一种非对称台风Bogus方法的数值模拟应用

前人研究中BDA方法采用的轴对称Bogus台风不能反映个别台风具体特征,也弃掉了背景场的合理成分,有必要改用更精细的非对称台风Bogus模型对BDA方案做出改进。因此,提出一种充分融合分析场信息和实际观测信息并考虑副高影响的非对称台风Bogus方法,针对0613、0704台风个例,通过4DVAR技术,利用MM5模式及其伴随模式对此Bogus资料进行BDA同化试验和模拟预报,数值结果表明:BDA方法同化非对称台风Bogus模型,其路径预报效果优于同化轴对称台风模型,同化两种Bogus资料都使台风强度模拟效果得到极大改善,但改善程度相当,故台风的非对称结构及副高等外围环境场及背景场弱台风中合理信息对台风的准确模拟起到关键作用,同时,Bogus资料同化方法用于远洋上的台风时,需注意台风模型与副高的配置关系。

基于4D-VAR的动态非对称台风初值化方法试验研究

经典BDA台风初值化方案中台风模型为一个不能充分反映个别台风具体特征的轴对称海平面涡旋场,且在同化窗口内强迫发展着的台风向这个静止涡旋场适应。本文针对该特点,提出一种充分融合分析场信息和实况信息并考虑副高影响的非对称台风Bogus方法,利用PSU/NCAR的MM5模式及其伴随模式,通过四维变分同化(4D-VAR)技术,建立动态非对称BDA方案,对多个不同时次的Bogus资料进行同化。通过对夏季受副热带高压影响较大的6个台风的数值模拟试验对比发现,新方案的路径模拟普遍优于经典方案,且对于经典方案没能改善路径模拟的时段,新方法的模拟效果却能得以改进;新方法模拟的强度普遍弱于经典方案,但这种趋势使得新方法的中后期模拟强度较经典方案更接近于实况。另外,当实况中台风强度已大为减弱时,同化试验模拟的台风仍然保持很强的强度,造成气旋的过度发展,这种情况对BDA方案模拟效果的限制作用还需进一步研究。

应用ATOVS资料和非对称Bogus资料对登陆台风韦帕的4DVAR数值模拟分析

前人研究中BDA方法采用的轴对称Bogus台风不能反映个别台风具体特征并弃掉了背景场的合理成分,也没有考虑大环境场的影响及湿热要素的同化。因此,提出一种充分融合分析场信息和实际观测信息并考虑副高影响的精细非对称台风Bogus方法,并在MM5的伴随同化系统中引入快速辐射传输模式RTTOV8,通过四维变分同化(4DVAR)技术,加入海面风场和气压场Bogus资料及多颗卫星多条轨道上的ATOVS红外和微波卫星辐射亮温资料并考虑Noah陆面过程方案来对登陆台风韦帕进行数值模拟,结果表明,单独同化海面Bogus资料的BDA方案可间接产生初始场非对称三维环流结构和暖心结构,但对湿度场及台风周围大环境场的调整不足,台风登陆后的路径预报改善也不明显;引入陆面过程方案弥补了Bogus资料对台风登陆后路径预报的不足;加入ATOVS资料能对湿度场及台风周围环境场做出调整,重构了大量中尺度结构信息,取得更为精细的初始台风环流和温压湿场结构,保持BDA方案路径及强度预报的优势的同时,使预报的降水强度增加,降水落区发生改变。

非对称风场对台风浪模拟效果的比较研究

分析四象限非对称风场模型与叠加风场模型的优缺点,将模型结果与实测风速进行对比验证;利用上述两种风场模型分别驱动第三代海浪模式SWAN,对发生在南海海域的三场台风浪进行了数值模拟计算。结果显示:四象限非对称模型关于风速的计算值与实测值吻合度更高,尤其是当台风中心距离测站较近时;四象限非对称模型驱动SWAN模拟的台风浪精度优于叠加风场模型,适用于南海台风浪的数值模拟。

非对称Bogus台风与QuikSCAT风场资料的三维变分同化应用对台风数值模拟影响研究

针对台风Bogus三维变分同化现有方法所存在的不足,引入台风移向、移速等客观因素构造出非对称台风风场模型,并与QuikSCAT风场产品相结合共同改善模式初始场。通过对比初始场增量发现,同化台风Bogus资料能较好地订正出包括高空反气旋环流在内的整层大气环流特征,而QuikSCAT风场资料则主要改善了底层环流特征,修正了台风中心位置,并且部分弥补了Bogus资料影响范围有限这一不足。接着通过设计试验方案对"云娜"台风加强阶段进行了模拟研究,结果表明:在变分同化系统的约束下,背景场、Bogus资料与QuikSCAT风场资料较协调地结合在一起,提高了台风路径及强度模拟水平,尤其是底层内外物理量的共同改进,对台风的模拟效果有明显的正效应。

台风“鲇鱼”路径突变前后等熵位涡非对称结构的对比分析

利用高分辨率WRF模式对2010年13号超强台风"鲇鱼"移入南海以后的路径突变过程进行数值模拟,较好模拟出了台风由缓慢西行转为突然北上的过程。利用模拟资料,诊断分析了路径突变前期、突变时和突变后的不同高度上等熵位涡的分布特征。路径突变前期和后期不同高度上的等熵位涡的对称结构较明显;路径突变时各个层次上的位涡等熵分布均表现出明显非对称性。进一步对比分析了该路径突变过程前后台风对流发展和能量分布的变化,结果验证了等熵位涡结构的演变情况。非对称风场的切变存在一次逆时针方向倾斜而后恢复的过程,整层大气动能的分布也由近似轴对称发展为东部强于西部的显著的非对称。位于台风环流东南侧的非对称扰动所引起的平流和次级环流输送有助于台风路径由西行转为北上,这可能是环境流场偏弱条件下台风路径转折的有利触发机制。

15°-35°N、105°-130°E海域台风极值风速分析

采用非对称台风风场模型，对1961～2007年进入（15°～35°N，105°～130°E）的每个热带气旋（TC）风场进行计算，得到0．5°×0．5°网格上的TC风速。使用近岸自动气象站实测资料对计算结果进行对比分析，结果表明计算风速与实测风速较吻合，计算风速基本合理。采用Poisson—Gumbel联合概率分布模型，计算每个网格TC影响下不同重现期10m高度的极值风速；使用海上、小岛共10座测风塔14个台风影响过程的大风观测数据计算得到10—90m切变系数为0．0791，使用该关系式将各网格点TC影响下不同重现期10m高度的极值风速推算到90m高度，可作为中国近海风资源开发和其他海洋工程开发及安全运行的科学依据。

莫拉克台风综观环境以及降雨特徵分析

本文针对莫拉克台风综观环境特徵与降雨特性进行综合分析整理。分析内容包括高空环流特性、低层水气通量、季风指数、季内振荡、降雨时空分布及卫星雷达观测特徵等。初步分析结果显示，莫拉克台风降雨结构呈现明显非对称特徵，在台风侵台期间，南方外围环流持续出现多条对流旺盛之雨带，雨带受地形举升而出现超大豪雨，由於台风移速特别缓慢，造成台湾南部山区之超大豪雨持续三天。综观分析显示，此持续且对流旺盛之雨带的形成，可归因於台风外围环流与夏季西南季风交互作用的结果。利用七股雷达都卜勒风场反演水平风垂直分布结果显示，南部山区发生超大豪雨的时期，和雷达反演之三公里高度旺盛西风有非常高的相关性。

地形对涡旋Rossby波影响的研究

用一个高分辨率的准地转正压模式,分析了中尺度理想地形面上空涡旋Rossby波(VRW)的传播问题。指出,地形对VRW的传播速度,台风中心位置及台风内区的非对称结构均构成影响。据此,提出了地形涡旋Rossby波的新概念。与无地形试验相比,南(北)坡地形条件下,台风中心向偏西南(东北)方向移动。南坡、北坡地形VRW引起的台风内区非对称结构的特征正好相反,形成了两类截然不同的内区非对称结构。