改进的物理过程参数化对台风路径数值预报的影响

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报试验模式和新开发的改进物理过程参数化方案，对１９９２年的５个台风个例初步试验结果表明，改进的物理过程参数化模式对台风路径和台风强度的预报经简单物理过程模式有明显提高，２４ｈ和４８ｈ台风中心位置预报误差分别为１８８ｋｍ和３３７ｋｍ，比原模式减小３８ｋｍ和１０９ｋｍ；４８ｈ台风中心气压与实况之差平均减小３ｈＰａ。     

改进的物理过程参数化对台风路径数值预报的影响

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报试验模式和新开发的改进物理过程参数化方案，对1992年的5个台风个例初步试验结果表明:改进物理过程参数化模式对台风路径和台风强度的预报比简单物理过程模式有明显提高，24 h和48 h台风中心位置预报误差分别为188 km和337 km，比原模式减小38 km和190 km；48 h台风中心气压与实况之差平均减小3 hPa。     

模式动力过程与物理过程耦合及其对台风预报的影响研究

中国南海台风模式是基于GRAPES的热带中尺度模式,采用半隐半拉格朗日时间差分方案,借助Helmholtz方程进行隐式求解,然后计算物理过程,并把各物理量反馈到动力预报场,实现动力过程与物理过程耦合。为了探讨耦合方案对预报精度的影响,在原方案的基础上,设计了新的技术方案,主要包括两项技术改进。其一是考虑温度、水汽的物理反馈对气压场影响,将间接导出的气压反馈值返回动力场;其二是在第一项技术改进的基础上,将物理反馈值作为模式Helmholtz方程的右端项参与隐式求解,物理反馈在动力约束条件下实现与动力过程耦合。针对新方案对台风路径预报的影响开展个例和批量试验研究。个例试验研究表明,新方案明显地提高了台风预报水平,特别是提高了移动速度的预报准确率;2013年批量试验结果分析,如文中给出的台风路径预报、等压要素预报准确率对比分析,说明新技术方案整体提高模式预报精度。     

对流参数化与微物理过程的耦合及其对台风预报的影响研究

在SAS（Relaxed Arakawa-schubert Scheme）对流参数化方案中引入对流云和层状云的相互耦合机制,并通过一个台风个例对改进前后两种方案的预报效果进行了比较。试验结果表明：对于台风这种对流云和层状云相互作用非常强烈的天气系统,在对流参数化方案中引入对流云和层状云的耦合机制可以有效地提高模式对台风路径的预报水平,但是对于台风强度的预报效果不明显。考虑对流参数化和微物理过程耦合后模式的参数化降水变弱而格点降水增强,与NCEP再分析资料的对比发现,改进方案对于台风外围的大尺度温度场和湿度场的预报会有所改进,但仍然存在偏干偏冷的现象。对雨和雪的不同处理方式、不同云底条件以及是否考虑雨雪的卷入抬升三个方面进行了敏感性试验,发现72 h内模式预报结果对这些因素的差异不是很敏感。从多个个例的统计结果来看,新方案对台风路径预报的改进效果是比较稳定的。     

物理过程参数化方案对中尺度暴雨数值模拟影响的研究

利用中尺度非静力MM 5模式和中国 2 0 0 1年 8月的 4个暴雨个例 ,研究了非绝热物理过程对中国暴雨动力和热力场预报的影响 ,深入分析了对流参数化方案在中尺度暴雨预报中的作用 ,讨论了利用模式扰动方法开展中国暴雨集合预报的可行性。结果表明 ,在短期数值预报中 ,非绝热物理过程对高度场预报影响较小 ,但边界层方案和对流参数化方案对产生暴雨的 3个基本条件即水汽通量散度、垂直速度、不稳定层结的影响很明显。不同对流参数化方案所预报的中尺度热力、动力场离差的结构特征与所预报降水的离差特征相似 ,且主要是在模式积分初期迅速增加 ,其后即趋于稳定。对中国热力场较均匀的暴雨过程 ,可以通过扰动模式的边界层和对流参数化方案 ,构造集合预报模式     

云微物理参数化对东亚近海热带气旋活动模拟的影响

基于CWRF模式（Climate Extension of Weather Research and Forecast Model）结果,探讨了8种云微物理参数化方案对1986—2015年间东亚近海热带气旋的空间分布、频数及强度模拟的影响。结果发现：CWRF模式中各云微物理参数化方案模拟的热带气旋频数普遍较观测偏少,其模拟的强度相比观测也偏弱;热带气旋的空间分布和频数对云微物理参数化方案的选择较为敏感,而云微物理方案的选择对热带气旋强度的模拟影响不大;Morrison方案和Morrison-a方案模拟的热带气旋空间分布更接近于观测,但对热带气旋频数及强度的年际变化趋势模拟得较差,而GSFCGCE方案的TS评分及强度、频数的相关系数均较其他方案偏高。综合来看,采用GSFCGCE方案模拟热带气旋活动总体最优。进一步分析发现,相较于Morrison方案和Thompson方案,考虑气溶胶影响的Thompson-a和Morrison-a方案不仅可以有效提高对热带气旋频数及空间分布的模拟能力,还对热带气旋频数及强度年际变化趋势的模拟能力也有所提升。     

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅰ:云微物理参数化对云结构及降水特征的影响

首先对AREM模式模拟的台风基本结构和云结构进行验证,检验了模拟结果的可靠性.在此基础上,设计了5组试验来研究云微物理参数化方案对台风"云娜"云结构及降水特征的影响.试验设计主要突出冰相云微物理过程、云微物理特征引发的冷却效应以及霰下落速度的重要性.结果表明:云微物理参数化过程对云的发展和降水特征的影响更为显著.各试验的水凝物分布和强度不同,降水类型和强度存在较大差异,由此引起的云中热力结构也有较大区别;在所有试验方案中,24 h降水率最大差异为52.5 mm/h.云微物理过程对云和降水特征的具体影响表现在:(1)如果不考虑雨水蒸发冷却效应,此时台风内核上升运动强度最强(达到-19 Pa/s),雨水和霰粒子增长最明显,相对于对照试验增量分别为1.8和2.5 g/kg.(2)霰和雪的融化对于螺旋雨带中雨滴的增长十分重要,但他们可能不是云墙中雨水形成的主导因子.(3)不同方案的降水模拟特征也存在较大差别,采用暖云参数化后,降水区域最小,但其中对流降水比例最大(63.19%);霰落速减半后,降水区域最大,其中非对流降水比例也最大(51.15%).     

南海区域台风路径数值预报业务模式的研究

提出一套解决台风数值预报初始场的方案，构造一个与模式物理过程相协调的人造台同环流，并在此基础上产生人造资料，将人造资料与常规资料混合起来分析，再经过正规模初始化，使模型台风进一步与作者新近研制的有限区域数值预报模式相协调，最后对南海区域台风路径预报作了多方面的敏感性试验，对１９９３、１９９４两年在华南登陆的台风逐一进行预报的结果说明，本模式对华南区域台风的路径完全具有预报能力。     

TOVS中热带气旋结构及其在数值预报中的应用

利用TOVS资料分析了2000年几个热带气旋的结构,发现与经典概念模型所描述的结构有一定的差异,主要表现在:(1)在水平结构上,非对称结构呈多样性,高度场的低层低值中心(或高层高值中心)与温度场的高值中心并不一定重合;(2)在垂直结构上,高度场的低层低值距平与高层高值距平的配置也呈多样性,特别是存在上、下层距平中心倾斜,或高层只是处于高压区的边缘,不存在明显的高值距平中心与热带气旋相对应.还参照TOVS中的热带气旋结构,进行了修订热带气旋数值预报模式系统中人造台风模型(台风BOGUS)结构的研究,发现修订后的台风BOGUS 能够更好地与环境场协调,并且能对热带气旋的路径预报取得较好的效果.这一方面说明了台风BOGUS的结构对其路径预报有较大的影响,另一方面也说明利用TOVS资料中的热带气旋结构能改善热带气旋路径预报.这也为台风BOGUS的修订和发展提供了依据.     

积云参数化和微物理方案不同组合应用对台风路径模拟效果的影响

利用美国国家环境预测中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合研发的天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF),研究了不同积云对流参数化方案和微物理过程方案对0514号台风"彩蝶"路径的影响.结果表明,积云对流参数化方案对台风路径影响较大,KF方案比BM方案能更好地模拟出台风路径;使用KF方案时,选择微物理方案比不选微物理方案对于台风路径有更好的模拟结果,其中,Ferrier、WSM6和Lin非常接近于实况;KF方案较好地模拟出副热带高压(简称副高)的西伸和东退的变化以及台风环流的风场分布和强度.     

一个有三重水平结构的台风数值模式及其应用

在PSU/NCAR的中尺度模式MM4的基础上,发展了一个具有三重水平结构的台风数值模式。模式水平方向分为高分辨率的关键区、较高分辨率的中重区及分辨率较低的外重区,三个区之间实现了双向嵌套。模式考虑了较完整的物理过程,包括地形和地面摩擦、水平和垂直方向的动量、热量及水汽的扩散过程、潜热和地面感热作用、云和辐射作用以及积云对流过程等。由多例数值研究及业务试应用结果表明,该模式不仅能较成功地预报出台风登陆、台风转向路径、台风环流变化等,而且对不同台风过程中的暴雨中心位置和强度、雨量、雨区范围以及雨区的扩展也能得     

一次台风远距离作用下的西南低涡大暴雨个例分析

利用2009年8月2—5日发生在川渝地区一次远距离台风暴雨的实况降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了远距离台风作用下的水汽和温湿能输送特征;利用25点平滑算子方法研究了台风"天鹅"对此次暴雨影响系统——西南低涡作用下的中尺度特征。结果表明,此次大暴雨过程是在有利的环流背景下发生的,东移的高空槽耦合了西南低涡,远距离的台风"天鹅"使得西南低涡在川渝地区长时间维持,台风"天鹅"倒槽对低涡系统暖湿结构具有重要作用;在台风倒槽偏东气流驱动下,其携带的水汽和能量与西南低空急流输送的暖湿水汽汇合,构建了输送到低值系统附近的水汽和能量通道,增强了强降水区水汽和能量积聚效应,这种积聚效应促使低涡系统物理结构的维持;在台风倒槽顶部偏东气流动力作用下,促使低涡系统中低层正涡度增强,进一步促使垂直涡度增长,对低涡系统动力结构维持起到积极作用,进而促使低涡系统长时间维持,最终导致长时间强降水的发生。     

On Sea Surface Roughness Parameterization and Its Effect on Tropical Cyclone Structure and Intensity

A new parameterization scheme of sea surface momentum roughness length for all wind regimes, including high winds, under tropical cyclone (TC) conditions is constructed based on measurements from Global Positioning System (GPS) dropsonde. It reproduces the observed regime transition, namely, an increase of the drag coefficient with an increase in wind speed up to 40 m s-1 , followed by a decrease with a further increase in wind speed. The effect of this parameterization on the structure and intensity of TCs...     

台风“潭美”(2013)偏心不对称结构特征分析及数值模拟

利用NCEP再分析资料、FY-2E卫星资料和常规观测资料等,采用天气学分析、物理量诊断等方法,对1312号台风"潭美"空心结构特征及成因以及其造成的暴雨天气过程进行了初步分析。结果表明,台风"潭美"深对流云系一块位于台风中心北侧,一块位于南侧,且后期北侧减弱,几乎完全偏向台风的南侧,台风中心周围仅有浅薄稀疏的低云云线。"潭美"动力、热力结构均存在明显空心和不对称性特征,其与中高层气旋性环流偏离、高层辐散不对称、水汽输送不对称等有关;强降水分布与台风不对称性结构及地形等有关。WRF中尺度模式能较好地模拟出不对称性结构以及降水强度和分布。     

国家气象中心台风数值模式的改进及其应用试验

在国家气象中心台风数值模式中进行了扩大预报区域,两次嵌入人造台风模型和模式网格初始移动3个方案试验。试验结果表明：3个方案对台风路径预报效果都有所改进。该文还介绍了应用国家气象中心台风数值模式进行台风中心强度预报的进展。     

西太平洋暖池对西北太平洋季风槽和台风活动影响过程及其机理的最近研究进展

本文回顾和综述了近年来关于西太平洋暖池对西北太平洋热带气旋和台风（TCs）活动影响过程及其机理的研究进展。文中首先简单回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态和菲律宾周围对流活动变化特征及其对与TCs活动有关的南海夏季风爆发和西太平洋副热带高压的季节内、年际变异的影响过程和机理的研究;然后,本文系统地回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态通过西北太平洋季风槽影响TCs活动年际和年代际变化的影响过程及其机理的研究。此外,文中还指出了关于西太平洋暖池对西北太平洋上空季风槽和TCs活动变异的热力和动力作用需进一步深入研究的科学问题。     

非对称的非绝热加热对热带气旋移动影响的数值研究

采用中尺度数值模式（MM4）,以9414号台风为个例,应用卫星资料,引入非对称的非绝热加热,讨论其对9414号台风移动的影响。计算结果表明,引入与实况吻合的非对称非绝热加热分布后,该台风的路径预报和降水预报有明显改进,若同时考虑台风范围初始水汽场的非对称分布,这种改进作用尤为明显。从业务应用考虑,还构造了几种典型的螺旋状结构的非绝热加热计算方案引入模式的热力过程中,结果表明:不同螺旋状结构的加热分布对台风的移动有不同的影响,当选择与实况云系分布相近的螺旋状结构时,也可提高台风路径预报正确率,可应用于业务模式。     

边缘区域扰动演变对台风结构的影响

在台风环流边缘区域给出不稳定模态的扰动四波分布作为初始场，用准地转正压模式实施四组数值积分，研究了边缘区域扰动演变及其对台风非对称结构及外区流型的影响。结果表明:线性平流对于外缘区域扰动的发展起主要作用。β项导致一个气旋—反气旋涡旋对和非对称结构的形成。非线性平流则使外缘区域较小尺度的涡旋破碎，形成更小尺度的涡旋。在线性平流、β项和非线性平流的共同作用下，台风结构与外区形成象螺旋云系的分布。外缘区域扰动引起的结构变化，进而能影响到台风的移动路径。     

台风Nari(0116)登陆台湾过程中结构强度 变化的诊断分析

利用中国气象局上海台风研究所整编的2001年《热带气旋年鉴》、美国NCEP最后分析FNL 1°×1°全球格点资料以及日本气象厅云顶亮温(TBB)资料等,对0116号台风Nari自北向南穿越台湾岛过程中的结构强度变化进行诊断分析,结果表明:(1)登陆过程中Nari云系结构从圆形变为半圆形,其环流西部对流云团旺盛,而东部为无云或少云区.Nari在岛上期间一直维持这种非对称结构特征.(2)在穿越台湾岛过程中,Nari西部环流内低空急流轴从其北侧逆时针延伸至南侧.一方面,切向风角动量的增加和传播有利于台风涡旋环流的加强,另一方面,低空急流附近的水汽通量辐合及急流轴左侧较强的正涡度区,有利于气旋性环流的长久维持.(3)Nari的结构强度变化与台湾岛地形及海峡效应有密切关系.Nari环流西部位于台湾岛迎风一侧上升运动加强,而Nari环流东部位于背风一侧上升运动则受抑制,对Nari形成半圆形非对称对流分布起积极作用;而台湾海峡的狭管效应加速台风通过气流,有利于Nari环流西部低空急流的形成和增强.(4)动能收支诊断表明,Nari登陆过程中动能的主要来源是动能制造项,水平辐合运动也对其提供动能.