热带气旋海面最大风速半径的计算

利用含有摩擦的平面极坐标水平运动方程组 ,引入藤田气压模式 ,在热带气旋域内最大风速为已知的条件下 ,经过合理的简化和推导 ,得到了呈稳定状态的海面移动非对称热带气旋的最大风速半径的计算方案。分析结果表明 ,当最大风速越小、中心气压越低、环境温度和气压越高、纬度越低或摩擦系数越小时 ,热带气旋的最大风速半径就越大 ;反之 ,最大风速半径就越小。最大风速和它半径上的最小风向内偏角出现在热带气旋移向的右后侧。对91 0 9号和 91 1 5号热带气旋的计算表明 ,最大风速半径在发展初期增加 ,在发展后期减小 。

基于QuikSCAT卫星遥感风场的台风最大风速半径反演及个例分析

建立了一种卫星遥感风场的最大风速半径(R_(max))反演方法。该方法基于QuikSCAT风场,结合JTWC台风参数资料,将遥感平均风剖面与Holland台风模型进行最小二乘法拟合来反演R_(max)。2001-2009年13个台风69幅数据反演结果统计分析表明:用气压表征台风强度的P算法遥感反演结果与JTWC分析结果的标准差为10.7 km,效果较好。此外,通过0513、0519和02213个典型台风过程的R_(max)演变情况分析表明:对于对称性结构较好的成熟台风,反演结果能较好地反映出不同台风的R_(max)尺寸差别,台风过程中R_(max)的演变情况符合台风发展情况;台风风场对称性差、地形以及背景流场的影响,是导致R_(max)反演出现较大偏差主要因素。

最大风速半径对台风浪计算效果的比较研究

依据联合台风警报中心(JTWC)发布的2001~2015年西北太平洋热带气旋最佳路径数据集,分析给出西北太平洋热带气旋最大风速半径之于地理纬度和中心低压的参数化公式。采用5种最大风速半径公式计算最大风速半径,并基于Myers气压场模型和第三代海浪模型SWAN,对发生于东中国海的5场台风浪个例过程进行数值模拟研究,将模拟结果与实测资料进行对比分析。结果表明:台风浪大浪区持续时间和分布的范围与最大风速半径正相关;采用文章拟合公式的台风浪数值模拟结果较实测值的线性回归斜率、平均偏差和最大值偏差均较小,文章拟合公式关于个例台风浪的计算效果较好。

台风“玛莉亚”风场WRF模拟及最大风速半径的非对称特性

台风具有极强的破坏性,准确重现台风风场是保证台风影响区结构安全的关键。最大风速半径作为台风场计算的关键参数之一,研究其分布特性十分重要。以对我国产生严重影响的1808号超强台风“玛莉亚”为例,借助中尺度数值预报模式WRF,开展了该台风期间风场的精细化模拟。为保证模拟风场的准确性,共设置了7种参数化方案组合进行对比。利用最优的模拟结果对风场的分布特点进行研究,分析了地形变化对台风结构的影响。搜索出台风各方向的最大风速半径,并引入工程中常用的Holland气压模型及参数风场中的梯度风速来说明最大风速半径非对称性的影响。研究表明:不同微物理方案对台风“玛莉亚”路径模拟的影响很小,但对海面最低气压有一定影响,采用Lin微物理方案、RRTM长波辐射方案、Dudhia短波辐射方案,模拟效果较好;台风“玛莉亚”期间风场受下垫面地形变化影响较大,当地形由海面转为陆地时,风速逐渐下降;最大风速半径具有较强非对称性,忽略其非对称性会影响径向气压和风速的分布。

海面热带气旋域内风速分布

在原始方程中引人藤田气压模式、最大风速半径和风向内偏角等因子，经过合理的简化，推导出了适合计算海面热带气旋域内风速分布的公式。检验表明，该方法的计算结果与强、弱、西行或北上转向型的热带气旋的观测风场基本相符，对环境气压受副热带高压明显影响的热带气旋风场的计算效果尤好。

基于Holland风场的台风浪数值计算

在海岸工程中,台风浪的影响较大。为了提高台风风场模拟精度,基于Holland台风风场模型,选取不同的最大风速半径参数和B参数进行组合,将模型构造风场与实测浮标风速资料进行比较分析,误差统计表明,Willoughby风速半径公式和Vickery的Holland B参数公式组合之后的计算误差最小,对风场的模拟效果最好。然后采用SWAN近岸波浪模型,选取最优风场参数,模拟了1323号"菲特"台风过境期间浙南地区的台风浪。模拟结果表明,最优组合参数生成的台风风场,对台风浪的模拟结果较好。当台风登陆时,温州地区的有效波高超过了10 m,明显高于其他区域,近岸波高等值线分布较为密集,台风移动方向右侧有效波高相对较大。台风进入内陆以后,波高迅速减小至4 m左右。

一种台风海面非对称风场的构造方法

针对台风数值预报中由于采用对称模型而导致预报误差的现实,通过引入非对称分布的台风最大风速、最大风速半径等因子,在得到台风报告中7级风和10级风的半径的基础上,利用最佳权系数方案来得到非对称的台风外围风速分布因子,从而对Chan and Williams 1987年提出的切向风廓线方案进行改造,进而得到了台风海面非对称风场的计算式。检验表明,该方法能够描述台风海面风场的非对称分布,具有较好的应用前景。

多平台热带气旋表面风场资料在台风结构分析中的应用

本文利用2007-2014年美国海洋和大气管理局的多平台热带气旋表面风场资料（Multiplatform Tropical Cyclone Surface Wind Analysis,MTCSWA）对西北太平洋和南海区域内共210个编号热带气旋进行了统计分析。结果表明,MTCSWA资料中的最大风速（VMAX）相较最佳路径强度偏弱10%～15%,对于较弱的台风存在一定的高估。最大风速半径（RMAX）与台风强度之间存在一定的线性关系且在不同区域具有不同的分布特征。由于RMAX与台风的强度有关,对于强度达到强热带风暴以上级别的各个海区内台风其结构差异不明显,而对于强度较弱的台风（强热带风暴以下）其最大风速半径具有一定的区域分布差异。对台风各级风圈半径的分析结果显示：7级风圈半径通常是东部大于西部,而10和12级风区半径没有这种现象。利用MTCSWA的内核区高分辨率对1215号超强台风布拉万分析发现,在其内外眼墙置换过程中,内外眼墙之间的距离（R2-R1）逐渐减小,内眼墙的风速（V1）逐渐减小,而外眼墙的风速（V2）逐渐增加,且在此过程中伴随有台风强度的短暂波动。最后结合MTCSWA资料和数值预报讨论了一种台风结构参数的客观估计方法,其检验结果表明该方法对RMAX和各级风圈半径均有一定的估计能力。

西北太平洋台风浪数值模拟

台风浪的研究对于船舶航行、港口、海洋和近岸建筑物的安全有着重要的现实意义。应用经验公式(MEF)和大风风圈反推(MGCR)两种方法计算最大风速半径,并基于Jelesnianski2型风场模式、藤田气压模式导出的风场模式、藤田气压场和第三代深海波浪模型(WAVEWATCHⅢ)进行了台风Winnie引起的台风浪的后报,将后报值与实测值进行了详细的比较和分析。结果表明:台风期间,MEF模拟出的西北太平洋海域风浪场变化合理,数值模拟结果与实测资料吻合良好,3个波浪测站的有效波高对比误差约为10%,而MGCR模拟结果误差偏大。因此,MEF的模拟结果能够为船舶、海洋与海岸工程的设计提供科学的依据。

区域台风—海洋耦合模式的构建及应用研究

由于海洋业务化预报模式对中尺度涡等海洋中、小尺度物理过程的准确预报仍然具有较大困难,因此,区域台风—海洋耦合模式初始化采用稳定基态的海洋数据是当前的有效手段。本文通过对两组台风个例的模拟,检验了基于稳定基态海洋数据的区域台风—海洋耦合模式的模拟效果,并通过6组敏感性试验,研究了初始台风最大风速半径(Radius of maximum wind speed,RMWS)对耦合模式模拟结果的影响。结果表明:初始台风RMWS的影响贯穿整个模拟阶段,RMWS越大,下垫面热通量输送量级越大,台风强度越强。在台风强烈的风场作用下,海温反馈也越显著,从而引起热通量降低幅度增大。RMWS作为与台风结构密切相关的物理量在度量台风强度中起到了重要作用。

一个新的热带气旋参数调整方案

基于前人的统计经验公式和现有的实测资料,尤其是详实的热带气旋中心气压资料,对热带气旋的最大风速半径的确定提出一个新的调整方案,使之能较好反映热带气旋风场。比较结果表明,所计算的海浪场与实测资料吻合较好。

藤田公式改进及其在台风预报中的应用

在考虑环境气压的影响下,引进环境半径参量对藤田公式改进并将其应用到9711号台风研究预报中。结果表明:①改进的藤田公式能够基本解决藤田公式计算的外围气压和气压梯度偏小这一问题,合理地给出整个台风域内气压和气压梯度力的分布。②改进的藤田公式由于引入了环境半径的影响,使得计算的风向内偏角减小而风速增大;特别是它能使台风外围的风速增大而风向内偏角减小,进而改变台风的内部结构。③不论是风向内偏角还是风速,在距台风中心一定距离范围内,摩擦力对风向内偏角和风速的影响都很小,但当超过这个距离时,风向内偏角和风速均随摩擦系数变化而急剧变化;且在同距离同摩擦系数条件下,应用改进的藤田公式计算的风向内偏角变小而风速增大。④讨论环境的影响(即引入有界环境半径参量),能够使计算的台风外围气压和气压梯度增大,风向内偏角减小,风速增大。当环境半径参量趋于无穷大时,改进后量的状态无限趋近于没有改进时量的分布。

QuikSCAT风场在台风风暴潮计算中的应用

业务化风暴潮计算中多采用模型风场的算法来给出风暴潮强迫场。最大风速半径是模型风场最难确定的参数之一。利用QuikSCAT卫星风场数据拟合台风最大风速半径是确定该参数的有效方法。将拟合得到的最大风速半径代入模型风场计算风暴潮的驱动场,模拟的沿岸风暴增水与实况更为接近。

华南沿海深水区不同重现期设计波浪的估算方法

根据华南沿海近３１年热带风暴及台风的天气图，分析统计出该海区不同纬度处台风中心气压、台风移动速度的长期概率分布。从这些概率分布曲线可得到不同重现期的设计台风，再用Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ１９７２年的半经验公式即可快速估算出不同纬度处的不同重现期的最大设计波浪及最大设计风速。该法效果良好，可供海洋工程可行性研究阶段参考使用。

西北太平洋热带气旋强度变化的若干特征

使用NOAA海表温度资料、ECMWF再分析资料和JTWC台风最佳路径数据,对1984—2013年30年西北太平洋热带区域(100°E^180°,0~60°N)内热带气旋(TC)的强度变化特征及其与环境风垂直切变(VWS)、海表温度(SST)、最大风速半径(RMW)的关系作了统计分析,尤其关注TC强度突变。结果表明:(1)在研究区域内,TC样本中35.2%强度稳定,52.8%强度变化缓慢,仅12.0%强度突变,约92.7%的迅速加强TC样本发生在其台风及以上强度等级;(2)2000年以来,TC强度稳定样本减少,强度迅速变化样本增多。5月和9—10月是TC强度突变的高频期;(3)超过12 m/s的环境VWS下TC迅速加强较少,且只有台风及以上强度TC才能在大于12 m/s的VWS下迅速加强;(4)TC加强和迅速加强主要在28.5~30.0℃的SST洋面上发生,在较低SST下仍迅速加强的TC强度等级较高;(5)TC样本的RMW多小于100 km,其中强度突变TC RMW峰值区在20~40 km;(6)加强TC的RMW的24 h变化一般减小,减弱TC的RMW则增大;其中强度突变TC尤其明显,超强台风发生迅速加强时,RMW减小的比率达84.6%,但仍有15.4%比率的RMW增大。

基于参数化风场的浙江沿海风暴潮数值模拟

针对台风参数化风场模型中最大风速半径(R_(max))和径向气压分布系数(B)两个关键参数,以0216(“森拉克”台风)和0414(“云娜”台风)两场台风为例,采用多种R_(max)和B计算方法的组合方案,再现台风过程,并提取3处观测站点的模拟数据,与实测结果进行比对。将所得的台风风场作为风暴潮模型的驱动风场,利用MIKE 21模型进行浙江沿海两场台风的风暴潮数值模拟,结合实测资料,验证并分析天文潮位和风暴潮增水水位。结果表明,本文选取的参数化风场模型适用于计算影响浙江海域的台风风场,以此为基础建立的风暴潮模型的模拟结果满足精度要求。

珠江河口地区风暴潮增水过程数值模拟

1713号台风"天鸽"是53 a来对港、珠、澳地区影响最大的台风。通过对"天鸽"风暴潮的模拟,验证了MIKE21模型和Holland风场构建的天文潮以及二维风暴潮模模型的可靠性,在此基础上探究了珠江河口在不同路径、不同中心气压以及不同最大风速半径下的风暴潮作用的增水极值。结果表明,不同风暴潮路径对登陆沿岸不同验潮测站的影响不同,其中珠江河口东南角较易受到风暴潮影响且风暴潮的沿岸增水极值较大;当风暴潮中心气压下降10 h Pa时,珠江河口处各测站增水极值增幅大约为2%至3%;最大风速半径减小则对距离风暴潮行进路线较远的地区影响较大。

3套资料中西北太平洋热带气旋活动特征的比较分析

本文使用中国气象局、美国联合台风预警中心和日本气象厅的3套热带气旋最佳路径资料(CMA资料、JTWC资料和RSMC资料)分析了1951—2016年西北太平洋热带气旋活动特征。3套资料反映的结果如下:热带气旋主要发生在10°N—25°N范围内,且1980年前其位置点在纬度上有南移的变化趋势,1980年后则相反;移速主要分布在2~6 m/s区间,在25°N左右移速明显加快,1980年前移速呈显著减小趋势;最大持续风速主要分布在10~15 m/s区间,1980年前最大持续风速有减小趋势;在风速较大的区域热带气旋最大风速半径较小,2001—2016年热带气旋和台风最大风速半径每年分别减小0.46 km和0.54 km。CMA和RSMC资料的结果高度一致,而JTWC资料结果与它们都存在一定的差异。热带气旋位置点频数和强度的变化受资料间差异的影响较大,而其位置及移速的变化则受影响较小。

琼州海峡台风风暴潮增水过程的数值分析

建立琼州海峡风暴潮与天文潮耦合数值模型,并通过1409号"威马逊"台风实测数据验证模型的可靠性,随后通过多组数值试验研究琼州海峡风暴潮与台风移动路径、最大风速半径及中心气压的关系。结果表明:台风移动路径与增水分布关系密切;随着台风最大风速半径的增大,琼州海峡区域风暴增水达到增水极值的时间提前且增水极值增大,但增水极值增加幅度逐渐减小,距离台风中心路径较近区域其增水极值受半径变化的影响相对较小。琼州海峡风暴增水极值随台风中心气压的降低而增大,台风中心气压降低10 h Pa,增水极值增加10%左右。