台风Mindulle变性再发展的特征及机理研究

对于2004年台风Mindulle登陆入海再发展进行研究分析。通过演变特征的分析,发现在台风北移时,冷空气入侵台风低层,台风经历一个变性再发展的过程,台风在高层一直保持暖心结构,并且在台风的西侧形成一个冷锋面结构,而在北侧为一个暖性锋面结构,使得暖空气被迫抬升,冷空气也逐渐包围了台风。冷平流与来自暖海面的暖平流交汇使得暖湿的海面对流加剧。同时高空急流入口处辐散区与台风低压的重合和西风槽的东移,对台风的维持和再发展起到了重要的作用。

诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值研究——以泰顺县为例

在我国东南沿海地区,台风暴雨诱发了大量山体滑坡。建立诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值模型,可为该地区的滑坡预警提供参考依据。基于浙江省泰顺县2007—2022年以来发生的滑坡信息和日降雨量数据,进行了诱发滑坡的台风暴雨事件编目,初步揭示了台风暴雨型滑坡的发育规律和触发降雨特征,通过降雨强度(I)、降雨历时(D)的幂律关系构建了滑坡临界降雨阈值模型,并开展了不同台风降雨雨型的阈值模型对比。结果表明:台风暴雨型滑坡大量发生在与台风登陆方向接近的迎风坡,坡表植被多为乔木和竹林;诱发滑坡的台风降雨一般持续2~3 d,且降雨过程集中,降雨雨型以单峰型为主,总降雨量一般在200 mm以上;台风暴雨诱发滑坡的降雨阈值显著高于一般性的降雨,这种差异与台风降雨模式及大尺度气候环境有关;雨型也会显著影响降雨阈值,随着降雨峰值的后移,阈值逐渐降低,表明台风暴雨型滑坡对长时间降雨后出现的强降雨事件更加敏感。通过降雨阈值模型对9次台风降雨事件是否诱发滑坡进行了预测,预测结果与实际情况比较吻合,证明该模型及研究思路对台汛期东南沿海的滑坡监测预警有较强的参考价值。

基于风雨综合指数的安徽省台风灾害房屋风险评估方法

台风致灾因子具有多重性,相对于其他灾种其风险评估更加复杂。采用安徽省81个国家气象站及1035个区域气象站台风过程逐日降水量、最大风速资料,构建台风风雨综合指数;利用台风风雨综合指数及孕灾环境影响系数,开展台风致灾危险性评估;基于自然灾害风险系统理论,综合致灾危险性、承灾体暴露度和脆弱性信息,评估安徽省台风灾害房屋风险。结果表明:影响安徽省台风年均个数为1.9个,持续天数以2~4 d居多;台风降水南部多于北部、山区多于平原。台风致灾高危险区位于皖南山区和大别山区,较高危险区位于江淮之间东部,低危险区位于沿淮淮北大部及江淮之间西北部。台风灾害房屋高及较高风险区主要分布在大别山区、江淮之间东部及皖南山区,这些区域海拔总体较高,台风过境易引发山洪地质灾害,加之房屋脆弱性较高,房屋倒塌及损毁风险高;中等风险区位于沿淮至江淮之间、江南部分地区,呈零星分布;较低和低风险区位于淮河以北中西部、沿江部分地区及城市主城区。利用全省各县区台风造成的房屋倒损数据,从空间一致性及散点相关对区划结果进行验证得到,区划结果与灾损具有高度的空间一致性,二者散点相关通过0.01的显著性水平检验,安徽省台风灾害房屋风险区划结果与实际情况基本吻合。

基于多变量灰色模型的台风强度模拟方法

随着台风全路径模拟技术的不断完善,全海域、大范围的台风危险性分析方法得到发展,然而强度模型的模拟精度不能满足需求。针对台风强度演变受多因素影响、动力关系复杂及强度变化随机性强的特点,基于多变量灰色模型对台风强度模拟方法进行研究,并建立起台风多变量灰色强度模型。利用该模型还原了台风“山竹”的强度演变过程,同时对西北太平洋地区整体台风强度进行模拟及检验分析。结果表明:垂直风切变及垂直速度与台风强度的灰色关联度分别为0.771 8、0.745 1,显著高于其他3个环境因素;台风“山竹”强度模拟的后验差比值及小概率误差分别为0.349 1、0.960 8,达到了最高模拟精度;模型模拟所得西北太平洋地区整体的强度变化趋势及分布特征均与地区实际情况保持一致。

台风“苏迪罗”行进过程中沿海近地实测风场特性研究

基于厦门大嶝岛台风观测点阵列布置风速仪的现场实测,选取了1513号台风“苏迪罗”在四个不同时间段的风速风向数据,对台风行进过程中的沿海近地风场特性进行了详细分析,得到了台风中心距离观测点400 km、250 km、150 km和120 km时的沿海近地平均风速风向、风剖面、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和功率谱密度函数等参数,研究了各种参数同台风中心距和观测高度之间的关系,结果表明:在台风行进过程中,观测点所测风速的平均风速剖面满足对数律规律,粗糙长度z_0约为4.0 m。阵风因子和湍流度变化较为平缓,二者呈线性变化关系。三个方向上的湍流度比值约为1∶0.8∶0.45,湍流积分尺度离散性大,顺、横风向的功率谱密度函数符合von Karman谱的形式,但竖直方向不符合。该结果对深入了解台风在行进中对固定观测点的影响以及提高沿海工程结构的抗风安全性具有实际意义。

2008—2017年登陆海南岛台风引发陆地及其近海闪电特征分析

利用2008—2017年海南闪电定位监测网资料,统计登陆海南岛的台风,分析其引发的闪电活动特征,探讨海南岛岛上和近海台风闪电活动时空分布特征及其与台风强度和路径突变的关系,并对比台风登陆前后闪电活动变化。结果表明:南海夏季风与登陆海南台风闪电活动关系密切,冷空气活动越强闪电活动越弱,海温越强闪电活动越强。登陆台风闪电活动在夏季偏强,秋季逐渐减弱,春季最弱。闪电活动空间分布为台风中心的西北象限最多,东北象限其次,东南象限最少;台风中心北部多于南部,而北部中又以西北部多于东北部,东南部最少。闪电活动总体为台风移动方向左侧多于右侧,左侧中以左后方明显偏多。大部分台风中心在海上时的平均闪电频次大于陆地,少部分台风在登陆和出海阶段伴随闪电的爆发,部分台风登陆前后会产生闪电活动空间分布转换。登陆海南岛台风引发的在陆地及其近海的闪电活动强度与台风强度间无明显相关关系,闪电的爆发对台风登陆前的强度持续增强或维持有一定的指示作用。

台风-浪-流耦合作用超大浮体水弹性响应分析方法

海上机场超大浮体结构在台风等极端海洋环境下的动态响应准确预测是保障其安全性能的关键前提,其难点在于准确构建中/小尺度复杂流场与浮体结构的流固耦合计算模型。本文提出了一种基于中/小尺度嵌套的海上机场超大浮体水弹性响应分析方法,二次开发实现了台风-浪-流耦合模拟,分析了超强台风“莫兰蒂”途经海上机场超大浮体全过程台风-浪-流时空演变规律;采用中/小尺度流场嵌套技术计算水动力和气动力,代入结构动力学方程进行双向迭代解耦求解;通过算例分析了台风-浪-流耦合作用下浮体结构水弹性响应及影响机制。研究表明:本文提出的方法能够有效地预测此类极端环境下超大浮体结构水弹性响应。

台风期间盐沼消波效应的观测研究——以珠江口芒洲湿地为例

滨海盐沼可以减少风暴潮和台风浪的冲击,从而增强海岸抵御台风等自然灾害的能力,减少经济损失,在保护海岸和防灾减灾等方面起到重要作用。本研究利用2020年6月台风“鹦鹉”活动期间珠江口芒洲湿地的现场实测波浪数据来分析其消浪功能,以定量研究盐沼植被的消波效应。结果表明,台风“鹦鹉”期间,芒洲湿地测得风暴潮最大增水达0.43 m,漫滩时间大于6 h;实测波浪通过宽度100 m和230 m盐沼植被带的波高衰减率分别为90.5%和97.2%,植被减灾能力为优;根据波高衰减率经验公式的估算结果,波浪经过植被宽度100 m和200 m的波高衰减率分别为94.0%和97.0%,与实测结果基本一致。由于台风“鹦鹉”影响时间短、强度弱,现场测得水位均在1 m以下,而盐沼植被的平均株高约为2 m,植被冠顶未被淹没,因此可将植被看作透空式堤防,其茎叶的摩擦阻尼作用导致波能衰减;并且现场测得有效波高均在0.10 m以下,同时也未发生植被大量倒伏甚至茎秆断裂的情形,因此盐沼植被充分发挥了消波作用。综上,虽然芒洲盐沼面积仅为3.39 km 2,但是其消波效果仍然非常显著。

近海台风活动与陕西秋淋天气先兆性特征分析及试报

通过对1970年以来陕西偏强秋淋天气与我国东南沿海台风活动特征分析发现,两者之间有较好的相关性,且存在一定的先兆性,发现移过西太平洋125°E以西的目标台风活动对陕西秋淋天气的影响作用明显。结果表明:在陕西秋淋偏强的年份,台风活动为陕西秋淋天气提供了有利的气候背景,同期台风路径以西行或西北行路径为主,而台风登陆位置影响着陕西秋淋天气主要出现的地区。利用近海台风的先兆性特征,陕西秋淋的年代变化特征和不同周期等特征,对2017—2022年陕西秋淋降水进行预测、预判的试报,结果较为理想,该方法可为陕西预判秋淋偏强年份的预报提供一种客观的气候预测方法和依据。

南海台风模式对台风利奇马快速增强预报能力研究

针对台风利奇马(1909),分析中国气象局南海台风模式(CMA-TRAMS)和欧洲中期天气预报中心高分辨率模式(HRES)对台风快速增强的业务预报情况,并基于CMA-TRAMS,从水平分辨率、初始场和边界条件、物理参数化方案等角度设计并开展数值敏感性试验。CMA-TRAMS和HRES对“利奇马”增强具有一定预报能力,但对快速增强的速度预报明显低于实况,均不能满足24 h和12 h快速增强标准,可达到6 h快速增强标准。CMA-TRAMS采用3 km分辨率对“利奇马”移动路径和强度变化的预报效果优于9 km分辨率,但未改进快速增强预报效果;采用3 km嵌套9 km的方案,模式对台风快速增强的预报效果明显提升。采用MRF边界层参数化方案对台风路径、强度、快速增强的预报效果总体优于YSU方案。海温参数化结合32层垂直分辨率的初始场和边界条件的方案明显提高了快速增强预报效果,预报快速增强的频次、增强的最大速度更接近实况。分析表明,海温参数化方案使海气温差增大,在短时间内对大气、海洋之间的热量输送和交换有明显影响,海洋向大气输送的感热通量和台风内核区的潜热通量加强使内核更暖湿、气压负倾向增大,是预报效果改进的主要原因。

广东省台风巨灾指数保险的研发与应用

文章结合广东省巨灾保险的具体实践,详细介绍了台风巨灾指数保险的研发流程、数据和关键方法,回顾了2016—2023年期间广东省台风巨灾指数保险的应用情况,系统分析了现有保险方案的优势和特点,以及存在的问题和不足,并探讨了未来可能的改进方向。主要结论为:1)基于圆形巨灾框、采用台风强度等级作为赔付结构分层标准的台风巨灾指数保险具有方法简单、易于回算、数据易获取、结果客观透明等优点;2)台风巨灾指数保险具有理赔速度快、运营成本低、可有效规避道德风险等优势;3)现有台风巨灾指数保险方案在特定情形下基差风险较为明显,对气候变化背景下台风灾害事件的极端性以及单次台风事件影响多个地市等复杂情形考虑存在不足;4)未来可从更加深入全面分析台风灾害事件规律和特征、增加更多的物理参数、获取更为准确的台风强度等级概率分布等方向加以改进。

三次台风登陆后雨带列车效应特征对比

为探讨台风雨带列车效应导致极端降水的可能形成方式和流型配置,利用多源观测资料,对2015年第13号台风苏迪罗(过程1)、2013年第23号台风菲特(过程2)和2005年第9号台风麦莎(过程3)登陆减弱后的对流雨带列车效应现象进行对比分析。结果表明:三次过程大暴雨区都发生在浙江东部丘陵东侧迎风坡,且具有雨带走向与环境背景气流基本一致及水汽通量辐合集中在850 hPa以下的共性,但其环境背景明显不同。过程1和过程2均由台风外围对流雨带引起,其中过程1雨带位于台风低压与副热带高压之间,垂直风切变和对流有效位能较大,水汽来自低纬度海面且湿层深厚;过程2发生在陆上台风残涡与海上另一个台风之间的鞍型场内,垂直风切变和对流有效位能较小,水汽来自同纬度海面,湿层仅位于对流层中下部。过程3由台风内核区雨带引起,垂直风切变强,对流有效位能最小。进一步分析发现在不同环境垂直风廓线和湿度廓线下三次过程雨带的结构和组织方式呈现出明显差异。在过程1中,对流发展较高,冷池与偏东气流间形成较深厚边界层辐合,所构成边界的两侧斜压结构促进来自海面暖湿空气在力管项作用下在边界暖湿一侧抬升,雨带两侧正负散度配置加强了对流的组织化程度,使对流单体长时间沿雨带长轴移动;在过程2中,偏东气流与弱冷池之间风向相反,风速相当,辐合较浅薄,暖云降水起主要作用,新单体不断在雨带东边界生成、西边界消亡,雨带停滞少动引发持续强降水;在过程3中,内核区雨带较大程度受台风涡旋动力学影响,对流发展高度低,为典型的热带海洋降水型,结构随高度略向外侧倾斜,对流单体在台风本体东侧低空东南风急流脉动产生的风速辐合作用下反复被激发并向下游移动,引发极端强降水。以上事实说明,导致极端降水的台风雨带列车效应形成方式多样,其短时临近预报面临重大挑战。

基于注意力机制的CNN-LSTM-XGBoost台风暴雨电力气象混合预测模型

极端台风暴雨灾害具有非线性、极差大以及多峰值等特点。为使电网及时获取预警信息,提出一种基于注意力机制的CNN-LSTM-XGBoost台风暴雨电力气象混合预测模型。首先,利用基于注意力机制的卷积神经网络(CNN)辨识关键台风暴雨灾害特征;然后,利用长短期记忆网络(LSTM)训练时间序列预测模型以挖掘台风暴雨时序特征,使用极限梯度提升算法替换模型输出层以缓解过拟合问题;最后,以2023年台风泰利为例验证所提方法的有效性。算例分析表明,所提模型具有较高的准确性,对预测精度的提升可达40.84%以上。

台风“梅花”对潮滩大型底栖动物群落的影响研究

台风会对潮滩生态系统造成严重影响,特别是对大型底栖动物群落组成及分布影响显著。台风期间现场资料匮乏,导致人们对台风如何影响生态系统的认识仍十分有限。为此,本研究选取长江口崇明东滩盐沼-光滩断面于2022年9月台风“梅花”前、中、后进行水动力观测和大型底栖动物同步采样。研究发现:(1)台风“梅花”期间,盐沼中有效波高是正常天气下的2~4倍,浪流联合剪切应力是正常天气下的10倍;(2)台风“梅花”过后1周内,盐沼中底栖动物的物种数、丰度、生物量分别是台风前的1.9倍、3.8倍、3.0倍,优势种种类(谭氏泥蟹(Ilyoplax deschampsi)、拟沼螺(Assiminea sp.)、堇拟沼螺(Assiminea violacea)、河蚬(Corbicula fluminea))比台风过境前(拟沼螺、谭氏泥蟹、河蚬)增加了一种(堇拟沼螺),第一优势种由拟沼螺变为谭氏泥蟹;(3)台风“梅花”过后1周内,盐沼中大型底栖动物的物种数、丰度和生物量均增加,而盐沼前缘光滩上大型底栖动物的丰度降低,原因是盐沼前缘光滩上的底栖动物(谭氏泥蟹、拟沼螺、河蚬)在台风导致的强水动力胁迫下,迅速迁移至水动力相对弱的盐沼中;(4)台风“梅花”过后2周,盐沼中大型底栖动物的丰度恢复。本研究结果表明盐沼植被不仅具有消浪缓流、保滩护岸等生态服务功能,还可在台风期间为底栖动物提供避难所。

基于阵列风速仪实测的台风“苏迪罗”近地风场空间相关性研究

[目的]针对沿海区域近地台风风场的空间相关性问题进行研究.[方法]根据阵列风速仪实测的台风“苏迪罗”风速风向数据,选取4个稳定时段的288个风速样本,对台风近地风场的空间相关性进行详细的分析.首先定性研究平均风速和风向角对顺、横风向、垂直方向脉动风速的竖向和水平互相关系数的影响,然后分析平均风速和风向角对3种脉动风速竖向和水平相干函数的影响,最后对顺风向竖向相干函数、顺风向水平相干函数和横风向水平相干函数进行公式拟合,获得相关参数的取值.[结果]平均风速对顺、横风向的竖向和水平互相关系数及相干函数有一定影响,平均风速越大,相应的互相关系数和相干函数也随之增大;风向角对3种脉动风速的竖向相关性影响不大,但对顺、横风向的水平互相关系数和相干函数影响较大;各种相干函数在零频率处(f=0 Hz)的数值大都小于1.0,零频率处的数值随距离与平均风速的比值呈指数衰减规律;顺风向竖向相干函数、顺风向水平相干函数和横风向水平相干函数随距离与平均风速比值的衰减系数分别为9.3 f+0.38,3.1 f+0.18,3.2 f+0.16.[结论]基于阵列风速仪实测的近地台风数据,分析得到了台风风场的空间相关性特性,竖向和水平的互相关系数和相干函数,给出的拟合公式可用于大跨度空间结构和桥梁结构的动态响应分析计算,可有效评估工程结构的抗风安全性.

利用海丝/巢湖SAR开展台风应急测绘实验

首次利用国产海丝/巢湖雷达卫星开展台风登陆、运移应急测绘实验研究。以2022年11月“尼格”台风为例,应急调度获取台风登陆3 h和12 h的3 m条带SAR影像,采用监督分类快速提取耕地淹没、道路水淹等变化。结果表明:①国产SAR影像成像清晰稳定,双星实现12 h同一区域覆盖;②24 h警戒线风暴潮预测模型增水范围是卫星应急调度的主要依据;③实验区耕地淹没面积从0.098 km^(2)缩小至0.064 km^(2),道路积水面积从5.032 km^(2)缩小至2.385 km^(2),未形成明显的城市内涝现象,说明利用高分辨率雷达卫星开展台风应急测绘是可行的。增加星座数量、优化轨道空间布局是保障应急数据快速响应的发展方向。

基于深度神经网络的台风中心定位方法

台风中心定位的微小误差会对台风路径预报造成较大的偏离,因此精确定位台风中心是台风路径预测和灾害预报的重要步骤。台风云系随时间不断变化且风力强弱不一,在卫星云图中呈现了多样性和复杂性,现有基于神经网络的模型由于缺少对台风特征图像多维度参数的权重合理分配,在自动提取台风图像特征上受到了限制。为此,提出一种融合通道注意力与坐标注意力的神经网络模型(TY-LOCNet),首先搭建深度卷积神经网络模型提取台风特征;其次引入通道注意力机制从台风特征中捕获通道级别的信息,提升模型对重要通道的关注度;然后将通道注意力结果输入到坐标注意力机制中全局标定台风位置信息,使模型能够在较大的区域关注到台风的形态结构;此外,均方误差损失函数未能融合计算坐标导致定位精度低,因此提出距离损失函数(DISTLoss)通过距离回归提高模型定位精度。实验结果表明,TY-LOCNet的平均位置误差(MLE)、平均定位误差(MAE)和检测速度分别为3.502像素,0.292°和17 FPS,优于其他模型。台风中心定位模型TY-LOCNet可为台风预报提供实时性台风中心定位支持。

高、低空急流耦合对山东“利奇马”台风暴雨增幅影响的诊断研究

受登陆北上台风“利奇马”等影响,2019年8月9~12日山东省出现连续暴雨,其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration,简称CMA-STI)热带气旋最佳路径数据、山东省自动气象站逐时降雨量、常规观测资料、中国风云二号地球静止气象卫星(FY-2G)0.1°×0.1°逐小时云顶相当黑体亮温和美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,简称NCEP)1°×1°逐6 h再分析等资料,主要运用纬向风局地变化方程与大气动能方程,诊断分析降雨明显增幅与高、低层风场变化的关系。结果表明:(1)暴雨主要影响系统有高低空急流、500 hPa西风槽、850 hPa台风倒槽及“利奇马”本体环流等。10日200 hPa中纬度大尺度西南风急流东南移影响鲁西北,当天08:00(北京时,下同)850 hPa因双台风活动而形成的大尺度东南风急流突然北伸越过山东省。台风倒槽对流云与本体环流对流云先、后北移经鲁中,累积效应造成该地区10日夜间雨量最大。(2)10日20:00850 hPa章丘站东北侧出现了过程最快东风增幅,纬向运动方程诊断结果表明,东风平流是东风增加最主要原因,地转偏向力项则不利于东风增加。(3)10日20:00章丘站200 hPa西南风风力明显加大形成急流,10日08:00至11日08:00青岛站850 hPa维持东南风低空急流。同时位于高空急流右后侧与低空急流左前方是鲁中附近10日夜间降雨增幅的重要原因。章丘200 hPa与青岛850 hPa都是在最大风力之前12 h动能增加最快。动能方程诊断表明,最有利于鲁西北高空急流形成的是位能平流项,最有利于鲁东南低空急流形成的是动能垂直通量散度项。(4)10日20:00至13日08:00“利奇马”本体环流一直在影响山东,暴雨期间山东中部地形的动力作用也一直存在,而降雨的峰值是出现在10日夜间,说明10日20:00前后高、低空急流的耦合可能是山东暴雨增幅的主要影响因子。其主要作用至少有加强山东中部的垂直运动、整层水汽输送与静力不稳定度等方面。

基于累积置信规则库推理的台风灾害直接经济损失预测

针对台风灾害直接经济损失预测问题,现有的解决方法大多是基于时间序列或评估数据的预测模型,忽略了在建模过程中对历史数据的应用和模型的可解释性。鉴于此,该文将扩展置信规则库模型(EBRB)应用于台风灾害直接经济损失预测,并针对可能存在规则过量和组合爆炸问题,提出基于聚类方法与证据推理(ER)相结合的累积置信规则库(C-BRB)台风灾害经济损失预测模型。最后基于收集到的台风灾害数据进行直接经济损失预测,并通过与已有研究成果进行比较,验证基于C-BRB的台风灾害直接经济损失预测模型的有效性和可行性。

海岛水产养殖业台风灾害脆弱性分析:以舟山和温州海岛地区为例

基于浙江舟山和温州海岛地区获取的344份水产养殖家庭问卷调查数据和各利益相关者的访谈数据,使用混合数据的因子分析(FAMD)和主成分的层次聚类分析(HCPC),辨识海岛水产养殖家庭台风灾害脆弱性类型,揭示各脆弱性类型的特征,识别家庭脆弱性类型的判别指标,分析台风灾害及其他压力源对海岛渔业生态系统和水产养殖家庭经济脆弱性的影响。研究发现:1)海岛地区水产养殖业和水产养殖家庭呈现高经济脆弱性,大部分虾蟹贝混养类、藻类和贻贝类养殖家庭台风灾害损失严重。2)水产养殖家庭在暴露度、敏感性和适应能力方面的差异,导致家庭呈现3种不同的脆弱性类型及特征。3)家庭劳动力的不足、多次遭受台风灾害损失、基础设施不能充分满足需求是水产养殖家庭呈现台风灾害脆弱性的共同影响因素;风险暴露、养殖品种、家庭年均收入、户主年龄、教育程度、社会支持、采用适应策略的数量及成本-收益情况这些显著判别指标间的差异是形成不同脆弱性类型的关键。4)气候、生态环境、经济和市场、社会、制度和政策等方面的多重压力源相互作用产生累积效应,加剧了海岛地区渔业生态系统的脆弱性和家庭的社会经济脆弱性。