台风螺旋雨带——涡旋Rossby波

台风中的螺旋云雨带是由多种探测手段被观测到的现象,是为大家所共识的不争事实.但是,对它的形成、维持的理论解释,虽有多种学说,一直以来人们都倾向于重力惯性波说.而重力惯性波说有一个致命的弱点,即波的相速理论值为101m/s量级,它要比螺旋云雨带实测移速只有100m/s几乎大一个量级.于是从前几年开始,人们又回到30多年前提出的涡旋Rossby波说那里去寻找合适的解释.经典的Rossby波是β=(df/dy)作用的大尺度波动,而适用于台风中螺旋云雨带的涡旋——Rossby波乃是f平面(β=0)上的中尺度波动.那末,对这两类尺度不同和成波机理不同的波动,何以均冠予Rossby波一词?本文试图从动力学等价原理上,对此作统一联系的说明.其结果是:台风基本气流的涡度ζ随径向(r)变化的梯度dζ/dr=(1/r)(∂/∂r)(rvλ),在动力学上等价于科氏参数f随纬度变化的梯度即β=df/dy;或者说它们在绝对涡度守恒的前提下,作为波扰动的成波机理是等价的.     

台风“万宜”螺旋带的数值模拟研究

利用数值模式WRF(V3.1.1)对2007年04号台风"万宜"进行了72h(7月10日00时-13日00时,UTC)模拟。结果显示,WRF模式较好地模拟了台风移动的路径以及强度变化,而且成功模拟了螺旋带的时空演变。模拟的多个要素均呈螺旋带波状特征,但螺旋带中的各物理量的空间分布并不相同。在热带气旋发展初期,螺旋带向眼壁靠拢,眼壁组织化后,螺旋带向外传播,此时,靠近眼壁的螺旋带的涡度、垂直速度等物理量大值区伸展到中高层,而局地激发产生的螺旋带则集中在下层,表现为正、负涡度交替出现的波列特征。     

台风"云娜"中的涡旋Rossby波研究

运用非静力平衡中尺度模式WRF(V2.03),对2004年14号台风“云娜”在登陆后产生强降水的过程进行了42h模拟,并对螺旋云雨带的涡度场结构进行了分析。分析结果表明,WRF能较好地模拟出台风在陆地上的移动路径,及其产生的台风暴雨的螺旋状分布。台风螺旋云雨带的形成与维持,可以用涡旋Rossby波理论来解释:可以通过改变局地相对涡度径向梯度分布,从而沿台风径向激发出“局地涡旋Rossby波”。     

台风螺旋雨带云结构和降水形成机制研究

应用数值模式结果,选择台风登陆后两个不同时次螺旋雨带中两个强降水中心,对台风螺旋雨带的云结构和降水形成机制进行诊断分析.结果发现螺旋雨带云结构和降水形成机制有如下特点:在9～13 km高空范围内冰晶的非均质核化非常活跃,冰晶转化率高于台风眼壁暴雨数倍,但是冰晶通过贝吉龙过程生长为雪、雪通过凝华增长生长为霰的过程相对台风眼壁很弱,螺旋雨带雨水形成微物理机制以霰粒子融化成雨水(pgmlt)为主,冰相粒子转化率大值区位于垂直上升气流大值区,8 km高度霰收集雪(dgacs)干增长是最主要的冰相粒子生长过程,与北方层状云比较,螺旋雨带暴雨冷云中的凝华过程和撞冻过程非常活跃.螺旋雨带云水凝结过程呈双峰型,位于7～8 km高度冷云区的云水凝结峰值较大,暖云区0.5～1.5 km高度云水凝结峰值次之.     

台风“珍珠”螺旋雨带的数值模拟与诊断分析

利用1°×1°的NCEP/NCAR再分析资料,应用非静力中尺度模式WRF对0601号台风＂珍珠＂进行数值模拟,研究暴雨的成因以及螺旋雨带内部结构特征。数值模拟结果表明,台风中的气旋式涡度、垂直运动、动量和热量都集中在螺旋雨带中。进一步研究指出,螺旋雨带上空高层的强辐散与中低层的强辐合相配合产生的强烈＂抽吸作用＂、螺旋雨带两侧的干中心挤压螺旋雨带产生的＂毛细效应＂都导致了低层高湿空气加速向上输送,有利于对流的发展,这也是台风螺旋雨带得以维持的主要原因。     

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。     

9012号台风中尺度螺旋雨带与暴雨的观测分析

研究９０１２号台风中尺度螺旋雨带结构特征及其与闽东北沿海地区特大暴雨的关系。中尺度螺旋雨带起源于不对称的台风眼壁，以脉冲形式径向向外传播，它的前方是中尺度低压，中低压的优动形式和惯性重力小相当一致。螺旋雨带受海陆和地形作用有加强趋势，在某些特殊地形作用下，降水增幅可有１－３倍。     

台风“海棠”(2005)登陆前后非对称螺旋雨带特征分析

利用中尺度数值模式,WRF对2005年7月19—20日台风"海棠"登陆前后具有非对称性结构的螺旋雨带的结构特征进行数值模拟和分析。结果表明,降水中心所处的两条雨带位于台风中心东北象限,其南雨带的移动和强度变化与850 hPa正的涡度带在19日02—18时(世界时,下同)都有较好的对应关系。台风流场的逆时针旋转作用将海上850 hPa正的涡量大值带逐渐与南雨带合并,造成南部雨量中心的雨量增幅。南雨带北移逐渐与北雨带合并,造成北部雨量中心的雨量增幅。另外,分析暴雨的发展与高低层垂直切变风的高层辐散流场有关;最后讨论了雨量中心附近区域低层对流涡度矢量(CVV)垂直分量的发展条件及其与降水的关系。     

台风螺旋雨带相对静止与大暴雨关系初探

在“艾利”台风的跟踪分析中，应用新一代天气雷达（CINRAD／SA）产品资料和自动站逐时降水及风埸资料，分析台风螺旋雨带的维持和移动等特点，阐述台风螺旋雨带在台风各个象限的移动特征，指出台风移动和螺旋雨带自身沿切线方向向外扩张的反向运动相互制约而导致台风螺旋雨带相对静止是该地区出现大暴雨的主要原因之一。     

0509号台风麦莎的结构与外围暴雨分布特征

利用地面加密观测资料、FY-2C卫星TBB资料和NCEP再分析资料,对2005年8月6～8日0509号台风麦莎登陆后环流结构及暴雨分布特征进行了综合分析。结果表明：台风麦莎具有明显不对称结构,台风东侧和北侧的积云对流较为旺盛;台风环流地面正涡度中心位于台风东侧,并随着台风北上移向台风东北象限并加强。地面强辐合区随着倒槽发展向偏北方向伸展;850hPa台风环流场表现为东侧和北侧的环流强盛,偏东风低空急流在台风北上过程中从东南风急流转为东北风急流;台风东侧暖,西侧冷,其东北侧有强暖平流输送。200hPa高空急流发展,急流入口区右侧强辐散有利于台风登陆后长时间维持。500hPa强上升运动区与台风外围暴雨区有较好对应关系。     

涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的数值研究

设计了一个高分辨率f平面准地转正压涡度方程半谱模式，用以研究非线性对台风切向风速变化，以及不同初始异常条件下台风环流内涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化特征。6类(14组)试验的数值结果表明：非线性使台风切向风速的增强减弱，可能使最大风速半径收缩。初始扰动中心位置对涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的影响明显。扰动中心在最大风速半径附近时，台风最大切向风速增强最多；异常中心在台风外区时，使最大切向风速减小。初始异常尺度(范围)减小对台风最大切向风速变化的影响减弱。双涡分布条件下，台风环流外区的涡旋使内区或近眼壁区对流涡旋对台风最大切向风速的影响减弱。     

非线性涡旋Rossby波的演变特征

利用多重尺度摄动法，推导出非线性涡旋Rossby波波包的演变方程是非线性Schroedinger方程。对该非线性Schroedinger方程的周期波动解及其稳定性进行了研究，得到了有关稳定和不稳定的判据。数值计算表明：非线性涡旋Rossby波的相速值为10^0m／s量级，这和台风中的螺旋雨带实测移速的量级是一致的，可以从涡旋Rossby波说中较好地解释台风中的螺旋雨带的形成和维持。     

登陆北上台风暴雨突发性增强的一种机制研究

采用一个三维混合模式对1992年8月30日至9月2日一次登陆北上台风暴雨过程进行了模拟。模式可以较准确地预报出与地面倒槽相一致的地面降水位置及降水量值。模拟的台风云系结构与卫星云图比较表明,外围云场与实例云况吻合很好,验证了本模式模拟卫星云图的能力,对卫星云图预报有实际意义;暴雨突然增幅的直接原因是高层冰云与低层供水云的突然北移重叠造成的。受地面倒槽附近强烈辐合抬升的动力作用,各相态云系的分布与垂直运动紧密相关;辐合线右侧的东南低空急流为降水的增幅及维持提供水汽来源;云的相变潜热非绝热加热作用对暴雨的增幅及维持具有正反馈作用,它对暴雨维持具有积极贡献。     

3个登陆台风引发阳江特大暴雨的水汽输送对比分析

利用区域自动站资料及NCEP再分析资料,对0915号"巨爵"、1006号"狮子山"和1011号"凡亚比"登陆后引发阳江特大暴雨的水汽输送特征进行了对比分析,并应用HYSPLIT-4轨迹模式验证了水汽来源。结果表明:1)它们引发阳江特大暴雨期间,低纬西南季风活跃。"巨爵"影响时由来自印度洋与副高西侧偏南气流汇合产生强降雨,水汽来源于中南半岛和孟加拉湾;"狮子山"影响时西南水汽输入明显减弱,主要由偏东气流携南海近海水汽的注入引发了局地短而强的降雨,水汽来源于南海近海;"凡亚比"登陆后,北部湾超低空急流的暴发,有利于强西南气流携带水汽经粤西往"凡亚比"输送,引发粤西地区特大暴雨,水汽主要来源于北部湾。2)强降雨都是始于阳江特大暴雨区纬向风转东风或经向风转南风阶段。"巨爵"、"凡亚比"引发阳江强降雨前后,850 h Pa南海、北部湾经向风南风明显增大,加强了海上水汽的向北输送。"狮子山"影响时则是由于近海短时间转东风,水汽由东输入并加强了辐合。3)水汽输送以"巨爵"最强、"狮子山"最弱,水汽辐合层次"巨爵"和"狮子山"较"凡亚比"要浅薄。它们的低层水汽辐合中心与特大暴雨区有很好的对应关系。     

台风利奇马登陆期间的对流结构特征及对强降雨影响

2019年9号台风利奇马在浙江造成极端降水,其中8月9日白天浙江东部受台风外围螺旋雨带长时间影响,9日夜间在台风内核对流影响下降水有显著增强;降水中心与浙江临海地区的天台山、括苍山和雁荡山等地形特征密切相关。GPM(Global Precipitation Measure)卫星遥感反演表明近岸台风螺旋雨带以层积混合型降水为主,台风眼墙区域以热带暖云对流型降水为主;眼墙区雨滴有效直径更大、雨滴数密度更高,有利于形成高降水强度。台风登陆前移动速度较慢,浙江沿海地区维持低层锋生和辐合,有利于外围螺旋雨带降水维持和增强;登陆前后受环境垂直切变等因素影响,台风中心左前侧眼墙区域对流活跃,在登陆点附近强降水区偏向于台风中心左侧。分钟级降水观测表明台风登陆期间浙江近海山区降水强度2～3倍于平原地区,其中地形性降水增幅效应与台风对流非对称结构差异对降水影响程度基本相当,有利于在台风中心左前侧的括苍山—雁荡山山区形成强降水中心。     

一次台风外围特大暴雨的结构特征

分析了１９９６年８月３￣５日河北省西南部致洪暴雨最大时段的卫星云图、雷达回波、地面风场及θｓｅ场的分布特征。结果发现,中－α尺度云团中的中－β和中－γ尺度云团不仅可使降水增幅,而且可以直接引起强降水产生;另外湿中性结构有利于特大暴雨的产生和加强。     

西北太平洋台风“海棠”结构的GPS下投式探空仪观测分析

以0505号强台风“海棠”为例,利用“侵台台风之飞机侦察及下投式探空仪观测实验”(Dropsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region,DOTSTAR)提供的高垂直分辨率GPS下投式探空仪(Dropsonde)观测资料,研究和比较了...