台风暴雨客观定量落区预报方法

本方法是针对江苏抗台防涝的需要,重点解决当台风进入“台风暴雨警戒区“时必须作出:本省是否有大于100毫米和200毫米的降水?如有,则全省过程总雨量最大能下多少?落区、落时?在因子选取方面,是紧紧围绕着台风暴雨发生的基本物理因子和有利的环境场,通过普查和人机结合筛选出优异的预报因子,最终用逐步回归的数学统计模型建立出相应的五个预报方程。它们的历史拟合和预报实践能力均是理想的。     

台风暴雨落区研究综述

台风暴雨最重要的两个因素是雨强和降雨分布,后者即为暴雨的落区。影响台风暴雨落区的因子主要有3个：1）台风涡旋内部结构;2）台风周围环境大气影响;3）台风下垫面强迫作用。本文对这3类因子的作用和影响作了总结。台风暴雨可分为台风环流内的暴雨和台风环流之外的暴雨两大类。本文把台风环流内的暴雨概括为5个落区,包括眼壁暴雨、螺旋雨带暴雨、小涡暴雨、倒槽暴雨、切变暴雨。把台风环流之外的暴雨分为台前飑线暴雨、远距离暴雨和变性下游效应暴雨。地形可能会改变两类暴雨的强度和落区。本文对每一个落区的暴雨特点和形成机理作了总结,对台风暴雨业务预报有一定的参考价值。     

暴雨落区的诊断预报方法

通过对１９９５￣１９９８年６￣８月暴雨过程的样本提取,获得有大雨以上站点的样本记录６３９个,选取能够反映暴雨发生的９个物理量（Ｔ－Ｔｄ、水汽通量散度、锋生函数、假相当位温、涡度、散度、垂直速度、Ｑ矢量涡度、Ｑ矢量散度等）共１６个要素值,用相对独立的方法,分别提取黑龙江省南部和北部６、７、８月暴雨发生时各要素的临界值,从而建立暴雨的诊断预报模型。另外,用该模型对１９９５￣１９９８年６￣８月的降水过程     

基于动力因子的萍乡市一次区域性暴雨落区诊断分析

利用常规观测资料、加密自动站资料,对2014年萍乡市一次区域性暴雨过程进行了分析。结果表明:低层西南急流,湿舌以及暖脊均伸向萍乡市,表明有明显的水汽输入、热力不稳定层结和湿斜压性,且萍乡市处于低涡暖切变南侧的强辐合区,是一次较易把握的暴雨过程,但萍乡市仅中部和北部的局部出现暴雨。利用ECMWF高分辨率资料计算了动力因子,对暴雨落区做进一步分析发现:1)广义位温水平梯度高值区和湿热力平流参数正、负中心交界面存在明显的热力不连续面、水平锋生和湿斜压性,与萍乡市中部和北部的降水有较好的对应关系。2)热力垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度和热力位涡波作用密度的正、负中心交界面存在充沛的热量和水汽的输送、较强的垂直风切变、涡度矢量的扰动以及热量散度的扰动,对萍乡市中北部的强降水中心有较好的指示作用。     

0908号台风“莫拉克”诱发浙闽暴雨的螺旋度分析

利用气象常规资料和NCEP同化资料,对0908号台风“莫拉克”登陆浙闽诱发的暴雨过程进行螺旋度诊断分析。结果表明：925hPa螺旋度与浙闽暴雨中心强降水演变一致;中低层水平螺旋度由负转正时,浙闽降水急剧增加,减少时则降水趋于结束;垂直螺旋度正极值区与强降水中心对应,预报台风强降水落区,垂直螺旋度比水平螺旋度更具有优势;垂直方向上,用中低层垂直螺旋度“由极大值减小”来判别“莫托克”暴雨结束时间,比水平螺旋度有更多有效预报时效;若能结合水平和垂直螺旋度预报强降水,将有助于提高台风强降水预报准确率。     

集合动力因子预报系统及其对一场切变暴雨落区的预报检验

本文对2011年12月投入业务试运行的吉林省集合动力因子系统(EDFF)的性能和优点进行了简要的介绍,并以2012年8月4日的一场切变暴雨为例讨论了该系统对这场大暴雨落区的预报能力,发现在统计的15个预报因子中有14个对暴雨落区都有很好的对应关系,并给出了此次过程各参数的暴雨落区阈值,比较这些阈值与2010年暴雨的统计阈值发现,动力因子对切变暴雨预报的阈值基本稳定。一系列检验工作表明:由于这些动力因子能够较好地表征降水系统的典型垂直结构特征,因此它们的正高值区通常与地面降水区相对应;而在非降水区,这些动力因子的数值很小,基本可以忽略;受初始资料分辨率和预报能力的影响,目前动力因子比较适合预报有组织的系统性比较强的降水系统,对于某些孤立的局地性很强的暴雨,预报能力较弱。     

台风“风神”暴雨落区的诊断分析

利用常规观测资料、气象卫星资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对0806号台风"风神"登陆后的暴雨强度和落区进行诊断分析。结果表明:台风暴雨主要发生在台风登陆后48 h内,水汽通量散度、垂直速度、绝对涡度的空间分布与强降雨落区有很好的对应关系;冷空气入侵低压环流西部触发不稳定能量释放,对降水起到了增幅作用;从湿焓及湿焓平流场上可以提前12 h做出能量累积和未来强降水落区的预报,高湿焓区是不稳定能量聚集区,而台风压能风对湿焓的平流较为准确地反应了24 h后的强降水落区。     

0908号台风“莫拉克”登陆过程中海表温度变化特点及其对“莫拉克”的影响

以2009年台风“莫拉克”为例,利用AVHRR/AMSR卫星数据和WRF模式,分析台风登陆过程中台湾岛周围海域SST变化特点及其对台风的影响。结果表明,由于海岸线的阻挡以及台风之前存在的冷涡的影响,“莫拉克”引起近海海域的最大降温位置出现在路径附近偏左或者离台风中心较远的海域。宽阔洋面上,台风活动导致的SST变化虽然减弱了台风强度,但对路径的影响小。沿海的SST梯度加强了台风的非对称结构,使得台风向非绝热加热大值区(台风北部)偏移。考虑近海SST梯度的海峡试验与定常SST试验相比,沿海路径向北偏差最大可达134 km,与2009年中央气象台台风路径24小时的综合预报误差119 km相当。这说明为进一步提高我国近海海域的台风路径预报水平,需要考虑近海SST非均匀分布的特征。      

四川暴雨过程动力因子指示意义与预报意义研究

本文利用2010年8月18~19日四川盆地西部地区一次引发了泥石流等次生灾害的暴雨天气过程的数值模拟资料及0.5°×0.5°分辨率、每6 h一次的GFS(Global Forecast Model)预报资料,结合集合动力因子预报系统中的广义对流涡度矢量垂直分量、质量散度、垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度、热力垂直螺旋度、湿热力平流参数、密度散度垂直通量、散度垂直通量、热力散度垂直通量、水汽散度通量、广义 Q 矢量散度等12个动力因子成员对此次暴雨过程进行诊断分析和预报研究,结果显示:(1)集合动力因子预报系统中的动力因子对此次降水落区诊断效果良好;(2)各动力因子区域均值随时间的变化曲线都能表现出降水区域均值随时间变化曲线双峰形态,其中,广义 Q 矢量散度、水汽垂直螺旋度、热力垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、垂直螺旋度与降水的相关系数较大(达0.9以上),对此次降水的诊断效果较好;(3)动力因子对此次强降水过程的发展演变具有一定的预报能力。     

华南暖区暴雨过程集合动力因子的诊断分析

选取2015—2017年4—6月发生在广东地区的20个暖区暴雨个例,利用GFS0.5°×0.5°预报场资料,分析了集合动力因子在华南暖区暴雨中的分布特征。研究结果表明:(1)在广东省的四类主要暖区暴雨中,锋前低槽暴雨中各集合动力因子和累积降水的相关性最高,其次是西南急流暴雨,而回流暴雨中的相关性最差。锋前低槽暴雨与回流暴雨有共同的相关性较好的集合动力因子,高空槽和副热带急流暴雨与西南急流暴雨也有共同的相关性较好的集合动力因子。(2)选取各类暖区暴雨中对降水表征最好的集合动力因子分别构建了3个量级的权重指数(量级分别为10~(-3)、10~(-1)和10~2),发现各量级的权重指数随着降水量级的增大而增大,说明权重指数对分析判断不同量级的降水具有很好的指示作用。(3)采用各量级权重指数的中位数作为判断降水等级的阈值,并利用3个量级的权重指数可以综合判断降水的强度等级,这为降水的量级预报提供了一个客观化指标。这些结果进一步提高了集合动力因子在华南暖区暴雨预报中的实际应用能力。     

动力因子对2006“碧利斯”台风暴雨的诊断分析

本文利用2006年登陆台风"碧利斯"暴雨过程高分辨率数值模拟资料, 结合湿热力平流参数、广义对流涡度矢量垂直分量、水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量、热力切变平流参数和 Q *矢量散度等8个动力因子, 对"碧利斯"台风暴雨进行诊断分析。结果指出:(1)8个动力因子在"碧利斯"台风强降水区均表现为强信号, 其中, 水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量等动力因子与降水强度的相关系数均达0.99以上, 与总云水物质的相关系数也均达0.97以上, 而热力切变平流参数与上述二者的相关系数最低, 达0.5左右;(2)8个动力因子中, Q *矢量散度随降水强度先增大后减小, 与"霰融化成雨水造成雨水增长"微物理过程随降水强度的变化相似, 热力切变平流参数随降水强度呈现"增大—减小—再增大"的变化特征, 而其他6个动力因子均呈现单调增长趋势, 与"雨水碰并云水造成雨水增长"微物理过程随降水强度的变化相类似;(3)总体看来, 水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量4个动力因子与降水强度及雨水收支相关的总的云微物理过程转化率对应更好, 因此, 对降水的指示意义也更好。     

台风莫拉克 (0908) 影响期间近地层风特性

通过对台风莫拉克 (0908) 影响范围内的33座测风塔观测资料的分析可知:台风莫拉克越靠近陆地,风场的非对称性越明显,其行进方向的左侧测风塔风向呈逆时针旋转,右侧测风塔风向顺时针旋转。在远离台风莫拉克的地方风向稳定,湍流强度变化较平稳;在台风莫拉克登陆点附近,风向、风速和湍流强度均会出现突变。台风莫拉克影响期间,湍流强度与风速的关系未出现IEC标准曲线那样随风速增大稳定减小,其I₁₅达B级和A级及以上的平均湍流强度会在风速7~17 m·s-1形成一个峰值;无论南风或北风,风速越大,各层湍流强度差异趋于减小,同等风速、高度的湍流强度偏南大风均大于偏北大风。位于台风莫拉克登陆点北侧测风塔湍流强度随风速的增加先减小后增大,最终各高度全部超过IEC标准A级曲线,而位于南侧测风塔湍流强度随风速的变化比北侧小,并随风速增大趋于标准A级曲线;另外北侧测风塔湍流强度大于南侧,且各高度偏北大风湍流强度之间的差异比南侧相应风向明显,表明北侧垂直方向的扰动更强。台风莫拉克阵风系数为1.2~1.7,其随高度变化与地形有关,一般情况下随高度升高而减小,在复杂地形条件下不符合随高度升高减小的规律。     

台风“莫拉克”(0908)过台湾岛缓慢西行成因分析

0908号台风"莫拉克"（Morakot）在台湾岛引发了24 h超过1000 mm的强烈降水,与其缓慢西行过岛密切相关。本文利用NCEP-GFS实时分析场资料（0.5°×0.5°）、中央气象局台风资料库关于我国台湾地面气压场资料和中尺度数值模式WRF模拟结果,分析了台风Morakot在台湾岛附近缓慢西行成因。结果表明:（1）西太平洋副热带高压减弱东退、与台风"天鹅"（Goni,0907）的"藤原效应"是Morakot在台湾岛附近移速减慢的环境因素,而台风结构变化也是其缓慢过岛西行的一个主要原因;（2）台风过岛过程中,由于地形作用,Morakot环流内诱生低压活跃,先后或同时出现在岛屿东西两侧,使台风环流出现非对称松散结构;（3）在台湾岛西侧诱生低压中心取代东侧原台风中心形成不连续路径过程中,台风经历了低层环流从分裂到重组,正垂直涡度柱从垂直到倾斜再恢复垂直的变化过程,这是Morakot过台湾岛缓慢西行的一个重要原因;（4）Morakot西行登岛过程中环境引导气流主要是偏南气流,而包含诱生低压的扰动引导气流则为偏东气流。扰动引导气流虽是小量,但其纬向分量占环境引导气流纬向分量的比率从7%增至26%,较好地指示了Morakot的西行趋势,也说明地形诱生低压导致的台风结构变化是其过岛西行和缓慢移动的一个重要原因。     

低空急流对广西热带气旋特大暴雨的影响及概念模式

利用ncep再分析资料,对1990～2003年期间,广西14次热带气旋特大暴雨过程进行850hPa低空急流的合成分析,结果指出:广西热带气旋特大暴雨的产生伴随着中南半岛西南急流的增强,西南急流是暴雨增幅的主要水汽和能量输送系统。另外,结合大尺度环流系统的分析给出广西热带气旋特大暴雨的概念模式。     

Formation and Development of a Mountain-induced Secondary Center inside Typhoon Morakot(2009)

The structural evolution of Typhoon Morakot(2009) during its passage across Taiwan was investigated with the WRF model. When Morakot approached eastern Taiwan, the low-level center was gradually filled by the Central Mountain Range(CMR), while the outer wind had flowed around the northern tip of the CMR and met the southwesterly monsoon to result in a strong confluent flow over the southern Taiwan Strait. When the confluent flow was blocked by the southern CMR, a secondary center(SC) without a warm core formed over southwestern Taiwan. During the northward movement of the SC along the west slope of the CMR, the warm air produced within the wake flow over the northwestern CMR was continuously advected into the SC, contributing to the generation of a warm core inside the SC. Consequently, a well-defined SC with a warm core, closed circulation and almost symmetric structure was produced over central western Taiwan, and then it coupled with Morakot's mid-level center after crossing the CMR to reestablish a new and vertically stacked typhoon. Therefore, the SC inside Morakot was initially generated by a dynamic interaction among the TC's cyclonic wind, southwesterly wind and orographic effects of the CMR, while the thermodynamic process associated with the downslope adiabatic warming effect documented by previous studies supported its development to be a well-defined SC. In summary, the evolution of the SC in this study is not in contradiction with previous studies, but just a complement, especially in the initial formation stage.     

“云娜”台风影响的商城特大暴雨过程分析

利用常规资料、天气图、物理量诊断分析等资料,对“云娜”登陆后的特征及其对商城造成特大暴雨的天气过程进行了分析,结果表明:强大深厚的台风低压是主要影响系统;华北地区弱冷空气侵入台风倒槽是主要原因;地形对降水起增幅作用;水汽通量和垂直速度中心与特大暴雨落区一致,对特大暴雨具有指示意义。     

暴雨过程中干层的研究

通过研究暴雨过程中湿度场的垂直分布,发现暴雨发生前在对流层中层（600～400 hPa）存在着一个干层。并据此深入研究了干层的时间演变、成因及引起强天气的机制等。结果表明：垂直方向上湿度的变化非常迅速;干层在暴雨发生前形成,在暴雨发生后逐渐减弱消失;暴雨过程中的干层与其它强天气（雷雨大风、冰雹）过程中的干层有明显不同;干层的上方是深厚的对流稳定层,干层的下方是深厚的对流不稳定层。     

Effects of surface flux parameterization on the numerically simulated intensity and structure of Typhoon Morakot (2009)

The effects of surface flux parameterizations on tropical cyclone(TC) intensity and structure are investigated using the Advanced Research Weather Research and Forecasting(WRF-ARW) modeling system with high-resolution simulations of Typhoon Morakot(2009).Numerical experiments are designed to simulate Typhoon Morakot(2009) with different formulations of surface exchange coefficients for enthalpy(C_K) and momentum(C_D) transfers,including those from recent observational studies based on in situ aircraft data collected in Atlantic hurricanes.The results show that the simulated intensity and structure are sensitive to C_K and C_D,but the simulated track is not.Consistent with previous studies,the simulated storm intensity is found to be more sensitive to the ratio of C_K/C_D than to C_K or C_D alone.The pressure-wind relationship is also found to be influenced by the exchange coefficients,consistent with recent numerical studies.This paper emphasizes the importance of C_D and C_K on TC structure simulations.The results suggest that C_D and C_K have a large impact on surface wind and flux distributions,boundary layer heights,the warm core,and precipitation.Compared to available observations,the experiment with observed C_D and C_K generally simulated better intensity and structure than the other experiments,especially over the ocean.The reasons for the structural differences among the experiments with different C_D and C_K setups are discussed in the context of TC dynamics and thermodynamics.     

国家气象中心台风、暴雨预报服务系统的设计和研究

国家气象中心台风、暴雨预报服务系统是以国家气象中心的现代化气象业务环境为依托,系统地集成了国家气象中心和气象业务与科研单位近年来研究开始的台风、暴雨预报成果建立的实时预报服务系统。该系统目前已初具规模,1995年投入业务应用（部分投入业务试用）。文中简要介绍了该系统的设计目标、结构、功能,以及在业务中应用和试用概况。     

影响广西热带气旋暴雨的环境流场和一些物理量特征分析

通过综合利用ECMWF提供的热带风场、气压场、高度场等资料,对24例影响广西的热带气旋环境流场和一些物理量特征进行了较为深入的分析。结果表明:大多数热带气旋的发生、发展都与赤道西风急流向东扩展或热带气旋东侧南风急流向北扩展有关;造成广西大范围台风暴雨的因素不仅取决于台风登陆地点和登陆后的路径以及中心是否直接进入广西内陆有关,而且还与副热带高压脊线的位置和面积指数、强度指数的变化关系密切。登陆台风在影响广西的过程中,其台风东侧的偏南风急流中心涌进广西和正涡度中心进入广西对产生大范围的暴雨起着重要的作用。