利用GIS空间分析进行台风相似路径筛选及预测

以GIS空间分析为基础,根据台风路径相似性原理,研究路径相似度的计算方法,并以相似度为权重进行台风路径预测,最后使用C#和ArcGIS Engine对算法进行系统实现。该系统可以对台风相似路径进行快速筛选,并对未来台风路径进行预测和展示,为防灾减灾和应急决策服务。

2013年“苏力”与“潭美”相似路径台风大暴雨落区差异分析

以2013年两个路径相似但大暴雨分布有较大差别的台风"苏力"和"潭美"为研究对象,从台风结构及其动力、水汽等方面讨论了它们的降水条件差异,结果表明:台风登陆过程中,"苏力"结构发生南倾是造成台风南侧大暴雨产生的主要原因;副高南侧弱东风气流导致"苏力"北侧水汽辐合上升运动较弱,水汽辐合呈现南强北弱的分布;流场垂直运动南强北弱的不均分布是台风环流南侧大暴雨产生的有利动力条件;台风受南亚高压的东南侧东北气流影响,二者的相对位置,有可能影响到台风辐合区随高度向南倾斜和高层辐散场南强北弱的分布,从而对台风暴雨南强北弱的分布产生重要影响;中层弱冷空气侵入台风环流西南侧,对台风南侧暴雨增幅起重要作用。台风"潭美"结构对称,低空西南与东风两支急流将充沛水汽汇合于台风环流北侧,副高南侧东风急流的增强和闽东北地形抬升对台风北侧暴雨的增幅作用十分显著。台风位于南亚高压东环的西南侧,受偏东气流的分流辐散影响,"潭美"辐合中心随高度北倾和中层弱冷空气侵入台风环流北侧,也是促进台风北侧暴雨增强的原因。

2014年两次相似路径影响云南台风降水差异成因分析

2014年台风威马逊和海鸥沿偏西路径影响云南,大到暴雨分布特征与热带气旋相对位置存在显著差异。诊断结果表明,暴雨分布差异的产生主要是环境场气流的作用,造成锋生以及能量变化的差异,再加之地形作用。具体地,"威马逊"台风中心南(北)侧低层西风(东风)急流及辐合增强,造成了强降水的产生,但是由于南侧低层水汽含量大于北侧,且南侧滇西南边缘、红河河谷迎风坡对增强气流的抬升作用,降水增幅,以致南侧降水强于北侧;再者,南北两侧气流热力性质的差异造成了锋生,低层锋区增强也有利于"威马逊"东北侧、滇东南强降水发展;进一步地,东西风交汇辐合作用增强、斜压有效位能的释放,造成辐散风动能增加,暴雨区辐散风动能的增加与"威马逊"降水峰值变化相对应。"海鸥"影响云南期间,热带气旋中心位置和孟加拉湾低压均偏南,西南季风偏南,影响云南的主要是"海鸥"东北侧低空急流,且急流及其左前侧纬向辐合均强于"威马逊",以致于其东北侧降水强于"威马逊";除此之外,地形抬升对滇南边缘大暴雨的产生也起着重要作用;再者,低层锋区增强,有利于"海鸥"东北侧滇东北强降水发展;进一步地,旋转风动能的增加与降水峰值相对应,滇中以东地区第一次降水峰值与斜压过程相联系;第二次降水峰值的形成,则主要是低压倒槽东侧偏南急流增强,旋转风场向暴雨区输送动能,暴雨区动能明显增幅,与正压过程相联系。

两个相似路径台风途经鲁西南时降水差异的成因分析

基于常规观测资料和FNL再分析资料,对比分析了两个相似路径台风“摩羯”(1814)和台风“温比亚”(1818)在途经鲁西南地区时降水分布差异的成因。结果表明:环流形势的差异是导致两个台风降水分布差异的主要原因,500 hPa上台风“摩羯”处于均压场中,降水以台风本体降水为主,位于台风顶部,而台风“温比亚”并入高空槽中,降水以锋面降水为主,位于台风移向的右前侧。两个台风的水汽源地不同,水汽辐合的位置也存在差异,500 hPa正涡度平流和925 hPa切变线位置对降水落区具有较好的指示作用。台风“摩羯”的正压暖心结构和稍弱的环境垂直风切变比具有斜压锋生结构和较强环境垂直风切变的台风“温比亚”更有利于在台风附近形成降水。对两个台风进行中尺度诊断分析发现,非地转湿Q矢量和垂直螺旋度可以很好地诊断降水落区;湿位涡显示,湿正压项<0仅是降水发生的必要条件,并不能决定降水发生的位置,湿斜压项更能体现降水发生的位置和强度。

BP人工神经网络寻找相似路径历史台风

利用1949—2019年经过或登陆广东省及附近省份的526个历史台风资料,形成台风路径图片像素属性和台风编号标签EXCEL文件。建立BP人工神经网络分类模型,读取EXCEL文件对历史台风路径数据进行学习与训练,获得人工神经网络节点最优权重。用新生台风路径对模型进行验证,结果表明:模型能识别并找到若干相似历史台风路径。该模型已在“清远市历史台风信息查询系统”中应用。

相似路径台风“玲玲”与“布拉万”降水差异诊断分析

本文利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料,对北上引发吉林省降水差异的相似路径台风“玲玲”与“布拉万”进行了诊断分析。结果表明:大暴雨的产生是台风与中低纬度系统相互作用的结果,冷空气侵入后,涡度场垂直分布的斜压结构有利于强降水发生;台风中心东侧的偏南和东南气流将水汽向台风环流输送,并在倒槽附近辐合抬升;在低层辐合、高层辐散的动力结构下,垂直螺旋度正值区位于低层辐合区内,导致强烈的螺旋上升运动;高层MPV1>0、MPV2<0和低层MPV1<0、MPV2>0的配置可作为台风降水中心落区的判断依据,低层MPV2正值范围越广、强度越大,大气湿斜压性越强。

登陆闽东北台风暴雨落区差异的成因对比分析

路径相似的登陆闽东北台风所造成的暴雨落区有显著差异。对比分析了台风暴雨位于路径左侧和右侧的两类个例组的影响条件差异性。结果表明,二者在200 hpa、500 hpa和850 hpa的环流特征上均存在显著差异;散度中心随高度南倾是流场垂直运动南强北弱不对称结构的重要动力条件;闽东北地形抬升对流场垂直运动北强南弱起到一定的增幅作用;高低空环境风垂直切变对降水结构的非对称分布有着很好的动力指示意义;对流层冷暖交汇的高度和强烈程度对层结不稳定强弱起到关键的作用。

珠江三角洲台风龙卷的活动特征及环境条件分析

利用常规观测、自动气象站、多普勒雷达等资料分析珠江三角洲台风龙卷的活动特征及其产生的环境条件。结果表明:台风龙卷发生在6-10月,时间多为10-20时,出现在台风登陆后1.3~21.3 h的时段内;多数龙卷位于台风中心的东北象限,台风中心在广东湛江一广西东南部或北部湾附近时是珠江三角洲龙卷发生的高风险期。高层辐散、低层辐合及中低空强东南急流在珠江口附近叠加是龙卷产生的有利环流背景。强或弱龙卷环境条件的共同特征为低抬升凝结高度、强深层和低层垂直风切变及较大风暴相对螺旋度(SRH),主要差异是强龙卷的深层和低层垂直风切变与SRH更大;相似台风路径下,有/无龙卷环境条件的明显差异在于0~1 km低层垂直风切变和SRH,两值越大出现超级单体或中气旋的可能性越大,龙卷发生概率也就越高。台风龙卷风暴母体属于低质心的微型超级单体风暴;低层有强或中等强度中气旋,有时强中气旋中心伴有龙卷涡旋特征(TVS);龙卷出现在钩状回波顶端或TVS附近。与西风带超级单体龙卷相比,台风龙卷中气旋的尺度更小、垂直伸展高度更低。

台风利奇马(1909)与台风摩羯(1814)云特征对比

利用FY-2H,Aqua,CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)和GPM(Global Preciptation Measurement)卫星产品,对比同在浙江温岭沿海登陆且路径相似的台风利奇马(1909)和台风摩羯(1814),分析其发展过程中云系水平、垂直结构特征以及登陆前台风三维结构特征。结果表明:台风眼区是否可见、台风云系的螺旋明显程度、最强降水中心的形状变化、螺旋雨带区南北侧云顶高度的差异均是台风发展强弱的重要标志。台风发展成熟阶段云顶高度最大位于台风眼附近。台风登陆前,台风越强,单层云占比越高,多层云占比越少;台风越强,光学厚度越大;台风云系类别主要是深对流云和卷云,成分以非定向冰为主;螺旋雨带区云系的云底高度及厚度与台风发展强弱相关;同一通道下高低亮温区的面积、台风的降水类型、三维降水结构中的对流柱长度和数量、垂直方向上的降水率均可作为台风发展强弱的依据。