。结果发现:(1)随着台风靠近、登陆和远离,海浪波型经历了混合浪—风浪—混合浪的变化,且最大波高越大周期越长,浙江南部沿海海浪较北部沿海更具风浪特点;(2)浪高受风速影响大,北部沿海更为明显,持续风向对浪高增大有明显作用,当风向由向岸转为与海岸线平行、或由与海岸线平行转为离岸时,浪高迅速减小,反之浪高迅速增大;(3)台风靠近和影响浙江时,有效波高与风速的等值线平行,7、8、10级风分别与巨浪、狂浪、狂涛区有很好的对应,有效波高越高,风速对波高的决定作用越明显。     

台风“利奇马”造成浙江极端降水的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料(0.25°×0.25°)、FY-2G卫星的黑体亮度温度(TBB)、双偏振雷达、加密自动站资料,对2019年台风“利奇马”引发浙江极端暴雨过程的成因进行分析,结果表明:(1)“利奇马”引发的浙江特大暴雨过程是一次深厚台风本体降水,具有范围广、总量大、局地雨强极端的特点,山脉地形对降水的增幅作用显著。(2)台风登陆前后850 hPa水汽通量、850 hPa辐合和200 hPa辐散都超过气候平均值3~4个标准差,异常强的动力抬升和水汽输送为此次极端降水提供了有利的背景条件,物理量的异常度可作为判断极端降水的重要因子。(3)活跃的西南季风和副高南部的偏东急流为“利奇马”提供了充足的水汽和能量。925 hPa水汽通量辐合大值区域与暴雨落区的形态和位置对应较好,且辐合强度的变化对降水量具有一定的指示意义。(4)登陆前后台风中心密闭云区范围大、结构紧实,其中有多个中尺度对流系统强烈发展且移动缓慢,是浙江东部沿海地区产生极端降水的主要原因。基于双偏振雷达的降水估测产品在短临预报中参考价值高。(5)中层的弱干冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,在地面中尺度辐合线和地形的强迫抬升下不断触发中尺度对流系统并产生“列车效应”,是此次过程中西北部山区特大暴雨产生的重要原因。     

“海葵”登陆前后强度演变及造成浙江省强降水的诊断分析

利用湿位涡、螺旋度和湿矢量对"海葵"登陆前后强度变化及造成浙江省强降水诊断分析,结果表明,广阔的暖海面、高空急流的维持、弱纬向风垂直切变及暖心结构的增强为"海葵"在近海发展提供条件。TC中心附近mpv1负中心的出现及mpv2正值区的抬升,及此后mpv2由正转负的过程,分别对其发展和衰减有12~18 h的提前量。台风先增强后减弱的过程对其大风区内高层水平螺旋度负-正-负的转换存在12 h的响应时间。大气层结不稳定条件下,TC强度发展有利于中心附近能量积累,促使低层气流增强并携带丰富水汽输送至浙东沿海,形成暴雨。台风大风区内高层水平螺旋度的演变通过影响TC强度,促使低空水平螺旋度变化,850 hPa数值增加及减弱为零的过程分别对强降水的形成与减弱有9~12 h左右的预示,且中心阈值一定程度上可表征TC登陆前后降水强度与持续时间上的差异。湿矢量可预示雨带分布,其负值区大小对雨带范围的表征能力较强但负值中心相对降水中心偏北,且无法反映登陆前后降水强度的差异。     

台风“利奇马”造成浙江沿海极端强降水的演变特征

利用浙江地面加密观测资料、NCEP FNL再分析资料和FY-2G卫星云图、双偏振雷达资料,探讨分析1909号台风"利奇马"造成浙江沿海极端强降水的演变特征。结果发现:台风强度强、范围广以及登陆后减弱缓慢、移速慢是造成浙江沿海极端强降水的主要原因,云顶亮温TBB低值区长时间与强降水中心相匹配,且列车效应和东南急流增强预示着暴雨增幅。双偏振雷达Z_H、K_(DP)、Z_(DR)大值区一致,表明浙江沿海上空含有丰富的大水滴。极端降水区的大气可降水量始终维持在70～80 mm高位,且有持续强盛的西南急流和东风急流水汽输送,加之对流层低层正涡度中心和强散度中心重合,对流发展极高,有利于暴雨增幅。视热源和视水汽汇中垂直运动项占主导,两者的峰值交替出现,且峰值分布前者始终高于后者,有利于潜热释放,强降雨持续。     

辽宁长历时强降水的环境特征分析

利用NCEP 1°×1°格点再分析、FY-2E相当黑体亮温TBB和地面加密自动气象站等资料,分析了辽宁3次典型长历时强降水TBB值与降水强度的关系、中尺度环境场特征及维持机制,并初步建立了辽宁长历时强降水概念预报模型。结果表明:在副热带高压的形态、位置和强度有利于辽宁产生强降水的大尺度形势下,副热带高压西侧低空急流持续输送的充沛暖湿空气与高空干冷空气在同一地点长时间相互作用,为强降水的发生和维持提供了有利的环境背景条件。强降水持续时间与其上空的强垂直速度持续时间有很好的对应关系,强降水持续时高空一般为弱的不稳定或中性层结。强降水不仅可出现在对流云团发展旺盛的冷云区内部或边缘,也可发生在TBB值较小的暖云区内。TBB值的大小与降水强度没有必然的关系,但TBB值的快速减小都预示强降水即将发生。这些结论有利于深化认识辽宁地区长历时强降水的成因并为预报提供线索。     

登陆福建台风造成浙江强降水的分布特征和成因分析

利用常规气象观测资料、中尺度加密观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,分别对登陆福建且对浙江造成明显影响和一般影响的台风进行合成,对比分析两类台风的雨量场、环流形势场和物理量场,结果表明:登陆福建台风造成的强降水主要发生在浙江南部和东部地区,暴雨中心一般出现在浙江温州地区,过程平均雨量在100 mm以上;暴雨发生前台风北侧有高压坝,台风低压和高压坝之间强东南风急流为暴雨区带来东风扰动和云团;暴雨区具有低层辐合、高层辐散的结构,有一个高能中心,向北延伸经过暴雨区的台风倒槽上对应有高能舌和不稳定层结;在边界层,台风中心北侧有南风急流和东风急流形成东—西向的气流辐合线,暴雨云团在辐合线上生成发展,并向下游传播,形成持续性暴雨。     

2019年台风“利奇马”和“罗莎”引发东北地区暴雨的水汽特征分析

利用NCEP的FNL(Final Reanalysis Data)和GDAS(Global Data Assimilation System)再分析资料、中国气象观测网降水实况数据及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模型结果,对2019年8月13—17日发生在中国东北地区一次减弱台风引发暴雨过程的水汽条件和输送过程进行分析。结果表明：此次中国东北地区暴雨的水汽与源自西太平洋的水汽关系最为密切,台风“利奇马”为本次暴雨的主要水汽供应系统,其次是台风“罗莎”外围水汽补充。拉格朗日方法的水汽输送源主要有3个,分别为源于中低纬西太平洋,与欧拉方法的太平洋和黄海水汽相对应;源于中国南海南部,与印度洋水汽相对应;源于黑龙江北部,中国北方的水汽对暴雨也有一定作用。中国南海南部水汽与西太平洋水汽合并,为此次东北地区暴雨的主要水汽供应。水汽收支主要集中在中低层,水汽的辐合区主要位于700～900 hPa。低层的水汽垂直向高层输送,水汽的辐合和垂直输送越强,降水量越大。水汽流入集中在低层的南边界,西边界和北边界一般为水汽流出边界。     

西北太平洋地区台风环境场的预估研究

本文择优选取了国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中19个气候模式的试验数据，预估了RCP4.5和RCP8.5典型浓度路径情景下21世纪末（2080～2099年）西北太平洋地区（0°～40°N，100°E～180°）台风环境场和台风生成潜力指数（I_GP）变化。结果表明，相对于1986～2005年参考时段，21世纪末西北太平洋海洋表面温度（SST）增加，垂直风切变（VWS）和向外长波辐射（OLR）均在其与台风频数呈显著负相关的区域减少，有利于台风生成和发展；由大陆向南海延伸的低压系统减弱，不利于台风活动。总体上，在RCP8.5情景下台风环境场的变化较RCP4.5情景相对更大。利用信噪比进一步考察了模式间差异性，SST变化的信噪比在大部分地区大于3.0，在低压系统控制区海平面气压变化的信噪比大于1.0，模式间一致性较好；对于VWS和OLR，信噪比小于0.6，模式间差异较大；但在与台风频数显著负相关的地区，对OLR变化方向的模拟在模式间高度一致。与以上环境场变化相对应，未来西北太平洋I_GP显著增加。     

近10a西北太平洋海域登陆台风的环境场特征分析

对1995～2004年5～10月西北太平洋海域登陆台风的大尺度环境场的特征进行了分析。结果表明：海表温度（SST）在台风发生的区域要高于周围其它区域,而且都在26.5℃以上,即高的海表温度有利于台风的发展;在台风的发现点主要集中的区域范围,相对涡度几乎都为正值,正的相对涡度有利于台风的发展;对流层中层相对湿度大,有利于上升浮力和潜热释放的维持,使热带气旋得以发展;弱的环境风垂直切变有利于台风强度的增大,并且两者之间的影响存在着一定的时间滞后。