双台风涡旋运动及其相互作用的数值研究

本文采用正压原始方程模式对不同强度、间距和基本气流条件下的双台风涡旋作了一系列数值试验,试验结果表明:在无环境风场条件下,双台风在某一临界距离内作明显的相互旋转运动,这个临界距离是随台风强度以及风场分布的特征而改变的。双台风有明显的相互吸引作用的临界距离远小于相互旋转的临界距离。双台风相互旋转速率与台风强度成正比、与台风切向风速向外减小率和台风中心的间距成反比。均匀的环境气流对双台风相互作用影响甚微,但有了基本气流以后,两个台风对基本气流的扰动具有不同敏感性。在西风基本气流中,西台风移动稳定而东台风移动稳定性差。在有切变的环境气流中,台风运动既受环境气流的平流作用也受β效应作用和台风相互作用,当台风中心间距大于相互旋转的临界距离时,主要受环境气流和β效应作用。此外,本文还把试验结果与西北太平洋的台风统计资料作了比较,並讨论了试验结果对预报的启示。     

中尺度涡旋和台风涡旋相互作用的数值研究

用一个高分辨率的正压涡度方程模式，实施了4组积分时间为24h的试验，研究了台风环流区域内中尺度涡旋的不同初始径向位置条件下与台风涡旋的相互作用，结果表明，中尺度涡旋初始径向位置不同，可以引起随后扰动相对涡度场演变特征的改变。     

随机分布的小尺度涡旋场对台风路径影响的研究

文中用正压原始方程模式和理想初始场研究了随机分布的小尺度涡度场对台风路径的作用.在模式初始场上,有一个理想的副热带高压脊、一个台风和一个随机生成的小尺度涡度场.设计实施两组试验,记为试验A和试验B,积分时间为56 h.每个试验的初始场上各有100个随机分布的小尺度涡.除了小尺度涡的空间位置不同以外,两组试验其余的试验条件全部相同.模式积分的结果指出:小尺度涡不同的空间分布可以引起台风外围水平风速的差异,进而改变台风环境引导流的强度.在24、36和48小时,试验A沿东西方向环境引导流分别为7.8、8.2和8.7 m/s,24-48小时平均值为8.2 m/s,沿南北方向环境引导流分别为0.9、1.8和2.5 m/s,24-48小时平均值为2.1 m/s;试验B沿东西方向分别为8.3、9.5和9.7 m/s,24-48小时平均值为9.5 m/s,沿南北方向分别为2.3、2.3和5.9 m/s,24-48小时平均值为3.4 m/s.环境引导气流强度的小同导致未来台风中心位置的不同.两组不同的初始随机涡度场可以引起48 h以后台风中心相距约120 km.副热带高压与台风相互作用的动力学表明:当初始台风位于副热带高压脊与赤道之间时,局域的绝对涡度梯度与台风传播的关系足南若干个不规则的散布点表征的.引进随机涡度场以后,副热带高压脊、台风和小尺度涡旋三者的共同作用使得绝对涡度梯度与台风传播之间的关系复杂化,除了会出现不规则散布点的特征外,还可显示出两者之间的高相关特征.     

季风涡旋对台风"烟花"路径突变的影响

台风"烟花"于2021年7月22日00时(世界时, 下同)在台湾岛东侧突然向北转向,但美国、日本和中国的业务预报均没有正确预报出该过程。基于NCEP/NCAR提供的全球再分析资料(Final Operational Global Analysis, FNL),采用Lanczos滤波方法分析发现,台风"烟花"转向前的西行减速主要受到与季风涡旋有关的季节内尺度环境引导气流分量的影响,向北转向及转向后的向北加速则主要受到季风涡旋和台风相互作用导致的天气尺度环境引导气流分量的引导,主要和beta涡旋对旋转、与季风涡旋的合并、以及加强的Rossby波能量频散这3个重要过程有关。台风"烟花"在纬向尺度约3 000 km的季节内尺度季风涡旋北部的偏东气流西移过程中,与季风涡旋相互作用导致beta涡旋对气旋性旋转,通风流经历东南风—东北风—西南风的转变,使得"烟花"向西减速并逐渐向季风涡旋中心移动,并于7月22日00时与季风涡旋合并,加强了Rossby波能量频散,使得"烟花"东南边缘的天气尺度西南风加强,为缓慢移动的"烟花"提供了向北的引导,"烟花"突然向北转向。     

台风涡旋的结构及其与台风运动的关系

用ＦＳＵ区域模式讨论台风涡旋结构及其与运动的关系，台风涡旋的运动在无基本环流和β平面条件下取决于轴不对称环流。而不对称环流的发展源自于从对称环流动能的转换。其率取决对称环流，不对称环流和地球涡度经向梯度三者的相互作用。由于不对称环流动能产生率随高度不变，故台风作为一个统一体以相同的移速移动。不对称环流的径向结构取决于对称环流的径向结构。     

200hPa辐散环流对台风路径的影响

用一个准地转正压模式，实施了５组时间积分，并研究了不同尺度涡流旋相互作用对台风结构和移动的影响。结果表明，这种相互作用可以激发出台风非对称结构的非规则变化，进而引起路径的蛇行摆动以及台风移速突变等异常现象，较小尺度涡旋位于台风环流的不同方位时，这种相互作用对台风结构和移动的影响可以很不相同。     

双台风相互作用及其影响

采用三维变分混合同化方法对双台风菲特（1323）和丹娜丝（1324）、天鹅（0907）和莫拉克（0908）进行数值模拟,并在此基础上,采用移除双台风中任一台风和增强或减弱任一台风的方法,对双台风的相互作用进行了敏感性试验。结果表明:台风丹娜丝的作用导致台风菲特路径偏南,移速偏慢;台风菲特的作用导致台风丹娜丝路径偏北,移速变化不大。双台风相互作用使台风菲特和丹娜丝强度发生变化。在台风菲特强盛阶段强度更强,减弱消亡阶段强度更弱。2013年10月6-9日我国华东地区出现的强降水主要受台风菲特影响,台风丹娜丝使降水强度增强、强降水中心位置偏南。双台风相互作用使台风天鹅移向偏南,移速偏快,但台风天鹅对台风莫拉克的移向、移速影响不大;台风天鹅路径盘旋曲折,每次移向的变化都与台风莫拉克有关;台风天鹅打转程度与台风莫拉克的强度呈正相关,双台风间存在涡度、水汽通量等的相互影响及输送机制。     

双台风相互作用的数值研究

无基本气流的情况下，应用无辐散正压模式对初始呈西北-东南等方位的双台风相互作用进行数值研究，探讨了非对称理论在双台风相互作用中的应用。试验结果表明：双台风的运动特征能够运用非对称理论进行解释；非对称流函数场中，通风气流分别控制着双台风的移动，同时双台风的移动对其对应的非对称结构具有反作用。试验还表明，台风非对称结构内小尺度涡旋的强度及其绕台风中心逆时针旋转的快慢与台风路径的摆动关系密切：模式可以模拟出台风逆时针打转、“蛇形”摆动等异常移动路径。     

东移偶极子与台风涡旋的相互作用

用β平面准地转正压模式实施8组试验,分析东移偶极子与台风涡旋的相互作用。结果指出:这种相互作用可以引起台风环流1波非对称结构向2波非对称结构的转换;引起台风涡旋随时间衰减的速度显著变慢;引起沿西北方向移动的正常路径向北折转向或打转等异常路径的转化。     

涡旋相互作用及其对移动的影响

本文用准地转正压模式实施了两组时间积分为10天的试验,在线性框架内分析了大、小涡旋的相互作用;认为大、小涡旋的相对位置不同时,这种相互作用的表现也不同。最后简略讨论了这种相互作用对大涡旋移行的作用。     

1822号台风“山竹”的涡旋Rossby波特征分析

采用WRF中尺度模式对2018年22号台风“山竹”进行高分辨率的数值模拟,在此基础上,分析台风的精细动力结构和雨带特征。分析结果发现,台风“山竹”的眼墙处具有低层辐合流入、高层辐散流出的动力配置;台风眼墙附近存在切向风速的高值区和明显的垂直上升区,并且随着高度逐渐向外侧倾斜,同时该处的雷达回波也较强,对流系统较为深厚。然后利用尺度分离方法得到涡旋罗斯贝(Rossby）波的扰动场,进一步分析了台风“山竹”内部的涡旋Rossby波特征。研究发现：1）1波和2波会同时沿着切向和径向方向传播,2波的振幅明显小于1波;1波和2波的正涡度扰动大值区基本覆盖强的雷达回波区域,同时伴有较强的对流活动。2）垂直方向上,降水区的涡度扰动呈现出上层为正、下层为负的动力配置时,同时散度扰动的垂直方向也有类似配置时,则会加强对流系统的发展,有利于降水的增强。由此可见,1波和2波扰动的上层辐散下层辐合的动力配置会促使对流系统的加强,同时也会对台风降水的强度和分布有一定的作用。     

相同强度双台风相互作用的物理机制

在无基本气流的假定下,应用无辐数正压模式研究双台风相互作用的物理机制。台风Ａ位于观风Ｂ以西,两台风相距６０ｋｍ,且具有相同的强度。在台风Ａ（台风Ｂ）的非对称流场中,由台风Ａ（台风Ｂ）的线性β效应产生的非对称涡旋的方位相位与由台风Ｂ（台风Ａ）形成的非对称涡旋方位相位相反（相同）。因此,台风Ａ（台风Ｂ）的大尺度非对称涡旋较弱（较强）。小尺度涡旋逆时针旋转导致台风Ａ逆时将打转。稳定的偏南非对称气流使台风     

多个热带气旋相互作用对南海热带气旋异常路径影响的数值模拟研究

本文利用数值预报式来研究可能造成南海热带气旋异常路径的一个因子，即多个热带气旋之间的相互作用。这里所说的热带气旋相互作用不是指通常所说的两个热带气旋很靠近时的相互吸引（排斥）或旋转这一类涡旋间的直接相互作用，而是指相隔远距离的热带气旋门，通过改变环境流场而造成的间接影响。所选的例子是位于南海的9009号热带气旋（Tasha）。与它同时存在的热带气旋中9008（Steve）与9010（Vernon）。先作了这次多个活动的数值预报试验，以判断模式的预报能力，然后通过有控制地改变9008与9010号热带气旋的参数，来考察这两个热带气旋活动对9009号热带气旋的路径的影响，并对这种影响的机理作一定的诊断分析。     

采用预报涡旋的初始化方案对2015年台风“莲花”、“灿鸿”的试验研究

提出了一种采用预报涡旋的初始化方案,用预报涡旋代替bogus模型参与构建模式初始场,采用权重形式合成预报涡旋和分析涡旋获取台风初始涡旋。针对2015年“莲花”和“灿鸿”台风,基于该初始化方案设计了一系列对比试验进行数值模拟,并对结果进行分析。结果表明:(1)该方案得到的台风初始涡旋结构比bogus模型合理;(2)预报涡旋权重不宜取太大;(3)从长时效预报效果看,采用24 h内预报涡旋比采用长时效预报涡旋台风的路径和强度误差减小;(4)采用同一权重方案对“莲花”、“灿鸿”预报的改进效果不同,其原因与预报涡旋和分析涡旋的协调程度有关。多台风情形下可在初步评估的基础上采用不同时效的预报涡旋和不同权重方案。      

涡旋相互作用及其对强度和路径的影响

研究一个台风涡旋和一个低压涡旋之间的相互作用。该相互作用使低压涡旋强度 衰减的速率显著变慢，使低压涡旋滞留在初始位置附近的时间显著加长。在低压涡旋强度 演化和路径变化的过程中，显示出清楚的临界点现象。     

β涡旋的垂直结构及其对热带气旋移动的影响

应用准地转斜压模式数值模拟热带气旋的移动，分析大尺度β涡旋的水平和垂直结构及其对热带气旋移动的。研究结果表明，两β涡旋之间的准均匀流（通风气流）仍然与热带气旋的运动相关。     

台风“圣帕”中小尺度强对流系统分析

通过台风登陆前的探空、多普勒雷达资料以及数值模拟,对0709号台风“圣帕”登陆前龙卷发生的环境背景、发生、发展和消亡的过程特点进行了分析。从周围环境场分析表明,龙卷发生地处于高的能量不稳定区并且具有非常低的抬升凝结高度和较强的低层垂直风切变,利于龙卷生成。雷达分析显示龙卷发生前存在弱的中气旋和低层气旋式切变,龙卷发生时伴随着这两个弱涡旋的合并增强,这可能是爆发龙卷的重要原因之一。数值模拟能较好地模拟出在龙卷发生时该区域有较强的风切变和水汽通量的辐合,并且螺旋度和风暴相对螺旋度有瞬时的强烈变化。     

不同卫星微波遥感资料同化对台风路径模拟的影响

本文以2015年13号超强台风“苏迪罗”为个例,利用WRF模式及其3DVar同化系统对NOAA15、NOAA18和NOAA19的AMSU-A微波遥感资料分别同化及组合同化,探究同化不同卫星的同一种微波遥感资料对于台风路径模拟效果的影响。结果表明:同化不同卫星的同一种微波遥感资料对于台风路径模拟具有不同的调整,本文中NOAA15的同化效果最好,其次是NOAA18,最后是NOAA19;同时同化NOAA15、NOAA18和NOAA19的AMSU-A资料并没有取得最好的同化效果,而组合NOAA15和NOAA18则取得了最好的同化效果,即不是同化的卫星数量越多,同化效果越好;同化试验3个时刻的增量场表明同化不同卫星的同一种微波遥感资料对物理场具有不同的调整,这与其对台风模拟路径的调整有着较好的对应,相对于温度场、海平面气压场、位势高度场和风场的增量结构与模拟台风路径的调整更为密切。     

海气相互作用对台风结构的影响

利用前期工作中耦合试验和未耦合试验对台风Krovanh(2003年)数值模拟的结果,分析了海-气相互作用对台风结构的影响。结果表明,台风引起的海面降温大大降低了海洋向大气输送的潜热通量,同时使得感热通量向下传递到海洋。另一方面,台风引起的海表面温度(SST)降低,反馈到台风使其结构轴不对称性加强,且在中高层尤为显著。分析了台风对称结构的基本特征。