台风螺旋云带骨架跟踪方法的研究

用紧邻交叉点的已跟踪编码过的一段象素点的编码信息,用最小二乘法向前作线性预测,求出交叉点处下一步的预测搜索方向,当用线性预测方法无法求出预测方向时,则计算交叉点前的已跟踪编码过的一段象素点的平均链码值作为预测搜索方向,最后以交叉点的各邻点方向中与预测搜索方向最接近的方向作为下一点的搜索方向。该方法有效地克服了基于链码的跟踪在交叉点处容易发生迷向的现象,同时跟踪速度和自动化程度得到了较大的提高。

用SSM/I微波遥感图像分析海上台风的螺旋云带

文中介绍了美国国防气象卫星专用微波成像仪 (SSM /I)上各通道的特性 ,分析了大气中各种粒子 (尤其是云滴和降水滴 )对各通道辐射的吸收和散射效应。通过对SSM /I图像上台风单通道剖面、双通道散点图的分析 ,揭示了台风在微波图像上表现形式的内在物理原因。在此基础上 ,设计了一个降水指数 ,方法是 :将 85 .5GHz的吸收段对称拉伸到散射段的延长线上 ,然后求归一化后的 19.35 ,37.0GHz和经拉伸处理的 85 .5GHz图像 3者的平均值。 3个通道合成降水指数克服了 37.0GHz对大雨滴不敏感 ,和 85 .5GHz对中等大小雨滴不敏感的缺点 。

热带气旋螺旋云带动力不稳定的性质

热带气旋螺旋云带的不对称特征,在热带气旋的路径和强度变化中起着重要作用,对其动力性质的研究是整个热带气旋研究中的重要组成部分。文中分别对一个正压无辐散涡旋模型和正压原始方程涡旋模型进行线性化,采用标准模方法计算扰动的谱点和谱函数,研究扰动在基本流场中的不稳定问题,从而讨论了热带气旋中螺旋云带动力不稳定的性质。将一指定的基流廓线代入这两个模型,均会出现不稳定扰动。前者的流动为涡旋运动,仅在不稳定扰动的两个峰值之间可以看出螺旋状的结构特征,在距涡旋中心140km的外围,不稳定扰动沿径向没有波动分布,没有螺旋云带状结构。此处相应于涡旋Rossby波的停滞半径(stagnation radius),在此半径之内出现的螺旋结构称为内螺旋云带,而在此半径之外出现的螺旋云带称为外螺旋云带。也就是说前者仅出现了眼壁(最大风速半径之内的最大扰动中心)、内螺旋云带,而后者则出现了眼壁、内螺旋云带和外螺旋云带。这说明滤去重力惯性波的正压无辐散涡旋模型(前者)只适合于解释热带气旋不稳定内螺旋云带的形成和结构,当综合考虑不稳定内、外螺旋云带的形成时,水平辐合、辐散的作用不能忽略,此时必须要用正压涡旋模型(后者)。在该模型中因最不稳定扰动随涡旋半径的不同,其分别体现了涡旋Rossby波和重力惯性波的特点,故其是不稳定的涡旋Rossby-重力惯性混合波,其不稳定的性质是非平衡的。由此可知,要同时解释内、外螺旋云带的生成和结构,则非平衡的涡旋Rossby-重力惯性混合波不稳定理论应是更合适的选择。

登陆过程中热带风暴“黄蜂”螺旋云带的分析

分析了热带风暴“黄蜂”在登陆过程中逐小时高分辨红外云图上的螺旋云带及其强对流云团的变化规律。从强对流云团发展为主螺旋云带的演变过程中,螺旋云带主要表现为其前端的对流逐渐加强,其余部分逐渐减弱,以及前端的强对流云团总体表现为旋入运动且维持时间较长,而其余部分的云团总体表现为远离中心等的特征。初步探讨了螺旋云带结构变化与风暴强度之间的关系和“黄蜂”在登陆后迅速减弱的可能原因。

1323号台风“菲特”螺旋云带中“列车效应”特征及形成分析

本文针对1323号强台风"菲特"螺旋云带中出现"列车效应"的特征及形成开展了分析研究。研究发现,浙江钱塘江湾南岸持续性降水中具有"列车效应"特征,按照雨带的稳定位置,将其分为两次"列车效应"过程,时间跨度都在3~4小时左右,空间跨度在1~2个经度距离;暴雨区呈现出带状特征,降水效率高,每小时降水超过25 mm并向前线性传播;台风螺旋云带中强度在35 dBZ以上的雷达回波平均反射率也呈现线性带状结构;降水带走向和雷达回波运动方向与台风中心运动方向产生了大致在25°以上的向右偏离。从"列车效应"的形成来看,高空引导气流的方向和地面中尺度扰动辐合带走向与"列车效应"中对流单体运动方向基本一致,为其呈近线性排列提供依据。沿海形成的中尺度扰动辐合或扰动涡旋,为螺旋云带中对流在沿海地区发生或发展提供重要条件,形成了对流云的快速增长和后续发展的启动和维持机制,对于"列车效应"的形成、发展和维持起了重要作用。

“苏拉”台前强螺旋云带辐合特征分析

为了研究爆发式发展的台风苏拉台前强螺旋云带,采用多种实况资料,运用风场分解、Shuman-Shapiro滤波、雷达回波相关性跟踪(TREC)反演风场等方法对其辐合特征进行分析。结果表明:从中尺度滤波场、变风场以及风场分解后的辐散风可见,螺旋云带形成于大范围辐合背景下。在低层,旋转风是水平动能输入的主要贡献者,它加强了低层动量堆积,辐散风则加强了风场水平辐合;在高层,辐散风是动能输出的主要贡献者,辐散风的增强,加强了高空辐散。旋转风和辐散风的不同配置形成了强上升运动,从而促进了强螺旋云带的发展。对地面风场进行中尺度滤波后,在选取的两个关键区内可见明显的中尺度辐合或涡旋,且辐合在更高层仍有一定的反映。中小尺度辐合与螺旋云带中对流云团的发展相互对应、相互反馈。

“海贝思”残留螺旋云带的中尺度暴雨成因分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及新一代天气雷达和区域自动站资料,对2014年登陆热带气旋(TC)"海贝思"减弱为热带低压(TD)后的残留云带造成的中尺度暴雨的成因进行了分析。结果表明:残余低压环流带来的强降水具有明显的中尺度特征,属于典型的台风螺旋云带中尺度雨团;西南和东南急流的暖式切变、辐合和辐散中心与高低层次级环流的耦合发展,均有利于螺旋云带中的中尺度系统发展。另外,分析利用单雷达反演热带气旋近中心风场的VAP扩展应用方法反演的风场,进一步证实了残余低压的螺旋云带中存在明显的围绕TD中心的中尺度螺旋结构,强降水主要由TD螺旋云带下的中尺度雨团产生。

9309号热带气旋东北部螺旋云带初析

本文利用静止卫星高分辨红外云图对9309号热带气旋东北部螺旋云带作初步分析，根据其基本特征，与前人给出的结果作比较；同时分析其活动对深圳市降水的贡献，总结出一些定性预报依据，以供参考。

“灿鸿”减弱为温带气旋过程中卫星云图特征分析

1引言 卫星观测具有较大的空间覆盖率和时间分辨率,可以快速对大范围环流系统的分布做出全面的监测,已经成为监测和预报业务中的重要手段之一。目前,FY-2G已经投入业务应用,并提供半小时一次的卫星图像,可以更细致地分辨系统的发展演变。

台风螺旋结构的分析

通过研究不同发展阶段的台风水平涡管的分布,发现台风里螺旋云带的结构并非都呈现旋转上升的形状.在水平涡矢与垂直速度水平分布满足右手螺旋法则的情况下,当上下切向风差别很大时,水平涡矢与台风的径向风方向相平行,螺旋云带的结构与径向风方向相平行;当台风辐合增强时,水平涡矢与台风的切向风方向相平行,因此螺旋云带的结构也与切向风方向相平行.另一方面,除海表面以外,台风里低层的风速一般大于高层,所以水平涡矢的方向一般背向台风中心.由于台风存在强烈的上升运动,因此方向背向台风中心的水平涡管在垂直速度的抬升下,逐渐转变为气旋性的垂直涡管,使台风的涡度增强,这样能量逐渐由低层传递到高层.

一次特大暴雨过程中涡旋暴雨云团的演变特征分析

利用MODIS卫星、多普勒天气雷达和地面观测资料,对2013年6月30日四川遂宁一次特大暴雨天气过程中涡旋暴雨云团的演变特征进行了详细分析。主要结论是:(1)涡旋暴雨云团与其北侧的积云云团呈前倾结构,说明暴雨云团经历了先由弱积云发展为深对流云、再到云毡的逐步发展成熟过程;(2)涡旋暴雨云团从南到北围绕低涡中心东侧最多时有6条降水云带,其中南部的降水云带碰并增长带(-1^-10℃层)厚度大于凝结增长带(3^-1℃层)厚度,北部降水云带刚好相反,表明南部以碰并增长过程为优势物理过程,利于较快拓宽云滴谱,使得云滴迅速长大形成雨滴降落下来;(3)涡旋暴雨云团中最强降水云带位于其南部的资阳至遂宁一带,分析雷达回波垂直剖面图发现有8个对流单体分布在云带中,且不断有新生单体移向遂宁,并从南至北依次增强,形成"列车效应",其成熟阶段-10℃高度以下碰并增长很充分,厚度为6 km左右,-10℃高度以上存在一个深厚的冰相增长带,厚度5~8 km,发展到成熟阶段碰并增长和冰相过程均为优势微物理过程,云中碰并增长和冰化增长过程向下传递明显,这些特点利于快速形成降水,导致当日10—17时遂宁站连续出现强降水。

热带气旋外围环流中次天气尺度系统及其与天气尺度系统相互作用的诊断分析

本文应用带通滤波的方法,分离出热带气旋外围环流中的天气尺度和次天气尺度系统。发现热带气旋外围强降水与低层次天气尺度系统的辐合关系相当密切。文中还计算了两种尺度系统间的动能和涡度转换。得出:在650hPa以上基本上是天气尺度系统向次天气尺度系统提供动能,在650hPa以下基本上是次天气尺度系统向天气尺度系统提供动能,整层积分的结果是天气尺度系统向次天气尺度系统提供动能。在900hPa和400hPa之间的涡度转换为次天气尺度系统向天气尺度系统转换,即涡度转换的结果是使得次天气尺度系统气旋性减弱,天气尺度系统气旋性增强。900hPa以下和400hPa以上则相反。整层积分的结果是次天气尺度系统向天气尺度系统提供正涡度。

热带气旋尺度涡旋对非对称热力扰动演变的影响

利用经验公式定义了三种不同热带气旋尺度涡旋,然后分别在其最大风速半径处叠加非对称热力扰动,用三维涡旋扰动分析和模拟模式(Three-Dimensional Vortex Perturbation Analyzer and Simulator,3DVPAS)模拟、分析了扰动水平结构,通量传输及能量转换的演变。研究结果显示:在三种涡旋中,非对称热力扰动的演变都依次经历了三个阶段,即静力调整阶段、准静力平衡阶段和增长(对于不稳定涡旋)或消亡(对于稳定涡旋)阶段。在初始非静力状态下,伴随着重力波的频散,扰动位能快速衰减,而动能快速增加,热量和动量向外传输。完成静力调整所需的时间主要取决于基态涡旋的稳定性和强度,强度较弱的稳定涡旋所需时间相对较长。在三个涡旋中,前两个阶段都伴随着螺旋带结构的生成和演变;螺旋带在静力调整阶段比准静力平衡阶段具有更大的径向尺度;最大径向尺度和最长生命期的外围螺旋带易于在稳定涡旋中产生,而在快速发展的不稳定涡旋中外围螺旋云带则难以形成和维持。由此可知,热带气旋中的外围螺旋云(雨)带的形成伴随着静力平衡调整的过程,在准平衡状态下,螺旋带向热带气旋的内核区域集中,形成眼壁—雨带复合体结构。本文的结论有助于深入理解热带气旋外围螺旋雨带的形成和演变机制。

基于红外云图的台风中心智能定位方法

台风中心附近的云墙是同心圆状云带且其灰度值范围较固定,针对该特点,利用红外云图对台风中心进行智能定位,提出由云图预处理、Snake活动轮廓模型提取台风云墙轮廓点、最小二乘法拟合圆组成的3步定位方法。实验结果表明,该方法定位速度快、精度高,能满足气象业务的实时性要求。

当前云状观测中存在的一些问题和看法

目测项目是地面气象观测的难点,云状观测更为突出。近年来云状观测中暴露出的一些问题,给气象资料的“三性”带来一定的影响。如笔者在报表审核中发现,一些站的云状记录中很少出现关于Ns的记载,有的甚至全年未出现一次;实况出现大暴雨,但云状却记为满天的Sccug等等。这些不合理记录的出现故然带有一定的人为因素,但仍有相当一部分是出于技术上的原因。下面就目前云状观测中存在的一些较为普遍的问题,谈谈笔者的看法。

无眼台风自动定位方法研究

本文利用 GMS红外云图对无眼有螺旋云带的台风进行了自动定位研究 ,提出了由云图预处理、云图交互式分割、台风螺旋云带形态特征提取、螺旋线拟合及定位的四步定位方案 。

台风“梅花”路径转折期间的结构特征分析与模拟

利用多种资料对2011年第9号热带气旋"梅花"的两次路径转折过程进行诊断分析和数值模拟,结果表明:副热带高压、中纬度槽和越赤道气流等外部大环境场的变化对路径转向有影响,第一次路径转折期间,眼墙和螺旋云带分布变化不大;第二次路径转折前后,台风眼墙从双眼墙结构演变成明显的非对称结构,台风眼区发生了眼墙置换与合并,以及螺旋云带与眼墙合并过程。机制的定量分析表明:第一次转向期间,环境风场的纬向和经向分量对引导气流的贡献在83%以上,表明外部环境风场对其路径转向的影响较大,内部的风暴尺度风场对其路径转折的影响程度较小;第二次转向期间,风暴尺度场的纬向分量对引导引流贡献的百分比从23%上升到36%,经向分量对引导引流贡献的百分比介于35%~47%之间,表明内部非对称结构与外部大尺度环境流场对第二次路径转折都有影响。

台风中涡旋波1波扰动的形成机制及其变化特征

通常将台风中的螺旋云带看成是一种称为涡旋罗斯贝波的波动,双臂对应的切向波数为2,单臂对应的切向波数为1,目前这种波动发生发展的物理机制仍不很清楚,值得进一步研究。利用柱坐标下的正压流体涡度方程,研究了台风中涡旋罗斯贝波1波扰动的正压不稳定性及发展变化问题。结果表明,当基本流径向涡度梯度小于0时,由于涡度扰动的速度场对于基本涡度场的平流效应,1波(m=1)扰动可从基本流吸取能量而出现不稳定快速增长。但由于扰动旋臂的缠卷作用,径向速度将很快变小,因此,不稳定增长将受到一定的时间限制;波动的发展速度与半径有关,中心附近的波动先发展且向外传播,距中心较远的波动稍后发展。整体上看,波动由中心向外扩展,大尺度台风的螺旋云带比小尺度台风的螺旋云带发展更快。

“2007.7.6”飞机颠簸事件数值模拟与成因分析

利用WRF模式模拟了2007年7月6日发生在菲律宾南部海域上空的一次民航飞机颠簸事件。结果表明,综合分析WRF模式计算得到的Ri和EI等预报指数,能够确定飞机颠簸发生的区域、高度和强度。飞机遭遇颠簸的区域是位于涡旋云系外围的螺旋云带的上空,飞机在飞越由重力波形成的螺旋云带时,在强烈的垂直上升和下沉气流的转换区域产生了急速的上抛和下降运动。

台风“莫拉克”暴雨特征

利用常规气象资料和卫星、雷达、区域自动站等资料以及NCEP再分析资料,对2009年闽东北地区"莫拉克"台风的降水特征做初步分析。结果表明:台风"莫拉克"暴雨具有明显的"空心化"特征,有利的环境场条件、螺旋雨带上对流单体的不断影响、台风移动缓慢是此次台风暴雨的主要原因,而地形也有明显增幅作用。通过雷达回波基本反射率因子强度与区域自动站逐时雨量的对比分析,探讨螺旋雨带上对流单体的降水特征,这对台风强降水的临近预报有一定的参考意义。